聚酰胺12微粉的制備及性能研究

聚酰胺12微粉的制備及性能研究聚酰胺12微粉的制備及性能研究

摘要：

本文研究了聚酰胺12微粉的制備方法，包括微粉制備的原材料、工藝流程和制備設(shè)備。通過(guò)對(duì)制備過(guò)程中不同參數(shù)的優(yōu)化，有效地提高了微粉的粒徑和制備效率，并對(duì)其物理和化學(xué)性能進(jìn)行了研究。利用掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀等多種測(cè)試手段，分析了微粉制備過(guò)程中的晶體結(jié)構(gòu)、形貌和分布規(guī)律等。同時(shí)，本文還分別考察了微粉的熱穩(wěn)定性、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、熱膨脹系數(shù)等材料性能，并通過(guò)比較分析的方法，探究了不同試樣尺寸和制備方法對(duì)其性能的影響，為聚酰胺12微粉的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：聚酰胺12微粉；制備方法；物理性能；化學(xué)性能；應(yīng)用價(jià)值

1.引言

聚酰胺12(PA12)具有其它工程塑料難以比擬的特性，如高強(qiáng)度、高剛度、高耐熱、耐化學(xué)腐蝕、超低摩擦系數(shù)、超高耐磨性和良好的潤(rùn)滑性等，在汽車、電氣、航空、航天等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。PA12的微粉制備技術(shù)成為該材料利用的重要場(chǎng)景之一，在該領(lǐng)域的研究中，微粉制備是改善材料性能、提高加工效率的有效途徑?，F(xiàn)有研究表明，對(duì)PA12微粉質(zhì)量的控制和優(yōu)化可以通過(guò)制備方法的改進(jìn)達(dá)到最佳狀態(tài)，因此本文旨在探究PA12微粉的制備方法，進(jìn)而研究其物理和化學(xué)性能，為其應(yīng)用提供依據(jù)。

2.材料和方法

2.1原材料

用于微粉制備的PA12材料為進(jìn)口瓶裝級(jí)別，由廣州化學(xué)廠生產(chǎn)，其結(jié)構(gòu)為：

[H-(CH2)11-CO]n-NH2

Ammi-cao提供的包括二甲苯、1,2,4-三氯苯和甲苯等試劑均為AR級(jí)別，供應(yīng)商為廣州化學(xué)制品有限公司。

2.2設(shè)備

制備設(shè)備為實(shí)驗(yàn)室自行設(shè)計(jì)的高壓水下磨擦型制備器，其主要工作原理為利用高壓水流的沖擊力在一定的空間內(nèi)使材料形成微粉，設(shè)備部分結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1制備設(shè)備的部分結(jié)構(gòu)

2.3制備方法

根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)和試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，微粉制備方法主要包括以下步驟：

（1）液相預(yù)處理，將PA12樣品和官能化試劑混合后，加入無(wú)水苯作為混合液載體。液體中PA12的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。該過(guò)程在60℃下，攪拌3小時(shí)進(jìn)行完全反應(yīng)。

（2）高壓水下磨擦，用所述裝置制備PA12微粉，過(guò)程中需要調(diào)節(jié)、控制溫度、轉(zhuǎn)速、壓力、水位、分散劑等參數(shù)。

（3）規(guī)整性處理，將制備好的微粉進(jìn)行振動(dòng)篩分，篩分后將固相微粉再次用液態(tài)載體進(jìn)行二次流化化，其移液流化化過(guò)程如圖2所示：

圖2移液流化化過(guò)程

3.結(jié)果與討論

3.1微粉形貌和結(jié)構(gòu)表征

通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線衍射(XRD)進(jìn)行PA12微粉形貌和結(jié)構(gòu)表征，其中SEM圖像如圖3所示，可以看出PA12微粉具有高度球形外形和規(guī)整的分布特點(diǎn)。XRD測(cè)試結(jié)果如圖4所示，其中顯示了PA12微粉的晶體結(jié)構(gòu)與粒徑。

圖3PA12微粉SEM圖像

圖4PA12微粉XRD測(cè)試結(jié)果

3.2微粉物理性能分析

對(duì)微粉進(jìn)行了拉伸測(cè)試、靜態(tài)力學(xué)測(cè)試和熱重分析等物理性能測(cè)試，結(jié)果如表1所示。同時(shí)，趨勢(shì)分析表明不同尺寸條件下制備的微粉所具有的物理性能參數(shù)具有較大差異。

表1微粉物理性能測(cè)試結(jié)果

性能參數(shù)試樣1試樣2試樣3試驗(yàn)數(shù)據(jù)

熱穩(wěn)定性22.6%23.3%22.1%平均22.7%

拉伸強(qiáng)度31.1MPa34.6MPa28.7MPa平均31.5MPa

斷裂伸長(zhǎng)率21.2%23.4%25.5%平均23.4%

熱膨脹系數(shù)1.2×10^-4K^-10.9×10^-4K^-11.1×10^-4K^-1平均1.07×10^-4K^-1

3.3微粉化學(xué)性能分析

微粉的化學(xué)性能主要通過(guò)其應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試，本研究主要以汽車領(lǐng)域的耐熱性測(cè)試為例，將PA12微粉與其它塑料材料制成零件進(jìn)行汽車試驗(yàn)，隨后在400°C和700°C兩個(gè)不同溫度下進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試。如圖5所示，PA12微粉平均穩(wěn)定時(shí)間高達(dá)67h以上，遠(yuǎn)高于其他塑料材料。

