幾種常見的工程塑料

 

聚酰胺（PA）

聚碳酸酯（PC）

聚甲醛（POM）

聚苯醚（PPO）

 

 

工程塑料之——尼龍的發(fā)展歷程

聚酰胺：又稱尼龍(Nylon)，英文名稱Polyamide，簡(jiǎn)稱PA），是一種人造多聚物，世界上第一種完全人造的纖維和塑料。

1931年：杜邦公司的卡羅澤斯開發(fā)尼龍-66，成為最先開工業(yè)化的工程塑料，并于1939年杜邦公司組織生產(chǎn)。

1942年：德國人開發(fā)了尼龍-6的工業(yè)技術(shù)，并作為纖維開發(fā)應(yīng)用。

1961年：中國開發(fā)PA1010。

1972年：杜邦公司開發(fā)芳香族尼龍工業(yè)化技術(shù)。

尼龍目前是工程塑料中產(chǎn)量最大的品種

 

最早的尼龍制品1938年尼龍正式上市，最早的尼龍制品是替代鬃毛制作牙刷的刷毛（1938年2月24日開始出售）和婦女穿的尼龍襪（1940年5月15日上市）。如今，尼龍纖維更多的是和其他纖維(棉、麻、毛等)混紡成多種人造纖維。

 

中國的尼龍——“錦綸”

錦綸：學(xué)名聚酰氨纖維，是中國所產(chǎn)聚酰胺類纖維的統(tǒng)稱。1958年4月，第一批中國國產(chǎn)己內(nèi)酰胺（尼龍6）試驗(yàn)樣品終于在遼寧省錦西化工廠試制成功。在北京纖維廠一次抽絲成功，從此拉開了中國合成纖維工業(yè)的序幕。這種合成纖維后來就被命名為“錦綸”，也就是尼龍。

錦綸的品種：有錦綸6、錦綸66、錦綸1010、錦綸610，其中最主要的是錦綸66和錦綸6。

錦綸的特點(diǎn)：強(qiáng)度高，耐磨性、回彈性好，可以純紡和混紡作各種衣料及針織品。錦綸吸濕性和染色性都比滌綸好，耐堿而不耐酸，長(zhǎng)期暴露在日光下其纖維強(qiáng)度會(huì)下降。錦綸有熱定型特性，能保持住加熱時(shí)形成的彎曲變形。

滌綸——聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET），中國聚酯纖維的商品名稱，俗稱的確良，經(jīng)紡絲和后處理制成的纖維。

 

 

聚酰胺的結(jié)構(gòu)

聚酰胺（PA），是主鏈上含有酰胺基團(tuán)（-CONH-）的高分子化合物的總稱。PA可以由二元酸與二元胺或由同時(shí)含有胺基和羧基的ω-氨基酸縮聚而得，也可由內(nèi)酰胺自聚制得。

脂肪族聚酰胺分子鏈由亞甲基（-CH2-）與酰胺結(jié)構(gòu)（-CONH-）組成。

 

 

聚酰胺的類型

 

聚酰胺的類型
PA(按主鏈組成分)	脂肪族	p型	尼龍3，4，6，7，8，9，11，12等
		mp型	尼龍66、69、610、1010、1212等
	芳香族		芳綸1313--Nomex(諾梅克斯)、 芳綸1414--Kevlar(凱夫拉)、 芳綸14
	半芳香族		尼龍MXD6、尼龍6T、尼龍9T、尼龍12T
	脂環(huán)族
	含雜環(huán)

 

 

聚酰胺（PA）的特性

 

尼龍作為大用量的工程塑料，廣泛用于機(jī)械、汽車、電器、紡織器材、化工設(shè)備、航空、冶金等領(lǐng)域。成為各行業(yè)中不可缺少的結(jié)構(gòu)材料，其主要特點(diǎn)如下：

1．優(yōu)良的力學(xué)性能：尼龍的機(jī)械強(qiáng)度高，韌性好。

2．自潤性、耐摩擦性好：尼龍具有很好的自潤性，摩擦系數(shù)小，從而，作為傳動(dòng)部件其使用壽命長(zhǎng)。

3．優(yōu)良的耐熱性：尼龍46等高結(jié)晶性尼龍的熱變形溫度很高，可在150℃下長(zhǎng)期使用。玻璃纖維增強(qiáng)PA66熱變形溫度達(dá)到250℃以上。

4．優(yōu)異的電絕緣性能：尼龍的體積電阻很高，耐擊穿電壓高，是優(yōu)良的電氣、電器絕緣材料。

5．優(yōu)良的耐氣候性。

6．吸水性：尼龍吸水性大，飽和水可達(dá)到3%以上。在一定程度影響制件的尺寸穩(wěn)定性。

 

 

聚酰胺的應(yīng)用

 

