10工程塑料-PA解析

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名称
6
66
69
619
612 1010
12
酰胺基含量
38
38
32
30.7
28
25.4
22
吸水率/%
1.31.9
1.01.3
0.5
0.4
0.4 0.39
0.250.3
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• 1.4.2 耐磨擦性 PA具有优良的耐磨擦性和耐磨耗性，摩 擦因数为0.1-0.3。其中PA1010的耐磨耗性最好，约为铜 的8倍。在PA中添加二硫化铝、石墨等填料，可进一步提
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P型聚酰胺
• 氨基酸自缩聚或由内酰胺开环聚合制得的聚酰
胺是P型聚酰胺，称聚酰胺P，P代表单体中所
合碳原子数。例如聚酰胺6、聚酰胺9就是典型
代表。
• 聚酰胺6，7，8，9，11，12和聚酰胺3，4等都
属于P型聚酰胺，其中聚酰胺6，9应用最广。
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MP型聚酰胺
• 由二元胺和二元酸单体缩聚反应后的缩聚物通式：
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第十节 工 程 塑 料
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• 1.通用工程塑料的种类？ • 2.聚酰胺化合物的命名规则？ • 3.聚酰胺化合物的结构与性能的关系。
• 4.聚酰胺化合物的加工方法。
• 5.聚酰胺化合物的主要用途。
键。
• 5.脂肪族聚酰胺熔融状态的粘度都很低，是因为它们的分
子链柔性良好和分子量都不太高，一般不超过 3-4 万。例
如工业上生产的聚酰胺66，最大聚合度仅约 100，分子量 约2.2万。 •北京工商大学
结构与热性能关系
• • • • • 亚甲基含量增加熔点下降； 氢键比例越高，材料结晶能力越强，熔点越高 Tm,PA46>TmPA66> TmPA6 > TmPA610 > TmPA1010 亚甲基含量对PA性能的影响存在奇偶效应，含有偶数亚甲基的
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结构与性能
• 1.所有脂肪族聚酰胺分子链都是线型结构，分子链骨架由C-N-链组成，具有良好的柔曲性，因此都是典型的热塑性 聚合物。 • 2.分子链上有规律地交替排列着较强的极性酰胺基，分子 链很规整，具有较强的结晶能力，极性的酰胺基可以使分 子链之间形成氢键； • 氢键的形成增大了分子链之间的作用力，使聚合物的结晶 能力进一步增强，使聚合物的熔点升高。另一方面，分子 链的柔性赋予材料良好的韧性。
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1.5 加工与应用
• PA具有广泛的加工范围和易加工性，几乎所有常用的热塑 性塑料的加工方法均可加工PA。 • 注塑、挤出（管、型材、片、单丝、吹塑、薄膜、电线电
缆护套、 中空吹塑）、旋转成型、热成型和浇铸成型，
其中以注塑成型最重要。
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• PA吸水率高，在成型前必须对树脂进行干燥。 • PA 的结晶性使成型收缩率较高，一般为 1 ． 5％ -2 ． 5％， 同时由于结晶的不完全性和不均匀性，会使制品在成型后 出现后收缩，产生内应力，应对成型后制品进行热处理。
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1.2 PA种类
• PA6 、 PA66 、 PA610 、 PA11 、 PA12 ； 其 中 PA6 和
PA66由于具有最佳的价格、性能和加工性能等综
合优点，所以产量最高。
• 60年代中期以后，PA类塑料不断有新的品种问世，
如芳香PA、脂环PA、PA热塑性弹性体，以及其它
共聚、共混、增强、填充等改性品种，展示了PA
• 根据聚酰胺分子链具有良好柔性的结构特点，由于分子链
间会形成氢键，聚酰胺的熔融温度一般均高于聚烯烃，熔 融温度范围较窄，有较明显的熔点。
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• 1.4.6Leabharlann Baidu电性能
• 聚酰胺分子链中含有极性酰胺基，这对电性能带来不利影 响。
• 在室温且干燥的条件下，聚酰胺尚具有较好的电性能，但 也明显低于聚乙烯、聚苯乙烯等材料。 • 在潮湿环境下，体积电阻率和介电强度均会下降，介电常 数和介质损耗也明显增大。
