1、第六章：聚酰胺第六章：聚酰胺v第一节：概述第一节：概述v一、定义一、定义v 聚酰胺（聚酰胺（PA，Polyamide ）也称尼龙）也称尼龙，是主链是主链v上含有酰胺基（上含有酰胺基（CONH）的聚合物，）的聚合物，按其主链按其主链v结构可分为结构可分为脂肪族脂肪族、半芳香族半芳香族、全芳香族全芳香族、含杂环含杂环v芳香族芳香族及及脂环族脂环族聚酰胺，聚酰胺，适合作塑料材料的主要是适合作塑料材料的主要是v脂肪族脂肪族聚酰胺。聚酰胺。 二、生产方法二、生产方法v生产脂肪族聚酰胺的方法很多，但工业化的生产脂肪族聚酰胺的方法很多，但工业化的主要方法有以下几种：主要方法有以下几种：v1. 由二元胺和二元
2、酸合成由二元胺和二元酸合成PA：这类这类PA用两用两 位数字命名（聚酰胺位数字命名（聚酰胺-XY），分子通式：），分子通式： 其中其中: X 表示二元胺中的碳原子数，表示二元胺中的碳原子数， Y 表示二元酸中的碳原子数，表示二元酸中的碳原子数， 如：如：PA-66，PA-610，PA-1010v2. 由由-氨基酸自身缩聚或由内酰胺开环聚合氨基酸自身缩聚或由内酰胺开环聚合 合成合成PA：（聚酰胺：（聚酰胺X），分子通式：），分子通式： X 表示表示-氨基酸或内酰胺分子中碳原子数，氨基酸或内酰胺分子中碳原子数， 例如：例如：PA-6v3. 有多种单体共缩聚合成有多种单体共缩聚合成PA：由两种以上己
3、由两种以上己 内酰胺或氨基酸、由两种以上的二元胺与内酰胺或氨基酸、由两种以上的二元胺与 一种或多种二元酸共缩聚。一种或多种二元酸共缩聚。 如：如：PA-66/6，PA-6/66/1010等。等。v三、发展简史三、发展简史v聚酰胺是塑料工业中发展最早的品种，目前产量居聚酰胺是塑料工业中发展最早的品种，目前产量居 工程塑料之首。工程塑料之首。v1939年，年，PA-66，由美国杜邦公司首先工业化生产，由美国杜邦公司首先工业化生产v1941年，年，PA-610，由美国杜邦公司首先工业化生产，由美国杜邦公司首先工业化生产v1943年，年，PA-6，由德国法本公司首先工业化生产，由德国法本公司首先工业化
4、生产v1959年年，PA-1010， 由我国首先工业化生产由我国首先工业化生产第二节：第二节：PAPA的结构与性能的结构与性能v一、聚酰胺的结构特征一、聚酰胺的结构特征v1. 脂肪族脂肪族PA都是线型聚合物，是热塑性塑料。都是线型聚合物，是热塑性塑料。v2. 其分子链中含有空间规则排列的酰胺基极性基其分子链中含有空间规则排列的酰胺基极性基 （CONH），在适当条件下可形成结晶结构。），在适当条件下可形成结晶结构。v3CONH的存在使聚合物在分子内或分子间可的存在使聚合物在分子内或分子间可 形成氢键，分子间作用力进一步增强，故这类聚形成氢键，分子间作用力进一步增强，故这类聚 合物具有较高的熔点及
5、力学强度，酰胺基具有一合物具有较高的熔点及力学强度，酰胺基具有一 定的反应活性，可进行大分子官能团的反应。定的反应活性，可进行大分子官能团的反应。v4. 非极性的亚甲基结构可在晶区，也可在非晶区。非极性的亚甲基结构可在晶区，也可在非晶区。 v 晶区的结构提供较强的分子间力晶区的结构提供较强的分子间力v 无定型区的碳链结构则赋予聚合物材料一定的柔性无定型区的碳链结构则赋予聚合物材料一定的柔性v 使使PA既具有较高的力学强度，又具有良好的柔性既具有较高的力学强度，又具有良好的柔性 及明显的及明显的Tg 。v5. 尽管尽管PA的熔点很高（的熔点很高（200），但其在熔点以），但其在熔点以 上的熔体粘
6、度则较低上的熔体粘度则较低。（一）、（一）、PAPA的分子结构的分子结构v1. 亚甲基亚甲基 / 酰胺基的比例酰胺基的比例 不同不同PA分子中此比例不同，即极性酰胺基分子中此比例不同，即极性酰胺基之间的碳原子数不同。之间的碳原子数不同。 分子链长度相同时，随比值增加，分子间分子链长度相同时，随比值增加，分子间形成的氢键数目减少，分子间作用力减弱，形成的氢键数目减少，分子间作用力减弱，柔性增加。柔性增加。2. 亚甲基含量的奇亚甲基含量的奇-偶效应偶效应 亚甲基含量为偶数时，亚甲基含量为偶数时，PA的熔点较亚甲基为奇数时的熔的熔点较亚甲基为奇数时的熔 点高。点高。 例如例如：PA-7的熔点（的熔点
