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尼龍改性在工程塑料領域構建的龐大帝國

尼龍改性在工程塑料領域構建的龐大帝國

發布日期:2020-08-06 瀏覽次數:

  尼龍溯源
  聚酰胺(PA,俗稱尼龍)是美國DuPont公司最先開發用于纖維的樹脂,于1939年實現工業化。20世紀50年代開始開發和生產注塑制品,以取代金屬滿足下游工業制品輕量化、降低成本的要求。聚酰胺主鏈上含有許多重復的酰胺基,用作塑料時稱尼龍,用作合成纖維時我們稱為錦綸,聚酰胺可由二元胺和二元酸制取,也可以用ω-氨基酸或環內酰胺來合成。根據二元胺和二元酸或氨基酸中含有碳原子數的不同,可制得多種不同的聚酰胺,目前聚酰胺品種多達幾十種,其中以聚酰胺-6、聚酰胺-66和聚酰胺-610的應用最廣泛。
  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,且摩擦系數低,有一定的阻燃性,易于加工,適于用玻璃纖維和其它填料填充增強改性,提高性能和擴大應用范圍。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塑料制品可采用金屬鈉、氫氧化鈉等為主催化劑,N-乙?;簝弱0窞橹呋瘎?,使δ-己內酰胺直接在模型中通過負離子開環聚合而制得,稱為澆注尼龍。用這種方法便于制造大型塑料制件。
  主要用于合成纖維
  聚酰胺主要用于合成纖維,其最突出的優點是耐磨性高于其他所有纖維,比棉花耐磨性高10倍,比羊毛高20倍,在混紡織物中稍加入一些聚酰胺纖維,可大大提高其耐磨性;當拉伸至3-6%時,彈性回復率可達100%;能經受上萬次折撓而不斷裂。聚酰胺纖維的強度比棉花高1-2倍、比羊毛高4-5倍,是粘膠纖維的3倍。但聚酰胺纖維的耐熱性和耐光性較差,保持性也不佳,做成的衣服不如滌綸挺括。另外,用于衣著的錦綸-66和錦綸-6都存在吸濕性和染色性差的缺點,為此開發了聚酰胺纖維的新品種——錦綸-3和錦綸-4的新型聚酰胺纖維,具有質輕、防皺性優良、透氣性好以及良好的耐久性、染色性和熱定型等特點,因此被認為是很有發展前途的。
  代替銅等金屬
  由于聚酰胺具有無毒、質輕、優良的機械強度、耐磨性及較好的耐腐蝕性,因此廣泛應用于代替銅等金屬在機械、化工、儀表、汽車等工業中制造軸承、齒輪、泵葉及其他零件。聚酰胺熔融紡成絲后有很高的強度,主要做合成纖維并可作為醫用縫線。
  用于各種醫療及針織品
  在民用上,可以混紡或純紡成各種醫療及針織品。錦綸長絲多用于針織及絲綢工業,如織單絲襪、彈力絲襪等各種耐磨解釋的錦綸襪,錦綸紗巾,蚊帳,錦綸花邊,彈力錦綸外衣,各種錦綸綢或交織的絲綢品。錦綸短纖維大都用來與羊毛或其它化學纖維的毛型產品混紡,制成各種耐磨經穿的衣料。
  在工業上錦綸大量用來制造簾子線、工業用布、纜繩、傳送帶、帳篷、漁網等。在國防上主要用作降落傘及其他軍用織物。
  改性尼龍的概念和分類
  改性尼龍是工程塑料中的一類,是以尼龍原料為基料在加以改變其物理性質而形成的顆粒狀產品。此類產品產出是依據一些生產廠家所需求的不同而進行改性制作的。改性尼龍大致包括:增強尼龍,增韌尼龍,耐磨尼龍,無鹵阻燃尼龍,導電尼龍,阻燃尼龍等等。
  1.熱性質:玻璃轉移溫度(Tg)及熔點(Tm);熱變形溫度(HDT)高;長期使用溫度高(UL-746B);使用溫度范圍大;熱膨脹系數小。
  2.機械性質:高強度、高機械模數、低潛變性、強耐磨損及耐疲勞性。
  3.其它:耐化學藥品性、抗電性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性佳。此類產品產出是依據一些生產廠家所需求的不同而進行改性制作的,改性尼龍大致包括:增強尼龍,增韌尼龍,耐磨尼龍,無鹵阻燃尼龍,導電尼龍,阻燃尼龍等等。改性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應用。
  尼龍改性的方向
  概括起來,主要在以下幾方面進行改性。
  ①改善尼龍的吸水性,提高制品的尺寸穩定性。
  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應用的要求。
