工程塑料中的尼龍

聚酰胺俗稱尼龍（Nylon），英文名稱Polyamide（簡稱PA），密度為1.14g/cm3，是分子主鏈上含有重復(fù)酰胺基團(tuán)—[NHCO]—的熱塑性樹脂總稱，包括脂肪族尼龍和芳香族尼龍（芳香族尼龍又包括了半芳香族尼龍和全芳香族尼龍）。其中脂肪族尼龍品種多，產(chǎn)量大，應(yīng)用廣泛，其命名由合成單體具體的碳原子數(shù)而定，比如PA66、PA12等；芳香族尼龍大部分是高溫尼龍，用量沒有脂肪族尼龍那么大，但憑借其優(yōu)異的性能，有價(jià)值的應(yīng)用開發(fā)也越來越多，比如PA9T、PA6T等。01第一部分：脂肪族尼龍脂肪族尼龍的分類1、根據(jù)二元胺和二元酸的碳原子數(shù)，由兩種單體合成的尼龍有：PA46、PA66、PA610、PA612、PA1010等2、根據(jù)單體所含的碳原子數(shù)命名有：PA6、PA11、PA12等脂肪族尼龍的特性1、尼龍有優(yōu)良的韌性、自潤滑性、耐磨性、耐化學(xué)性、氣體透過性、及耐油性、無毒和容易著色等優(yōu)點(diǎn)，所以尼龍?jiān)诠I(yè)上得到廣泛應(yīng)用。尼龍沖擊強(qiáng)度高(高過ABS，POM但比PC低)。熱變形溫度低,吸濕性大,尺寸穩(wěn)定性差。2、最常用的PA66在尼龍材料中結(jié)構(gòu)較強(qiáng)，PA6具有最佳的加工性能。脂肪族尼龍的工藝特性1.尼龍的流變特性尼龍大多數(shù)為結(jié)晶性樹脂，當(dāng)溫度超過其熔點(diǎn)后，其熔體粘度較小，熔體流動(dòng)性極好，應(yīng)防止溢邊的發(fā)生。同時(shí)由于熔體冷凝速度快，應(yīng)防止物料阻塞噴嘴、流道、澆口等引起制品不足現(xiàn)象。模具溢邊值0.03，而且熔體粘度對(duì)溫度和剪切力變化都比較敏感，但對(duì)溫度更加敏感，降低熔體粘度先從料筒溫度入手。2.尼龍的吸水性與干燥尼龍的吸水性較大，潮濕的尼龍?jiān)诔尚瓦^程中，表現(xiàn)為粘度急劇下降并混有氣泡制品表面出現(xiàn)銀絲，所得制品機(jī)械強(qiáng)度下降，所以加工前材料必需干燥。3.結(jié)晶性除透明尼龍外,尼龍大都為結(jié)晶高聚物,結(jié)晶度高,制品拉伸強(qiáng)度、耐磨性、硬度、潤滑性等項(xiàng)性能有所提高，熱膨脹系數(shù)和吸水性趨于下降，但對(duì)透明度以及抗沖擊性能有所不利。模具溫度對(duì)結(jié)晶影響較大,模溫高結(jié)晶度高,模溫低結(jié)晶度低。4.收縮率與其他結(jié)晶塑料相似，尼龍樹脂存在收縮率較大的問題,一般尼龍的收縮同結(jié)晶關(guān)系最大,當(dāng)制品結(jié)晶度大時(shí)制品收縮也會(huì)加大,在成型過程中降低模具溫度\加大注射壓力\降低料溫都會(huì)減小收縮,但制品內(nèi)應(yīng)力加大易變形.比如非玻纖增強(qiáng)的PA6和PA66收縮率在1.5-2%，加入玻璃纖維后可以使收縮率降低到0.3%～0.8%。5.成型設(shè)備尼龍成型時(shí)，主要注意防止“噴嘴的流涎現(xiàn)象”，因此對(duì)尼龍料的加工一般選用自鎖式噴嘴。另外最好選擇塑化容量適當(dāng)大些的注塑機(jī)。6.制品與模具（1）制品的壁厚尼龍的流長比為150-200之間，尼龍的制品壁厚不底于0.8mm一般在1-3.2mm之間選擇，而且制品的收縮與制品的壁厚有關(guān)，壁厚越厚收縮越大。