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从丝袜到汽车零部件,全面解析尼龙材料

几种常见的工程塑料


聚酰胺(PA

聚碳酸酯(PC

聚甲醛(POM

聚苯醚(PPO


工程塑料之——尼龙的发展历程

聚酰胺:又称尼龙(Nylon),英文名称Polyamide,简称PA),是一种人造多聚物,世界上第一种完全人造的纤维和塑料。

1931年:杜邦公司的卡罗泽斯开发尼龙-66,成为最先开工业化的工程塑料,并于1939年杜邦公司组织生产。

1942年:德国人开发了尼龙-6的工业技术,并作为纤维开发应用。

1961年:中国开发PA1010

1972年:杜邦公司开发芳香族尼龙工业化技术。

尼龙目前是工程塑料中产量最大的品种


最早的尼龙制品1938年尼龙正式上市,最早的尼龙制品是替代鬃毛制作牙刷的刷毛(1938224日开始出售)和妇女穿的尼龙袜(1940515日上市)。如今,尼龙纤维更多的是和其他纤维(棉、麻、毛等)混纺成多种人造纤维。


中国的尼龙——“锦纶”

锦纶:学名聚酰氨纤维,是中国所产聚酰胺类纤维的统称。19584月,第一批中国国产己内酰胺(尼龙6)试验样品终于在辽宁省锦西化工厂试制成功。在北京纤维厂一次抽丝成功,从此拉开了中国合成纤维工业的序幕。这种合成纤维后来就被命名为锦纶,也就是尼龙。

锦纶的品种:有锦纶6、锦纶66、锦纶1010、锦纶610,其中最主要的是锦纶66和锦纶6

锦纶的特点:强度高,耐磨性、回弹性好,可以纯纺和混纺作各种衣料及针织品。锦纶吸湿性和染色性都比涤纶好,耐碱而不耐酸,长期暴露在日光下其纤维强度会下降。锦纶有热定型特性,能保持住加热时形成的弯曲变形。

涤纶——聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),中国聚酯纤维的商品名称,俗称的确良,经纺丝和后处理制成的纤维。


聚酰胺的结构

聚酰胺(PA),是主链上含有酰胺基团(-CONH-)的高分子化合物的总称。PA可以由二元酸与二元胺或由同时含有胺基和羧基的ω-氨基酸缩聚而得,也可由内酰胺自聚制得。

脂肪族聚酰胺分子链由亚甲基(-CH2-)与酰胺结构(-CONH-)组成。



聚酰胺的类型


聚酰胺的类型

PA(按主链组成分)

脂肪族

p

尼龙3467891112

mp

尼龙666961010101212

芳香族


芳纶1313--Nomex(诺梅克斯)

芳纶1414--Kevlar(凯夫拉)

芳纶14

半芳香族


尼龙MXD6、尼龙6T、尼龙9T、尼龙12T

脂环族



含杂环




聚酰胺(PA)的特性


尼龙作为大用量的工程塑料,广泛用于机械、汽车、电器、纺织器材、化工设备、航空、冶金等领域。成为各行业中不可缺少的结构材料,其主要特点如下:

1.优良的力学性能:尼龙的机械强度高,韧性好。

2.自润性、耐摩擦性好:尼龙具有很好的自润性,摩擦系数小,从而,作为传动部件其使用寿命长。

3.优良的耐热性:尼龙46等高结晶性尼龙的热变形温度很高,可在150℃下长期使用。玻璃纤维增强PA66热变形温度达到250℃以上。

4.优异的电绝缘性能:尼龙的体积电阻很高,耐击穿电压高,是优良的电气、电器绝缘材料。

5.优良的耐气候性。

6.吸水性:尼龙吸水性大,饱和水可达到3%以上。在一定程度影响制件的尺寸稳定性。


聚酰胺的应用


聚酰胺由于它独特的低比重、高抗拉强度、耐磨、自润滑性好、冲击韧性优异、具有刚柔兼备的性能而赢得人们的重视,加之其加工简便、效率高、比重轻(只有金属的1/7)、可以加工成各种制品来代替金属,广泛用于汽车及交通运输业。

聚酰胺在汽车工业的消费比例最大,大约每辆汽车消耗尼龙制品达3.6~4千克。其次是电子电气。

典型的制品有泵叶轮、风扇叶片、阀座、衬套、轴承、各种仪表板、汽车电器仪表、冷热空气调节阀等零部件。

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聚酰胺(PA)纤维的应用


聚酰胺纤维可以与棉、麻、羊毛、蚕丝等其他纺织纤维混纺,以提高产品的强度和耐磨性。它还能制成轻、薄并有良好强度的产品,如尼龙塔夫绸,可用作滑雪衫、羽绒服、箱袋及伞的面料。聚酰胺纤维在袜类用途中居于优势地位。强度为 5388cN/dtex的聚酰胺纤维可用于制作轮胎帘子线、传送带及渔网、绳索、降落伞、帐篷布等工业用品。聚酰胺纤维地毯方面的应用正迅速增加。

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聚酰胺(PA)的应用


 

   

 

 

