1、第十节第十节 工工 程程 塑塑 料料 1.1.通用工程塑料的种类？通用工程塑料的种类？2.2.聚酰胺化合物的命名规则？聚酰胺化合物的命名规则？3.3.聚酰胺化合物的结构与性能的关系。聚酰胺化合物的结构与性能的关系。4.4.聚酰胺化合物的加工方法。聚酰胺化合物的加工方法。5.5.聚酰胺化合物的主要用途。聚酰胺化合物的主要用途。工程塑料定义工程塑料定义 工程塑料工程塑料在较广的温度范围内、在一定的机械应在较广的温度范围内、在一定的机械应力和较苛刻的化学、物理环境中能长期作为结构力和较苛刻的化学、物理环境中能长期作为结构材料使用的塑料材料使用的塑料。通常把长期使用温度在通常把长期使用温度在100-1
2、50oC、可作为结构材、可作为结构材料使用的塑料材料称为通用工程塑料。料使用的塑料材料称为通用工程塑料。具有优异的力学性能、化学性能、电性能、尺寸具有优异的力学性能、化学性能、电性能、尺寸稳定性、耐热性、耐磨性和耐老化性能等。稳定性、耐热性、耐磨性和耐老化性能等。工程塑料种类工程塑料种类 在工程塑料中，一般用量大、可作结构材料使用的材料称在工程塑料中，一般用量大、可作结构材料使用的材料称为为“通用工程塑料通用工程塑料”，如，如聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、热塑性聚酯。性聚苯醚、热塑性聚酯。特种工程塑料价格昂贵、耐热等级高、可作结构或特殊用特种工程塑料价格昂贵
3、、耐热等级高、可作结构或特殊用途的工程塑料，如聚砜、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚砜和途的工程塑料，如聚砜、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚砜和聚芳酯等聚芳酯等均用于国防和尖端科技领域。均用于国防和尖端科技领域。工程塑料的发展时间较短，产量也不高，但增长速度很快，工程塑料的发展时间较短，产量也不高，但增长速度很快，特种工程塑料的发展速度又超过一般工程塑料。在发达国特种工程塑料的发展速度又超过一般工程塑料。在发达国家，工程塑料的生产和消费占有垄断地位家，工程塑料的生产和消费占有垄断地位。1 1 聚酰胺聚酰胺 1.1 1.1 合成与命名合成与命名 聚酰胺简称聚酰胺简称PAPA（PolyamidePolyamid
4、e）俗称尼）俗称尼龙（龙（NylonNylon）是指分子主链上含有酰是指分子主链上含有酰胺基的线性聚合物的总称胺基的线性聚合物的总称，它可以是，它可以是内酰胺的分子通过开环聚合而成，也内酰胺的分子通过开环聚合而成，也可以由二元胺和二元酸通过缩聚反应可以由二元胺和二元酸通过缩聚反应来制取。来制取。PAPA的基本情况的基本情况 于于19391939年实现工业化生产；年实现工业化生产；最初用作制造合成纤维的原料；最初用作制造合成纤维的原料；是最早出现的合成纤维；具有里程碑式的意义；是最早出现的合成纤维；具有里程碑式的意义；象蛛丝一样细，象钢丝一样强，象绢丝一样美；象蛛丝一样细，象钢丝一样强，象绢丝一
5、样美；由于由于具有高强韧度、耐磨、自润滑、使用温度范围宽（高具有高强韧度、耐磨、自润滑、使用温度范围宽（高温强度好、低温强度好）耐油和耐腐蚀等优良综合性能，温强度好、低温强度好）耐油和耐腐蚀等优良综合性能，成为开发最早的工程塑料品种成为开发最早的工程塑料品种，并获得广泛的应用；，并获得广泛的应用；其产量约占工程塑料总产量的三分之一其产量约占工程塑料总产量的三分之一 。尼龙的主要用途：尼龙的主要用途：1 1）汽车工业；）汽车工业；2 2）电子电气工业；）电子电气工业；3 3）交通运输业；）交通运输业；4 4）机器制造工业；）机器制造工业；5 5）电线电缆通讯业；）电线电缆通讯业；6 6）薄膜及日
