第六章--尼龙解析
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PA分子间的氢键是赋予这类聚合物材料高熔点、 高强度的重要因素，若用—CH3或—CH2OCH3 等基团取代酰胺基中的氢原子，导致大分子链间 的距离增大，作用力减弱，破坏分子链的规整性， 降低PA的结晶性及软化点，甚至可以制得橡胶制 品。
❖ 4. 分子量：增加PA分子量可提高其耐热性和制品的 尺寸稳定性。
❖ 4. 非极性的亚甲基结构可在晶区，也可在非晶区。
❖ 晶区的结构提供较强的分子间力 ❖ 无定型区的碳链结构则赋予聚合物材料一定的柔性
❖
使PA既具有较高的力学强度，又具有良好的柔性
及明显的Tg 。
❖ 5. 尽管PA的熔点很高（＞200℃），但其在熔点以 上的熔体粘度则较低。
（一）、PA的分子结构
❖ 1. 亚甲基 / 酰胺基的比例
不同PA分子中此比例不同，即极性酰胺基 之间的碳原子数不同。
分子链长度相同时，随比值增加，分子间 形成的氢键数目减少，分子间作用力减弱， 柔性增加。
2. 亚甲基含量的奇-偶效应
亚甲基含量为偶数时，PA的熔点较亚甲基为奇数时的熔 点高。 例如：PA-7的熔点（~227℃）较PA-6（~215℃）和
3. 热性能
❖ 与其它热塑性树脂不同，PA具有如下特点：
❖ ⑴ 它不随温度上升而逐渐软化，而是具有明 显的熔点。
❖ ⑵ PA的长期使用温度在80℃左右，短期内使 用温度可达120℃，若温度高于120℃以上 长期使用，制品会接触氧发生缓慢的热分 解反应变为褐色，为提高其耐热性，可在 其中添加抗氧剂。
❖ 工艺上常用双轴取向方法提高PA 薄膜的总 强度，此外，取向也有利于结晶过程的进行。
二、聚酰胺的性能
❖ 1. 物理性能: ❖ 无毒、无味，不霉烂， ❖ 外观为半透明或透明的乳白色或淡黄色粒料, ❖ 密度：1.04 ~ 1.36 g /cm3
2. 力学性能
❖ ⑴ 拉伸强度和冲击强度：PA在室温下具有较 高的拉伸强度及冲击强度，随温度及吸水性增 加，PA的拉伸强度急剧下降，而冲击强度则 明显提高； PA品种不同，强度受温度和吸水 性的影响也不同。
第二节：PA的结构与性能
❖一、聚酰胺的结构特征
❖ 1. 脂肪族PA都是线型聚合物，是热塑性塑料。
❖ 2. 其分子链中含有空间规则排列的酰胺基极性基 （—CONH—），在适当条件下可形成结晶结构。
❖ 3．—CONH—的存在使聚合物在分子内或分子间可 形成氢键，分子间作用力进一步增强，故这类聚 合物具有较高的熔点及力学强度，酰胺基具有一 定的反应活性，可进行大分子官能团的反应。
❖ 5. 共缩聚：共缩聚将导致结晶能力下降，形成无定型 聚合物，因此通过共缩聚可得到坚韧、柔 软、透明的皮革状制品。
（二）、PA的结晶结构
❖ 1. 分子结构及氢键对结晶结构的影响 结晶度和结晶形态会影响PA 的性能；
❖ 2. 加工条件对结晶形态及结晶度的影响 而随加工条件不同，会影响结晶度和结晶尺寸；
第六章：聚酰胺
❖第一节：概述 ❖一、定义
❖ 聚酰胺（PA，Polyamide ）也称尼龙，是主链 ❖ 上含有酰胺基（—CONH—）的聚合物，按其主链 ❖ 结构可分为脂肪族、半芳香族、全芳香族、含杂环 ❖ 芳香族及脂环族聚酰胺，适合作塑料材料的主要是 ❖ 脂肪族聚酰胺。
二、生产方法
❖ 生产脂肪族聚酰胺的方法很多，但工业化的 主要方法有以下几种：
❖ 1. 由二元胺和二元酸合成PA：这类PA用两 位数字命名（聚酰胺-XY），分子通式：
其中: X 表示二元胺中的碳原子数， Y 表示二元酸中的碳原子数， 如：PA-66，PA-610，PA-1010
❖ 2. 由ω-氨基酸自身缩聚或由内酰胺开环聚合 合成PA：（聚酰胺X），分子通式：
X 表示ω-氨基酸或内酰胺分子中碳原子数， 例如：PA-6
❖ 随酰胺基之间亚甲基增加，对温度和吸水性的 敏感性减弱。玻纤增强的聚酰胺强度受温度和 吸水性的影响更小。
❖ ⑵ 疲劳强度： PA的疲劳强度约为其拉伸强度的
