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尼龍(聚酰胺)家族的分類制備以及應用介紹大全 |
導讀:尼龍家族的塑料,種類繁多,PA按主鏈組成分為脂肪族PA、芳香族PA、半芳香族PA、脂環族PA、含雜環的PA等;而最為常見的脂肪族PA,按照單體類型不同,脂肪族聚酰胺又分為p型和mp型,常見的p型如:PA6,常見的mp型如PA66.
什么是聚酰胺:世界上第一種完全人造的纖維
聚酰胺,又稱尼龍(Nylon),是一種人造多聚物、纖維、塑料,發明于1935年,發明者為美國威爾明頓杜邦公司的華萊士·卡羅瑟斯,最早的尼龍制品是尼龍制的牙刷的刷子,今天,尼龍纖維是多種人造纖維的原材料,硬的尼龍被用在建筑業中。
PA按主鏈組成分為脂肪族PA、芳香族PA、半芳香族PA、脂環族PA、含雜環的PA等
(一)脂肪族聚酰胺分子鏈由亞甲基與酰胺組成。按照單體類型不同,脂肪族聚酰胺又分為p型和mp型。
P型:尼龍3,4,6,7,8,9,11,12等
mp型: 尼龍66、69、610、1010、1212等
閱讀原文鏈接:尼龍PA6與PA66的區別
力學性能
典型的強而韌聚合物,綜合力性能優于一般的通用塑料。
測試環境和條件(溫濕度,加載速率)對力學性能影響大(水分有增塑作用)。
具有良好的耐磨耗性,是優良的耐磨材料之一。結晶度愈高,材料硬度愈大,耐磨性愈好。
熱性能
PA是半結晶聚合物,結晶度一般小于聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等高結晶度聚合度。具有良好的柔性,玻璃化溫度在室溫左右,氫鍵的形成,使其熔融溫度一般高于聚烯烴,有明顯的熔點。
電性能
極性的酰胺基團,影響其電絕緣性。室溫干燥的條件下,電絕緣性較好,潮濕的時候,電絕緣性減小。同時,溫度升高,也會使電絕緣性降低
光學性能
大多數結晶脂肪族PA超過2.5mm厚幾乎不透明,低于0.5mm時為半透明。加入的添加劑(如炭黑等)作為成核劑,增加PA的結晶度、球晶數量,從而降低光透射,在球晶邊界的光散射是光透射減少和不透的原因。隨著PA中酰胺基濃度減少,PA的透明區增加。
耐化學性能
具有良好的化學穩定性,由于其高的內聚能和結晶性,使其不溶于普通溶劑(醇、酯、酮類),耐許多化學藥品,不受弱酸堿、油脂及清潔劑等影響。對鹽水、細菌和霉菌都很穩定。常溫下,溶于強極性的溶劑(硫酸、甲酸等)
其他性能
室溫下,PA性能穩定,可長時間保持性能不變。具有相對優良的耐候性,氣候的變化會使PA發脆,力學性能下降,表面產生變化。具有自燃性,但火焰傳播速度很慢
脂肪族聚酰胺的加工與應用
PA具有寬泛的加工范圍和良好的加工性,幾乎所有常用的熱塑件塑料加工方法均可加工PA。其中最主要的是注塑和擠出成形。令外,PA吸水率高。應該在成形前對樹脂進行干燥。
PA的應用極其廣泛
機械設務:軸承、軸瓦、活塞環、采葉輪等等
汽車工業:主要采用玻纖增強PA,用在皮帶輪、吸附罐、刮水器等等
電子電器:機罩、集成線路板、旋扭、電器線圈
化工設備:耐腐耐油管道、輸油管、過濾器
建筑與民用:門、滑輪、安全帽、繩索等等
(二)芳香族聚酰胺
分子主鏈上含有芳香環的聚酰胺稱為芳香族聚酰胺。芳香族聚酰胺是20世紀60年代首先由美國杜邦公司開發成功的耐高溫、耐輻射、耐腐蝕尼龍新品種。目前投入實際應用的主要有兩種:
1、聚間苯二甲酰間苯二胺的制備
制備方法:以間苯二甲酰氯和間苯二胺為單體進行界面縮聚或低溫溶液縮聚。界面縮聚是將間苯二甲酰氯溶于環己酮中成為有機相,間苯二胺溶在碳酸鈉水溶液中成為水相,在快速攪拌下將水相倒入有機相,兩相在界面進行縮聚,又稱芳綸1313。
結構特性
分子鏈中交替排列的苯環,使分子鏈不能內旋轉。
極性酰胺基在分子鏈之間形成氫鍵,增大分子主鏈之間的作用力。
苯環與酰胺基之間形成共軛體系。
以上三點賦予了材料有很優異的耐熱性、突出的強度、剛度、高熔點、高黏度。
Nomex的性能和應用
Nomex具有遠高于脂肪族PA的力學性能和耐熱性能(作為纖維織物,壽命是脂肪族PA纖維布的8倍,棉布的20倍)
良好的耐熱老化性(250oC經2000h熱老化后,表面電阻率和體積電阻保持不變)
在較高溫度或潮濕的環境下仍可保持較好的電性能。
主要用于 H級電絕緣材料和制備高性能纖維(HT-1纖維)
2、全對位聚芳酰胺
全對位聚芳酰胺是酰胺基位于苯環對位的一種聚芳酰胺,制備方法有兩種。
縮聚產物稱聚對苯二甲酰對苯二胺,又稱芳綸1414樹脂,主要用于制備Kevlar纖維
全對位聚芳酰胺的性能與應用
全對位聚芳酰胺具有超高強度、超高模量、耐高溫、耐腐蝕、阻燃、膨脹系數小等一系列優異性能。
Kevlar纖維的拉伸強度可達到直徑相同的鋼絲的5倍。
Kevlar樹脂具有極優異的耐熱性(分解溫度500oC)
全對位聚芳酰胺主要用于超高強度超高模量纖維,也可作為高強度、高模量復合塑料增強材料,用于航天器、導彈殼體等。
半芳香聚酰胺
為了克服常規PA的耐熱性差,吸水率引起的尺寸變化等性能缺陷,開發具有較好的物理機械性能、尺寸相對穩定的聚酰胺,人們嘗試在脂肪族PA中引入含有苯環的半芳香族聚酰胺鏈段,由此制得的聚酰胺稱為半芳香族聚酰胺。
半芳香族聚酰胺是在脂肪族聚酰胺的分子主鏈中部分地引入苯環。
半芳香聚酰胺的結構與制備
均聚半芳香聚酰胺產品
透明尼龍
尼龍MXD6
尼龍6T
尼龍9T
尼龍12T
共聚半芳香聚酰胺產品
德國(BASF)半芳香族共聚酰胺模塑料
日本(三井化學)半芳香族共聚酰胺
日本(可東麗)PA9M-T
法國(埃勒夫阿托)高度耐化學試劑的透明尼龍
中國(鄭州大學)尼龍12T/12I
半芳香族的應用
主要應用于以下幾個方面:
電氣電子工業:作為SMT(surface Mount Technology)基板。
汽車工業:制作軸承支架、傳動齒輪等
纖維工業:可望作為衣料及工業用纖維材料
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