7、（227）较）较PA-6（215）和）和 PA-8 （180）高）高v 存在这种差异的主要原因：存在这种差异的主要原因： 含有偶数亚甲基的含有偶数亚甲基的PA分子间形成的氢键密度大分子间形成的氢键密度大 含有偶数亚甲基的含有偶数亚甲基的PA与含有奇数亚甲基的与含有奇数亚甲基的PA所形成所形成 的结晶结构不同。的结晶结构不同。 例如：例如：PA-6的的型晶体内分子相互平行排列，导致沿分子型晶体内分子相互平行排列，导致沿分子 链方向的重复性较低，晶体密度较低，故熔点低于亚链方向的重复性较低，晶体密度较低，故熔点低于亚 甲基为偶数的甲基为偶数的PA-7。v3. 氢键和取代基氢键和取代基 PA分子间的
8、氢键是赋予这类聚合物材料高熔点、分子间的氢键是赋予这类聚合物材料高熔点、 高强度的重要因素高强度的重要因素，若用，若用CH3或或CH2OCH3 等基团取代酰胺基中的氢原子，导致大分子链间等基团取代酰胺基中的氢原子，导致大分子链间 的距离增大，作用力减弱，破坏分子链的规整性，的距离增大，作用力减弱，破坏分子链的规整性， 降低降低PA的结晶性及软化点，甚至可以制得橡胶制的结晶性及软化点，甚至可以制得橡胶制 品。品。v4. 分子量分子量：增加增加PA分子量可提高其耐热性和制品的分子量可提高其耐热性和制品的 尺寸稳定性尺寸稳定性。v5. 共缩聚共缩聚：共缩聚将：共缩聚将导致结晶能力下降，形成无定导致结
9、晶能力下降，形成无定型型 聚合物聚合物，因此通过共缩聚可得到坚韧、，因此通过共缩聚可得到坚韧、柔柔 软、透明的皮革状制品。软、透明的皮革状制品。（二）、（二）、PA的结晶结构的结晶结构v1. 分子结构及氢键对结晶结构的影响分子结构及氢键对结晶结构的影响 结晶度和结晶形态会影响结晶度和结晶形态会影响PA 的性能；的性能；v2. 加工条件对结晶形态及结晶度的影响加工条件对结晶形态及结晶度的影响 而随加工条件不同，会影响结晶度和结晶尺寸；而随加工条件不同，会影响结晶度和结晶尺寸； v3. 吸水性及成核剂对结晶度的影响吸水性及成核剂对结晶度的影响 PA 的吸湿会导致的吸湿会导致Tg降低，会发生缓慢结晶
10、，导致降低，会发生缓慢结晶，导致 制品后收缩；制品后收缩；v 加入成核剂可获得微晶成核加入成核剂可获得微晶成核PA，具有较高的拉伸，具有较高的拉伸强度、耐磨性及硬度，但断裂伸长率及冲击强度略有强度、耐磨性及硬度，但断裂伸长率及冲击强度略有下降。下降。（三）、取向结构（三）、取向结构v在加工过程中在加工过程中由于流动和剪切作用，由于流动和剪切作用，会产生会产生一定程度的分子取向，导致制品性能各向异一定程度的分子取向，导致制品性能各向异性性（即沿取向方向的强度优于非取向方向）（即沿取向方向的强度优于非取向方向）v 工艺上常用双轴取向方法提高工艺上常用双轴取向方法提高PA 薄膜的总薄膜的总强度，此外
11、，取向也有利于结晶过程的进行。强度，此外，取向也有利于结晶过程的进行。二、聚酰胺的性能二、聚酰胺的性能 v1. 物理性能物理性能:v无毒、无味，不霉烂，无毒、无味，不霉烂，v外观为半透明或透明的乳白色或淡黄色粒料外观为半透明或透明的乳白色或淡黄色粒料,v密度：密度：1.04 1.36 g /cm32. 力学性能力学性能v 拉伸强度和冲击强度拉伸强度和冲击强度：PA在室温下具有较在室温下具有较高的拉伸强度及冲击强度，随温度及吸水性增高的拉伸强度及冲击强度，随温度及吸水性增加，加，PA的拉伸强度急剧下降，而冲击强度则的拉伸强度急剧下降，而冲击强度则明显提高；明显提高； PA品种不同，强度受温度和吸
12、水品种不同，强度受温度和吸水性的影响也不同。性的影响也不同。v随酰胺基之间亚甲基增加，对温度和吸水性的随酰胺基之间亚甲基增加，对温度和吸水性的敏感性减弱。玻纤增强的聚酰胺强度受温度和敏感性减弱。玻纤增强的聚酰胺强度受温度和吸水性的影响更小。吸水性的影响更小。v 疲劳强度疲劳强度： PA的疲劳强度约为其拉伸强度的的疲劳强度约为其拉伸强度的20% 30%；PA的疲劳强度随分子量的增加而的疲劳强度随分子量的增加而增大，但随吸水性的增加而下降。玻纤增强增大，但随吸水性的增加而下降。玻纤增强PA的疲劳强度可提高的疲劳强度可提高50%左右左右。v 抗蠕变性抗蠕变性：PA的抗蠕变性较差，故不适于制造精的抗蠕
13、变性较差，故不适于制造精 密制品。密制品。 v PA的抗蠕变性与应力、温度及吸水性有关，应力的抗蠕变性与应力、温度及吸水性有关，应力 增大或吸水性增大，其抗蠕变性降低。增大或吸水性增大，其抗蠕变性降低。v PA的抗蠕变性随温度的变化受时间的制约，施加的抗蠕变性随温度的变化受时间的制约，施加 应力初，随温度增高，应力初，随温度增高，PA的抗蠕变性下降，随后的抗蠕变性下降，随后 不受温度影响。玻纤增强不受温度影响。玻纤增强PA的抗蠕变性优于普通的抗蠕变性优于普通 PA。 v 耐摩擦性和耐磨耗性耐摩擦性和耐磨耗性：耐摩擦性能和耐磨耗性能：耐摩擦性能和耐磨耗性能 是尼龙制品突出的主要性能。是尼龙制品突