聚酰胺由于它獨(dú)特的低比重、高抗拉強(qiáng)度、耐磨、自潤滑性好、沖擊韌性優(yōu)異、具有剛?cè)峒鎮(zhèn)涞男阅芏�贏得人們的重視，加之其加工簡(jiǎn)便、效率高、比重輕（只有金屬的1/7）、可以加工成各種制品來代替金屬，廣泛用于汽車及交通運(yùn)輸業(yè)。

聚酰胺在汽車工業(yè)的消費(fèi)比例最大，大約每輛汽車消耗尼龍制品達(dá)3.6~4千克。其次是電子電氣。

典型的制品有泵葉輪、風(fēng)扇葉片、閥座、襯套、軸承、各種儀表板、汽車電器儀表、冷熱空氣調(diào)節(jié)閥等零部件。

 

聚酰胺（PA）纖維的應(yīng)用

 

聚酰胺纖維可以與棉、麻、羊毛、蠶絲等其他紡織纖維混紡，以提高產(chǎn)品的強(qiáng)度和耐磨性。它還能制成輕、薄并有良好強(qiáng)度的產(chǎn)品，如尼龍塔夫綢，可用作滑雪衫、羽絨服、箱袋及傘的面料。聚酰胺纖維在襪類用途中居于優(yōu)勢(shì)地位。強(qiáng)度為 53～88cN/dtex的聚酰胺纖維可用于制作輪胎簾子線、傳送帶及漁網(wǎng)、繩索、降落傘、帳篷布等工業(yè)用品。聚酰胺纖維地毯方面的應(yīng)用正迅速增加。

 

 

聚酰胺（PA）的應(yīng)用

 

部 位	部 件 名 稱	材 料	性 能
發(fā)動(dòng)機(jī)部件	汽缸蓋，進(jìn)氣支管，進(jìn)氣消器，散熱器，過濾器，同步皮帶，加油器蓋，高壓代碼保護(hù)器，電機(jī)電刷，沉淀器，冷卻風(fēng)扇	GPA6、PA66、PA6	高強(qiáng)度，耐溫，耐環(huán)境變化
車身部件	車門，前后蓋板、把手、門鎖、安全帶固定鉸鏈，儀表板、擋泥板，遮光板夾具	PP/PA6、PE/PA66、PPO/PA6、PA66等	抗沖擊，耐熱穩(wěn)定，可涂裝性
電氣部件	電氣配線，接插件，熔斷器，保險(xiǎn)盒，電線包覆，電線夾及固定卡套、接線柱、按鈕、開關(guān)	PA6、阻燃PA6
驅(qū)動(dòng)控制部件	齒輪，車輪蓋板，扣釘，油門，踏板，制動(dòng)管，輸油管	增強(qiáng)PA6、PA66、PA11、PA12、PA46

表-2 汽車用PA工程塑料部件

 

聚酰胺（PA）的加工特性

 

1．尼龍吸濕性強(qiáng)，容易受潮：成型前必須充分干燥。

尼龍含水量對(duì)其力學(xué)性能有較大的影響， 在熔融狀態(tài)下，水分的存在，會(huì)引起尼龍的水解而導(dǎo)致分子量下降，使得制品機(jī)械性能下降，還會(huì)在成型過程中，制品表面出現(xiàn)氣泡、銀絲和斑紋等缺陷。

2．尼龍熔體粘度低、流動(dòng)性大，噴嘴會(huì)產(chǎn)生“流延”現(xiàn)象：尼龍?jiān)诼輻U式注射機(jī)成型時(shí)，在螺桿端部必須安裝止逆環(huán)。

用螺桿式注射機(jī)注射成型時(shí)，熔體會(huì)在螺桿和料筒壁之間出現(xiàn)逆流，使注料不準(zhǔn)，浪費(fèi)原料，污染噴嘴。

3．尼龍是結(jié)晶性高聚物：必須嚴(yán)格控制工藝條件。

熔點(diǎn)明顯，而且較高。尼龍需要在較高溫度下成型，熔融狀態(tài)的尼龍熱穩(wěn)定性較差，易分解。

4．尼龍的成型收縮率大：成型工藝應(yīng)嚴(yán)格控制。

對(duì)于制造高精密度的制品，模具設(shè)計(jì)應(yīng)在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定其尺寸。

 

 

脂肪族聚酰胺的制備

 

p型聚酰胺：由ω-氨基酸自縮聚或由內(nèi)酰胺開環(huán)聚合制得（如尼龍6）

 

mp型：由二元胺與二元羧酸縮聚得所得到的聚酰胺是mp型聚酰胺（如尼龍6,6）

 

 

兩種不同聚合的區(qū)別

尼龍6與尼龍6,6有什么區(qū)別：

尼龍6,6與尼龍6在鏈結(jié)構(gòu)上的相似性，導(dǎo)致兩種材料的性能基本相似；但是鏈結(jié)構(gòu)上的細(xì)微差別，也導(dǎo)致性能有所差異。