20% ~30%；PA的疲劳强度随分子量的增加而 增大，但随吸水性的增加而下降。玻纤增强PA 的疲劳强度可提高50%左右。
❖ ⑶ 抗蠕变性：PA的抗蠕变性较差，故不适于制造精 密制品。
❖ 3. 有多种单体共缩聚合成PA：由两种以上己 内酰胺或氨基酸、由两种以上的二元胺与 一种或多种二元酸共缩聚。
如：PA-66/6，PA-6/66/1010等。
❖三、发展简史
❖ 聚酰胺是塑料工业中发展最早的品种，目前产量居 工程塑料Fra Baidu bibliotek首。
❖ 1939年，PA-66，由美国杜邦公司首先工业化生产 ❖ 1941年，PA-610，由美国杜邦公司首先工业化生产 ❖ 1943年，PA-6，由德国法本公司首先工业化生产 ❖ 1959年，PA-1010， 由我国首先工业化生产
❖ 3. 吸水性及成核剂对结晶度的影响 PA 的吸湿会导致Tg降低，会发生缓慢结晶，导致
制品后收缩； ❖ 加入成核剂可获得微晶成核PA，具有较高的拉伸
强度、耐磨性及硬度，但断裂伸长率及冲击强度略有 下降。
（三）、取向结构
❖ 在加工过程中由于流动和剪切作用，会产生 一定程度的分子取向，导致制品性能各向异 性（即沿取向方向的强度优于非取向方向）
❖ PA的抗蠕变性与应力、温度及吸水性有关，应力 增大或吸水性增大，其抗蠕变性降低。
❖ PA的抗蠕变性随温度的变化受时间的制约，施加 应力初，随温度增高，PA的抗蠕变性下降，随后 不受温度影响。玻纤增强PA的抗蠕变性优于普通 PA。
❖ ⑷ 耐摩擦性和耐磨耗性：耐摩擦性能和耐磨耗性能
是尼龙制品突出的主要性能。PA无油润滑的摩擦 因数通常为0.1~0.3，且各种PA的μ无明显差异 。其中PA-1010为最佳，它的比重约为Cu的1/7， 但其耐磨耗性却是Cu的8倍。
PA-8 （~180℃）高 ❖ 存在这种差异的主要原因：
⑴ 含有偶数亚甲基的PA分子间形成的氢键密度大 ⑵ 含有偶数亚甲基的PA与含有奇数亚甲基的PA所形成
的结晶结构不同。 例如：PA-6的γ型晶体内分子相互平行排列，导致沿分子
链方向的重复性较低，晶体密度较低，故熔点低于亚 甲基为偶数的PA-7。
❖ 3. 氢键和取代基
❖ 4. 分子量：增加PA分子量可提高其耐热性和制品的 尺寸稳定性。
❖ 4. 非极性的亚甲基结构可在晶区，也可在非晶区。
❖ 晶区的结构提供较强的分子间力 ❖ 无定型区的碳链结构则赋予聚合物材料一定的柔性
❖
使PA既具有较高的力学强度，又具有良好的柔性
及明显的Tg 。
❖ 5. 尽管PA的熔点很高（＞200℃），但其在熔点以 上的熔体粘度则较低。
（一）、PA的分子结构
❖ 1. 亚甲基 / 酰胺基的比例
不同PA分子中此比例不同，即极性酰胺基 之间的碳原子数不同。
分子链长度相同时，随比值增加，分子间 形成的氢键数目减少，分子间作用力减弱， 柔性增加。
2. 亚甲基含量的奇-偶效应
亚甲基含量为偶数时，PA的熔点较亚甲基为奇数时的熔 点高。 例如：PA-7的熔点（~227℃）较PA-6（~215℃）和
3. 热性能
❖ 与其它热塑性树脂不同，PA具有如下特点：
❖ ⑴ 它不随温度上升而逐渐软化，而是具有明 显的熔点。
❖ ⑵ PA的长期使用温度在80℃左右，短期内使 用温度可达120℃，若温度高于120℃以上 长期使用，制品会接触氧发生缓慢的热分 解反应变为褐色，为提高其耐热性，可在 其中添加抗氧剂。
❖ 工艺上常用双轴取向方法提高PA 薄膜的总 强度，此外，取向也有利于结晶过程的进行。
二、聚酰胺的性能
❖ 1. 物理性能: ❖ 无毒、无味，不霉烂， ❖ 外观为半透明或透明的乳白色或淡黄色粒料, ❖ 密度：1.04 ~ 1.36 g /cm3
2. 力学性能
❖ ⑴ 拉伸强度和冲击强度：PA在室温下具有较 高的拉伸强度及冲击强度，随温度及吸水性增 加，PA的拉伸强度急剧下降，而冲击强度则 明显提高； PA品种不同，强度受温度和吸水 性的影响也不同。
第二节：PA的结构与性能
