聚醯胺PA

聚醯胺(PA,俗稱尼龍)是美國DuPont公司最先開發用於纖維的樹脂,於1939年實現工業化。20世紀50年代開始開發和生產注塑製品,以取代金屬滿足下游工業製品輕量化、降低成本的要求。

簡介

聚醯胺(PA,俗稱尼龍)是美國DuPont公司最先開發用於纖維的樹脂,於1939年實現工業化。20世紀50年代開始開發和生產注塑製品,以取代金屬滿足下游工業製品輕量化、降低成本的要求。聚醯胺主鏈上含有許多重複的醯胺基,用作塑膠時稱尼龍,用作合成纖維時我們稱為錦綸,聚醯胺可由二元胺和二元酸製取,也可以用ω-胺基酸或環內醯胺來合成。根據二元胺和二元酸胺基酸中含有碳原子數的不同,可製得多種不同的聚醯胺,目前聚醯胺品種多達幾十種,其中以聚醯胺-6、聚醯胺-66和聚醯胺-610的套用最廣泛。
聚醯胺-6、聚醯胺-66和聚醯胺-610的鏈節結構分別為[NH(CH2)5CO]、[NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO]和[NH(CH2)6NHCO(CH2)8CO]。聚醯胺-6和聚醯胺-66主要用於紡制合成纖維,稱為錦綸-6和錦綸-66。尼龍-610則是一種力學性能優良的熱塑性工程塑膠。
PA具有良好的綜合性能,包括力學性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學藥品性和自潤滑性,且摩擦係數低,有一定的阻燃性,易於加工,適於用玻璃纖維和其它填料填充增強改性,提高性能和擴大套用範圍。PA的品種繁多,有PA6、PA66、PAll、PAl2、PA46、PA610、PA612、PAl010等,以及近幾年開發的半芳香族尼龍PA6T和特種尼龍等很多新品種。 尼龍-6塑膠製品可採用金屬鈉氫氧化鈉等為主催化劑,N-乙醯基己內醯胺為助催化劑,使δ-己內醯胺直接在模型中通過負離子開環聚合而製得,稱為澆注尼龍。用這種方法便於製造大型塑膠製件。

市場預測

為了增強PA同其它材料(包括工程塑膠)的競爭力,擴大套用範圍,提高市場占有份額,從提高製品性能、降低成本和有利於環境這三個方面改進產品晶級的性能,如Du Pont、DSM、Rhodia、東麗公司等樹脂生產廠家都先後推出了快速成型品級,縮短了成型周期,降低了生產成本。採用茂金屬聚烯烴如聚烯烴彈性體(POE)增韌改性比用彈性體改性更方便,可調範圍更大。同時能生產阻燃(特別是無鹵阻燃)PA品級的廠家增多,可供用戶選擇的產品也增多。另外,值得提及的是PA·納米複合材料是前產量最大的工業化聚合物系納米複合材料,納米粒子填充量小,改性產品的密度幾乎與基礎晶級相同,其優越性是顯而易見的。
工業家和諮詢家普遍對PA工程塑膠的未來市場持樂觀態度,有的認為2000~2005年其用量將以年均7%的速度遞增”,也有報導預計2001—2006年間世界PA工程塑膠市場的年均增長率為5%-6%”l。亞洲地區生產能力的占有份額將有所提高。PA工程塑膠市場套用的熱點和未來潛在市場為:
⑴汽車發動機吸氣歧管汽車廠為降低生產成本,要求採用一體化部件,選用高性能材料和簡化設計。製作PA吸氣歧管可使製品輕量化,降低成本40%-50%,井有減振效果。目前歐洲汽車廠套用PA吸氣歧管走在前列,預計美國和其它地區會很快跟上。
⑵耐熱性(特別是焊接耐熱性)晶級將在電器工業上套用十分活躍,無鹵膽燃PA肘開發和套用將受到人們的更大關注。
⑶以PA6為中心的食品包裝膜該產品套用前景看好,雙向拉伸(BO)PA薄膜具有良好的抗穿刺性、對氧和二氧化碳的阻隔性及耐蒸煮性,用作共擠出多層膜的芯膜,可延長食品的保質期,需求量會穩步增長,並從最初開發、套用的日本擴大到其它國家和地區。

分類

尼龍中的主要品種是尼龍6和尼龍66,占絕對主導地位,其次是尼龍11,尼龍12,尼龍610,尼龍 612,另外還有尼龍 1010,尼龍46,尼龍7,尼龍9,尼龍13,新品種有尼龍6I,尼龍9T和特殊尼龍 MXD6(阻隔性樹脂)等,尼龍的改性品種數量繁多,如增強尼龍,單體澆鑄尼龍(MC尼龍),反應注射成型(RIM)尼龍, 芳香族尼龍,透明尼龍,高抗沖(超韌)尼龍,電鍍尼龍,導電尼龍,阻燃尼龍,尼龍與其他聚合物共混物和合金等,滿足不同特殊要求,廣泛用作金屬,木材等傳統材料代用品,作為各種結 構材料。

