什么是尼龍PA？一分鐘讀懂尼龍PA
- 發(fā)布時(shí)間：2019-05-10 05-10 16:17 作者：康阜新材料
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尼龍 （簡(jiǎn)稱(chēng)PA）
尼龍是美國杰出的科學(xué)家卡羅瑟斯(Carothers)及其領(lǐng)導下的一個(gè)科研小組研制出來(lái)的，是世界上出現的第一種合成纖維，尼龍是聚酰胺纖維（錦綸）的一種說(shuō)法。
尼龍的出現使紡織品的面貌煥然一新，它的合成是合成纖維工業(yè)的重大突破，同時(shí)也是高分子化學(xué)的一個(gè)非常重要里程碑。
結構
聚酰胺俗稱(chēng)尼龍（Nylon），英文名稱(chēng)Polyamide（簡(jiǎn)稱(chēng)PA），密度1.15g/cm3，是分子主鏈上含有重復酰胺基團—[NHCO]—的熱塑性樹(shù)脂總稱(chēng)，包括脂肪族PA，脂肪—芳香族PA和芳香族PA。其中脂肪族PA品種多，產(chǎn)量大，應用廣泛，其命名由合成單體具體的碳原子數而定。由美國著(zhù)名化學(xué)家卡羅瑟斯和他的科研小組發(fā)明的。
尼龍是聚酰胺纖維（錦綸）的一種說(shuō)法，可制成長(cháng)纖或短纖。錦綸是聚酰胺纖維的商品名稱(chēng)，又稱(chēng)耐綸（Nylon）。英文名稱(chēng)Polyamide（簡(jiǎn)稱(chēng)PA），其基本組成物質(zhì)是通過(guò)酰胺鍵—[NHCO]—連接起來(lái)的脂肪族聚酰胺。
分子結構
常用的錦綸纖維可分為兩大類(lèi)。
一類(lèi)是由二胺和二酸縮聚而得的聚己二酸己二胺，其長(cháng)鏈分子的化學(xué)結構式為：
H—[HN(CH2)XNHCO(CH2)YCO]—OH
這類(lèi)錦綸的相對分子量一般為17000-23000.根據所用二元胺和二元酸的碳原子數不同，可以得到不同的錦綸產(chǎn)品，并可通過(guò)加在錦綸后的數字區別，其中前一數字是二元胺的碳原子數，后一數字是二元酸的碳原子數。例如錦綸66，說(shuō)明它是由己二胺和己二酸縮聚制得；錦綸610，說(shuō)明它是由己二胺和癸二酸制得。
另一類(lèi)是由己內酰胺縮聚或開(kāi)環(huán)聚合得到的，其長(cháng)鏈分子的化學(xué)結構式為：
H—[NH(CH2)XCO]—OH
根據其單元結構所含碳原子數目，可得到不同品種的命名。例如錦綸6，說(shuō)明它是由含6個(gè)碳原子的己內酰胺開(kāi)環(huán)聚合而得。
錦綸6、錦綸66及其他脂肪族錦綸都由帶有酰胺鍵（—NHCO—）的線(xiàn)型大分子組成。錦綸分子中有—CO—、—NH—基團，可以在分子間或分子內形成氫鍵結合，也可以與其他分子相結合，所以錦綸吸濕能力較好，并且能夠形成較好的結晶結構。
錦綸分子中的—CH2—(亞甲基）之間因只能產(chǎn)生較弱的范德華力，所以—CH2—鏈段部分的分子鏈卷曲度較大。各種錦綸因今—CH2—的個(gè)數不同，使分子間氫鍵的結合形式不完全相同，同時(shí)分子卷曲的概率也不一樣。另外，有些錦綸分子還有方向性。分子的方向性不同，纖維的結構性質(zhì)也不完全相同。
形態(tài)結構
采用熔紡法制得的錦綸在顯微鏡中觀(guān)察到的形態(tài)結構具有圓形的截面和無(wú)特殊的縱向結構。在電子顯微鏡下可觀(guān)察到絲狀的原纖組織，錦綸66的原纖寬約10-15nm。如用異形噴絲板，可制成各種特殊截面形狀的錦綸，如多角形、多葉形、中空等異形截面。它的聚焦態(tài)結構與紡絲過(guò)程的拉伸及熱處理有密切關(guān)系。不同錦綸的大分子主鏈都由碳原子和氮原子相連而成。
