主讲教师:杨晓莉
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主讲教师:杨晓莉. 第三章 工程塑料. 博 士. 副教授. 3 .2 聚酰胺类塑料的结构性能 (重点). 3 .3 聚酰胺类塑料的成型加工. 3 .4 聚酰胺类塑料的应用. 3 .1 聚酰胺类塑料简介. 3 .5 其它品种尼龙. 第一节 聚酰胺塑料. Polymer materials. 3 .1 聚酰胺类塑料简介. Polymer materials. (1) 聚酰胺类塑料简介. 聚酰胺为大分子链上含有酰胺基团重复结构单元的一类聚合物,主要由二元胺和二元酸缩聚或由氨基酸内酰胺自聚合而成,(Polyamide,PA),俗称尼龙。.

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主讲教师:杨晓莉

第三章 工程塑料

博 士

副教授


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3.2 聚酰胺类塑料的结构性能(重点)

3.3 聚酰胺类塑料的成型加工

3.4 聚酰胺类塑料的应用

3.1 聚酰胺类塑料简介

3.5 其它品种尼龙

第一节 聚酰胺塑料

Polymer materials


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3.1 聚酰胺类塑料简介

Polymer materials

(1)聚酰胺类塑料简介

聚酰胺为大分子链上含有酰胺基团重复结构单元的一类聚合物,主要由二元胺和二元酸缩聚或由氨基酸内酰胺自聚合而成,(Polyamide,PA),俗称尼龙。


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3.2聚酰胺类塑料的结构性能

Polymer materials

(2)聚酰胺类塑料的结构性能


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3.2聚酰胺类塑料的结构性能

Polymer materials

PA的结构


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3.2聚酰胺类塑料的结构性能

Polymer materials

PA中的酰胺基排列规整,在适当的条件下可以结晶。结晶度可达40%-60%。

PA分子链上酰胺基之间的亚甲基赋予PA以柔性和冲击性能。

亚甲基/酰胺基的比例越大,分子中氢键数越少,分子间作用力越小,柔性增加,吸水越小。


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3.2聚酰胺类塑料的结构性能

Polymer materials

PA的性能

一般性能

PA外观为透明或不透明乳白或淡黄色的粒料,表观角质、坚硬,制品表面有光泽。吸水率较大,具有自熄性,燃烧时烧焦有羊毛或指甲味。

PA属于中等阻隔性塑料,阻隔性随酰胺基/亚甲基的比例增大而提高,以PA6的阻隔性最好。


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3.2聚酰胺类塑料的结构性能

Polymer materials

力学性能

PA在室温下拉伸强度(70-210MPa)和冲击强度都较高。随温度和湿度的升高,拉伸强度急剧下降,而冲击强度则明显提高。玻璃纤维增强的PA的强度受温度和湿度的影响不大。

PA的耐疲劳性较好,玻璃纤维增强后还可以提高50%左右。


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3.2聚酰胺类塑料的结构性能

Polymer materials

PA的抗蠕变性能不好,不适于制造精密的受力制品,但玻璃纤维增强后可以改善。

PA具有优良的耐磨性和自润滑性,无油摩擦系数为0.1-0.3,约为合金的1/3,为酚醛树脂的1/4,是一种常用的耐磨性塑料品种。加入二硫化钼、石墨、F4及PE等还可进一步改进其摩擦性和耐磨性。在所有PA品种当中以PA1010耐磨性最佳。


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3.2聚酰胺类塑料的结构性能

Polymer materials

  • 热学性能

PA的热变形温度不太高;有明显熔点 。PA的热性能受亚甲基的奇偶效应影响,当亚甲基的数目为偶数时比奇数的熔点高。如PA7(230℃)的熔点高于PA6(215℃),因为亚甲基为偶数时的氢键密度大。