6、常用品。）薄膜及日常用品。PAPA合成合成 P P型聚酰胺型聚酰胺 由内酰胺分子自聚制得的尼龙，通式为：由内酰胺分子自聚制得的尼龙，通式为：-NH-NH-（CHCH2 2）n-1n-1-CO-CO x x-P P型聚酰胺型聚酰胺 氨基酸自缩聚或由内酰胺开环聚合制得的聚酰氨基酸自缩聚或由内酰胺开环聚合制得的聚酰胺是胺是P P型聚酰胺，称聚酰胺型聚酰胺，称聚酰胺P P，P P代表单体中所代表单体中所合碳原子数。例如聚酰胺合碳原子数。例如聚酰胺6 6、聚酰胺、聚酰胺9 9就是典型就是典型代表。代表。聚酰胺聚酰胺6 6，7 7，8 8，9 9，1111，1212和聚酰胺和聚酰胺3 3，4 4等都等都属
7、于属于P P型聚酰胺，其中聚酰胺型聚酰胺，其中聚酰胺6 6，9 9应用最广。应用最广。MPMP型聚酰胺型聚酰胺 由二元胺和二元酸单体缩聚反应后的缩聚物通式：由二元胺和二元酸单体缩聚反应后的缩聚物通式：-NH-NH-（CHCH2 2）m m-NHCO-NHCO-（CHCH2 2）n-2n-2 CO CO。m m为二元胺的碳原子数，为二元胺的碳原子数，n n为二元酸的碳原子数。为二元酸的碳原子数。MPMP型聚酰胺的典型代表型聚酰胺的典型代表PA66PA66（聚酰胺（聚酰胺6666），它的工业），它的工业化生产方法是以己二胺与已二酸为原料，先使二者配化生产方法是以己二胺与已二酸为原料，先使二者配制成
8、聚酰胺制成聚酰胺6666盐，再进行缩聚得到聚酰胺盐，再进行缩聚得到聚酰胺6666。MPMP型聚酰胺聚合型聚酰胺聚合 1.2 PA1.2 PA种类种类 PA6PA6、PA66PA66、PA610PA610、PA11PA11、PA12PA12；其中；其中PA6PA6和和PA66PA66由于具有最佳的价格、性能和加工性能等综由于具有最佳的价格、性能和加工性能等综合优点合优点，所以产量最高。，所以产量最高。6060年代中期以后，年代中期以后，PAPA类塑料不断有新的品种问世，类塑料不断有新的品种问世，如芳香如芳香PAPA、脂环、脂环PAPA、PAPA热塑性弹性体，以及其它热塑性弹性体，以及其它共聚、共
9、混、增强、填充等改性品种，展示了共聚、共混、增强、填充等改性品种，展示了PAPA广阔的发展前景。广阔的发展前景。1.3 PA 1.3 PA 结构与性能结构与性能 PAPA分子中含有许多极性很强的酰胺基团。分子中含有许多极性很强的酰胺基团。-NH-CO-NH-CO-一个分子链中这个基团的一个分子链中这个基团的氢原子能与另一个分子链上的羰基氢原子能与另一个分子链上的羰基基团的给电子基缔合成基团的给电子基缔合成相当强的氢键相当强的氢键，氢键的形成有利于大，氢键的形成有利于大分子在一定程度上定向排列，所以分子在一定程度上定向排列，所以PAPA通常都有较高的结晶度；通常都有较高的结晶度；氢键的形成使氢键
10、的形成使PAPA熔点升高，制品具有优良的强度、韧性和、熔点升高，制品具有优良的强度、韧性和、耐油和耐溶剂性及优异的力学性能。耐油和耐溶剂性及优异的力学性能。PAPA的熔点在的熔点在180-280180-280之间，品种不同，差别较大。之间，品种不同，差别较大。结构与性能结构与性能 1.1.所有脂肪族聚酰胺分子链都是线型结构，所有脂肪族聚酰胺分子链都是线型结构，分子链骨架由分子链骨架由-C-N-C-N-链组成，具有良好的柔曲性链组成，具有良好的柔曲性，因此都是典型的热塑性聚，因此都是典型的热塑性聚合物。合物。2.2.分子链上有规律地交替排列着较强的极性酰胺基，分子链上有规律地交替排列着较强的极性
11、酰胺基，分子链分子链很规整，具有较强的结晶能力，极性的酰胺基可以使分子链很规整，具有较强的结晶能力，极性的酰胺基可以使分子链之间形成氢键；之间形成氢键；氢键的形成增大了分子链之间的作用力，使聚合物的结晶能氢键的形成增大了分子链之间的作用力，使聚合物的结晶能力进一步增强力进一步增强，使聚合物的熔点升高。另一方面，分子链的，使聚合物的熔点升高。另一方面，分子链的柔性赋予材料良好的韧性。柔性赋予材料良好的韧性。结构与性能结构与性能 3.3.不同品种的聚酰胺其单体所含碳原子数不同，不同品种的聚酰胺其单体所含碳原子数不同，使分子链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之间所能形成的氢