異形纖維可改變纖維的彈性，使纖維具有特殊的光澤與膨松性，并改善纖維的抱合性能與覆蓋能力以及抗起球、減少靜電等性能。如三角形纖維有閃光效應；五葉形纖維有肥光般光澤，手感良好，并抗起球；中空纖維由于內部有空腔，密度小，保暖性好。
聚酰胺(PA，俗稱(chēng)尼龍)是美國DuPont公司最先開(kāi)發(fā)用于纖維的樹(shù)脂，于1939年實(shí)現工業(yè)化。20世紀50年代開(kāi)始開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)注塑制品，以取代金屬滿(mǎn)足下游工業(yè)制品輕量化、降低成本的要求。聚酰胺主鏈上含有許多重復的酰胺基，用作塑料時(shí)稱(chēng)尼龍，用作合成纖維時(shí)我們稱(chēng)為錦綸，聚酰胺可由二元胺和二元酸制取，也可以用ω-氨基酸或環(huán)內酰胺來(lái)合成。根據二元胺和二元酸或氨基酸中含有碳原子數的不同，可制得多種不同的聚酰胺，聚酰胺品種多達幾十種，其中以聚酰胺-6、聚酰胺-66和聚酰胺-610的應用最廣泛。
聚酰胺-6、聚酰胺-66和聚酰胺-610的鏈節結構分別為[NH(CH2)5CO]、[NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO]和[NH(CH2)6NHCO(CH2)8CO]。聚酰胺-6和聚酰胺-66主要用于紡制合成纖維，稱(chēng)為錦綸-6和錦綸-66。尼龍-610則是一種力學(xué)性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料。
PA具有良好的綜合性能，包括力學(xué)性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學(xué)藥品性和自潤滑性，且摩擦系數低，有一定的阻燃性，易于加工，適于用玻璃纖維和其它填料填充增強改性，提高性能和擴大應用范圍。
PA的品種繁多，有PA6、PA66、PAll、PAl2、PA46、PA610、PA612、PAl010等，以及近幾年開(kāi)發(fā)的半芳香族尼龍PA6T和特種尼龍等很多新品種。
尼龍-6塑料制品可采用金屬鈉、氫氧化鈉等為主催化劑，N-乙?；簝弱０窞橹呋瘎?，使δ-己內酰胺直接在模型中通過(guò)負離子開(kāi)環(huán)聚合而制得，稱(chēng)為澆注尼龍。用這種方法便于制造大型塑料制件。
用途
聚酰胺主要用于合成纖維，其最突出的優(yōu)點(diǎn)是耐磨性高于其他所有纖維，比棉花耐磨性高10倍，比羊毛高20倍，在混紡織物中稍加入一些聚酰胺纖維，可大大提高其耐磨性；當拉伸至3-6%時(shí)，彈性回復率可達100%；能經(jīng)受上萬(wàn)次折撓而不斷裂。
聚酰胺纖維的強度比棉花高1-2倍、比羊毛高4-5倍，是粘膠纖維的3倍。但聚酰胺纖維的耐熱性和耐光性較差，保持性也不佳，做成的衣服不如滌綸挺括。另外，用于衣著(zhù)的錦綸-66和錦綸-6都存在吸濕性和染色性差的缺點(diǎn)，為此開(kāi)發(fā)了聚酰胺纖維的新品種——錦綸-3和錦綸-4的新型聚酰胺纖維，具有質(zhì)輕、防皺性?xún)?yōu)良、透氣性好以及良好的耐久性、染色性和熱定型等特點(diǎn)，因此被認為是很有發(fā)展前途的。
該類(lèi)產(chǎn)品用途廣，是以塑代鋼、鐵、銅等金屬的好材料，是重要的工程塑料；鑄型尼龍廣泛代替機械設備的耐磨部件，代替銅和合金作設備的耐磨損件。適用于制作耐磨零件，傳動(dòng)結構件，家用電器零件，汽車(chē)制造零件，絲桿防止機械零件，化工機械零件，化工設備。如渦輪、齒輪、軸承、葉輪、曲柄、儀表板，驅動(dòng)軸，閥門(mén)、葉片、絲桿、高壓墊圈、螺絲、螺母、密封圈，梭子、套簡(jiǎn)，軸套連接器等。