PA的耐寒性较好;PA的线膨胀系数较大;PA的热导率为中等水平。


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3.2聚酰胺类塑料的结构性能

Polymer materials

  • 电学性能

    PA在低温和低湿条件下为极好的绝缘材料,但绝缘性随温度和湿度的升高而急剧恶化;并以分子中含酰胺基比例大者最敏感。

环境性能

PA具有良好的化学稳定性,常温下可耐大部分有机溶剂如醇、芳烃、酯及酮等,尤其是耐油性突出。但酸、碱、盐类水溶液可导致其溶胀,危害最大的无机盐为氯化锌。PA可溶于甲酸及酚类化合物。

PA的耐光性不好,在阳光下强度显著下降并变脆,因此不宜用于户外。


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3.3聚酰胺类塑料的成型加工

Polymer materials

(3) 聚酰胺类塑料的成型加工

PA的加工特性

PA的吸水率高,加工前必须干燥处理,使含水量小于0.1%,干燥温度80-90℃。

PA熔体接近牛顿流体,粘度对温度更敏感。

PA的流动性好,粘度低,热稳定性较差,热降解倾向严重,应加入二苯胺改善,并严格控制温度。


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3.3聚酰胺类塑料的成型加工

Polymer materials

PA的流动性好,粘度低,热稳定性较差,热降解倾向严重,应加入二苯胺改善,并严格控制温度。

PA的熔融粘度低、易流动,容易产生“流涎现象”,在注射成型时应采用自锁式喷嘴。

PA熔体冷却速度对制品性能影响很大,如PA6,快速冷却时,制品的韧性好;缓慢冷却时,制品不透明,刚度大,耐磨性好,拉伸强度高。


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3.3聚酰胺类塑料的成型加工

Polymer materials

PA制品在冷却过程中容易结晶,成型收缩率大,结晶度高低受加工条件的影响较大。

PA制品成型后需要进行调湿处理,以降低吸水性对性能的影响,提高尺寸稳定性。调湿处理在水、液化石蜡、矿物油或聚乙二醇中进行,温度高于使用温度10-20℃,时间30-60min。

PA制品中易产生内应力,需对制品进行退火处理。退火处理条件:缓慢升温至160-190℃,停留15min,然后缓慢冷却到室温。


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3.3聚酰胺类塑料的成型加工

Polymer materials

  • PA的加工方法

PA可用注塑,挤出,吹塑,压制等方法成型。

注塑

注塑成型为PA最主要的成型方法。PA的粘度低、易流动,应采用自锁喷嘴, 模具要考虑排气。

可用于注塑的尼龙主要有PA6、PA66、PA1010,其余用量相对较少。


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3.3聚酰胺类塑料的成型加工

Polymer materials

  • 挤出

挤塑主要采用单螺杆成型,近年来双螺杆技术也已成型,选用排气式挤出机,主要用来生产尼龙管和尼龙棒。如PA11/12软管(主要用作汽车输油管)。

尼龙棒是PA1010的特色产物,也是我国的特色产品,广泛用作机械部件,如齿轮、密封件、轴套等。


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3.4 聚酰胺类塑料的应用

Polymer materials

(4) 聚酰胺类塑料的应用

PA作为工程塑料中最大最重要的品种,广泛应用于汽车、机械、包装、电子/电器及日用等领域。

汽车工业

在车用塑料材料中,PA因为具有较好的刚性、优越的力学性能和耐化学腐蚀性而在汽车的发动机系统、车灯系统和空调系统中得到广泛应用,如发动机的冷却风扇和冷却风扇支架、空调的风门、车灯装饰框等。


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3.4 聚酰胺类塑料的应用

Polymer materials

  • 机械工业

利用PA的高力学性能、耐磨性和自润滑性,可以广泛用于制造齿轮、涡轮、垫片、螺栓、螺母和轴承等。

电子/电器

主要用于电饭煲、吸尘器、高频食品加热器以及接线柱、开关和电阻器等。

包装材料

利用PA的气体阻隔性,与HDPE共混和复合,主要用于肉、火腿等冷冻食品的包装。


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3.4 聚酰胺类塑料的应用

Polymer materials

  • 日用品

    PA为第一代拉链材料,目前仍大量使用。此外用于一次性打火机壳体、头盔、管钳、扳手等。

  • 体育用品

    主要有滑雪板、球拍线及框、冲浪板、钓鱼杆和线等。

  • 医疗器械

    可用于输血管、输液器、手术缝合线及假发等。


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3.4 聚酰胺类塑料的应用

Polymer materials

Polyamides or Nylons (PA)

