第6章 工程塑料PA

广东轻工职业技术学院高分子教研室广东高校高分子材料加工工程技术开发中心陈大华二〇二〇年一月十日塑料材料与助剂第六章聚酰胺2第六章聚酰胺聚酰胺简介聚酰胺的结构与性能聚酰胺的加工与应用聚酰胺的改性3五大通用工程塑料：聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、热塑性聚酯(PET/PBT)和聚苯醚(PPO)通用工程塑料仅占塑料总产量的5~7%，但发展年均增速度达到15%，在2000年之前，国内工程塑料基本都靠进口，近10年进步神速，自给率已超过50%。通用工程塑料最早开发的品种是尼龙（PA），1935年美国杜邦公司的卡罗瑟斯发明尼龙66，20世纪40年代主要用作纤维（尼龙袜），50年代后期逐渐用作工程塑料。卡罗瑟斯这么伟大的一个科学家，却因为抑郁而自杀。

1946年杜邦公司将聚酰胺研究室改名为卡罗瑟斯研究室以示纪念。4为什么有工程塑料这个名称呢？工程塑料是指可作工程材料和代替金属制造机器零部件等的塑料工程塑料多用于工程结构受力零部件。通用塑料多用于包装、非结构零部件。因此工程塑料一般比通用塑料具有更高的机械强度或硬度或更好的耐热性、耐磨性等。工程塑料在分子结构上有一些共同的特征，这叫“天赋异禀”。什么特征呢？51、聚酰胺简介6聚酰胺简介聚酰胺为大分子链上含有酰胺基团重复结构单元的一类聚合物，主要由二元胺和二元酸缩聚或由氨基酸内酰胺自聚合而成，（Polyamide,PA），俗称尼龙（Nylon)。日常生活中哪些地方用到了尼龙材料？7聚酰胺分类按主链特征分按聚合方式分聚酰胺脂肪族聚酰胺

PA6,PA66等半芳香族聚酰胺(PA6T,PA9T等)全芳香族聚酰胺含杂环芳香族聚酰胺脂环族聚酰胺P型尼龙：氨基酸自聚或内酰胺开环聚合而成，只有一种单体。典型代表如PA6、PA12等。mP型尼龙：由二元酸和二元胺两种单体缩聚而成，典型代表为PA66,PA1010,PA1212等。按特性粘数：低粘、中粘、高粘8PAx分子通式：PA的命名PAxy分子通式：mP型尼龙(PAxy）：PA66、PA1010、PA1212P型尼龙(PAx）：PA6、PA9、PA11、PA12x：二元胺碳原子数y：二元酸碳原子数x：重复结构单元中碳原子数9PA的聚合PA6和PA66应用最广PA6一般由己内酰胺开环聚合而成。已内酰胺先高温水解得6-氨基已酸，然后缩聚与加聚同时进行得聚酰胺6PA66的工业化生产方法是以已二胺与已二酸为原料，先使二者配制成PA66盐，再进行缩聚得到PA66102、聚酰胺结构与性能常用尼龙PA6和PA66都属于脂肪族聚酰胺。芳香族聚酰胺因具有极高的耐热性一般都归于特种工程塑料。所有脂肪族聚酰胺分子链都是线型结构，分子链骨架由-C-N-，-CH2-组成，具有良好的柔曲性。赋予材料良好的韧性。分子链上有规律地交替排列着较强的极性酰胺基，分子链很规整，具有较强的结晶能力。脂肪族聚酰胺的结构11极性的酰胺基可以使分子链之间形成氢键，氢键的形成增大了分子链之间的作用力，使聚合物的结晶能力进一步增强，同时也使聚合物的熔点升高、强度提高。酰胺基的存在，使得PA的吸水率较高。是塑料中吸湿性最强的品种之一。酰胺基比例越高，吸水率越大，所以PA6的吸水率远高于PA12。12脂肪族聚酰胺的结构与性能强度柔性结晶度玻璃化转变温度气体透过率综上所述，尼龙具有兼具强、韧、耐热等诸多优点不同聚酰胺形成氢键存在“奇偶效应：凡单体中全部含有偶数个亚甲基者，其聚合物分子链上酰胺基都可100%形成氢键，凡单体中全部或其中一种单体含有奇数个亚甲基者，聚合物的酰胺基仅只能50%形成氢键。同时含有偶数亚甲基的PA熔点比其相邻的两个含奇数亚甲基的PA熔点高，如PA7的熔点高于PA6和PA8。PA6,PA66,PA12,PA1212的氢键比例是？氢键浓度不光取决于“奇偶效应”，还取决于分子链中亚甲基与酰胺基的相对比例，比例越高，氢键浓度越低，聚酰胺分子间作用力越小，结晶能力越弱，熔点越低，力学强度越低。脂肪族聚酰胺的结构与性能—氢键13PA6和PA66的结晶度、熔点、耐热性能、力学性能有什么区别，为什么？数一数，氢键形成的比例是？14脂肪族聚酰胺的结构与性能15如何解释如下规律？PA3PA4PA6PA7PA11熔点>340℃260~263℃221℃223℃183~187℃吸水率7~9%4~7%3.5%0.6~1.3%0.5%