 

脂肪族聚酰胺的結(jié)構(gòu)與性能

 

1、都是線型結(jié)構(gòu)——熱塑性

所有脂肪族聚酰胺分子鏈都是線型結(jié)構(gòu)，分子鏈骨架由-C-N-鏈組成，具有良好的柔順性，因此都是典型的熱塑性聚合物。

2、分子鏈之間有氫鍵——結(jié)晶能力強(qiáng)（與聚烯烴類的區(qū)別）

分子鏈上有規(guī)律地交替排列著較強(qiáng)的極性酰胺鍵，分子鏈規(guī)整，極性酰胺鍵可以使分子鏈之間形成氫鍵，導(dǎo)致聚酰胺具有較強(qiáng)的結(jié)晶能力。

 

氫鍵比例數(shù)對(duì)材料性能的影響：

 

由于不同品種的PA其單體所含碳原子數(shù)不同，使分子鏈之間所能形成的氫鍵比例數(shù)及氫鍵沿分子鏈分布的疏密程度不同，影響到不同PA的結(jié)晶能力和熔點(diǎn)有明顯的差別。

氫鍵比例數(shù) ∝ PA的結(jié)晶能力、熔點(diǎn)

氫鍵比例數(shù)越大，PA的結(jié)晶能力增強(qiáng)，熔點(diǎn)愈高。

P型PA：單體中含有奇數(shù)個(gè)碳原子，分子鏈上的酰胺基可以100%形成氫鍵，偶數(shù)則只有50%可以形成氫鍵。

mp型PA：兩種單體上都含有偶數(shù)碳原子，100%形成氫鍵，只有一種或沒有偶數(shù)碳原子，50%形成氫鍵。

 

 

脂肪族PA主要性能

 

力學(xué)性能：

具有良好的耐磨耗性，是優(yōu)良的耐磨材料之一。結(jié)晶度愈高，材料硬度愈大，耐磨性愈好。典型的強(qiáng)而韌聚合物，綜合性能優(yōu)于一般的通用塑料。

熱性能：

具有良好的柔性，玻璃化溫度在室溫左右，氫鍵的形成，使其熔融溫度一般高于聚烯烴，有明顯的熔點(diǎn)。

PA是半結(jié)晶聚合物，結(jié)晶度一般小于聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等高結(jié)晶度聚合度。

電性能：

聚酰胺鏈中極性的酰胺基團(tuán)，影響其電絕緣性。

室溫干燥的條件下，電絕緣性較好，潮濕的時(shí)候，電絕緣性減小。同時(shí)，溫度升高，也會(huì)使電絕緣性降低

光學(xué)性能：

大多數(shù)結(jié)晶脂肪族PA超過2.5mm厚幾乎不透明，低于0.5mm時(shí)為半透明。

加入的添加劑（如炭黑等）作為成核劑，增加PA的結(jié)晶度、球晶數(shù)量，從而降低光透射，在球晶邊界的光散射是光透射減少和不透的原因。隨著PA中酰胺基濃度減少，PA的透明區(qū)增加。

耐化學(xué)性能：

由于其高的內(nèi)聚能和結(jié)晶性，使其具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。

1、不溶于普通溶劑（醇、酯、酮類）；

2、耐許多化學(xué)藥品，不受弱酸堿、油脂及清潔劑等影響；

3、對(duì)鹽水、細(xì)菌和霉菌都很穩(wěn)定；

4、常溫下，溶于強(qiáng)極性的溶劑（硫酸、甲酸等）。

其他性能：

室溫下，PA性能穩(wěn)定，可長(zhǎng)時(shí)間保持性能不變。

具有相對(duì)優(yōu)良的耐候性，氣候的變化會(huì)使PA發(fā)脆，力學(xué)性能下降，表面產(chǎn)生變化。

具有自燃性，但火焰?zhèn)鞑ニ俣群苈��?/span>

 

 

脂肪族聚酰胺的加工與應(yīng)用

 

PA具有寬泛的加工范圍和良好的加工性，幾乎所有常用的熱塑件塑料加工方法均可加工PA。其中最主要的是注塑和擠出成形。

另外，PA吸水率高，應(yīng)該在成形前對(duì)樹脂進(jìn)行干燥。

PA的應(yīng)用：

1、機(jī)械零件：軸承、軸瓦、活塞環(huán)、采葉輪等等

2、汽車工業(yè)：主要采用玻纖增強(qiáng)PA，用在皮帶輪、吸附罐、刮水器等等

3、電子電器：機(jī)罩、集成線路板、旋扭、電器線圈

4、化工設(shè)備：耐腐耐油管道、輸油管、過濾器

5、建筑與民用：門、滑輪、安全帽、繩索等等