（2）排氣尼龍樹脂的溢邊值為0.03mm左右，所以排氣孔槽應(yīng)控制在0.025以下。（3）模具溫度制品壁薄難成型或要求結(jié)晶度高的模具加溫控制，要求制品有一定的柔韌性的一般采用冷水控溫。流道和澆口澆口孔徑不要小于0.5*t（這里t為塑件厚度）。用潛入式澆口，澆口的最小直徑應(yīng)當(dāng)是0.75mm。脂肪族尼龍的注塑成型工藝1.料筒溫度因尼龍是結(jié)晶型聚合物，所以熔點(diǎn)明顯，尼龍類樹脂在注塑時(shí)所選擇的料筒溫度同樹脂本身的性能、設(shè)備、制品的形狀因素有關(guān)。過高的料溫易使膠件出現(xiàn)色變、質(zhì)脆及銀絲，而過低的料溫使材料很硬可能損傷模具及螺桿。一般尼龍6的熔體溫度最低為220℃，尼龍66為260℃。由于尼龍的熱穩(wěn)定性較差，所以不宜高溫長時(shí)間在料筒中停留，以免引起物料變色發(fā)黃，同時(shí)由于尼龍的流動(dòng)性較好，溫度超過其熔點(diǎn)后就流動(dòng)迅速。2.注射壓力尼龍溶體的粘度低，流動(dòng)性好，但是冷凝速度較快，在形狀復(fù)雜和壁厚較薄的制品上易出現(xiàn)不足問題，故還是需要較高的注射壓力，尤其是加了玻纖。通常壓力過高，制品會(huì)出現(xiàn)溢邊問題；壓力過低，制品會(huì)產(chǎn)生波紋、氣泡、明顯的熔結(jié)痕或制品不足等缺陷，大多數(shù)尼龍品種的注射壓力不超過120MPA，一般在60-100MPA范圍內(nèi)選取是滿足大部分制品的要求，只要制品不出現(xiàn)氣泡、凹痕等缺陷，一般不希望采用較高的保壓壓力，以免造成制品內(nèi)應(yīng)力增加。3.注射速度對(duì)尼龍而言，注塑速度以快為益，可以防止因冷卻速度過慢而造成的波紋，充模不足問題。快的注射速度對(duì)制品的性能影響并不突出。4.模具溫度模具溫度對(duì)結(jié)晶度及成型收縮率有一定的影響，高模溫結(jié)晶度高、耐磨性、硬度、彈性模量增加、吸水性下降、制品的成型收縮率增加，適合厚制品；低模溫結(jié)晶度低、韌性好、伸長率較高、收縮率下降，適合透明性好的薄制品。如果壁厚大于3mm，建議使用20~40C的低溫模具。對(duì)于玻璃增強(qiáng)材料模具溫度應(yīng)大于80C。脂肪族尼龍的加工注意事項(xiàng)1.再生料的使用最好不超過三次，以免引起制品變色或機(jī)械物理性能的急劇下降，應(yīng)用量應(yīng)控制在25%以下，過多會(huì)引起工藝條件的波動(dòng)，再生料與新料混合必須進(jìn)行干燥。2.安全須知尼龍類樹脂開機(jī)時(shí)應(yīng)首先開啟噴嘴溫度，然后在給料筒加溫，當(dāng)噴嘴阻塞時(shí)，切忌面對(duì)噴孔，以防料筒內(nèi)的熔體因壓力聚集而突然釋放，發(fā)生危險(xiǎn)。3.脫模劑的使用使用少量的脫模劑有時(shí)對(duì)氣泡等缺陷有改善和消除的作用。尼龍制品的脫模劑可選用硬脂酸鋅和白油等，也可以混合成糊狀使用，使用時(shí)必須量少而均勻，以免造成制品表面缺陷。4.停機(jī)時(shí)要清空螺桿，防止下次生產(chǎn)時(shí)，扭斷螺桿。脂肪族尼龍的制品后處理尼龍制品的后處理，是為了防止和消除制品中的殘留應(yīng)力或因吸濕作用所引起的尺寸變化。