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结构与性能
• 3.不同品种的聚酰胺其单体所含碳原子数不同，使分子链 之间所能形成的氢键比例数及氢键沿分子链分布的疏密程 度不同，影响到不同聚酰胺的结晶能力和熔点有明显差别。
• 分子链上的酰胺基间形成的氢键比例愈大，材料的结晶能
力就愈强，熔点愈高。
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结构与性能
• 4.凡单体中全部含有偶数个亚甲基者，其聚合物分子链上 酰胺基都可100％形成氢键，凡单体中全部或其中一种单 体含有奇数个亚甲基者，聚合物的酰胺基只能50％形成氢
• -[NH-（CH2）m-NHCO-（CH2）n-2 CO]－。
• m为二元胺的碳原子数，n为二元酸的碳原子数。
• MP 型聚酰胺的典型代表 PA66 （聚酰胺 66 ），它的工业
化生产方法是以己二胺与已二酸为原料，先使二者配
制成聚酰胺66盐，再进行缩聚得到聚酰胺66。
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MP型聚酰胺聚合
尼龙合金有PA／PPO、PA／ABS等。 • 用弹性体增韧和超韧化后的尼龙合金，冲击强度比基础树 脂可提高10～20倍； • 耐高温树脂组成的合金，耐热性可提高30～60oC，因此可 以耐150oC的涂装温度，用于汽车部件。
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芳香族尼龙
• 芳香族尼龙 是 20 世纪 60 年代首先由美国杜邦公司开发 成功的耐高温、耐辐射。耐腐蚀尼龙新品种。目前主要 有聚间苯二酸间苯二胺和聚对苯酰胺。
气电子领域广泛应用；
• ③加入选择性共聚体，目的是解决玻纤增强PA制品因表面 露丝而影响平滑性和光泽问题； • ④纳米复合化PA，作用于天然蒙脱土的层间使尼龙酰胺基 团与蒙脱土片层相互作用。 •北京工商大学
胺基的线性聚合物的总称，它可以是
内酰胺的分子通过开环聚合而成，也 可以由二元胺和二元酸通过缩聚反应 来制取。
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PA的基本情况
• 于1939年实现工业化生产；
• 最初用作制造合成纤维的原料；
• 是最早出现的合成纤维；具有里程碑式的意义； • 象蛛丝一样细，象钢丝一样强，象绢丝一样美； • 由于具有高强韧度、耐磨、自润滑、使用温度范围宽（高 温强度好、低温强度好）耐油和耐腐蚀等优良综合性能， 成为开发最早的工程塑料品种，并获得广泛的应用； • 其产量约占工程塑料总产量的三分之一 。
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1.4一般特性
1. 尼龙的密度 2. 尼龙的结晶度 3. 分子量及分布 4. PA的透气性
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1.4.1 PA的吸水率与性能
• 1.由于酰胺基的存在，PA有较大的吸水性，在一般气候条
件下（室温、相对湿度50％），PA6的吸水率为3.0％， PA66为2.8％，PA11为0.90，PA12为0.7％。 • 由于吸水性大，PA的尺寸稳定性较差、电绝缘性能也较差。 • PA的力学性能也与吸水率有关，随着吸水率的增加，拉伸、 弯曲和压缩强度均下降，而冲击强度增高，延伸率也增大。
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工程塑料种类
• 在工程塑料中，一般用量大、可作结构材料使用的材料称 为“通用工程塑料”，如聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改 性聚苯醚、热塑性聚酯。 • 特种工程塑料价格昂贵、耐热等级高、可作结构或特殊用 途的工程塑料，如聚砜、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚砜和 聚芳酯等均用于国防和尖端科技领域。
广阔的发展前景。
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1.3 PA 结构与性能
• PA分子中含有许多极性很强的酰胺基团。-NH-CO• 一个分子链中这个基团的氢原子能与另一个分子链上的羰基 基团的给电子基缔合成相当强的氢键，氢键的形成有利于大 分子在一定程度上定向排列，所以PA通常都有较高的结晶度； 氢键的形成使PA熔点升高，制品具有优良的强度、韧性和、 耐油和耐溶剂性及优异的力学性能。 • PA的熔点在180-280℃之间，品种不同，差别较大。
• 特点：结晶快 , 晶体熔点 410℃，分解温度 450℃，脆化