脂肪族聚酰胺的结构与一般性能16聚酰胺种类繁多，性能范围也很广。密度为1.02~1.36，一般为结晶高聚物，外观为半透明或不透明的乳白色或淡黄色粒料，硬度较高且制品表面有光泽。吸水率大。可燃，离火后有一定的自熄性，有烧头发的味道。小常识：分子结构中含有一定比例的N或S或P元素或卤素元素的高聚物一般都具有较好的阻燃性。苯环浓度高的高聚物也是如此。PA6树脂：乳白轻微透明，密度1.10g/cm，平衡吸水率(水中）约9%PA66树脂：乳白轻微透明，密度1.13g/cm，平衡吸水率(水中）约8%脂肪族聚酰胺的性能—透气性能17透气性是尼龙的一项重要特征，尼龙对氧气等气体的透过率最小，因此，具有优良的阻隔性，PA6薄膜是食品保鲜包装的优良材料。特殊尼龙MXD6(间苯二甲胺和己二酸缩聚而成）氧气透过率比PA6还要低得多，但韧性和加工性能比PA6差得多。脂肪族聚酰胺的结构与力学性能18PA由于较强的分子间作用力及结晶的作用，同时分子链比较柔软，因此PA材料同时具有较高的强度、刚性和韧性。特别是PA6和PA66，经玻纤增强改性后特别明显。这是一个可贵的特性！尼龙具有比较突出的耐磨性和自润滑性。因此经常用来做拉链和齿轮。PA的另一个突出特性是在空气中都能慢慢吸水变“软”，尺寸变化大，因此PA6和PA66长期使用的尺寸稳定性不好小常识：生产厂家偶尔会把PA6和PA66制品用水蒸煮。这是为什么呢？19脂肪族聚酰胺的结构与热学性能由于较强的分子间作用力和结晶的作用，因此PA6（Tm约220oC）和PA66(Tm约260oC)具有优良的耐热性能。PA的耐寒性较好；PA的线膨胀系数较大，“热胀冷缩大”。knowhow：结晶型塑料加入玻纤等增强剂后，力学强度和热变形温度大幅度提高，这是共性。而在非晶无定形塑料中，玻纤等增强剂的作用就远远没有这么明显。20脂肪族聚酰胺的结构与电学性能PA由于强极性结构及吸水的作用，介电损耗大，电绝缘性能差，不太适合用于绝缘要求高的场合。脂肪族聚酰胺的的其他性能PA由于分子间作用力大且结晶，因此耐化学药品性良好。对大多数化学试剂的作用是稳定的，特别对汽油、润滑油等油类，具有很强的抵抗性，耐油性极好，特别是PA11和PA12，所以汽车中用PA12来做油路管。PA的耐候性和老化性能一般，颜色容易变黄，俗称“黄变”213、聚酰胺的成型加工与应用PA的吸水率高，加工前必须干燥处理，使含水量小于0.1％，干燥温度80－90℃，干燥时有发黄倾向，温度越高，黄得越快。

