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

尼龍（簡(jiǎn)稱PA）

尼龍是美國(guó)杰出的科學(xué)家卡羅瑟斯(Carothers)及其領(lǐng)導(dǎo)下的一個(gè)科研小組研制出來(lái)的，是世界上出現(xiàn)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(xiàn)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(jié)構(gòu)

聚酰胺俗稱尼龍（Nylon），英文名稱Polyamide（簡(jiǎn)稱PA），密度1.15g/cm3，是分子主鏈上含有重復(fù)酰胺基團(tuán)—[NHCO]—的熱塑性樹脂總稱，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(yīng)用廣泛，其命名由合成單體具體的碳原子數(shù)而定。由美國(guó)著名化學(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(zhǎng)纖或短纖。錦綸是聚酰胺纖維的商品名稱，又稱耐綸（Nylon）。英文名稱Polyamide（簡(jiǎn)稱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(jié)構(gòu)

常用的錦綸纖維可分為兩大類。

一類是由二胺和二酸縮聚而得的聚己二酸己二胺，其長(zhǎng)鏈分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為：

H—[HN(CH2)XNHCO(CH2)YCO]—OH

這類錦綸的相對(duì)分子量一般為17000-23000.根據(jù)所用二元胺和二元酸的碳原子數(shù)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(shù)字區(qū)別，其中前一數(shù)字是二元胺的碳原子數(shù)，后一數(shù)字是二元酸的碳原子數(shù)。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。

另一類是由己內(nèi)酰胺縮聚或開環(huán)聚合得到的，其長(zhǎng)鏈分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為：

H—[NH(CH2)XCO]—OH

根據(jù)其單元結(jié)構(gòu)所含碳原子數(shù)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(nèi)酰胺開環(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—）的線型大分子組成。錦綸分子中有—CO—、—NH—基團(tuán)，可以在分子間或分子內(nèi)形成氫鍵結(jié)合，也可以與其他分子相結(jié)合，所以錦綸吸濕能力較好，并且能夠形成較好的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。

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(shù)不同，使分子間氫鍵的結(jié)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(jié)構(gòu)性質(zhì)也不完全相同。

形態(tài)結(jié)構(gòu)

采用熔紡法制得的錦綸在顯微鏡中觀察到的形態(tài)結(jié)構(gòu)具有圓形的截面和無(wú)特殊的縱向結(jié)構(gòu)。在電子顯微鏡下可觀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(jié)構(gòu)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(yīng)；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(nèi)部有空腔，密度小，保暖性好。

聚酰胺(PA，俗稱尼龍)是美國(guó)DuPont公司最先開發(fā)用于纖維的樹脂，于1939年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。20世紀(jì)50年代開始開發(fā)和生產(chǎn)注塑制品，以取代金屬滿足下游工業(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(fù)的酰胺基，用作塑料時(shí)稱尼龍，用作合成纖維時(shí)我們稱為錦綸，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(nèi)酰胺來(lái)合成。根據(jù)二元胺和二元酸或氨基酸中含有碳原子數(shù)的不同，可制得多種不同的聚酰胺，聚酰胺品種多達(dá)幾十種，其中以聚酰胺-6、聚酰胺-66和聚酰胺-610的應(yīng)用最廣泛。

聚酰胺-6、聚酰胺-66和聚酰胺-610的鏈節(jié)結(jié)構(gòu)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(rùn)滑性，且摩擦系數(shù)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(qiáng)改性，提高性能和擴(kuò)大應(yīng)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?nèi)酰胺為助催化劑，使δ-己內(nèi)酰胺直接在模型中通過(guò)負(fù)離子開環(huán)聚合而制得，稱為澆注尼龍。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(dāng)拉伸至3-6%時(shí)，彈性回復(fù)率可達(dá)100%；能經(jīng)受上萬(wàn)次折撓而不斷裂。

聚酰胺纖維的強(qiáng)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、防皺性優(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(rèn)為是很有發(fā)展前途的。

該類產(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(jī)械設(shè)備的耐磨部件，代替銅和合金作設(shè)備的耐磨損件。適用于制作耐磨零件，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)件，家用電器零件，汽車制造零件，絲桿防止機(jī)械零件，化工機(jī)械零件，化工設(shè)備。如渦輪、齒輪、軸承、葉輪、曲柄、儀表板，驅(qū)動(dòng)軸，閥門、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(jī)械強(qiáng)度、耐磨性及較好的耐腐蝕性，因此廣泛應(yīng)用于代替銅等金屬在機(jī)械、化工、儀表、汽車等工業(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(qiáng)度，主要做合成纖維并可作為醫(yī)用縫線。

用于各種醫(yī)療及針織品

在民用上，可以混紡或純紡成各種醫(yī)療及針織品。錦綸長(zhǎng)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、工業(yè)用布、纜繩、傳送帶、帳篷、漁網(wǎng)等。在國(guó)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(duì)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(jī)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(qiáng)度、耐沖擊強(qiáng)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(yán)格控制機(jī)筒溫度，熔體溫度太高會(huì)因降解而導(dǎo)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(jié)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的助劑，這些對(duì)PA的自潤(rùn)滑性和對(duì)金屬的磨損大大增強(qiáng)，成型加工時(shí)會(huì)影響下料和磨損機(jī)件。因此，需要采用進(jìn)料能力強(qiáng)及耐磨性高的螺桿、機(jī)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(fù)結(jié)構(gòu)單元是酰胺基的一類聚合物。

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(wěn)定性。

②提高尼龍的阻燃性，以適應(yīng)電子、電氣、通訊等行業(yè)的要求。③提高尼龍的機(jī)械強(qiáng)度，以達(dá)到金屬材料的強(qiáng)度，取代金屬

④提高尼龍的抗低溫性能，增強(qiáng)其對(duì)耐環(huán)境應(yīng)變的能力。

⑤提高尼龍的耐磨性，以適應(yīng)耐磨要求高的場(chǎng)合。⑥提高尼龍的抗靜電性，以適應(yīng)礦山及其機(jī)械應(yīng)用的要求。

⑦提高尼龍的耐熱性，以適應(yīng)如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等耐高溫條件的領(lǐng)域。

⑧降低尼龍的成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

總之，通過(guò)上述改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)尼龍復(fù)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(qiáng)度和鋼性較高，耐熱性較好，摩擦系數(shù)低，耐磨性好，但吸濕性大，尺寸穩(wěn)定性不夠。

應(yīng)用：中等載荷，使用溫度<100-120度無(wú)潤(rùn)滑或少潤(rùn)滑條件下工作的耐磨受力傳動(dòng)零件。

PA6