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行业动态

工程塑料中的尼龙家族
发布时间:2024-01-23浏览次数:154

聚酰胺俗称尼龙(Nylon),英文名称Polyamide(简称PA),密度为1.14g/cm3,是分子主链上含有重复酰胺基团—[NHCO]—的热塑性树脂总称,包括脂肪族尼龙和芳香族尼龙(芳香族尼龙又包括了半芳香族尼龙和全芳香族尼龙)。

其中脂肪族尼龙品种多,产量大,应用广泛,其命名由合成单体具体的碳原子数而定,比如PA66、PA12等;芳香族尼龙大部分是高温尼龙,用量没有脂肪族尼龙那么大,但凭借其优异的性能,有价值的应用开发也越来越多,比如PA9T、PA6T等。今天小维就按照脂肪族尼龙和芳香族尼龙两个部分,和大家探讨一下工程塑料中的尼龙家族。

**部分:脂肪族尼龙

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脂肪族尼龙的分类

1、根据二元胺和二元酸的碳原子数,由两种单体合成的尼龙有:PA46、PA66、PA610、PA612、PA1010等

2、根据单体所含的碳原子数命名有:PA6、PA11、PA12等

脂肪族尼龙的特性

1、尼龙有优良的韧性、自润滑性、耐磨性、耐化学性、气体透过性、及耐油性、无毒和容易着色等优点,所以尼龙在工业上得到广泛应用。尼龙冲击强度高(高过ABS,POM但比PC低) 。热变形温度低, 吸湿性大, 尺寸稳定性差。

2、*常用的PA66 在尼龙材料中结构较强,PA6具有*佳的加工性能。

脂肪族尼龙的工艺特性

1.尼龙的流变特性

尼龙大多数为结晶性树脂,当温度超过其熔点后,其熔体粘度较小,熔体流动性极好,应防止溢边的发生。同时由于熔体冷凝速度快,应防止物料阻塞喷嘴、流道、浇口等引起制品不足现象。模具溢边值0.03,而且熔体粘度对温度和剪切力变化都比较敏感,但对温度更加敏感,降低熔体粘度先从料筒温度入手。

2.尼龙的吸水性与干燥

尼龙的吸水性较大,潮湿的尼龙在成型过程中,表现为粘度急剧下降并混有气泡制品表面出现银丝,所得制品机械强度下降,所以加工前材料必需干燥。

3.结晶性

除透明尼龙外,尼龙大都为结晶高聚物,结晶度高,制品拉伸强度、耐磨性、硬度、润滑性等项性能有所提高,热膨胀系数和吸水性趋于下降,但对透明度以及抗冲击性能有所不利。

模具温度对结晶影响较大,模温高结晶度高,模温低结晶度低。

4.收缩率

与其他结晶塑料相似,尼龙树脂存在收缩率较大的问题,一般尼龙的收缩同结晶关系*大,当制品结晶度大时制品收缩也会加大 ,在成型过程中降低模具温度\加大注射压力\降低料温都会减小收缩,但制品内应力加大易变形.比如非玻纤增强的PA6和PA66收缩率在1.5-2%,加入玻璃纤维后可以使收缩率降低到0.3%~0.8%。

5.成型设备

尼龙成型时,主要注意防止“喷嘴的流涎现象”,因此对尼龙料的加工一般选用自锁式喷嘴。另外*好选择塑化容量适当大些的注塑机。

6.制品与模具

(1)制品的壁厚

尼龙的流长比为150-200之间,尼龙的制品壁厚不底于0.8mm一般在1-3.2mm之间选择,而且制品的收缩与制品的壁厚有关,壁厚越厚收缩越大。

(2)排气

尼龙树脂的溢边值为0.03mm左右,所以排气孔槽应控制在0.025以下。

(3)模具温度

制品壁薄难成型或要求结晶度高的模具加温控制,要求制品有一定的柔韧性的一般采用冷水控温。流道和浇口浇口孔径不要小于0.5*t(这里t为塑件厚度)。用潜入式浇口,浇口的*小直径应当是0.75mm。

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脂肪族尼龙的注塑成型工艺

1.料筒温度

因尼龙是结晶型聚合物,所以熔点明显,尼龙类树脂在注塑时所选择的料筒温度同树脂本身的性能、设备、制品的形状因素有关。

过高的料温易使胶件出现色变、质脆及银丝,而过低的料温使材料很硬可能损伤模具及螺杆。一般尼龙6的熔体温度*低为220℃,尼龙66为260℃。由于尼龙的热稳定性较差,所以不宜高温长时间在料筒中停留,以免引起物料变色发黄,同时由于尼龙的流动性较好,温度超过其熔点后就流动迅速。

