聚酰胺

聚酰胺1内容简介1.简介及历史发展2.结构及物理性能3.合成与加工成型4.应用与改性材料2简单介绍•聚酰胺俗称尼龙(Nylon)，英文名Polyamide（PA）•它是大分子主链重复单元中含有酰胺基团的高聚物的总称•尼龙首先是作为最重要的合成纤维原料而后发展为工程塑料•开发最早的工程塑料，五大通用工程塑料中产量最大、品种最多、用途最广（2007年全球产量437万吨）3PA的历史是由杜邦公司的W．H．Carothers开创的,他于1936年制得尼龙丝，1939年工业化生产装置投入运转。1937年德国法本公司开发了PA6，并于1942年工业化。1961年我国的上海赛璐珞厂开发了PAl010技术。1972年杜邦公司实现了耐高温芳香族工业化生产；1976年杜邦公司开发EPDM增韧PA66,揭开了PA共混改性的序幕。改性技术由80年代的增强填料型发展到超韧、超强、高性能、合金化、功能化、专业化。历史进程我国发展•在我国，PA的研究开发从50年代就得到人们的关注。尤其自80年代以来，我国在改性PA研究方面取得了长足发展。•岳阳石油化工总厂研究院、北京化工研究院开发出阻燃PA、超韧PA和玻璃纤维增强PA；清华大学研制出PA6／聚丙烯(PP)合金；中国石油辽阳石化分公司研究院开发出增韧PA66；众多大专院校、科研机构也在从事改性PA的研究，并取得了很大进展。•如今，改性PA在运输、铁路交通、电子和通讯领域、机械工业、办公电器、娱乐用品、包装工业、医疗器械和体育用品等方面得到广泛的应用。基本特征•白色至淡黄色的颗粒•密度为1～1.16g·cm-3•制品坚硬有光泽6结构特点•形成氢键：结晶性聚合物•亲水基团：吸湿性较大•主链结构：亚甲基或芳基——柔顺性或刚性力学性能•尼龙是结晶性聚合物，酰胺基团之间存在牢固的氢键，因而具有良好的力学性能。•虽然刚性逊于金属，但是比抗拉强度高于金属，比抗压强度与金属相近，可作代替金属的材料。抗弯强度约为抗张强度的1.5倍•抗冲强度比一般塑料高得多，其中以尼龙6最好力学强度•疲劳强度为抗张强度的20%～30%；疲劳强度随分子量增大而提高•低于钢但与铸铁和铝合金等金属材料相近疲劳强度•具有自润滑性，优良的耐摩擦性和耐磨耗性，摩擦系数为0.1～0.3•以尼龙1010的耐磨耗性最好摩擦磨耗8物理性能热性能•良好的电绝缘性•体积电阻率很高，湿度较高的条件下也具有较好的电绝缘性；但吸湿性使其在使用时受到一定限制，不适合作为湿态环境下的绝缘材料电性能•一般使用温度:-40～100℃•PA46具有高耐热性，可在150℃下长期使用•PA66经玻璃纤维增强后，热变形温度达250℃9其他性能燃烧性能•良好的耐油性、耐溶剂性•对碱、盐溶液有较强的抗腐蚀性，但溶于甲酸、酚类、无机酸化学性能•优良的阻隔性•对氧气等气体的透过率较小，是食品保鲜包装的理想材料透气性•良好的阻燃性•氧指数为26.7，属于难燃材料，具有自熄性10影响因素随着结晶度的增大，很多性质会变好：强度、硬度和刚性提高，电性能改善，耐溶剂性、耐磨损性改善，热变形温度提高，尺寸稳定性提高，气密性提高，吸湿性降低；抗冲击强度和伸长率降低。结晶度水相当于增塑剂，减小了分子间作用力，对性质有显著影响：抗拉、抗压强度降低，屈服强度下降，疲劳强度下降，尺寸稳定性降低；抗冲击强度提高，屈服伸长率增大。吸湿性11合成方法2-2体系（尼龙66）：己二酸和己二胺缩聚反应，间歇法和连续法两种工艺。2体系（尼龙6）:水解聚合（应用最多）、阴离子聚合（模内浇铸技术），阳离子聚合（工业较少采用）1213加工成型注射成型是尼龙工程塑料的主要成型方法。注射成型法主要生产机械设备零部件，如汽车齿轮、散热风扇、低压空气开关外壳等。挤出成型主要采用单螺杆挤出成型，适合生产管材、单丝和薄膜等。14加工性能•PA的熔体黏度低、流动性好、易成型加工。•PA66：熔点至分解温度的范围较窄（3～10℃），热稳定较差，容易受热裂解，使产品发脆。加入抗氧剂，选择合适的加工温度（200-250℃），避免热降解。