PA熔体接近牛顿流体，粘度对温度更敏感。

PA的流动性好，粘度低。

PA的熔融粘度低、易流动，熔融加工时容易产生“流涎现象”（“流哈喇子”）。注射成型时应采用自锁式喷嘴。22PA的成型加工特性PA的成型加工特性PA制品在冷却过程中容易结晶，成型收缩率大。PA制品成型后容易吸水，可以进行调湿处理，总的来说，PA的成型加工性能较好，只是要注意“黄变”、“流涎”、吸水等事项PA成型方法以注塑，挤出为主。可注塑制品、挤出管材、挤出流延薄膜等2324聚酰胺类塑料的应用聚酰胺主要用于合成纤维，俗称“锦纶”。其最突出的优点是耐磨性高于其他非特种纤维，比棉花耐磨性高10倍，比羊毛高20倍。纤维除外，汽车工业是PA的最大应用领域，平均一辆汽车使用PA在20公斤以上。这是因为尼龙具备较高的强度、韧性和耐热性，经玻纤增强后优势更为明显。门外把手门把手PA6+玻纤增强产品特性：强度好、表面光滑

车轮罩汽车轮毂罩PA6+滑石粉填充增强产品特性：高强度、喷涂性好后视镜底座材料定义：PA6+玻纤增强产品特性：表面光滑、高强度电气接插件材料定义：PA66+GF(+FR)产品特性：高阻燃、电性能好发动机散热器风扇及护风圈材料定义：PA66或PA6+GF+Talc

产品特性：耐热性好、动平衡性好

座椅骨架材料定义：PA6+GF产品特性：高强度发动机罩盖,气门室罩盖材料定义：PA6+10GF+20MD产品特性：耐热老化、尺寸稳定空调出风口格栅、仪表盘换档器壳体材料定义：PA66+30GF材料特性：高耐热、高强度材料定义：PA66+GF30等

材料特性：耐高低温、耐醇解、耐水解、低线膨胀系数

散热器水室材料定义：PA66+GF25

材质特性：高耐热老化性、尺寸稳定性好、高刚性轴承保持架进气歧管材料定义：PA66+GF30材料特性：高耐热老化性、尺寸稳定性好、刚性好37汽车油路管以PA12和PA11为主38机械工业利用PA的高力学性能、耐磨性和自润滑性，可以广泛用于制造齿轮、涡轮、垫片、螺栓、螺母和轴承等。39电子/电器主要用于电动工具、吸尘器、高频食品加热器以及接线柱、开关、连接器等。39包装材料利用PA的气体阻隔性，与HDPE共混和复合，主要用于肉、火腿等冷冻食品的包装。4041日用品

PA为第一代拉链材料，目前仍大量使用。此外用于一次性打火机壳体、头盔、管钳、扳手等。4142体育用品

主要有滑雪板、球拍线及框、冲浪板、钓鱼杆和线等。424、其它品种尼龙43其它品种尼龙

随着汽车的小型化、电子电气设备的高性能化、机械设备轻量化的进程加快，对PA的需求将更高更大。聚酰胺的优点与缺点:优点：优良的耐磨性、耐磨擦和自润滑性，较好的力学性能，耐油性、气体阻隔性、耐疲劳性好。缺点：吸湿性大，耐酸性差，在潮湿环境中尺寸变化率大，且对力学和电学性能影响大。44共混改性尼龙纤维增强改性：尼龙特别是PA6和PA66等，通过玻纤纤维或碳纤维或矿物纤维增强改性后，强度、刚性、耐热性、尺寸稳定性得到数倍的提高（数倍）矿粉填充增强改性：滑石粉、高岭土等和PA共混改性阻燃改性：和阻燃剂共混改性达到更高的阻燃等级增韧改性：和MPOE等增韧剂共混改性好可得到超韧尼龙多种改性手段共用45单体浇铸尼龙（MCPA）

单体浇铸尼龙（MCPA）又称为MC尼龙或铸型尼龙。以己内酰胺或戊内酰胺为单体，采用碱聚合法在模具中边聚合边成型。MCPA的分子量比PA6大一倍，其力学性能、尺寸稳定性、耐疲劳性、耐磨性、冲击强度、耐热性、吸水性及电性能等都比普通PA6高得多。MC尼龙机械方面作为耐磨减磨材料代替有色金属的铜及合金起了显著的作用,应用于涡轮、齿轮、丝杆、滑动导轨板46优异的轻质耐磨材料！

透明尼龙

化学法制备透明尼龙是通过引入立体障碍组分来抑制尼龙的结晶，产生非结晶或难结晶的结构而透明。如对苯二甲酰三甲基己二胺，透光率可达90％以上。 47芳香尼龙芳香尼龙为20世纪60年代开发的耐高温、耐辐射、耐腐蚀