代替銅等金屬
由于聚酰胺具有無(wú)毒、質(zhì)輕、優(yōu)良的機械強度、耐磨性及較好的耐腐蝕性，因此廣泛應用于代替銅等金屬在機械、化工、儀表、汽車(chē)等工業(yè)中制造軸承、齒輪、泵葉及其他零件。聚酰胺熔融紡成絲后有很高的強度，主要做合成纖維并可作為醫用縫線(xiàn)。
用于各種醫療及針織品
在民用上，可以混紡或純紡成各種醫療及針織品。錦綸長(cháng)絲多用于針織及絲綢工業(yè)，如織單絲襪、彈力絲襪等各種耐磨的錦綸襪，錦綸紗巾，蚊帳，錦綸花邊，彈力錦綸外衣，各種錦綸綢或交織的絲綢品。錦綸短纖維大都用來(lái)與羊毛或其它化學(xué)纖維的毛型產(chǎn)品混紡，制成各種耐磨經(jīng)穿的衣料。
在工業(yè)上錦綸大量用來(lái)制造簾子線(xiàn)、工業(yè)用布、纜繩、傳送帶、帳篷、漁網(wǎng)等。在國防上主要用作降落傘及其他軍用織物。
主要產(chǎn)品
阻燃PA
由于在PA中加入了阻燃劑，大部分阻燃劑在高溫下易分解，釋放出酸性物質(zhì)，對金屬具有腐蝕作用，因此，塑化元件（螺桿、過(guò)膠頭、過(guò)膠圈、過(guò)膠墊圈、法蘭等）需鍍硬鉻處理。工藝方面，盡量控制機筒溫度不能過(guò)高，注射速度不能太快，以避免因膠料溫度過(guò)高而分解引起制品變色和力學(xué)性能下降。
透明PA
具有良好的拉伸強度、耐沖擊強度、剛性、耐磨性、耐化學(xué)性、表面硬度等性能，透光率高，與光學(xué)玻璃相近，加工溫度為300--315 ℃，成型加工時(shí)，需嚴格控制機筒溫度，熔體溫度太高會(huì )因降解而導致制品變色，溫度太低會(huì )因塑化不良而影響制品的透明度。模具溫度盡量取低些，模具溫度高會(huì )因結晶而使制品的透明度降低。
耐候PA
在PA中加入了炭黑等吸收紫外線(xiàn)的助劑，這些對PA的自潤滑性和對金屬的磨損大大增強，成型加工時(shí)會(huì )影響下料和磨損機件。因此，需要采用進(jìn)料能力強及耐磨性高的螺桿、機筒、過(guò)膠頭、過(guò)膠圈、過(guò)膠墊圈組合。聚酰胺分子鏈上的重復結構單元是酰胺基的一類(lèi)聚合物。
概括起來(lái)，主要在以下幾方面進(jìn)行改性：
①改善尼龍的吸水性，提高制品的尺寸穩定性。
②提高尼龍的阻燃性，以適應電子、電氣、通訊等行業(yè)的要求。③提高尼龍的機械強度，以達到金屬材料的強度，取代金屬
④提高尼龍的抗低溫性能，增強其對耐環(huán)境應變的能力。
⑤提高尼龍的耐磨性，以適應耐磨要求高的場(chǎng)合。⑥提高尼龍的抗靜電性，以適應礦山及其機械應用的要求。
⑦提高尼龍的耐熱性，以適應如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機等耐高溫條件的領(lǐng)域。
⑧降低尼龍的成本，提高產(chǎn)品競爭力。
總之，通過(guò)上述改進(jìn)，實(shí)現尼龍復合材料的高性能化與功能化，進(jìn)而促進(jìn)相關(guān)行業(yè)產(chǎn)品向高性能、高質(zhì)量方向發(fā)展。
PA66
疲勞強度和鋼性較高，耐熱性較好，摩擦系數低，耐磨性好，但吸濕性大，尺寸穩定性不夠。
應用：中等載荷，使用溫度<100-120度無(wú)潤滑或少潤滑條件下工作的耐磨受力傳動(dòng)零件。
PA6
疲勞強度鋼性，耐熱性低于尼龍66，但彈性好，有較好的消振，降噪能力。白色
應用：輕載荷，中等溫度(80-100)無(wú)潤滑或少潤滑、要求噪音低的條件下工作的耐磨受力傳動(dòng)零件。
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