❖一、聚酰胺的结构特征
❖ 1. 脂肪族PA都是线型聚合物，是热塑性塑料。
❖ 2. 其分子链中含有空间规则排列的酰胺基极性基 （—CONH—），在适当条件下可形成结晶结构。
❖ 3．—CONH—的存在使聚合物在分子内或分子间可 形成氢键，分子间作用力进一步增强，故这类聚 合物具有较高的熔点及力学强度，酰胺基具有一 定的反应活性，可进行大分子官能团的反应。
❖ 5. 共缩聚：共缩聚将导致结晶能力下降，形成无定型 聚合物，因此通过共缩聚可得到坚韧、柔 软、透明的皮革状制品。
（二）、PA的结晶结构
❖ 1. 分子结构及氢键对结晶结构的影响 结晶度和结晶形态会影响PA 的性能；
❖ 2. 加工条件对结晶形态及结晶度的影响 而随加工条件不同，会影响结晶度和结晶尺寸；
第六章：聚酰胺
❖第一节：概述 ❖一、定义
❖ 聚酰胺（PA，Polyamide ）也称尼龙，是主链 ❖ 上含有酰胺基（—CONH—）的聚合物，按其主链 ❖ 结构可分为脂肪族、半芳香族、全芳香族、含杂环 ❖ 芳香族及脂环族聚酰胺，适合作塑料材料的主要是 ❖ 脂肪族聚酰胺。
二、生产方法
❖ 生产脂肪族聚酰胺的方法很多，但工业化的 主要方法有以下几种：
❖ 1. 由二元胺和二元酸合成PA：这类PA用两 位数字命名（聚酰胺-XY），分子通式：
其中: X 表示二元胺中的碳原子数， Y 表示二元酸中的碳原子数， 如：PA-66，PA-610，PA-1010
❖ 2. 由ω-氨基酸自身缩聚或由内酰胺开环聚合 合成PA：（聚酰胺X），分子通式：
X 表示ω-氨基酸或内酰胺分子中碳原子数， 例如：PA-6
❖ 随酰胺基之间亚甲基增加，对温度和吸水性的 敏感性减弱。玻纤增强的聚酰胺强度受温度和 吸水性的影响更小。
❖ ⑵ 疲劳强度： PA的疲劳强度约为其拉伸强度的
20% ~30%；PA的疲劳强度随分子量的增加而 增大，但随吸水性的增加而下降。玻纤增强PA 的疲劳强度可提高50%左右。
❖ ⑶ 抗蠕变性：PA的抗蠕变性较差，故不适于制造精 密制品。
❖ 3. 有多种单体共缩聚合成PA：由两种以上己 内酰胺或氨基酸、由两种以上的二元胺与 一种或多种二元酸共缩聚。
如：PA-66/6，PA-6/66/1010等。
❖三、发展简史
❖ 聚酰胺是塑料工业中发展最早的品种，目前产量居 工程塑料Fra Baidu bibliotek首。
❖ 1939年，PA-66，由美国杜邦公司首先工业化生产 ❖ 1941年，PA-610，由美国杜邦公司首先工业化生产 ❖ 1943年，PA-6，由德国法本公司首先工业化生产 ❖ 1959年，PA-1010， 由我国首先工业化生产
❖ 3. 吸水性及成核剂对结晶度的影响 PA 的吸湿会导致Tg降低，会发生缓慢结晶，导致
制品后收缩； ❖ 加入成核剂可获得微晶成核PA，具有较高的拉伸
强度、耐磨性及硬度，但断裂伸长率及冲击强度略有 下降。
（三）、取向结构
❖ 在加工过程中由于流动和剪切作用，会产生 一定程度的分子取向，导致制品性能各向异 性（即沿取向方向的强度优于非取向方向）
❖ PA的抗蠕变性与应力、温度及吸水性有关，应力 增大或吸水性增大，其抗蠕变性降低。
❖ PA的抗蠕变性随温度的变化受时间的制约，施加 应力初，随温度增高，PA的抗蠕变性下降，随后 不受温度影响。玻纤增强PA的抗蠕变性优于普通 PA。
❖ ⑷ 耐摩擦性和耐磨耗性：耐摩擦性能和耐磨耗性能
是尼龙制品突出的主要性能。PA无油润滑的摩擦 因数通常为0.1~0.3，且各种PA的μ无明显差异 。其中PA-1010为最佳，它的比重约为Cu的1/7， 但其耐磨耗性却是Cu的8倍。
PA-8 （~180℃）高 ❖ 存在这种差异的主要原因：
⑴ 含有偶数亚甲基的PA分子间形成的氢键密度大 ⑵ 含有偶数亚甲基的PA与含有奇数亚甲基的PA所形成
的结晶结构不同。 例如：PA-6的γ型晶体内分子相互平行排列，导致沿分子
链方向的重复性较低，晶体密度较低，故熔点低于亚 甲基为偶数的PA-7。
❖ 3. 氢键和取代基