14、出的主要性能。PA无油润滑的摩擦无油润滑的摩擦 因数通常为因数通常为0.10.3，且各种，且各种PA的的无明显差异无明显差异 。其中。其中PA-1010为最佳，它的比重约为为最佳，它的比重约为Cu的的1/7， 但其耐磨耗性却是但其耐磨耗性却是Cu的的8倍倍。3. 热性能热性能v与其它热塑性树脂不同，与其它热塑性树脂不同，PA具有如下特点：具有如下特点：v 它不随温度上升而逐渐软化，而是它不随温度上升而逐渐软化，而是具有明具有明 显的熔点。显的熔点。v PA的长期使用温度在的长期使用温度在80左右，短期内使左右，短期内使 用温度可达用温度可达120，若温度高于若温度高于120以上以上 长期使用，
15、制品会接触氧发生缓慢的热分长期使用，制品会接触氧发生缓慢的热分 解反应变为褐色，为提高其耐热性，可在解反应变为褐色，为提高其耐热性，可在 其中添加抗氧剂。其中添加抗氧剂。v 线膨胀系数：依赖于晶体结构的稳定性及结晶度线膨胀系数：依赖于晶体结构的稳定性及结晶度 v a. 结构越稳定，线膨胀系数越小；结构越稳定，线膨胀系数越小；v b. 极性基团极性基团 CONH 间的碳原子越多，分子间力间的碳原子越多，分子间力 就越小，线膨胀系数越大；就越小，线膨胀系数越大；v c. 非晶部分所占比例越大，线膨胀系数越大非晶部分所占比例越大，线膨胀系数越大v热导率热导率：未加填料的未加填料的PA热导率热导率变化
16、范围很窄变化范围很窄 （0.210.32 W / mk），受聚合物品种、），受聚合物品种、 结构及温度的影响都很小。结构及温度的影响都很小。v 负荷变形温度负荷变形温度：加入玻纤可明显提高其负荷变形：加入玻纤可明显提高其负荷变形 温度，因此玻纤填充温度，因此玻纤填充PA可作为高温刚性材料。可作为高温刚性材料。 v 阻燃性阻燃性：PA分子结构中含有酰胺基团，故具有分子结构中含有酰胺基团，故具有 一定的阻燃性能，一定的阻燃性能，燃烧时火焰为蓝色，上端呈黄燃烧时火焰为蓝色，上端呈黄 色，色， PA属自熄性材料属自熄性材料，且有较高的极限氧指数。，且有较高的极限氧指数。v PA-66 22 v 30%
17、玻纤增强玻纤增强PA-66 38v高聚物的高聚物的电性能电性能主要是指它的主要是指它的介电性能介电性能和和导电性能导电性能。v聚合物的介电性能聚合物的介电性能 是指它是指它在电场中的作用下对电能在电场中的作用下对电能 的贮存和损耗的性能的贮存和损耗的性能，通常用，通常用介介 电常数电常数和和介电损耗角正切介电损耗角正切来表示来表示v介电常数介电常数是指含有电介质的电容器的电容和该真空是指含有电介质的电容器的电容和该真空电电 容器的电容之比。容器的电容之比。 是是表征电介质贮存电能大小表征电介质贮存电能大小的物理量。的物理量。 v介电损耗介电损耗是指在交变电场中电介质会损耗部分能量是指在交变电场
18、中电介质会损耗部分能量而而 发热。发热。介电强度介电强度：是指物质能抗击穿（材料结构遭到：是指物质能抗击穿（材料结构遭到 破坏）和放电的最高电压梯度。破坏）和放电的最高电压梯度。 高聚物作为电绝缘材料，要求高聚物作为电绝缘材料，要求电阻率电阻率和和介电强度介电强度要高要高，介电常数介电常数和和介电损耗介电损耗要小要小。4. 电性能电性能PA在低温及低湿度条件下是极好的电绝缘体，在低温及低湿度条件下是极好的电绝缘体，但但当温度及湿度增加时，电绝缘性能恶化。当温度及湿度增加时，电绝缘性能恶化。（PA-11的电绝缘性对湿度的敏感性较小，的电绝缘性对湿度的敏感性较小，PA-6则较大）则较大）v 体积电
19、阻率体积电阻率：在干燥条件下，各种：在干燥条件下，各种PA的体的体积电阻律基本相同，但在平衡水分状态下，酰胺积电阻律基本相同，但在平衡水分状态下，酰胺基密度高的基密度高的PA品种的体积电阻率下降较大，品种的体积电阻率下降较大，PA的体积电阻率随温度的升高而降低，随吸水性的的体积电阻率随温度的升高而降低，随吸水性的增加而下降。增加而下降。v 介电性能介电性能：各种：各种PA在干燥条件下的介电常在干燥条件下的介电常 数和介电损耗角正切差异很小。但在吸水数和介电损耗角正切差异很小。但在吸水 状态下状态下PA的介电性能明显变化，其中酰胺的介电性能明显变化，其中酰胺 基密度越大，变化越明显。基密度越大，