2.注射压力

尼龙溶体的粘度低,流动性好,但是冷凝速度较快,在形状复杂和壁厚较薄的制品上易出现不足问题,故还是需要较高的注射压力,尤其是加了玻纤。

通常压力过高,制品会出现溢边问题;压力过低,制品会产生波纹、气泡、明显的熔结痕或制品不足等缺陷,大多数尼龙品种的注射压力不超过120MPA,一般在60-100MPA范围内选取是满足大部分制品的要求,只要制品不出现气泡、凹痕等缺陷,一般不希望采用较高的保压压力,以免造成制品内应力增加。

3.注射速度

对尼龙而言,注塑速度以快为益,可以防止因冷却速度过慢而造成的波纹,充模不足问题。快的注射速度对制品的性能影响并不突出。

4.模具温度

模具温度对结晶度及成型收缩率有一定的影响,高模温结晶度高、耐磨性、硬度、弹性模量增加、吸水性下降、制品的成型收缩率增加,适合厚制品;低模温结晶度低、韧性好、伸长率较高、收缩率下降,适合透明性好的薄制品。如果壁厚大于3mm,建议使用20~40C的低温模具。对于玻璃增强材料模具温度应大于80C。

脂肪族尼龙的加工注意事项

1.再生料的使用

*好不超过三次,以免引起制品变色或机械物理性能的急剧下降,应用量应控制在25%以下,过多会引起工艺条件的波动,再生料与新料混合必须进行干燥。

2.安全须知

尼龙类树脂开机时应首先开启喷嘴温度,然后在给料筒加温,当喷嘴阻塞时,切忌面对喷孔,以防料筒内的熔体因压力聚集而突然释放,发生危险。

3.脱模剂的使用

使用少量的脱模剂有时对气泡等缺陷有改善和消除的作用。尼龙制品的脱模剂可选用硬脂酸锌和白油等,也可以混合成糊状使用,使用时必须量少而均匀,以免造成制品表面缺陷。

4.停机时

要清空螺杆,防止下次生产时,扭断螺杆。

脂肪族尼龙的制品后处理

尼龙制品的后处理,是为了防止和消除制品中的残留应力或因吸湿作用所引起的尺寸变化。后处理方法有热处理法和调湿法两种。

1.热处理

常用方法在矿物油、甘油、液体石蜡等高沸点液体中,热处理温度应高于使用温度10-20℃,处理时间视制品壁厚而异,厚度在3mm以下为10-15分钟,厚度为3-6mm时间为15-30分钟,经热处理的制品应注意缓慢冷却至室温,以防止骤冷引起制品中应力重新生成。

2.调湿处理

调湿处理主要是对使用环境湿度较大的制品而进行的,其办法有三种:一沸水调湿法;二.常温水浸泡法 三.蒸汽法。

**种方法处理的速度较快,但容易过饱和,第三种方法效率和均匀性比较好,但需要增添蒸汽装置。


第二部分:芳香族尼龙

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前面我们有提到过,芳香族尼龙又包括了半芳香族尼龙和全芳香族尼龙,全芳族尼龙,例如聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)和聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)等,由于分子链中的芳基使其具有良好的力学性能、绝缘性、化学稳定性和超高的热性能。目前全芳香聚酰胺主要应用于航天、原子能工业和电子电气等行业。但全芳香聚酰胺超高的熔点使其无法熔融挤出和注射成型,只能采用特殊的方法进行成型加工,限制了它在日常工程塑料方面的应用,也难以回收再利用。

半芳香族聚酰胺,分子链中既含芳基也含有亚甲基,使其兼具脂肪族聚酰胺和全芳香聚酰胺的特点,既具备优良的力学性能、热性能还能进行常规的熔融挤出和注塑成型,适合在耐高温领域广泛使用。随着近年来汽车工业和电子电气工业的迅速发展和环保产业的需求,其市场需求不断增大,应用开发也有了很多的进展,半芳香族尼龙主要包括了:PA9T、PA6T、PA10T等等,下面我们分别来做一下了解。

