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塑料常識(shí):一文讀懂高溫尼龍PA
發(fā)布時(shí)間:2021-08-27 14:10:30| 瀏覽次數(shù):

一、尼龍PA簡(jiǎn)介

聚酰胺(PA)俗稱尼龍,由二元酸與二元胺或由氨基酸經(jīng)縮聚而得,是分子鏈上含有重復(fù)酰胺基團(tuán)-NHCO-的樹脂總稱。尼龍是五大通用工程塑料中產(chǎn)量最大、品種最多、用途最廣、綜合性能優(yōu)良的基礎(chǔ)樹脂。

尼龍作為當(dāng)今重要的工程塑料,正在被不斷地通過(guò)物理和化學(xué)改性使其高性能化。目前,很多領(lǐng)域都對(duì)材料的耐高溫功能方面提出了新的要求,為了適應(yīng)這些要求,人們?cè)陂_發(fā)新品高溫尼龍方面做了大量研究。

二、高溫尼龍的定義

高溫尼龍(HTPA)是一種耐熱聚酰胺,可長(zhǎng)期在150℃環(huán)境上使用的工程塑料。在熱、電、物理及耐化學(xué)性方面都有良好的表現(xiàn)。特別是在高溫下仍具有高鋼性與高強(qiáng)度及極佳的尺寸精度和穩(wěn)定性。

三、高溫尼龍的特性

1、耐高溫性能。熱撓曲溫度為280℃(1.8MPa),連續(xù)使用溫度為180℃。

2、蠕變性能。HTPA的高結(jié)晶性使得其在高溫下(大于120℃)仍然保持優(yōu)良的剛性,具有鋁一樣的強(qiáng)度、鋼一樣的硬度以及橡膠一樣的柔性、延展性和耐沖擊性。

3、極佳的尺寸精度及穩(wěn)定性。HTPA的分子結(jié)構(gòu)中分子鏈段含有芳環(huán),分子結(jié)構(gòu)更規(guī)整,鏈短更不易運(yùn)動(dòng)。

4、耐化學(xué)性。聚酰胺類材料對(duì)多數(shù)的化學(xué)品具有良好的抵抗性。與其它聚酰胺類材料一樣,HTPA也不例外,特別是在高溫下的耐油和油脂性非常良好。

5、吸濕性。HTPA纖維增強(qiáng)產(chǎn)品具有較低的吸濕性,其吸水率僅為等量玻纖增強(qiáng)PA46產(chǎn)品的一半。這種低吸濕性可以為客戶節(jié)省更多的干燥費(fèi)用,且制品的尺寸穩(wěn)定性更好。

6、韌性。HTPA優(yōu)異的沖擊韌性使得其成為高要求制作的材料選擇。

四、傳統(tǒng)高溫尼龍種類與性質(zhì)

4.1 PA46

PA46是由丁二胺和己二酸縮聚而成的脂肪族聚酰胺,比起PA6和PA66,PA46的每個(gè)給定長(zhǎng)度的鏈上的酰胺數(shù)目更多,鏈結(jié)構(gòu)更加對(duì)稱,這使得它的結(jié)晶度可以高達(dá)70%,而且賦予了它非??斓慕Y(jié)晶速度。

PA46的熔點(diǎn)為295℃,未增強(qiáng)的PA46的HDT(熱變形溫度)有160℃,而經(jīng)過(guò)玻纖的增強(qiáng)后,其HDT可高達(dá)290℃,長(zhǎng)期使用溫度也有163℃。

PA46獨(dú)特的結(jié)構(gòu)賦予了其它材料無(wú)法達(dá)到的獨(dú)特性能。作為PA46產(chǎn)權(quán)的完全擁有者,DSM公司正逐漸將其優(yōu)異的性能經(jīng)過(guò)不斷地改性而付諸產(chǎn)業(yè)化。在保證其耐高溫性能的同時(shí),各種特殊應(yīng)用如超耐磨、超高剛性、超高流動(dòng)性等都已經(jīng)不斷被開發(fā)。

而在耐高溫方面,DSM在2008年Chinaplas上推出了其全新高性能STANYLDiablo,它具有長(zhǎng)期的耐熱穩(wěn)定性,可以在230℃高溫下正常工作超過(guò)3000h,同時(shí)機(jī)械性能下降則不到15%。

4.2 PA6T

PA6T是半芳香族尼龍中的典型代表,是由己二胺和對(duì)苯二甲酸縮聚而成。純的PA6T熔點(diǎn)高達(dá)370℃,在這個(gè)溫度下尼龍已經(jīng)發(fā)生了降解,無(wú)法進(jìn)行熱塑成型,所以市面流通的PA6T均是經(jīng)過(guò)與其他單體共聚后降低了熔點(diǎn)的共聚物或復(fù)合物。

PA6T在脂肪鏈的基礎(chǔ)上引入了大量苯環(huán),與傳統(tǒng)的PA6、PA66相比,PA6T擁有更高的Tg,低吸水率,尺寸穩(wěn)定性以及高耐熱性等。由于PA6T需要引入其他單體進(jìn)行共聚以降低熔融加工溫度,不同的單體配比成為PA6T改性的關(guān)鍵,因此可以說(shuō),PA6T的耐高溫改性具有很大的發(fā)展空間。 