性能

尼龍為韌性角狀半透明或乳白色結晶性樹脂,作為工程塑膠的尼龍分子量一般為1.5-3萬尼龍具有很高的機械強度,軟化點高,耐熱,磨擦係數低,耐磨損,自潤滑性,吸震性和消音性,耐油,耐弱酸,耐鹼和一般溶劑,電絕緣性好,有自熄性,無毒,無臭,耐候性好,染色性差。缺點是吸水性大,影響尺寸穩定性和電性能,纖維增強可降低樹脂吸水率,使其能在高溫、高濕下工作。尼龍與玻璃纖維親合性十分良好。
尼龍中尼龍66的硬度、剛性最高,但韌性最差。各種尼龍按韌性大小排序為:PA66299℃,在449~499℃時會發生自燃。
尼龍的熔體流動性好,故製品壁厚可小到1mm。

改性

由於尼龍具有很多的特性,因此,在 汽車電氣設備、機械部構:、交通器材、紡織、造紙機械等方面得到廣泛套用。
隨著汽車的小型化、電子電氣設備的高性能化、機械設備輕量化的進程加快,對尼龍的需求將更高更大。特別是尼龍作為結構性材料,對其強度、耐熱性、耐寒性等方面提出了很高的要求。尼龍的固有缺點也是限制其套用的重要因素,特別是對於PA6、PA66兩大品種來說,與PA46、PAl2等品種比具有很強的價格優勢,雖某些性能不能滿足相關行業發展的要求。因此,必須針對某一套用領域,通過改性,提高其某些性能,來擴大其套用領域。主要在以下幾方面進行改性:
①改善尼龍的吸水性,提高製品的尺寸穩定性。
②提高尼龍的阻燃性,以適應電子、 電氣、通訊等行業的要求。
③提高尼龍的機械強度,以達到 金屬材料的強度,取代金屬
④提高尼龍的抗 低溫性能,增強其對耐環境應變的能力。
⑤提高尼龍的耐磨性,以適應耐磨要求高的場合。
⑥提高尼龍的抗靜電性,以適應礦山及其機械套用的要求。
⑦提高尼龍的耐熱性,以適應如 汽車發動機等耐高溫條件的領域。
⑧降低尼龍的成本,提高產品競爭力。
總之,通過上述改進,實現尼龍 複合材料的高性能化與功能化,進而促進相關行業產品向高性能、高質量方向發展。
改性PA產品的最新發展
前面提到,玻璃纖維增強PA在20世紀50年代就有研究,但形成產業化是20世紀70年代,自1976年美國杜邦公司開發出超韌PA66後,各國大公司紛紛開發新的改性PA產品,美國、西歐、 日本荷蘭義大利等大力開發增強PA、阻燃PA、填充PA,大量的改性PA投放市場。
20世紀80年代,相容劑技術開發成功,推動了PA合金的發展,世界各國相繼開發出PA/PE、PA/PP、PA/ABS、PA/PC、PA/PBT、PA/PET、PA/PPO、PA/PPS、PA/I.CP( 液晶高分子)、PA/PA等上千種合金,廣泛用於汽車、機車、電子、電氣械、紡織、 體育用品、辦公用品、家電部件等行業。
20世紀90年代,改性尼龍新品種不斷增加,這個時期改性尼龍走向商品化,形成了新的產業,並得到了迅速發展,20世紀90年代末,世界尼龍合金產量達110萬噸/年。
在產品開發方面,主要以高性能尼龍PPO/PA6,PPS/PA66、增韌尼龍、納米尼龍、無鹵阻燃尼龍為主導方向;在套用方面,汽車部件、電器部件開發取得了重大進展,如汽車進氣歧管用高流動改性尼龍已經商品化,這種結構複雜的部件的塑膠化,除在套用方面具有重大意義外,更重要的是延長了部件的壽命,促進了工程塑膠加工技術的發展。

改性尼龍發展的趨勢
尼龍作為工程塑膠中最大最重要的品種,具有很強的生命力,主要在於它改性後實現高性能化,其次是汽車、電器、通訊、電子、機械等產業自身對產品高性能的要求越來越強烈,相關產業的飛速發展,促進了工程塑膠高性能化的進程,改性尼龍未來發展趨勢如下。
①高強度高剛性尼龍的市場需求量越來越大,新的 增強材料如無機晶須增強、 碳纖維增強PA將成為重要的品種,主要是用於汽車 發動機部件, 機械部件以及 航空設備部件。
②尼龍合金化將成為改性工程塑膠發展的主流。尼龍合金化是實現尼龍高性能的重要途徑,也是製造尼龍專用料、提高尼龍性能的主要手段。通過摻混其他高聚物,來改善尼龍的吸水性,提高製品的尺寸穩定性,以及 低溫脆性、耐熱性和耐磨性。從而,適用車種不同要求的用途。
③納米尼龍的製造技術與套用將得到迅速發展。納米尼龍的優點在於其熱性能、力學性能、阻燃性、阻隔性比純尼龍高,而製造成本與背通尼龍相當。因而,具有很大的競爭力。
④用於電子、電氣、 電器的阻燃尼龍與日俱增,綠色化阻燃尼龍越來越受到市場的重視。
⑤抗靜電、 導電尼龍以及磁性尼龍將成為電子設備、礦山機械、紡織機械的首選材料。
⑥加工助劑的研究與套用,將推動改性尼龍的功能化、高性能化的進程。
⑦綜合技術的套用,產品的精細化是推動其產業發展的動力。

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