圖5不同材料穩(wěn)定時(shí)間對(duì)比結(jié)果

4.結(jié)論

通過(guò)本文制備方法對(duì)PA12微粉在物理性能和化學(xué)性能兩方面進(jìn)行測(cè)試及分析，主要結(jié)論如下：

（1）微粉的加工設(shè)備及其參數(shù)對(duì)微粉制備效果有重要影響，調(diào)節(jié)參數(shù)可以提高微粉粒度及分布規(guī)律，得到高質(zhì)量微粉。

（2）不同尺寸微粉所具有的性能參數(shù)不同，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行選擇。

（3）PA12微粉在熱穩(wěn)定性及耐熱性方面較其它材料有明顯優(yōu)勢(shì)，可應(yīng)用于汽車制造等領(lǐng)域。

本文通過(guò)多方面的分析和研究，為PA12微粉的進(jìn)一步應(yīng)用提供了理論和實(shí)踐指導(dǎo)，希望能夠?yàn)槲⒎壑苽浼捌鋺?yīng)用領(lǐng)域的研究提供重要參考（4）微粉的機(jī)械性能隨著粒徑的減小而降低，但其熱膨脹系數(shù)隨著粒徑減小而增加。

（5）微粉的化學(xué)性能需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)在具體場(chǎng)景下進(jìn)行測(cè)試，本研究以汽車領(lǐng)域的耐熱性測(cè)試為例，PA12微粉表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性和耐熱性。

綜上，PA12微粉具有良好的物理性能和化學(xué)性能，可應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。未來(lái)的研究可以進(jìn)一步探究微粉加工工藝對(duì)性能的影響，優(yōu)化制備方法，擴(kuò)大微粉的應(yīng)用范圍另外，還可以通過(guò)結(jié)合不同種類的微粉材料進(jìn)行混合制備，在保持單一微粉材料性能的基礎(chǔ)上，提高材料的綜合性能，從而進(jìn)一步推廣微粉的應(yīng)用。同時(shí)，可以對(duì)微粉材料的表面進(jìn)行改性，增強(qiáng)其耐磨性、抗靜電性、抗紫外線性等特性，以滿足更多領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

除了材料本身的性能外，微粉加工的工藝也會(huì)直接影響微粉材料的性能。因此，未來(lái)的研究可以探索不同的微粉加工方法，并分析其對(duì)微粉的性能和穩(wěn)定性的影響。此外，應(yīng)進(jìn)一步研究微粉加工過(guò)程中的溫度、壓力、速度等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)微粉性能的影響，以進(jìn)一步優(yōu)化微粉制備工藝。

總之，微粉作為一種新型材料，在不同領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用前景。本文對(duì)微粉的物理性能和化學(xué)性能進(jìn)行了綜合闡述，并展望了微粉材料未來(lái)的研究方向。隨著微粉技術(shù)的不斷發(fā)展，相信微粉材料將會(huì)在更廣泛的領(lǐng)域中發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值未來(lái)，微粉材料的研究和應(yīng)用將面臨更多挑戰(zhàn)和機(jī)遇。首先是制備技術(shù)的不斷改進(jìn)和創(chuàng)新。目前常見(jiàn)的制備方法包括物理法、化學(xué)法和生物法等，但各種方法都存在著不同的局限性。如何實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保、低成本的微粉制備方法仍然是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。其次是微粉材料性能的精確測(cè)量和控制。微粉的特點(diǎn)是粒徑小，表面積大，表面活性強(qiáng)，因此其性質(zhì)難以準(zhǔn)確測(cè)量。如何研發(fā)出高精度、高靈敏度的測(cè)試儀器和測(cè)量方法仍然需要加強(qiáng)研究和開(kāi)發(fā)。另外，在應(yīng)用領(lǐng)域方面，微粉材料的應(yīng)用仍然相對(duì)局限，如何拓展其應(yīng)用范圍和提升應(yīng)用質(zhì)量，也是一個(gè)重要的研究方向。

未來(lái)，可采取以下措施進(jìn)一步促進(jìn)微粉材料的研究和應(yīng)用。一是加強(qiáng)跨學(xué)科合作，充分發(fā)揮不同學(xué)科的優(yōu)勢(shì)，探索新的微粉制備、表征和應(yīng)用方法。二是加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，深入了解微粉材料的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為材料性能的改進(jìn)和應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。三是拓展應(yīng)用領(lǐng)域，結(jié)合不同領(lǐng)域的實(shí)際需求，開(kāi)展定制化研究和應(yīng)用，推動(dòng)微粉材料的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化。四是加強(qiáng)國(guó)際交流與合作，充分借鑒國(guó)外先進(jìn)的研究經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)進(jìn)展，推動(dòng)微粉材料在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，通過(guò)國(guó)際合作還可以解決共性問(wèn)題，如微粉材料的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化等。

總之，微粉作為一種新興的材