Dielectric behaviour of nylon 6

¹ Department of Chemistry, Faculty of Science, University of caire, Cairo, Egypt.

Abstract

Dielectric measurements over a frequency band from 0.2 to 10 MHz were first made on dry samples of nylon 6 of different particle size under vacuum at temperatures from 10 to 70 °C, and then on various humid samples at 25 °C.

The dependence of the dielectric constant on particle size was related to the crystallinity degree of the sample, which was determined by the infrared absorption method. Two relaxation effects were detected in the dry state, the magnitudes of which increased with decrease of particle size thus indicating that they originated in the non-crystalline regions of the polymer.

One relaxation process with a large distribution of relaxation times appeared below the glass transition temperature, and the other appeared above. The former was suggested to ne to a Maxwell-Wagner effect arising from the inhomogeneity of the sample together with some dipole relaxations (β) Motions of the dipoles CO and NH groups in the non-crystal- were possible. The latter relaxation (α) was attributed to co-operative motions in the main chains of these regions.

As regards the effect of humidity on the dielectric behaviour of nylon 6, it was suggested that the water molecules were first involved in hygroden-bond formation, and finally a conduction network similar to that of ice was produced.

Résumé

Des mesures diélectriques entre 0,2 et 10 MHz ont été laites sur des échantillons secs de nylon 6 de différentes dimensions sous vide — entre 10 et 70 °C — puis à 25 °C sur des échantillons humides.

La constante diélectrique est reliée au degré de cristallinité des échantillons, degré que l’on a déterminé par la méthode de l'absorption infrarouge. Deux effets de relaxation sont mis en évidence à l’état sec dont l’amplitude augmente quand le diamètre des grains diminue : ils proviennent donc de la partie non cristalline du polymère.

Un processus de relaxation a lieu à une température inférieure à celle de la transition vitreuse, l'autre à une température supérieure. La première relaxation est due à des mouvements locaux des dipôles CO et NH, associés aux régions non cristallines ; la deuxième est due aux mouvements de la chaîne centrale dans les régions amorphes.

Concernant l'effet de l’humidité sur le comportement diélectrique du nylon 6, il est donc suggéré que les molécules d’eau sont d’abord engagées dans la formation d’une liaison hydrogène, ensuite on obtient un état de conduction similaire à celui de la glace.