20、变化越明显。v 介电强度介电强度：随制品厚度和吸水性的增加以：随制品厚度和吸水性的增加以 及温度的升高而有所降低，其中尤以温度及温度的升高而有所降低，其中尤以温度 的影响最大。的影响最大。v（PA-6的吸水性最强，水分对其介电强度的的吸水性最强，水分对其介电强度的 影响最显著）影响最显著）5. 吸水性及气体和液体的渗透性吸水性及气体和液体的渗透性:v 吸水性吸水性：PA的吸水性比其它热塑性塑料大的吸水性比其它热塑性塑料大 得多，且受以下因素影响：得多，且受以下因素影响： va. 环境中的相对湿度或水蒸气的蒸汽压；环境中的相对湿度或水蒸气的蒸汽压；vb. PA的结构（主要是分子中极性基团间的碳的
21、结构（主要是分子中极性基团间的碳 原子数或原子数或CH2 / CONH比）；比）；vc. PA的结晶度。的结晶度。v 随极性基团间碳原子数增加，吸水性明显下随极性基团间碳原子数增加，吸水性明显下降，结晶度越大，吸水性较小。降，结晶度越大，吸水性较小。尼龙的吸水性是由非晶部分极性酰胺基（亲水尼龙的吸水性是由非晶部分极性酰胺基（亲水基团）的作用，其大小由它的分子主链段结构基团）的作用，其大小由它的分子主链段结构决定，吸水性是随尼龙分子主链段上亚甲基含决定，吸水性是随尼龙分子主链段上亚甲基含量增加而下降。主要原因是极性酰胺基团的密量增加而下降。主要原因是极性酰胺基团的密度降低。度降低。吸水性吸水性
22、PA6 PA11 PA12 PA46 PA66 PA610 PA612 PA1212 PA1313 % 1.5 0.3 0.25 1.8 1.3 0.4 0.4 0.2 0.1370.175v 气体和液体的渗透性：取决于气体和液体的渗透性：取决于PA的类型及结的类型及结晶度晶度v6. 耐老化性：耐老化性：v PA在不受阳光照射的条件下使用时，具有在不受阳光照射的条件下使用时，具有 优良的耐老化性能，但在成型加工和露天优良的耐老化性能，但在成型加工和露天 使用过程中会发生降解，使性能变坏。使用过程中会发生降解，使性能变坏。v 热降解；热降解；v 光降解；光降解；v 高能辐射降解高能辐射降解v7.
23、 化学性能：化学性能：v PA具有较高结晶能力及较大的内聚能密度具有较高结晶能力及较大的内聚能密度 ，故其溶剂很少，故其溶剂很少，耐化学性能优良。耐化学性能优良。v 有机溶剂有机溶剂与与PA的溶解性：一般而言，随温的溶解性：一般而言，随温 度升高，有机溶剂与度升高，有机溶剂与PA的作用加剧；的作用加剧；PA结结 晶度越高，分子中晶度越高，分子中CH2 / CONH比值越大，比值越大， 与有机溶剂作用越小。与有机溶剂作用越小。v 除甲酸外，酚类化合物（如苯酚、除甲酸外，酚类化合物（如苯酚、2-甲基甲基 苯酚、苯酚、4-甲基苯酚或间苯二酚）是甲基苯酚或间苯二酚）是PA的有的有 效溶剂，若在这些溶剂
24、中加入甲醇或乙醇效溶剂，若在这些溶剂中加入甲醇或乙醇 可提高溶解性。可提高溶解性。v 耐酸、碱或盐的腐蚀性耐酸、碱或盐的腐蚀性：不同浓度的无机酸、碱不同浓度的无机酸、碱 或盐均可导致或盐均可导致PA的溶胀、溶解或水解。的溶胀、溶解或水解。（由于硝（由于硝 酸具有氧化性能，与酸具有氧化性能，与PA产生特殊作用，因此产生特殊作用，因此PA- 11和和PA-12可溶于硝酸而不溶于硫酸或盐酸）可溶于硝酸而不溶于硫酸或盐酸）v 通过通过PA的稀酸溶解粘度可测定其分子量，但高浓的稀酸溶解粘度可测定其分子量，但高浓 度或高温将导致度或高温将导致PA水解而使分子链破坏（可从水解而使分子链破坏（可从 溶液粘度下
25、降观察）。低于溶解或水解浓度的稀溶液粘度下降观察）。低于溶解或水解浓度的稀 酸也可导致聚酰胺的腐蚀（制品表面产生不同深酸也可导致聚酰胺的腐蚀（制品表面产生不同深 度的细裂纹或网状裂纹）度的细裂纹或网状裂纹）v PA在一些无机盐中也会发生腐蚀，危害最大的无在一些无机盐中也会发生腐蚀，危害最大的无 机盐是机盐是ZnCl2。第三节：主要的尼龙品种第三节：主要的尼龙品种v一、一、PA-6 （Polycaprolactam , 聚己内酰胺）聚己内酰胺）v1. 合成合成v 制备制备PA-6的单体为己内酰胺或的单体为己内酰胺或-氨基己氨基己 酸；一般用己内酰胺酸；一般用己内酰胺.v 己内酰胺分子中有酰胺基，