  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,實現尼龍復合材料的高性能化與功能化。
  幾種常見的改性尼龍
  玻璃纖維增強PA
  在PA 加入30% 的玻璃纖維,PA 的力學性能、尺寸穩定性、耐熱性、耐老化性能有明顯提高,耐疲勞強度是未增強的2.5 倍。玻璃纖維增強PA 的成型工藝與未增強時大致相同,但因流動較增強前差,所以注射壓力和注射速度要適當提高,機筒溫度提高10-40℃。由于玻纖在注塑過程中會沿流動方向取向,引起力學性能和收縮率在取向方向上增強,導致制品變形翹曲,因此,模具設計時,澆口的位置、形狀要合理,工藝上可以提高模具的溫度,制品取出后放入熱水中讓其緩慢冷卻。另外,加入玻纖的比例越大,其對注塑機的塑化元件的磨損越大,最好是采用雙金屬螺桿、機筒。
 阻燃PA
 由于在PA中加入了阻燃劑,大部分阻燃劑在高溫下易分解,釋放出酸性物質,對金屬具有腐蝕作用,因此,塑化元件(螺桿、過膠頭、過膠圈、過膠墊圈、法蘭等)需鍍硬鉻處理。工藝方面,盡量控制機筒溫度不能過高,注射速度不能太快,以避免因膠料溫度過高而分解引起制品變色和力學性能下降。
 透明PA 
 具有良好的拉伸強度、耐沖擊強度、剛性、耐磨性、耐化學性、表面硬度等性能,透光率高,與光學玻璃相近,加工溫度為300-315 ℃,成型加工時,需嚴格控制機筒溫度,熔體溫度太高會因降解而導致制品變色,溫度太低會因塑化不良而影響制品的透明度。模具溫度盡量取低些,模具溫度高會因結晶而使制品的透明度降低。
 耐候PA
 在PA 中加入了碳黑等吸收紫外線的助劑,這些對PA的自潤滑性和對金屬的磨損大大增強,成型加工時會影響下料和磨損機件。因此,需要采用進料能力強及耐磨性高的螺桿、機筒、過膠頭、過膠圈、過膠墊圈組合。聚酰胺分子鏈上的重復結構單無是酰胺基的一類聚合物。
 改性尼龍產品的發展趨勢
  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后,各國大公司紛紛開發新的改性PA產品,美國、西歐、日本、荷蘭、意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,廣泛用于汽車、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,并得到了迅速發展,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;在應用方面,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,這種結構復雜的部件的塑料化,除在應用方面具有重大意義外,更重要的是延長了部件的壽命,促進了工程塑料加工技術的發展。
  尼龍作為工程塑料中最大最重要的品種,具有很強的生命力,主要在于它改性后實現高性能化,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,促進了工程塑料高性能化的進程,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,主要是用于汽車發動機部件,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料發展的主流。尼龍合金化是實現尼龍高性能的重要途徑,也是制造尼龍、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,提高制品的尺寸穩定性,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納米尼龍的制造技術與應用將得到迅速發展。納米尼龍的優點在于其熱性能、力學性能、阻燃性、阻隔性比純尼龍高,而制造成本與普通尼龍相當。因而,具有很大的競爭力。 
 ④用于電子、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加工助劑的研究與應用,將推動改性尼龍的功能化、高性能化的進程。 
 ⑦綜合技術的應用,產品的精細化是推動其產業發展的動力。
 

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