12、键比例数及氢键沿分子链分布的疏密程度不同，影响到不同聚酰胺的结晶能力和熔点有明显差别。度不同，影响到不同聚酰胺的结晶能力和熔点有明显差别。分子链上的酰胺基间形成的氢键比例愈大，材料的结晶能分子链上的酰胺基间形成的氢键比例愈大，材料的结晶能力就愈强，熔点愈高。力就愈强，熔点愈高。结构与性能结构与性能 4.凡单体中全部凡单体中全部含有偶数个亚甲基者，其聚合物分子链上含有偶数个亚甲基者，其聚合物分子链上酰胺基都可酰胺基都可100100形成氢键形成氢键，凡单体中全部或，凡单体中全部或其中一种单其中一种单体含有奇数个亚甲基者，聚合物的酰胺基只能体含有奇数个亚甲基者，聚合物的酰胺基只能5050形成氢形成氢
13、键键。5.脂肪族聚酰胺熔融状态的粘度都很低，是因为它们的脂肪族聚酰胺熔融状态的粘度都很低，是因为它们的分分子链柔性良好和分子量都不太高，一般不超过子链柔性良好和分子量都不太高，一般不超过3-43-4万万。例。例如工业上生产的聚酰胺如工业上生产的聚酰胺6666，最大聚合度仅约，最大聚合度仅约 100100，分子量，分子量约约2.22.2万。万。结构与热性能关系结构与热性能关系亚甲基含量增加熔点下降；亚甲基含量增加熔点下降；氢键比例越高，材料结晶能力越强，熔点越高氢键比例越高，材料结晶能力越强，熔点越高 T Tm m,PA46,PA46TTm mPA66PA66 T Tm mPA6 PA6 T T
14、m mPA610 PA610 T Tm mPA1010PA1010 亚甲基含量对亚甲基含量对PAPA性能的影响存在奇偶效应，含有偶数亚甲基的性能的影响存在奇偶效应，含有偶数亚甲基的PAPA熔点高于相邻两个奇数亚甲基的熔点高于相邻两个奇数亚甲基的PAPA的熔点。的熔点。偶数亚甲基偶数亚甲基PAPA，酰胺基可，酰胺基可100%100%形成氢键；形成氢键；氢键对氢键对PAPA熔点高低起决定作用，如氮原子氢被取代，则分子为熔点高低起决定作用，如氮原子氢被取代，则分子为无定形，无结晶能力，类似橡胶。无定形，无结晶能力，类似橡胶。结构与力学性能关系结构与力学性能关系 脂肪族聚酰胺是典型的硬而韧聚合物，综合
15、力学性能优于以脂肪族聚酰胺是典型的硬而韧聚合物，综合力学性能优于以前各章所介绍的通用塑料。前各章所介绍的通用塑料。尼龙分子链中含有极性酰胺基团，尼龙分子链中含有极性酰胺基团，分子间形成氢键，具有结分子间形成氢键，具有结晶性，分子间相互作用力大，因此有较好的机械强度和模量晶性，分子间相互作用力大，因此有较好的机械强度和模量；但但强度和模量随着主链中甲基的增加而下降，冲击强度提高强度和模量随着主链中甲基的增加而下降，冲击强度提高。主链中导入环状和芳香族结构，也将提高机械强度和耐热性主链中导入环状和芳香族结构，也将提高机械强度和耐热性能；但使加工性能下降。能；但使加工性能下降。1.41.4一般特性一
16、般特性1.1.尼龙的密度尼龙的密度 2.2.尼龙的结晶度尼龙的结晶度 3.3.分子量及分布分子量及分布 4.4.PAPA的透气性的透气性 1.4.1 PA1.4.1 PA的吸水率与性能的吸水率与性能 1.1.由于酰胺基的存在，由于酰胺基的存在，PAPA有较大的吸水性有较大的吸水性，在一般气候条，在一般气候条件下（室温、相对湿度件下（室温、相对湿度5050），），PA6PA6的吸水率为的吸水率为3.03.0，PA66PA66为为2.82.8，PA11PA11为为0.900.90，PA12PA12为为0.70.7。由于吸水性大，由于吸水性大，PAPA的尺寸稳定性较差、电绝缘性能也较差。的尺寸稳定性