26、故易发生水解己内酰胺分子中有酰胺基，故易发生水解或脱水等反应。在高温及引发剂作用下，己内或脱水等反应。在高温及引发剂作用下，己内酰胺易发生开环聚和反应，形成酰胺易发生开环聚和反应，形成PA-6。v工业上工业上 PA-6通常由己内酰胺水解聚合而得，即将通常由己内酰胺水解聚合而得，即将单体和单体和5%10%的水加热到的水加热到250270，使，使己内酰胺水解先得到氨基己酸，随后缩聚和加己内酰胺水解先得到氨基己酸，随后缩聚和加成反应同时进行即得成反应同时进行即得PA-6。 基本反应如下：基本反应如下： v2. 2. 物性特征物性特征 密度：密度：1.13g/cm3 熔点：熔点：215 热变形温度：热
27、变形温度：68 耐寒温度：耐寒温度：-30v外观：乳白色或微黄色透明到不透明，角质状结晶外观：乳白色或微黄色透明到不透明，角质状结晶 性聚合物。性聚合物。v具有良好的柔韧性、耐磨性、自润滑性，刚度小，具有良好的柔韧性、耐磨性、自润滑性，刚度小，耐蒸煮耐蒸煮 v能缓慢燃烧，离火慢熄，有滴落、起泡现象。能缓慢燃烧，离火慢熄，有滴落、起泡现象。v化学稳定性好，耐油、耐细菌化学稳定性好，耐油、耐细菌；成型加工性成型加工性极好极好，可注塑、挤出、吹塑、滚塑、喷涂、，可注塑、挤出、吹塑、滚塑、喷涂、粉末成型等。粉末成型等。v 最高使用温度达最高使用温度达180，若加入冲击改性剂，若加入冲击改性剂会降至会降
28、至160，若用，若用15%50%玻纤增强，可玻纤增强，可高达高达199。v3. 3. 用途用途：v轴承、齿轮、凸轮、滑轮、螺帽、垫片、高轴承、齿轮、凸轮、滑轮、螺帽、垫片、高压油管、储油容器等。压油管、储油容器等。二、二、MC尼龙尼龙 是在常压下将熔融的原料是在常压下将熔融的原料己内酰胺己内酰胺单体用强碱性的物单体用强碱性的物质质作催化剂，与活性剂等助剂一起，直接注入预热到一定温作催化剂，与活性剂等助剂一起，直接注入预热到一定温度的模具中，物料在模具内很快地进行聚合反应，凝结成度的模具中，物料在模具内很快地进行聚合反应，凝结成白色坚韧的固体坯料。用这种方法成型的尼龙，称为白色坚韧的固体坯料。用
29、这种方法成型的尼龙，称为单体单体浇铸尼龙浇铸尼龙，又叫，又叫单体铸塑尼龙单体铸塑尼龙、铸型尼龙铸型尼龙，简称，简称MC尼龙尼龙（Monomer Casting Nylon）v从从原料开始到聚合成型，整个操作只需原料开始到聚合成型，整个操作只需0.52h。v此法仅适合此法仅适合己内酰胺己内酰胺v2. 物性特征物性特征v性能指标：性能指标：密度：密度： 1.15 1.16 g/cm3 v 平均分子质量：（平均分子质量：（510）104v 熔点：熔点： 223 225 v 热变形温度：热变形温度： 150 190 v 拉伸强度：拉伸强度： 75 100 MPa v 冲击强度：冲击强度： 5 9 kJ
30、/m2v 弯曲强度：弯曲强度： 140 170 MPa v 吸水性：吸水性： 0.71.2%（24h），）， 5.56.5%（饱和）（饱和）v特点：特点：v 具有尼龙具有尼龙6的通性：强度、刚性、韧性好，耐磨，的通性：强度、刚性、韧性好，耐磨， 化学稳定性好；化学稳定性好；v 分子量和结晶度高于尼龙分子量和结晶度高于尼龙6，故吸水性较低，尺寸，故吸水性较低，尺寸 稳定性和机械强度也高于尼龙稳定性和机械强度也高于尼龙6；v 有自熄性，持续耐热温度可达有自熄性，持续耐热温度可达100；v 制品可机加工，焊接、粘接等，适宜浇铸大型制制品可机加工，焊接、粘接等，适宜浇铸大型制 品或用量少、品种多、结构
31、复杂的制件。品或用量少、品种多、结构复杂的制件。v三、三、PA-66 PA-66是杜邦公司推出的第一个尼龙品种和是杜邦公司推出的第一个尼龙品种和第一个缩聚类高聚物。第一个缩聚类高聚物。PA-66 时时PA最重要的品最重要的品种，产量约占种，产量约占PA工程塑料总量的工程塑料总量的70%，其原料，其原料是己二胺和己二酸。是己二胺和己二酸。v1. 合成合成v 工业上工业上PA-66 的合成方法是将等摩尔比的的合成方法是将等摩尔比的己二胺和己二酸在己二胺和己二酸在270275下进行熔融缩下进行熔融缩聚而成。聚而成。PA化学反应的平衡常数较大，因此化学反应的平衡常数较大，因此不需要催化剂，反应初期也不