温度-70℃，连续使用温度200 ℃
• 耐辐射，具有优异的力学性能和电性能，拉伸强度
（100-120）MPa。
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1.7 近年来聚酰胺技术动向
• ①提高酰胺基含量 耐热性更好的PA46； • ②引入部分芳香族结构 由于其尺寸稳定性好，可在电 用分子设计的方法生产比 PA6 、 PA66
• 温度升高，电性能均会降低。
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• 1.4.7．其它性能
• 在室内的室温环境下，聚酰胺性能稳定;
• 在室外大气环境中，性能会逐渐地明显下降，特别当温度超
过60oC时，性能下降特别明显，主要的变化是发暗、变脆，力
学性能下降、在100℃的户外环境下暴露，寿命仅为4-6周。 • 不同聚酰胺的氧指数约在 26-30之间，在火源作用下可以燃烧。
高PA的耐磨耗性和降低PA的摩擦因数。
• 1.4.3.PA具有良好的耐疲劳性。与铸铁和铝合金等金属相
当，显示了适宜于制作承受循环载荷部件的特性。
• 1.4.4.PA具有良好的耐油、耐溶剂性，也具有较好的电绝 缘性，但电阻值随温度和吸水率的增加有明显降低。 •北京工商大学
• 1.4.5.热性能 • 聚酰胺是半结晶型聚合物，结晶度一般小于聚乙烯、聚丙 烯、聚四氟乙烯等高结晶度聚合物。
• 工程塑料的发展时间较短，产量也不高，但增长速度很快， 特种工程塑料的发展速度又超过一般工程塑料。在发达国 家，工程塑料的生产和消费占有垄断地位。
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1 聚酰胺
• 1.1 合成与命名
• 聚酰胺简称PA（Polyamide）俗称尼 龙（ Nylon ）是指分子主链上含有酰
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尼龙的主要用途： 1）汽车工业； 2）电子电气工业； 3）交通运输业； 4）机器制造工业； 5）电线电缆通讯业； 6）薄膜及日常用品。
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PA合成
• P型聚酰胺 • 由内酰胺分子自聚制得的尼龙，通式为： • -[NH-（CH2）n-1-CO ]x-
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填充增强PA
• 用石墨、氟树脂填充尼龙，可提高耐磨性、自润滑性。 • 添加了纳米级的填充材料形成的尼龙纳米复合材料，机械
性能、热性能均有显著提高，并有了许多新的功能。
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尼龙合金
• 尼龙合金应用越来越广，各种合金开发的目的是提高冲击
韧性和刚性，改善吸水性并提高热性能。典型的商品化的
PA熔点高于相邻两个奇数亚甲基的PA的熔点。
偶数亚甲基PA，酰胺基可100%形成氢键； 氢键对PA熔点高低起决定作用，如氮原子氢被取代，则分子为
无定形，无结晶能力，类似橡胶。
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结构与力学性能关系
• 脂肪族聚酰胺是典型的硬而韧聚合物，综合力学性能优于以
前各章所介绍的通用塑料。 • 尼龙分子链中含有极性酰胺基团，分子间形成氢键，具有结 晶性，分子间相互作用力大，因此有较好的机械强度和模量； 但强度和模量随着主链中甲基的增加而下降，冲击强度提高。 • 主链中导入环状和芳香族结构，也将提高机械强度和耐热性 能；但使加工性能下降。
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工程塑料定义
• 工程塑料在较广的温度范围内、在一定的机械应
力和较苛刻的化学、物理环境中能长期作为结构 材料使用的塑料。
• 通常把长期使用温度在 100-150oC、可作为结构材
料使用的塑料材料称为通用工程塑料。
• 具有优异的力学性能、化学性能、电性能、尺寸
稳定性、耐热性、耐磨性和耐老化性能等。
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1.6 纤维增强PA
• 用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等增强尼龙，可使尼龙的 拉伸强度、疲劳强度、抗蠕变性、冲击强度、耐热性得到 明显提高；
• 碳纤维增强的尼龙还具有良好的耐磨性、自润滑性、导热
性、导电性； • 矿物质增强的尼龙有高的刚性、弹性模量和耐冲击性，同 时提高了耐热性能。
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