17、较差、电绝缘性能也较差。PAPA的力学性能也与吸水率有关的力学性能也与吸水率有关，随着吸水率的增加，拉伸、，随着吸水率的增加，拉伸、弯曲和压缩强度均下降，而冲击强度增高，延伸率也增大弯曲和压缩强度均下降，而冲击强度增高，延伸率也增大。名称名称6 666666969619619612612101010101212酰胺基含量酰胺基含量38383838323230.730.7282825.425.42222吸水率吸水率/%/%1.3-1.3-1.91.91.0-1.0-1.31.30.50.50.40.40.40.40.390.390.25-0.25-0.30.3 1.4.2 1.4.2 耐磨擦性耐
18、磨擦性 PA PA具有优良的耐磨擦性和耐磨耗性，摩具有优良的耐磨擦性和耐磨耗性，摩擦因数为擦因数为0.1-0.30.1-0.3。其中。其中PA1010PA1010的耐磨耗性最好，约为铜的耐磨耗性最好，约为铜的的8 8倍。在倍。在PAPA中添加二硫化铝、石墨等填料，可进一步提中添加二硫化铝、石墨等填料，可进一步提高高PAPA的耐磨耗性和降低的耐磨耗性和降低PAPA的摩擦因数。的摩擦因数。1.4.3.1.4.3.PAPA具有良好的耐疲劳性具有良好的耐疲劳性。与铸铁和铝合金等金属相。与铸铁和铝合金等金属相当，显示了适宜于制作承受循环载荷部件的特性。当，显示了适宜于制作承受循环载荷部件的特性。1.4.
19、4.1.4.4.PAPA具有良好的耐油、耐溶剂性，也具有较好的电绝具有良好的耐油、耐溶剂性，也具有较好的电绝缘性缘性，但电阻值随温度和吸水率的增加有明显降低。，但电阻值随温度和吸水率的增加有明显降低。1.4.5.1.4.5.热性能热性能 聚酰胺是半结晶型聚合物，结晶度一般小于聚乙烯、聚丙聚酰胺是半结晶型聚合物，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物。烯、聚四氟乙烯等高结晶度聚合物。根据聚酰胺分子链具有良好柔性的结构特点，由于分子链根据聚酰胺分子链具有良好柔性的结构特点，由于分子链间会形成氢键，聚酰胺的熔融温度一般均高于聚烯烃，熔间会形成氢键，聚酰胺的熔融温度一般均高于聚烯烃，
20、熔融温度范围较窄，有较融温度范围较窄，有较明显的熔点明显的熔点。1.4.61.4.6电性能电性能 聚酰胺分子链中含有极性酰胺基，这对电性能带来不利影响。聚酰胺分子链中含有极性酰胺基，这对电性能带来不利影响。在室温且干燥的条件下，聚酰胺尚具有较好的电性能，但也在室温且干燥的条件下，聚酰胺尚具有较好的电性能，但也明显低于聚乙烯、聚苯乙烯等材料。明显低于聚乙烯、聚苯乙烯等材料。在潮湿环境下，体积电阻率和介电强度均会下降，介电常数在潮湿环境下，体积电阻率和介电强度均会下降，介电常数和介质损耗也明显增大。和介质损耗也明显增大。温度升高，电性能均会降低。温度升高，电性能均会降低。1.4.71.4.7其它性
21、能其它性能 在室内的室温环境下，聚酰胺性能稳定在室内的室温环境下，聚酰胺性能稳定;在室外大气环境中，性能会逐渐地明显下降，特别当温度超在室外大气环境中，性能会逐渐地明显下降，特别当温度超过过6060o oC C时，性能下降特别明显，主要的变化是发暗、变脆，力时，性能下降特别明显，主要的变化是发暗、变脆，力学性能下降、学性能下降、在在100100的户外环境下暴露，寿命仅为的户外环境下暴露，寿命仅为4-64-6周。周。不同聚酰胺的不同聚酰胺的氧指数约在氧指数约在26-3026-30之间之间，在火源作用下可以燃烧。，在火源作用下可以燃烧。1.5 1.5 加工与应用加工与应用 PAPA具有广泛的加工范
