PA包括種類很多,具體品種有:PA6、PA66、PA610、PA1010、PA11、PA12、PA9、PA612、PA46、PA1212、澆鑄尼龍(MC5)及芳香尼龍等,不同國家各品種的使用比例不同。中國主要以PA6、PA66為主,PA1010次之。
PA的生產(chǎn)鼻祖為美國杜邦公司,它1936年合成PA66、1941年合成PA610,并因首先應(yīng)用PA而成為目前世界上較大的工程塑料供應(yīng)商;PA6于1943年由德國法本公司生產(chǎn);PA1010于1959年由中國開發(fā),至今仍由中國獨家生產(chǎn)。到2005年,世界PA的生產(chǎn)能力可達185萬噸/年。國外的主要生產(chǎn)商有德國BASF公司和Byaer公司,美國的杜邦公司,英國的ICI公司,日本宇部興產(chǎn)、東麗、三菱化成公司,荷蘭的DSM公司等;我國的PA合成業(yè)比較發(fā)達,但總體產(chǎn)量較低。
PA的突出特點為:優(yōu)良的耐磨性、耐摩擦和自潤性,較好的力學(xué)性能,耐油性優(yōu)異,氣體阻隔性好,耐疲勞性較好。
PA的缺點為:吸濕性大、并對力學(xué)及電學(xué)性能影響大,耐酸性差、在潮濕環(huán)境中尺寸變化率大。
PA目前較大的應(yīng)用為汽車,美國占30.7%、西歐占31.6%、日本占34.5%。其他用途各地不同,美國包裝用膜占9.5%、機械占7.1%、電子/電器占6.6%、日用占5.4%,西歐電子/電器占19.8%、薄膜占12.7%、日用占7.2%、機械占6.6%,日本薄膜占27.6%、電子/電器占20%、機械占8.8%。
1.PA的結(jié)構(gòu)
PA中酰氨基的存在,可以在大分子中間形成氫鍵,使分子間作用力增大,賦予PA以高熔點和力學(xué)性能,同時也使其吸水率增大。
PA中酰氨基之間的亞甲基,賦予PA以柔性和沖擊性。PA中的亞甲基/酰氨基的比例越大,分子中氫鍵數(shù)越少,分子間力越小,柔性增加,吸水越小。
PA中的酰氨基排列規(guī)整,因此它在適當(dāng)條件下可以結(jié)晶,結(jié)晶度可達50%~60%;
在PA的性能中,存在一個亞甲基的奇偶效應(yīng)。當(dāng)亞甲基的數(shù)目為偶數(shù)時比奇數(shù)的熔點高,如PA7(230°C)的熔點反而高于
PA6〔215°C)。這一方面是因為亞甲基為偶數(shù)時的氫鍵密度大,另一方面是兩者的結(jié)晶結(jié)構(gòu)不同造成的。
2.PA的性能
(1)一般性能PA的外觀為透明或不透明乳白或淡黃的粒料,習(xí)慣上稱為切片,表觀角質(zhì)、堅硬,制品表面有光澤。PA的吸水率比較大,酰胺鍵的比例越大(亞甲基數(shù)目越少),吸水率越高,具體為:PA46>PA6>PA66>PA610>PA1010>PA11>PA12>PA1212。
PA屬于緩慢燃燒性塑料,燃燒時有燒焦羊毛或指甲味,要達到V-0級阻燃需要加人阻燃劑改性。
PA屬中等阻隔性塑料,并隨酰胺/亞甲基的比例增大而提高,以PA6的阻隔效果較好。
(2)力學(xué)性能 PA在室溫下的拉伸強度和沖擊強度都較高,但沖擊強度不如PC和POM高;隨溫度和濕度的升高,拉伸強度急劇下降,而沖擊強度則明顯提高。玻璃纖維增強PA的強度受溫度和濕度的影響小。
PA的耐疲勞性較好,僅次于POM,進行玻璃纖維增強處理后還可提高50%左右。
PA的抗蠕變性較差,不適于制造精密的受力制品,但玻璃纖維增強后可改善。
PA的耐摩擦性和耐磨損性優(yōu)良,是一種常用的耐磨性塑料品種。其中,摩擦因數(shù)不同品種相差不大,無油潤滑摩擦因數(shù)僅為
0.1~0.3;耐磨性以PA1010較佳。在PA中加人二硫化鉬、石墨、F4等耐磨材料,可進一步改進摩擦性和耐磨性。
(3)熱學(xué)性能 PA的熱變形溫度都不高,一般在50~75°C。用玻璃纖維增強后大幅度提高,可提高4倍以上,熱變形溫度高達200°C以上。PA的熱導(dǎo)率很小,僅為0.16?~0.4W/(m.k)。