32、需要考虑平衡不需要催化剂，反应初期也不需要考虑平衡移动问题。为了保证己二胺和己二酸等摩尔，移动问题。为了保证己二胺和己二酸等摩尔，通常采用先中和成盐再缩聚的方法，即利用通常采用先中和成盐再缩聚的方法，即利用66盐在冷热乙醇中溶解度的显著差别，经重盐在冷热乙醇中溶解度的显著差别，经重结晶，可以提纯，保证胺和羧酸官能团的等结晶，可以提纯，保证胺和羧酸官能团的等摩尔，杂质则留在母液中。摩尔，杂质则留在母液中。v反应式为：反应式为：vH2N (CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOH NH3+(CH2)6NH3+ -OOC(CH2) 4COO - 另外缩聚时，可加少量单官能团的醋酸（质量分数
33、另外缩聚时，可加少量单官能团的醋酸（质量分数0.20.3%）或己二酸封端，以控制分子量。）或己二酸封端，以控制分子量。vn NH3+(CH2)6NH3+ -OOC(CH2) 4COO - + CH3COOH CH3CO NH (CH2)6NHOC(CH2) 4CO n OH + 2n H2Ov2. 物性特征物性特征v性能指标性能指标： v 30%玻纤增强玻纤增强 50%玻纤增强玻纤增强v分子量：分子量： （1.52.2）104 （短）（短） （长）（长） v密度：密度： 1.13 1.15 1.37 1.37 1.37v拉伸强度：拉伸强度： 60 80 MPa 190 200 225v弯曲强度
34、：弯曲强度： 100 MPa 267 327 327v缺口冲击强度：缺口冲击强度： 56 kJ/m2 10.9 19 14v脆化温度：脆化温度： -35v热变形温度：热变形温度： 75 254 257 260v成型收缩率：成型收缩率： 1.52.2% 0.60.9% 0.50.6% 0.40.6%v体积电阻：体积电阻： 1.83105 cm v介电常数：介电常数： （1MHz） 1.63v特点特点：v 半透明或不透明的乳白色结晶聚合物，受紫外线半透明或不透明的乳白色结晶聚合物，受紫外线 照射会发出紫白光或蓝白色光；照射会发出紫白光或蓝白色光；v 机械强度大，耐应力开裂性好，耐磨性在聚酰胺机械强
35、度大，耐应力开裂性好，耐磨性在聚酰胺 中最好，自润滑性仅次于中最好，自润滑性仅次于PTFE和和POM；v 化学稳定性好化学稳定性好，但溶于甲酸等极性溶剂，但溶于甲酸等极性溶剂， 加碳黑可提高耐候性；加碳黑可提高耐候性；v 吸水性大，因此尺寸稳定性差吸水性大，因此尺寸稳定性差；v 成型加工性好成型加工性好，可挤塑、注塑、吹塑、机加、焊，可挤塑、注塑、吹塑、机加、焊 接、粘接，接、粘接，加工温度高（熔点：加工温度高（熔点：238248）v四、四、PA-1010 v（ Nylon1010，Polydecamethylene sebacamide） v PA-1010是我国开发出的品种，它是由蓖麻油为
36、是我国开发出的品种，它是由蓖麻油为 原料制得癸二酸和癸二胺缩聚而成的。原料制得癸二酸和癸二胺缩聚而成的。v1. 合成合成v首先将癸二胺和癸二酸中合成首先将癸二胺和癸二酸中合成PA-1010盐，然后再盐，然后再加热熔融，经脱水缩聚反应制得加热熔融，经脱水缩聚反应制得PA-1010。 PA-1010的熔点较低（的熔点较低（194），故熔融缩聚可在），故熔融缩聚可在较低温度（较低温度（240250）下进行。）下进行。 反应式：反应式：v2. 物性特征物性特征v性能指标性能指标： 2530%玻纤增强玻纤增强v密度：密度： 1.07 g/cm3 v熔点：熔点： 198210v拉伸强度：拉伸强度： 40
37、MPa 90 MPav断裂伸长率：断裂伸长率： 150 %v弯曲强度：弯曲强度： 70 MPa 160 MPav缺口冲击强度：缺口冲击强度： 17 kJ/m2 15.0 kJ/m2v特点：特点：v 呈半透明结晶型热塑性聚合物，呈半透明结晶型热塑性聚合物， 无毒，耐霉菌，耐低无毒，耐霉菌，耐低 温，脆化温度为温，脆化温度为-60；v 优异的耐磨性，自润滑性，良好的消音性；优异的耐磨性，自润滑性，良好的消音性；v 吸水性小吸水性小，介电性能好，化学稳定性好，但溶于强极性，介电性能好，化学稳定性好，但溶于强极性 溶剂，如苯酚、浓硫酸等；溶剂，如苯酚、浓硫酸等；v 成型加工性能好。成型加工性能好。v3
38、. 成型加工及用途成型加工及用途v 可挤出、注塑、吹塑、喷涂等加工方法成型，加可挤出、注塑、吹塑、喷涂等加工方法成型，加 工前需要在工前需要在80100下干燥数小时。下干燥数小时。v 用途：小模塑齿轮、轴承保持架、轴套、高压阀衬垫、用途：小模塑齿轮、轴承保持架、轴套、高压阀衬垫、 油箱衬里、输油管、工业虑布、筛网、毛刷、电线油箱衬里、输油管、工业虑布、筛网、毛刷、电线 电缆保护层电缆保护层九、玻纤增强尼龙九、玻纤增强尼龙v 增强材料的种类与特征增强材料的种类与特征 具有增强作用的材料有具有增强作用的材料有纤维类纤维类、片状片状、针状超细针状超细 （纳米）无机填料纳米）无机填料以及以及有机高聚物