22、围和易加工性，几乎所有常用的热塑具有广泛的加工范围和易加工性，几乎所有常用的热塑性塑料的加工方法均可加工性塑料的加工方法均可加工PAPA。注塑、挤出（管、型材、片、单丝、吹塑、薄膜、电线电注塑、挤出（管、型材、片、单丝、吹塑、薄膜、电线电缆护套、缆护套、中空吹塑）、旋转成型、热成型和浇铸成型，中空吹塑）、旋转成型、热成型和浇铸成型，其中以注塑成型最重要。其中以注塑成型最重要。PAPA吸水率高，在成型前必须对树脂进行干燥。吸水率高，在成型前必须对树脂进行干燥。PAPA的结晶性使成型收缩率较高，一般为的结晶性使成型收缩率较高，一般为1 15 5-2-25 5，同时由于结晶的不完全性和不均匀性，会使
23、制品在成型后同时由于结晶的不完全性和不均匀性，会使制品在成型后出现后收缩，产生内应力，应对成型后制品进行热处理。出现后收缩，产生内应力，应对成型后制品进行热处理。1.6 1.6 纤维增强纤维增强PAPA 用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等增强尼龙用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等增强尼龙，可使尼龙的，可使尼龙的拉伸强度、疲劳强度、抗蠕变性、冲击强度、耐热性得到拉伸强度、疲劳强度、抗蠕变性、冲击强度、耐热性得到明显提高；明显提高；碳纤维增强的尼龙还具有良好的耐磨性、自润滑性、导热碳纤维增强的尼龙还具有良好的耐磨性、自润滑性、导热性、导电性；性、导电性；矿物质增强的尼龙有高的刚性、弹性模量和耐冲击性，同矿
24、物质增强的尼龙有高的刚性、弹性模量和耐冲击性，同时提高了耐热性能。时提高了耐热性能。填充增强填充增强PAPA 用用石墨、氟树脂石墨、氟树脂填充尼龙，可提高耐磨性、自润滑性。填充尼龙，可提高耐磨性、自润滑性。添加了添加了纳米纳米级的填充材料形成的尼龙纳米复合材料，机械级的填充材料形成的尼龙纳米复合材料，机械性能、热性能均有显著提高，并有了许多新的功能。性能、热性能均有显著提高，并有了许多新的功能。尼龙合金尼龙合金 尼龙合金应用越来越广，各种合金开发的目的是提高冲击尼龙合金应用越来越广，各种合金开发的目的是提高冲击韧性和刚性，改善吸水性并提高热性能。典型的商品化的韧性和刚性，改善吸水性并提高热性能
25、。典型的商品化的尼龙合金有尼龙合金有PAPAPPOPPO、PAPAABSABS等。等。用弹性体增韧和超韧化后的尼龙合金，冲击强度比基础树用弹性体增韧和超韧化后的尼龙合金，冲击强度比基础树脂可提高脂可提高10102020倍；倍；耐高温树脂组成的合金，耐热性可提高耐高温树脂组成的合金，耐热性可提高30306060o oC C，因此可，因此可以耐以耐150150o oC C的涂装温度，用于汽车部件。的涂装温度，用于汽车部件。芳香族尼龙芳香族尼龙 是是2020世纪世纪6060年代首先由美国杜邦公司开发年代首先由美国杜邦公司开发成功的成功的耐高温、耐辐射。耐腐蚀尼龙新品种。耐高温、耐辐射。耐腐蚀尼龙新品
26、种。目前主要目前主要有聚间苯二酸间苯二胺和聚对苯酰胺。有聚间苯二酸间苯二胺和聚对苯酰胺。特点：特点：结晶快结晶快,晶体熔点晶体熔点410410，分解温度，分解温度450450，脆化，脆化温度温度-70-70，连续使用温度，连续使用温度200 200 耐辐射，具有优异的力学性能和电性能，拉伸强度耐辐射，具有优异的力学性能和电性能，拉伸强度 （100-120100-120）MPaMPa。芳香族尼龙芳香族尼龙1.7 近年来聚酰胺技术动向近年来聚酰胺技术动向 提高酰胺基含量提高酰胺基含量 用分子设计的方法生产比用分子设计的方法生产比PA6PA6、PA66PA66耐热性更好的耐热性更好的PA46PA46；引入部分芳香族结构引入部分芳香族结构 由于其尺寸稳定性好，可在电由于其尺寸稳定性好，可在电气电子领域广泛应用；气电子领域广泛应用；加入选择性共聚体，目的是解决玻纤增强加入选择性共聚体，目的是解决玻纤增强PAPA制品因表面制品因表面露丝而影响平滑性和光泽问题露丝而影响平滑性和光泽问题；纳米复合化纳米复合化PAPA，作用于天然蒙脱土的层间使尼龙酰胺基，作用于天然蒙脱土的层间使尼龙酰胺基团与蒙脱土片层相互作用。团与蒙脱土片层相互作用。