熔体对水敏感，易水解，加工前要先干燥，严格控制水含量，得到高相对分子量的产品。•PA6：加工范围较宽，但吸水性较大（饱和吸水率3.5%），尺寸稳定性差，可加入玻璃纤维增强尺寸稳定性。15电子电器工业壳体材料、绝缘材料（空气开关、接线盒等）雨刮器主要应用发动机部件散热风扇空气开关接线盒汽车工业发动机部件、电器部件、车身其他部件等代替金属材料，质量轻，具有优异的力学性能、耐油性和电绝缘性，适合制造汽车发动机周边部件和电子电器部件机械设备齿轮、绝缘垫圈、挡板座、涡轮、螺旋桨轴、螺旋推进器、滑动轴承等其他行业包装薄膜、球拍线等螺旋推进器球拍线芳香族尼龙•1960年前后，为了提高尼龙的耐热性，杜邦公司等开始芳香族聚酰胺的研究。•主要产品有两种：•特点：耐高温，耐辐射，耐腐蚀聚间苯二甲酰间苯二胺Nomex（诺梅克斯）聚对苯二甲酰对苯二胺Kevlar（凯夫拉）18Kevlar刚性苯环，高密度氢键，玻璃化温度345℃以上，热分解温度达560℃主要用于超高强度耐高温制品左图为其与尼龙66比较：尼龙66在近200℃时拉伸强度明显降低，而凯芙拉纤维依然坚挺至240℃。19性质比较•凯芙拉的模量是钢铁的3.5倍，而密度却是其1/5•断裂强度也远远高于其他材料基于Kevlar质量轻、抗冲击能力强、韧性大的特点，广泛应用于防弹衣、装甲的制造。因其耐磨性，也被用于手机外壳21改性尼龙——铸型尼龙•MC尼龙又称浇铸尼龙，铸型尼龙。•碱聚合法（阴离子聚合）：•成型加工设备及模具简单，可直接浇注，特别适用于大件、多品种和小批量制备的生产。单体熔体除水制活性料模具中聚合并成型机械加工混合铸造尼龙制件改性尼龙——铸型尼龙•优点：原料粘度不高，充模容易，之间尺寸大小不受限制MC尼龙分子量比一般尼龙6高一倍左右，结晶度大，各项力学性能都比尼龙6高，尺寸稳定性好。生产周期短，产品中单体杂质含量少。“以塑代钢、性能卓越”，用途极其广泛。它具有重量轻、强度高、自润滑、耐磨、防腐，绝缘等多种独特性能是应用广泛的工程塑料。23改性尼龙——增强尼龙尼龙与金属材料相比：强度较小刚性较低吸湿引起尺寸变化大填充增强尼龙：保持原有性能弯曲、拉伸强度大幅提高尺寸稳定性增强耐候性明显改善添加增强材料制备方法短纤维法：把玻璃纤维、碳纤维或芳族聚酰胺纤维等的连续纤维切断成一定的长度，与尼龙树脂混合后用挤出机进行混炼并造粒，这是目前使用最广泛的方法。长纤维法：将树脂均匀的包覆在纤维束外围，再由切粒机切成一定长度的颗粒。24改性尼龙——增强尼龙增强作用原理：在树脂、玻璃纤维的两相复合材料中，树脂起桥梁作用，把分散的玻璃纤维连接起来，两相界面起传递应力的作用，玻璃纤维是主要的应力承载者，通常玻璃纤维的强度比基体大，从而提高了基体的力学性能。改性尼龙——高抗冲尼龙•以尼龙66或尼龙6为基体，通过与其他聚合物共混的方法来进一步提高抗冲强度的新品种。•超韧尼龙ZytelST（PA66/EPDM）：一种由0.1-1.0um直径的弹性体均匀的分布在PA66基体内，组成了分散的两相结构。其冲击强度达到了900-1020J/m，为PA66的十几倍,同时保留了尼龙本身的耐化学性、绕曲性和耐磨性。改性尼龙——阻隔尼龙•尼龙本身具有良好的阻隔性，将其应用于复合材料中，可以得到高阻隔性材料。以尼龙MXD6等为代表•由三菱瓦斯化学公司在1984年开发•它是间苯二甲胺和己二酸的缩聚产物，为半结晶聚合物，熔点比PA6高20℃，耐热性高，吸水率低，尺寸稳定性好，物理力学性能好，具有出色的阻透性，氧气渗透性是PA6的1/10•与PET的混合料符合食品卫生要求，是药品、碳酸饮料、酒类、食品等气体，是阻隔性要求很高的理想包装材料。PET复合瓶有效阻隔气体的渗透增加食品储存寿命PETMXD6PET总结28优点•性能优良：•力学性能、耐摩擦性、耐磨耗性和自润滑性•电绝缘性•耐油性和耐溶剂性•阻燃性•气体阻隔性缺点•吸湿性较大•并对力学及电学性能影响较大（大部分力学性能降低，电绝缘性下降）•尺寸稳定性较差•耐候性较差•不耐酸的腐蚀改性芳香族尼龙、MC尼龙、增强尼龙、高抗冲尼龙、阻隔尼龙……谢谢观赏29