降落伞

齿轮

旅游帐篷

胶带

绳索


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3.5 其它品种尼龙

Polymer materials

(5)其它品种尼龙 随着汽车的小型化、电子电气设备的高性能化、机械设备轻量化的进程加快,对PA的需求将更高更大。

聚酰胺的优点与缺点:

优点:优良的耐磨性、耐磨擦和自润滑性,较好的力学性能,耐油性、气体阻隔性、耐疲劳性好。

缺点:吸湿性大,耐酸性差,在潮湿环境中尺寸变化率大,且对力学和电学性能影响大。


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3.5 其它品种尼龙

Polymer materials

  • 增强尼龙

    玻璃纤维增强PA在20世纪50年代就有研究,但形成产业化是20世纪70年代。以玻璃纤维为增强材料,PA的力学性能、硬度、蠕变性、尺寸稳定性和耐热性都有明显提高。

    用金属纤维增强PA,不仅获得高模量,还具导电性。

    用矿物也有很好的增强效果,并且使加工成型更容易,成本降低。

    二硫化钼和聚四氟乙烯也是聚酰胺的增强材料,且可提高耐磨性。


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3.5 其它品种尼龙

Polymer materials

  • 单体浇铸尼龙(MCPA)

    单体浇铸尼龙(MCPA)又称为MC尼龙或铸型尼龙。以己内酰胺或戊内酰胺为单体,采用碱聚合法在模具中边聚合边成型。

    MCPA的分子量比PA6大一倍,其力学性能、尺寸稳定性、耐疲劳性、耐磨性、冲击强度、耐热性、吸水性及电性能等都比PA6高约一倍以上。


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3.5 其它品种尼龙

Polymer materials

  • 透明尼龙

    化学法制备透明尼龙是通过引入立体障碍组分来抑制尼龙的结晶,产生非结晶或难结晶的结构,仍可保持原有的强韧性。

    如对苯二甲酰三甲基己二胺(Trogamid-T),透光率可达90%以上,吸水率为0.41%,不易擦伤,热稳定性好,冲击性能突出,尺寸稳定性好,耐化学腐蚀性好。

  • 芳香尼龙

    芳香尼龙为20世纪60年代开发的耐高温、耐辐射、耐腐蚀的新型PA品种。目前应用的主要品种有聚间苯二甲酰间苯二胺和聚对苯酰胺两种。


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3.5 其它品种尼龙

Polymer materials

  • 聚间苯二甲酰间苯二胺(MPIPA),俗称芳纶1313


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3.5 其它品种尼龙

Polymer materials

MPIPA具有优异的力学性能和耐热性,可在200℃下连续使用,熔点为410℃;

MPIPA电绝缘性一般,但在较高温度或湿度下仍能保持较好的电性能;

MPIPA难燃,具有自熄性;

MPIPA耐老化性和耐辐射性优异,耐光性较差;

MPIPA主要用于纤维和耐高温膜、耐高温装饰板、防火墙、H级绝缘材料及耐辐射材料等。


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3.5 其它品种尼龙

Polymer materials

  • 聚对苯酰胺(MPTPA),俗称芳纶1414

    MPTPA拉伸强度为200MPa,软化温度为280℃,耐候性、耐疲劳性和尺寸稳定性好,线膨胀系数低,是近年来开发最快的高强度、高模量、高耐温纤维,也可制成薄膜或层压材料。


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热塑性塑料的一般成型方法都适用,都有哪些?

聚酰胺的应用都有哪些优点?

由于聚酰胺优良的性能,都在哪些工业上有所应用?

作业


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Thank You !


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