发动机部件

汽缸盖,进气支管,进气消器,散热器,过滤器,同步皮带,加油器盖,高压代码保护器,电机电刷,沉淀器,冷却风扇

GPA6PA66PA6

高强度,耐温,耐环境变化

车身部件

车门,前后盖板、把手、门锁、安全带固定铰链,仪表板、挡泥板,遮光板夹具

PP/PA6PE/PA66PPO/PA6PA66

抗冲击,耐热稳定,可涂装性

电气部件

电气配线,接插件,熔断器,保险盒,电线包覆,电线夹及固定卡套、接线柱、按钮、开关

PA6、阻燃PA6


驱动控制部件

齿轮,车轮盖板,扣钉,油门,踏板,制动管,输油管

增强PA6PA66PA11PA12PA46


-2 汽车用PA工程塑料部件


聚酰胺(PA)的加工特性


1.尼龙吸湿性强,容易受潮:成型前必须充分干燥。

尼龙含水量对其力学性能有较大的影响, 在熔融状态下,水分的存在,会引起尼龙的水解而导致分子量下降,使得制品机械性能下降,还会在成型过程中,制品表面出现气泡、银丝和斑纹等缺陷。

2.尼龙熔体粘度低、流动性大,喷嘴会产生流延现象:尼龙在螺杆式注射机成型时,在螺杆端部必须安装止逆环。

用螺杆式注射机注射成型时,熔体会在螺杆和料筒壁之间出现逆流,使注料不准,浪费原料,污染喷嘴。

3.尼龙是结晶性高聚物:必须严格控制工艺条件。

熔点明显,而且较高。尼龙需要在较高温度下成型,熔融状态的尼龙热稳定性较差,易分解。

4.尼龙的成型收缩率大:成型工艺应严格控制。

对于制造高精密度的制品,模具设计应在试验的基础上确定其尺寸。


脂肪族聚酰胺的制备


p型聚酰胺:由ω-氨基酸自缩聚或由内酰胺开环聚合制得(如尼龙6

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mp型:由二元胺与二元羧酸缩聚得所得到的聚酰胺是mp型聚酰胺(如尼龙6,6

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两种不同聚合的区别

尼龙6与尼龙6,6有什么区别:

尼龙6,6与尼龙6在链结构上的相似性,导致两种材料的性能基本相似;但是链结构上的细微差别,也导致性能有所差异。

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脂肪族聚酰胺的结构与性能


1、都是线型结构——热塑性

所有脂肪族聚酰胺分子链都是线型结构,分子链骨架由-C-N-链组成,具有良好的柔顺性,因此都是典型的热塑性聚合物。

2、分子链之间有氢键——结晶能力强(与聚烯烃类的区别)

分子链上有规律地交替排列着较强的极性酰胺键,分子链规整,极性酰胺键可以使分子链之间形成氢键,导致聚酰胺具有较强的结晶能力。

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氢键比例数对材料性能的影响:


由于不同品种的PA其单体所含碳原子数不同,使分子链之间所能形成的氢键比例数及氢键沿分子链分布的疏密程度不同,影响到不同PA的结晶能力和熔点有明显的差别。

氢键比例数  PA的结晶能力、熔点

氢键比例数越大,PA的结晶能力增强,熔点愈高。

PPA单体中含有奇数个碳原子,分子链上的酰胺基可以100%形成氢键,偶数则只有50%可以形成氢键。

mpPA两种单体上都含有偶数碳原子,100%形成氢键,只有一种或没有偶数碳原子,50%形成氢键。


脂肪族PA主要性能


力学性能:

具有良好的耐磨耗性,是优良的耐磨材料之一。结晶度愈高,材料硬度愈大,耐磨性愈好。典型的强而韧聚合物,综合性能优于一般的通用塑料。

热性能:

具有良好的柔性,玻璃化温度在室温左右,氢键的形成,使其熔融温度一般高于聚烯烃,有明显的熔点。

PA是半结晶聚合物,结晶度一般小于聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等高结晶度聚合度。

电性能:

聚酰胺链中极性的酰胺基团,影响其电绝缘性。

室温干燥的条件下,电绝缘性较好,潮湿的时候,电绝缘性减小。同时,温度升高,也会使电绝缘性降低

光学性能:

大多数结晶脂肪族PA超过2.5mm厚几乎不透明,低于0.5mm时为半透明。

加入的添加剂(如炭黑等)作为成核剂,增加PA的结晶度、球晶数量,从而降低光透射,在球晶边界的光散射是光透射减少和不透的原因。随着PA中酰胺基浓度减少,PA的透明区增加。

耐化学性能:

由于其高的内聚能和结晶性,使其具有良好的化学稳定性。

1、不溶于普通溶剂(醇、酯、酮类);

2、耐许多化学药品,不受弱酸碱、油脂及清洁剂等影响;

3、对盐水、细菌和霉菌都很稳定;

4、常温下,溶于强极性的溶剂(硫酸、甲酸等)。

其他性能:

室温下,PA性能稳定,可长时间保持性能不变。

具有相对优良的耐候性,气候的变化会使PA发脆,力学性能下降,表面产生变化。

具有自燃性,但火焰传播速度很慢。


脂肪族聚酰胺的加工与应用


PA具有宽泛的加工范围和良好的加工性,几乎所有常用的热塑件塑料加工方法均可加工PA。其中最主要的是注塑和挤出成形。

另外,PA吸水率高,应该在成形前对树脂进行干燥。

PA的应用:

1、机械零件:轴承、轴瓦、活塞环、采叶轮等等

2、汽车工业:主要采用玻纤增强PA,用在皮带轮、吸附罐、刮水器等等

3、电子电器:机罩、集成线路板、旋扭、电器线圈

4、化工设备:耐腐耐油管道、输油管、过滤器

5、建筑与民用:门、滑轮、安全帽、绳索等等


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