4.3 PA9T

PA9T是由日本Kuraray公司獨(dú)自開發(fā)的,是以壬二胺和對(duì)苯二甲酸縮聚而成。雖然同為半芳香性尼龍,PA9T在加工前并不需要象PA6T一樣要通過(guò)共聚改性降低熔點(diǎn),純的PA9T熔點(diǎn)在306℃。PA9T高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(125℃)和高的結(jié)晶性,賦予了其在高溫環(huán)境下良好的韌性。

同時(shí)它還擁有其它PA材料無(wú)法比擬的耐化學(xué)品性能,僅次于PPS,而其吸水率只有0.17%,是所有PA當(dāng)中最低的。PA9T的綜合性能無(wú)疑是傳統(tǒng)耐熱尼龍中比較好的一種,而隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,其成本將會(huì)接近普通PA的成本,因此PA9T是一個(gè)有很大發(fā)展?jié)摿Φ钠贩N。

五、最新高溫尼龍

5.1 PA66

盡管與傳統(tǒng)高溫尼龍相比,PA66有相對(duì)較低的Tm和Tg,似乎限制了它在高溫領(lǐng)域的運(yùn)用,但是法國(guó)羅地亞公司卻認(rèn)為其仍可作為高端應(yīng)用材料。在2007年的德國(guó)K展上,羅地亞公司推出了高溫環(huán)境下PPA替代材料TECHNYL Heat Performance(HP),這種PA66能夠滿足汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)上升溫度環(huán)境下的性能要求。

據(jù)稱,該材料還在尼龍66的成本水平維持著尼龍66的加工性能,這項(xiàng)技術(shù)給PA66材料在耐高溫領(lǐng)域帶來(lái)了新發(fā)展,但目前只有羅地亞公司掌握該技術(shù)。

5.2 PA4T

作為全球領(lǐng)先的高溫尼龍(PA46)生產(chǎn)商,DSM公司擁有全球唯一的丁二胺工業(yè)化方案。丁二胺是PA46合成的關(guān)鍵原料,這樣的技術(shù)優(yōu)勢(shì)也使得DSM公司率先研發(fā)出了以此作為原料的PA4T產(chǎn)品。

這種21世紀(jì)的第1個(gè)新聚合體,具有卓越的空間穩(wěn)定性,無(wú)鉛焊接兼容性,高熔點(diǎn),在溫度上升的情況下具有很高的硬度和機(jī)械強(qiáng)度,且相比DSM公司原有的PA46產(chǎn)品,甚至是PA9T,它顯示出了超低的吸水率。

PA4T綜合而又優(yōu)異的性能,將會(huì)使它在今后電子電氣和汽車等耐高溫應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)重要的份額。PA4T的發(fā)明也是市場(chǎng)小型化和電子產(chǎn)品集中化對(duì)性能材料更高要求的體現(xiàn)。

5.3 PA10T

研究結(jié)果顯示,純的PA10T具319.1℃的高熔點(diǎn),其優(yōu)異的耐熱性使PA10T展現(xiàn)出了潛在的商業(yè)價(jià)值。

國(guó)內(nèi)的塑料改性龍頭企業(yè)商業(yè)化了這項(xiàng)技術(shù),使其具有優(yōu)異的耐熱性,超低的吸水率,更好的尺寸穩(wěn)定性,耐無(wú)鉛焊錫溫度高達(dá)280℃,優(yōu)異的耐化學(xué)性能和注塑加工性能。

而且據(jù)稱,PA10T樹脂有近一半的原材料來(lái)自于蓖麻,屬于生物基環(huán)保材料,綜合性能優(yōu)異,顯示出了很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

PA10T產(chǎn)品的商業(yè)化,填補(bǔ)了我國(guó)在高溫尼龍新材料上自主研發(fā)的空白。

5.4 其他PPA材料

PPA(半芳香族尼龍)是由脂肪族二胺或二酸與帶芳香環(huán)的二酸或二胺經(jīng)縮聚制得的。除了以上所述的PA4T、PA6T、PA9T、PA10T等材料外,還有PAMXD6、PA12T等很多PPA品種。這些尼龍材料因?yàn)榛瘜W(xué)結(jié)構(gòu)中具備芳環(huán)結(jié)構(gòu),都不同程度地提高了熱變形溫度。其中杜邦公司用對(duì)苯二甲酸二甲酯(DMT)和十二胺(DDMD)合成PA12T,熔點(diǎn)達(dá)296.6℃,具有極強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

六、高溫尼龍的應(yīng)用

由于HTPA能提供超過(guò)270℃的熱變形溫度,因此它是一個(gè)適用于汽車、機(jī)械、電子/電氣工業(yè)中耐熱制件的理想工程塑料。同時(shí),對(duì)于在短期高溫下必須保持結(jié)構(gòu)完整性的制件,HTPA也是理想的選擇。