(4)電學(xué)性能 PA在低溫和低濕條件下為極好的絕緣材料,但絕緣性能隨溫度和濕度的升高而急劇惡化;并以分子中含酰氨基比例大者較敏感,如PA6的敏感性較大而PA12的敏感性較小。
(5)環(huán)境件能 PA的耐化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良,可耐大部分有機溶劑如醇、芳烴等,尤其是耐油性突出。但PA的耐酸、堿及鹽性都不好,可導(dǎo)致溶脹,危害較大的無機鹽為氯化鋅;PA可溶于甲酸及酚類化介物。
PA的耐光性不好,在陽光下強度迅速下降并變脆:丨因此,不可不經(jīng)改性而用于戶外。
三、聚酰胺的成型加工
1.加工特性
PA有明顯的熔點,且熔點高,熔程較窄,因此加工溫度較高。PA6為220~300、PA66為260~320°C、PA610為220~300°C、PA12為285~300°C。
PA的熔休黏度低,溫度超過熔點后黏度下降很快,熔體的流動件好,熔體黏度對溫度和剪切速率都較敏感。但其流體特性接近牛頓流體,即對溫度的敏感性較大。
PA的熱穩(wěn)定性較差,與PS、PP等相差懸殊,熱降解傾向嚴重,應(yīng)加入二苯胺改善,并嚴格控制溫度。
PA成型時有結(jié)晶產(chǎn)生,結(jié)晶度一般在20%~30%之間;結(jié)晶度高低受加工條件的影響較大。
PA的成型收縮較大,并受樹脂的品種、制品的壁厚、流動方向及工藝條件等影響。但增強PA的成型收縮大大降低,一般為純PA的30%左右,增強PA6的收縮率為0.3%~0.7%,增強PA66的收縮率為0.2%~0.8%,增強PA610的收縮率為0.4%~0.7%,增強PA1010的收縮率為0.3%~0.5%。
PA的吸水率比較大,在加工前必須干燥,使含水量小于0.1%;干燥條件為:溫度100~110°C,時間為10~12h。
PA制品成型后需進行調(diào)濕處理,以降低吸水對性能的影響,提高尺寸穩(wěn)定性。調(diào)濕處理的條件為在水、醋酸鉀水溶液(醋酸鉀/水為1.25/1)、熔化石蠟、礦物油或聚乙二醇中進行,溫度高于使用溫度10~20°C,一般為80~120°C,時間1.5mm厚度為2h、3mm厚度為8h、6mm厚度為16h。
PA在加工中易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,應(yīng)進行退火處理,放人礦物油、甘油、液體石蠟等高沸點液體中,具體條件為緩慢升溫到160~190°C,停留15min后,緩慢冷卻即可。再生料不宜超過3次,并控制在25%以內(nèi)。
2.加工方法
PA可用注塑、擠出及吹塑等方法成型。
(1)注射成型PA的黏度低、易流動,應(yīng)用自鎖噴嘴。螺桿和料筒的間隙要小,一般小于0.05mm,以防止產(chǎn)生逆流現(xiàn)象。螺桿為單頭、全螺紋、壓縮突變螺桿,壓縮比為2~3,要設(shè)止逆環(huán)。模具要考慮排氣,排氣孔直徑小于0.025mm,以小于0.03mm的溢邊值,脫模斜度40'~1°30',燒口尺寸為壁厚的2/3~3/4,但不小于0.8mm,主流道斜度為4°~6°。制品的流動長度與壁厚比為150~200之間,壁厚不小于0.8mm。
使用少量的脫模劑會消除PA制品氣泡等缺陷,脫模劑可以為硬脂酸鋅或液體石蠟等。
具體的注射成型工藝條件為:料筒溫度160~280°C,噴嘴溫度180~260°C,模具溫度40~60°C,注射壓力70~130MPa。
(2)擠出成型選用排氣式擠出機,L/D為(18~22)/1,壓縮比3.2~4.1。
擠出的工藝條件為:料筒溫度200~280°C,機頭溫度210~250°C,口模溫度200~210°C,擠出壓力3.5MPa,螺桿轉(zhuǎn)速60r/min。
四、其他聚酰胺品種
其他PA品種具體有PA11、PA12、MCPA、透明PA、芳香PA、PA612、
PA46、PA1111、PA1212、PA6T、
PA9T、
PPA、透明尼龍等。'