39、有机高聚物等。等。 用于用于PA增强的主要品种有下列几种：增强的主要品种有下列几种： 玻璃纤维玻璃纤维 碳纤维碳纤维 芳纶芳纶 硼纤维硼纤维 晶须晶须 云母、滑石粉、蒙脱土云母、滑石粉、蒙脱土v玻纤增强尼龙玻纤增强尼龙v 为了改善尼龙性能（如为了改善尼龙性能（如拉伸强度拉伸强度、耐热性耐热性、尺寸稳定性尺寸稳定性、 硬度硬度和和抗蠕变性抗蠕变性等），用玻纤添加可取得良好的效果。等），用玻纤添加可取得良好的效果。 （一）、（一）、 生产过程生产过程v（ 二）、玻纤增强尼龙的控制因素二）、玻纤增强尼龙的控制因素v 玻纤单纤直径玻纤单纤直径对对GFPA力学性能影响很大力学性能影响很大v 一般情况下应
40、控制在一般情况下应控制在1020m范围内。范围内。v 太粗太粗与与PA粘结性较差，导致力学性能下降；粘结性较差，导致力学性能下降；v 太细太细易被螺杆剪切成细微粉末，失去纤维的增强作用易被螺杆剪切成细微粉末，失去纤维的增强作用。v 玻纤长度的影响玻纤长度的影响v 长度一般控制在长度一般控制在23mm为宜。为宜。v 理论上，玻纤长度越长其增强效果越好，但也将理论上，玻纤长度越长其增强效果越好，但也将带来制品表面粗糙以及翘曲等问题。带来制品表面粗糙以及翘曲等问题。v （玻纤的长度与其原始长度无关，而与螺杆组合（玻纤的长度与其原始长度无关，而与螺杆组合v结构及转速有关。因此，要控制玻纤长度，应从调结
41、构及转速有关。因此，要控制玻纤长度，应从调v整螺杆结构和转速入手）整螺杆结构和转速入手）v 玻纤含水量的影响玻纤含水量的影响v玻纤表面的水分在熔玻纤表面的水分在熔融挤出过程中将使融挤出过程中将使PA发生水解反应，发生水解反应，v导致导致PA发生降解，发生降解，v从而降低增强从而降低增强PA的力的力学性能。学性能。v 玻纤表面玻纤表面 处理的影响处理的影响v玻纤的表面浸玻纤的表面浸润剂主要成分润剂主要成分是偶联剂和成是偶联剂和成膜剂。膜剂。v 玻纤含量的影响玻纤含量的影响v 随玻纤含量增加，产品熔体流动性下降；随玻纤含量增加，产品熔体流动性下降；v 随玻纤含量增加，力学性能明显提高；随玻纤含量增
42、加，力学性能明显提高； 随玻纤含量增加，热变形温度随之提高随玻纤含量增加，热变形温度随之提高； 随玻纤含量增加随玻纤含量增加,GFPA的成型收缩率随之减小。的成型收缩率随之减小。 v玻纤含量玻纤含量:v 随玻纤含量增加，随玻纤含量增加，PA的力学强度、尺寸稳定的力学强度、尺寸稳定性及耐热性能均有明显提高。性及耐热性能均有明显提高。v当含量为当含量为4050%时，由于熔体粘度过大，给时，由于熔体粘度过大，给成型带来困难；成型带来困难；v而含量小于而含量小于10%时，增强效果不明显，时，增强效果不明显，v因此一般含量以因此一般含量以30%为宜为宜。v成型加工成型加工: 玻纤增强玻纤增强PA的的成型
43、加工工艺与未增强成型加工工艺与未增强PA大致相同大致相同， 但其流动性较差，因而在注塑时，但其流动性较差，因而在注塑时，注塑压力和注塑速注塑压力和注塑速 度适当提高，料筒温度也应提高度适当提高，料筒温度也应提高1040，同时由于，同时由于 熔融状态下玻纤会发生取向，尺寸变化产生各向异熔融状态下玻纤会发生取向，尺寸变化产生各向异 性，制品容易变形和翘曲，因此在成型工艺条件下，性，制品容易变形和翘曲，因此在成型工艺条件下， 模具设计、浇口位置和形状模具设计、浇口位置和形状等方面，必须等方面，必须引起足够重引起足够重 视并做出适当调整。视并做出适当调整。 v十、填充尼龙十、填充尼龙v 用无机填料与用
44、无机填料与PA6、PA66等共混，能提高尼龙的刚性、耐热等共混，能提高尼龙的刚性、耐热 性、尺寸稳定性，降低成型收缩率、制品翘曲及生产成本。性、尺寸稳定性，降低成型收缩率、制品翘曲及生产成本。v1. 尼龙用填料种类尼龙用填料种类v 碳酸钙（碳酸钙（CaCO3）: 按来源分为重质和轻质两种按来源分为重质和轻质两种v 滑石粉（滑石粉（3MgO 4SiO2 H2O）；）； v 硅灰石（硅灰石（CaSiO3）；）；v 高岭土（高岭土（Al2O3 SiO2 n H2O）；）；v 云母云母 KAl2 ( AlSi3O10 ) (OH)2 ；v 玻璃微珠玻璃微珠. v滑石粉、硅灰石、高岭土、云母属于硅酸盐类