后處理方法有熱處理法和調(diào)濕法兩種。1.熱處理常用方法在礦物油、甘油、液體石蠟等高沸點(diǎn)液體中，熱處理溫度應(yīng)高于使用溫度10-20℃，處理時(shí)間視制品壁厚而異，厚度在3mm以下為10-15分鐘，厚度為3-6mm時(shí)間為15-30分鐘，經(jīng)熱處理的制品應(yīng)注意緩慢冷卻至室溫，以防止驟冷引起制品中應(yīng)力重新生成。2.調(diào)濕處理調(diào)濕處理主要是對(duì)使用環(huán)境濕度較大的制品而進(jìn)行的，其辦法有三種：一沸水調(diào)濕法；二.常溫水浸泡法三.蒸汽法。第一種方法處理的速度較快，但容易過飽和，第三種方法效率和均勻性比較好，但需要增添蒸汽裝置。02第二部分：芳香族尼龍前面我們有提到過，芳香族尼龍又包括了半芳香族尼龍和全芳香族尼龍，全芳族尼龍，例如聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺（PPTA）和聚間苯二甲酰間苯二胺（PMIA）等，由于分子鏈中的芳基使其具有良好的力學(xué)性能、絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性和超高的熱性能。目前全芳香聚酰胺主要應(yīng)用于航天、原子能工業(yè)和電子電氣等行業(yè)。但全芳香聚酰胺超高的熔點(diǎn)使其無法熔融擠出和注射成型，只能采用特殊的方法進(jìn)行成型加工，限制了它在日常工程塑料方面的應(yīng)用，也難以回收再利用。半芳香族聚酰胺，分子鏈中既含芳基也含有亞甲基，使其兼具脂肪族聚酰胺和全芳香聚酰胺的特點(diǎn)，既具備優(yōu)良的力學(xué)性能、熱性能還能進(jìn)行常規(guī)的熔融擠出和注塑成型，適合在耐高溫領(lǐng)域廣泛使用。隨著近年來汽車工業(yè)和電子電氣工業(yè)的迅速發(fā)展和環(huán)保產(chǎn)業(yè)的需求，其市場需求不斷增大，應(yīng)用開發(fā)也有了很多的進(jìn)展，半芳香族尼龍主要包括了：PA9T、PA6T、PA10T等等，下面我們分別來做一下了解。耐高溫尼龍之PA6TPA6T是半芳香族尼龍中的典型代表，是由己二胺和對(duì)苯二甲酸縮聚而成。純的PA6T熔點(diǎn)高達(dá)370℃，在這個(gè)溫度下尼龍已經(jīng)發(fā)生了降解，無法進(jìn)行熱塑成型，所以市面流通的PA6T均是經(jīng)過與其他單體共聚后降低了熔點(diǎn)的共聚物或復(fù)合物。PA6T在脂肪鏈的基礎(chǔ)上引入了大量苯環(huán)，與傳統(tǒng)的PA6、PA66相比，PA6T擁有更高的Tg，較低的吸水率，尺寸穩(wěn)定性以及耐熱性好等特點(diǎn)。由于PA6T需要引入其他單體進(jìn)行共聚以降低熔融加工溫度，不同的單體配比成為PA6T改性的關(guān)鍵,因此可以說,PA6T的耐高溫改性具有很大的發(fā)展空間。應(yīng)用范圍：由于其優(yōu)異的耐焊接性、低吸水率、優(yōu)良流動(dòng)性等等，在汽車零件，機(jī)械零件以及電氣/電子零件如手機(jī)、無人機(jī)等上均有廣泛的應(yīng)用。耐高溫尼龍之PA9TPA9T是由日本KURARAY(可樂麗株式會(huì)社）公司獨(dú)自開發(fā)的，是以壬二胺和對(duì)苯二甲酸縮聚而成，商品名為Genestar。