高分子材料(第3章)解析

3.2.2 PA的结构
PA树脂的外观为白色或淡黄色的颗粒，制品 坚硬，表面有光泽。 分子之间的氢键作用，使PA的结构容易发生 结晶化，从而使得PA具有良好的力学性能、 耐油性、耐溶剂性等。 但是，PA由于酰胺基的影响而吸水率较大。
3.2.3 PA的性能
(1) 力学性能 PA的拉伸强度、压缩强度、 冲击强度、刚性以及耐磨性 都较好，但是PA的力学性能 会受温度和湿度(或吸水率)的 影响，拉伸强度、弯曲强度 和压缩强度均随温度和湿度 的增加而减小，如图3-1和3-2 所示。(见书P102)
(2) 尼龙66和尼龙610的合成反应(见书P101)
(3) 尼龙6的合成反应(见书P101)
(4) PA中酰胺基的结构及其影响 PA分子链段中重复出现的酰胺基是一个带有 极性的基团，这个基团上的氢能够与另一个 分子的酰胺基团中的羰基上的氧结合形成较 强大的氢键，如下所示：(见书P101)
一方面，氢键的形成使得聚酰胺的结构容易 发生结晶化，而且由于分子间作用力较大， 使得聚酰胺具有较高的力学强度和熔点；而 另一方面，由于聚酰胺分子链中存在亚甲基 (－CH2－)，因此分子链比较柔顺，使聚酰胺 具有较高的韧性。
(2) 电性能 PA在低温和干燥的条件下具有良好的电绝缘性， 但是在潮湿的条件下，PA的体积电阻率以及介电 强度均会降低，介电常数和介质损耗也会明显地 增大。温度上升，电性能也会下降。
(3) 热性能 PA分子链间会形成氢键，因此其熔融温度比较 高，而且熔融温度范围比较窄，有明显的熔点。 PA的热变形温度一般在80℃以下。
高分子材料
主讲：刘海洋
Email：liuhaiyangocean@sina.com
第3章 工程塑料
3.1 工程塑料
3.1.1 工程塑料的定义
工程塑料是指在物理力学性能以及热性能比较 好的、可以当作结构材料使用的并且在较宽的 温度范围内可承受一定的机械应力和较苛刻的 化学、物理环境中使用的塑料材料。由于工程 塑料具备许多优异的性能，故可应用于电子、 电器、机械、交通、航空航天等领域中。
此外，PA具有良好的力学性能、耐磨性和耐 化学药品性。
然而，PA的主要缺点是亲水性太强，吸水后 尺寸稳定性差。这主要是因为酰胺基团具有 吸水性，其吸水性取决于酰胺基之间亚甲基 链节的长短，即取决于分子链中CH2/CONH 的比值。 示例：聚酰胺6(CH2/CONH=5:1)的吸水性比 聚酰胺1010(CH2/CONH=9:1)的吸水性要大。
PA的热导率很低，约为0.18～0.4W/(m· K)；而 PA的线胀系数较大，约为金属的5～7倍，并且 会随温度的升高而增加。
(4) 化学性能 PA的化学稳定性良好，由于具有较高的内聚能和 结晶性，所以PA不溶于醇、酯等普通溶剂，并且 不受弱碱、弱酸、盐水等的影响。
常温下，PA可溶于强极性溶剂(如酚类、硫酸、 甲酸)以及硫氰酸钾等盐溶液中。 高温下，PA可溶于乙二醇、冰醋酸、氯乙醇、及 丙二醇等溶剂中。
PA具有优异的冲击性能，并且冲击强度 随温度和吸水率的提高而增大。
此外，聚酰胺的硬度随吸水率的增加而 呈直线下降趋势，如图3-3所示。(见书 P103)
PA具有优异的耐磨耗性能，是一种自润滑材料， 并且PA的结晶度越高，材料的硬度越大，耐磨性 将会越高。此外，PA的耐磨性能还可以通过加入 二硫化钼、石墨等填料来进一步地改善。
(5) 其它性能 PA的耐候性一般，长时间暴露于空气中会变脆、 力学性能明显地下降。但加入炭黑和无机碱金属 的溴盐和碘盐、铜和铜化合物以及亚磷酸酯类等 稳定剂后，可明显地改善PA的耐候性。
PA无毒、无臭、无味，并且多数具有自熄性，即 燃烧时火焰传播速度缓慢，离火后会慢慢熄灭。
3.2.4 PA的加工性能
3.1.2 工程塑料的类型
在工程塑料中，通常将使用量大、长期使用温度 在100～150℃、可作为结构材料使用的塑料材料 称为通用工程塑料，如聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸 酯、聚苯醚、热塑性聚酯及其改性制品等。
而将使用量小、价格高、长期使用温度在150℃ 以上的塑料材料称为特种工程塑料，如聚酰亚胺、 聚砜、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚芳酯等。
一般认为，PA中酰胺基的比例越大，吸水率 也将越高，所以吸水率的大小顺序为： PA6>PA66>PA610>PA1010>PA11>PA12。
(5) PA的改性和新型品种 PA的改性品种主要有碳纤维或玻璃纤维增强 聚酰胺。 PA的新型品种主要有透明聚酰胺，高强、耐 高温的间位、对位芳酰胺聚合物等芳香族聚 酰胺，高冲击聚酰胺等。 此外，单体浇注(MC)聚酰胺、反应注射成型 (RIM)聚酰胺、及增强反应注射成型(RRIM) 聚酰胺也得以迅速发展。
源自文库
3.2 聚酰胺
3.2.1 概述
聚酰胺简称PA，俗称尼龙。 PA是指分子主链上含有酰胺基团(－NHCO－)的 高分子化合物。 PA可以由二元胺和二元酸通过缩聚反应制得， 也可由ω-氨基酸或内酰胺自聚而得。
(1) PA的命名 PA的命名是由二元胺和二元酸的碳原子数来 决定的，称为聚酰胺MN(或尼龙MN)，其中 第一个数字M代表二元胺的碳原子数，第二个 数字N则代表二元酸的碳原子数。 示例1：己二胺和己二酸反应所得到的缩聚物 称为聚酰胺66(或尼龙66)。 示例2：由ω-氨基己酸或己内酰胺聚合的产物 称为聚酰胺6(或尼龙6)。
(4) PA的热稳定性较差，易热分解而影响制品的 外观和性能，因此须避免长时间的高温加工。 (5) PA吸收少量的水份后，其坚韧性、冲击强度 和拉伸强度会有所提高，因此有时需进行调湿 处理，提高制品的性能和尺寸稳定性。
(1) PA由于含有极性的酰胺基，吸水性较大，高温 时容易氧化变色，成型加工时需干燥，干燥条件 为80～90℃下干燥10～12h，含水率<0.1%。 (2) PA熔体的黏度低，流动性大，因此须采用自锁 式喷嘴，防止漏料，模具应精确加工避免溢边。 此外，PA的融化温度狭窄，所以需加热喷嘴以免 堵塞。
(3) PA的成型收缩率大，产品尺寸精确性较差， 须多次试加工以便制造精密尺寸零件。