45、，结晶结构具有滑石粉、硅灰石、高岭土、云母属于硅酸盐类，结晶结构具有针状、棒状、层状特征，不仅可以作为填充剂降低成本，而具针状、棒状、层状特征，不仅可以作为填充剂降低成本，而具有一定的增强作用。有一定的增强作用。v2. 填料的物理特性与该性功能的关系填料的物理特性与该性功能的关系v 纤维状、柱状、片状等纵横面比较大的填料，有纤维状、柱状、片状等纵横面比较大的填料，有 利于提高利于提高PA的力学强度；的力学强度；v 球状、粒状填料可提高加工性能，但会降低材料球状、粒状填料可提高加工性能，但会降低材料 的力学性能；的力学性能；v 填料的粒径较大时，材料的拉伸强度和冲击强度填料的粒径较大时，材料的拉
46、伸强度和冲击强度 都下降；粒径越小，材料的强度越高；都下降；粒径越小，材料的强度越高； （作为填料适宜的粒径为（作为填料适宜的粒径为110m 为好）为好）v 填料表面具有表面活性基团有利于提高填料与聚填料表面具有表面活性基团有利于提高填料与聚 合物的粘结性；合物的粘结性；v 填料表面硬度高，则复合材料的表面硬度提高。填料表面硬度高，则复合材料的表面硬度提高。第四节：尼龙的加工及应用第四节：尼龙的加工及应用v一、尼龙的加工工艺特性一、尼龙的加工工艺特性v PA易吸湿，因此成型前易吸湿，因此成型前必须进行干燥处必须进行干燥处 理理，使其水含量小于，使其水含量小于0.1%，另外，另外PA对氧对氧 敏
47、感，高温下易氧化降解，为此采用真空敏感，高温下易氧化降解，为此采用真空 干燥：干燥：100110，10h12h ；v（尼龙吸水后对其力学性能有较大的影响：在熔融状（尼龙吸水后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态下，水分的存在会引起尼龙的水解而导致分子量 下降，从而使制品机械性能下降；成型过程中，水下降，从而使制品机械性能下降；成型过程中，水 分的存在还会使制品表面出现气泡、银丝和斑纹等分的存在还会使制品表面出现气泡、银丝和斑纹等 缺陷，所以成行前必须充分干燥处理）缺陷，所以成行前必须充分干燥处理）v 有明显的熔点，且熔点较高，熔限较窄，有明显的熔点
48、，且熔点较高，熔限较窄， 因此加工温度较高；因此加工温度较高；v PA熔体粘度具有较高的温度敏感性和剪熔体粘度具有较高的温度敏感性和剪 切速率敏感性，且熔体粘度低切速率敏感性，且熔体粘度低 （10100Pas），熔体流动性好；），熔体流动性好；v（尼龙熔体粘度低，流动性大，喷嘴会产生（尼龙熔体粘度低，流动性大，喷嘴会产生“流延流延”现象。浪费原料，污染喷嘴，如果用螺杆式注射机现象。浪费原料，污染喷嘴，如果用螺杆式注射机成型，注射时，熔体会在螺杆和料筒壁之间出现逆成型，注射时，熔体会在螺杆和料筒壁之间出现逆流，使注料不准，所以，尼龙在螺杆式注射机成型流，使注料不准，所以，尼龙在螺杆式注射机成型时
49、，在螺杆端部必须安装止逆环。）时，在螺杆端部必须安装止逆环。）v PA熔融状态的热稳定性较差，高温下易降解，使熔融状态的热稳定性较差，高温下易降解，使 制品性能恶化；制品性能恶化；v（尼龙是结晶性高聚物，熔点明显而且较高，所以，（尼龙是结晶性高聚物，熔点明显而且较高，所以，尼龙需要在较高温度下成型。熔融状态下的尼龙热稳尼龙需要在较高温度下成型。熔融状态下的尼龙热稳定性较差，易分解，因此，必须严格控制工艺条件）定性较差，易分解，因此，必须严格控制工艺条件）v 熔体冷却速度对制品的结构及型能有明显的影响；熔体冷却速度对制品的结构及型能有明显的影响；v PA的成型过程中伴随着结晶的产生，故的成型过程
50、中伴随着结晶的产生，故PA的成型的成型 收缩率较大。收缩率较大。v（尼龙的成型收缩率大，对于制造高精度的制品，模（尼龙的成型收缩率大，对于制造高精度的制品，模具设计应在实验的基础上确定其尺寸，成型工艺应严具设计应在实验的基础上确定其尺寸，成型工艺应严格控制。）格控制。）二、尼龙的成型加工二、尼龙的成型加工v 尼龙可用多种方法成型加工尼龙可用多种方法成型加工，包括：，包括： 注塑、挤出、吹塑、浇注、压塑、旋转模注塑、挤出、吹塑、浇注、压塑、旋转模 塑、热成型等。塑、热成型等。 v（一）、尼龙的注塑设备及工艺条件（一）、尼龙的注塑设备及工艺条件v是尼龙工程塑料的主要成型方法是尼龙工程塑料的主要成型