雖然同為半芳香性尼龍，PA9T在加工前并不需要像PA6T一樣要通過共聚改性降低熔點(diǎn)，純的PA9T熔點(diǎn)在306℃。PA9T高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(125℃)和高的結(jié)晶性，賦予了其在高溫環(huán)境下良好的韌性。同時(shí)它還擁有其它PA材料無法比擬的耐化學(xué)品性能，僅次于PPS，而其吸水率只有0.17%，是所有PA當(dāng)中最低的。PA9T的綜合性能無疑是傳統(tǒng)耐熱尼龍中比較好的一種，而隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其成本將會(huì)接近普通PA的成本，因此PA9T是一個(gè)有很大發(fā)展?jié)摿Φ钠贩N。應(yīng)用領(lǐng)域：主要應(yīng)用于電氣電子工業(yè)、汽車工業(yè)及纖維工業(yè)三個(gè)領(lǐng)域。耐高溫尼龍之PA10TPA10T是以對(duì)苯二甲酸和癸二胺為單體，經(jīng)縮聚聚合而成，具有優(yōu)異的耐熱性能，其熔點(diǎn)在316℃，耐化學(xué)腐蝕性能，吸水率低，尺寸穩(wěn)定性好，玻纖增強(qiáng)改性后耐無鉛焊錫溫度超過280℃，綜合性能優(yōu)異。與其他短鏈高溫尼龍如PA46、PA4T、PA6T、PA6I、等相比，PA10T具有較長的二胺柔性長鏈，使得大分子具有一定的柔順性，從而具有較高的結(jié)晶速率和結(jié)晶度，適用于快速成型，制作一些小型的電子元器件，比如LED反射支架、連接器等。又由于其分子主鏈中的苯環(huán)結(jié)構(gòu)所帶來的剛性和耐腐蝕性等優(yōu)異性能，PA10T的改性產(chǎn)品也可以應(yīng)用到一些化學(xué)試劑和/或耐熱的環(huán)境中，比如水處理、納米注塑NMT、發(fā)動(dòng)機(jī)周邊等。應(yīng)用范圍：LED反射支架、連接器、水處理、納米注塑NMT、發(fā)動(dòng)機(jī)周邊等。耐高溫尼龍之PA4TPA4T是21世紀(jì)以來第一個(gè)合成的高溫尼龍，由掌握著全球唯一丁二胺工業(yè)化方案的帝斯曼推出。與PA6T相似，其熔點(diǎn)也很高（430℃），一般也是與其他尼龍共聚，比如尼龍66或尼龍6。這種21世紀(jì)的第1個(gè)新聚合體，具有卓越的空間穩(wěn)定性、無鉛焊接兼容性、高熔點(diǎn)，在溫度上升的情況下具有很高的硬度和機(jī)械強(qiáng)度，且相比DSM公司原有的PA46產(chǎn)品，甚至是PA9T，它顯示出了超低的吸水率。應(yīng)用范圍：PA4T可以應(yīng)用在電子電氣、汽車工業(yè)中。在電子電氣領(lǐng)域，PA4T可用于生產(chǎn)體積小、質(zhì)量輕、使用壽命長的電子元器件，例如電路板、記憶卡接插件、內(nèi)存模塊連接器、CPU插座、電流轉(zhuǎn)向器、耐高溫線軸等產(chǎn)品，應(yīng)用在智能手機(jī)、平板電腦、PC電腦、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域。在汽車工業(yè)中，PA4T可用于生產(chǎn)電氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)