耐高温尼龙之PA6T

PA6T是半芳香族尼龙中的典型代表,是由己二胺和对苯二甲酸缩聚而成。纯的 PA6T熔点高达 370℃,在这个温度下尼龙已经发生了降解,无法进行热塑成型,所以市面流通的 PA6T均是经过与其他单体共聚后降低了熔点的共聚物或复合物。

PA6T在脂肪链的基础上引入了大量苯环,与传统的PA6、PA66相比,PA6T拥有更高的Tg,较低的吸水率,尺寸稳定性以及耐热性好等特点。

由于PA6T需要引入其他单体进行共聚以降低熔融加工温度,不同的单体配比成为PA6T改性的关键,因此可以说,PA6T的耐高温改性具有很大的发展空间。

应用范围:

由于其优异的耐焊接性、低吸水率、优良流动性等等,在汽车零件,机械零件以及电气/电子零件如手机、无人机等上均有广泛的应用。

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耐高温尼龙之PA9T

PA9T是由日本 KURARAY(可乐丽株式会社)公司独自开发的,是以壬二胺和对苯二甲酸缩聚而成,商品名为Genestar。

虽然同为半芳香性尼龙,PA9T在加工前并不需要像PA6T一样要通过共聚改性降低熔点,纯的PA9T熔点在306 ℃。PA9T高的玻璃化转变温度(125℃)和高的结晶性,赋予了其在高温环境下良好的韧性。同时它还拥有其它PA材料无法比拟的耐化学品性能,仅次于PPS,而其吸水率只有0.17%,是所有PA当中*低的。PA9T的综合性能无疑是传统耐热尼龙中比较好的一种,而随着生产规模的不断扩大,其成本将会接近普通PA的成本,因此PA9T是一个有很大发展潜力的品种。

应用领域:

主要应用于电气电子工业、汽车工业及纤维工业三个领域。


耐高温尼龙之PA10T

PA10T是以对苯二甲酸和癸二胺为单体,经缩聚聚合而成,具有优异的耐热性能,其熔点在316℃,耐化学腐蚀性能,吸水率低,尺寸稳定性好,玻纤增强改性后耐无铅焊锡温度超过280℃,综合性能优异。

与其他短链高温尼龙如PA46、PA4T、PA6T、PA6I、等相比,PA10T具有较长的二胺柔性长链,使得大分子具有一定的柔顺性,从而具有较高的结晶速率和结晶度,适用于快速成型,制作一些小型的电子元器件,比如LED反射支架、连接器等。

又由于其分子主链中的苯环结构所带来的刚性和耐腐蚀性等优异性能,PA10T的改性产品也可以应用到一些化学试剂和/或耐热的环境中,比如水处理、纳米注塑NMT、发动机周边等。

应用范围:

LED反射支架、连接器、水处理、纳米注塑NMT、发动机周边等。

高温尼龙之PA4T

PA4T是21世纪以来**个合成的高温尼龙,由掌握着全球**丁二胺工业化方案的帝斯曼推出。与PA6T相似,其熔点也很高(430℃),一般也是与其他尼龙共聚,比如尼龙66或尼龙6。

这种21世纪的第1个新聚合体,具有卓越的空间稳定性、无铅焊接兼容性、高熔点,在温度上升的情况下具有很高的硬度和机械强度,且相比DSM公司原有的PA46产品,甚至是PA9T,它显示出了超低的吸水率。

应用范围:

PA4T可以应用在电子电气、汽车工业中。在电子电气领域,PA4T可用于生产体积小、质量轻、使用寿命长的电子元器件,例如电路板、记忆卡接插件、内存模块连接器、CPU插座、电流转向器、耐高温线轴等产品,应用在智能手机、平板电脑、PC电脑、可穿戴设备等领域。在汽车工业中,PA4T可用于生产电气系统、燃油系统、冷却系统、引擎盖等耐高温汽车零部件。此外,PA4T在航空航天领域也有需求。

耐高温尼龙之PA5T

PA5T熔点会低于PA6T,此前限制其发展的主要原因在于戊二胺的产业化尚在研究阶段,但在2018年下半年有国内的公司已经顺利投产5万吨生物基戊二胺,这说明距离PA5T产业化又近了一步。

耐高温尼龙之PA12T

PA12T是十二碳二元胺和对苯二甲酸均聚的产品,国内的河南君恒已经建成1000吨/年的PA12T生产示范装置,并正在建设1万吨/年长链二元酸生产线。




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