| 語言 : |
|
| 百科社區 |百科問答 |提交問題 |詞彙知識 |上傳知識 |
聚酰胺 |
 |
|
科技名詞定義 中文名稱：聚酰胺 英文名稱：polyamide，PA 定義：重複單元以酰胺基為結構特徵基團的一類聚合物。包括脂肪族、半脂肪族及芳香族聚酰胺。應用學科： 材料科學技術（一級學科）；高分子材料（二級學科）；塑料（二級學科） 以上內容由全國科學技術名詞審定委員會審定公佈 聚酰胺(PA，俗稱尼龍)是美國DuPont公司最先開髮用於纖維的樹脂，於1939年實現工業化。 20世紀50年代開始開發和生產注塑製品，以取代金屬滿足下游工業製品輕量化、降低成本的要求。 PA具有良好的綜合性能，包括力學性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學藥品性和自潤滑性，且摩擦係數低，有一定的阻燃性，易於加工，適於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範圍。 PA的品種繁多，有PA6、PA66、PAll、PAl2、PA46、PA610、PA612、PAl010等，以及近幾年開發的半芳香族尼龍PA6T和特種尼龍等很多新品種。 簡介 [1] 聚酰胺俗稱尼龍(Nylon)，英文名稱Polyamid eP，它是大分子主鏈重複單元中含有酰胺基團的高聚物的總稱。聚酰胺可由內酸胺開環聚合製得，也可由二元胺與二元酸縮聚等得到的。聚酰胺塑料是在聚酞胺纖維基礎上發展起來的，是最早出現能夠承受負荷的熱塑性塑料，也是五大通用工程塑料中產量最大、品種最多、用途最廣的品種。 [2]PA是歷史悠久、用途廣泛的通用工程塑料，2000年世界工程塑料市場分配為PA 35%、PC 32%、POM 11%、PBT 10%、PPO 3%、PET 2%、UHMWPE 2% ，高性能工程塑料(PPS、LCP、PEEK、PEI、PESU、PVDF、其它含氟塑料等）2%。由於PC市場需求增長快，其市場佔有份額已已經超過PA。從性能和價格綜合考慮，PA6和PA66的市場用量仍佔PA總量的90%左右，居主導地位，2001年世界PA66的消費量為74萬噸，略高於PA6的68萬噸。歐洲消費結構為PA6佔50%，PA66佔40%，PA11、PA12和其它均聚、共聚PA佔10%，美國PA66用量超過其它品種，日本則PA6消費居首位，為52%，PA66佔38 %，PA11和PA12佔5%，PA46和半芳香族PA佔5%。 PA工程塑料以注射成型為主，注塑製品佔PA製品的90%左右，PA6與PA66的成型加工工藝不盡相同，PA66基本都採用注塑加工，佔95%，擠出成型僅佔5%；PA6的注塑製品佔70%，擠出成型占30%。 聚酰胺樹脂，英文名稱為polyamide，簡稱PA。俗稱尼龍(Nylon)，為五大工程塑料中產量最大、品種最多、用途最廣的品種。尼龍中的主要品種是尼龍6和尼龍66，佔絕對主導地位，尼龍6為聚己內酰胺，而尼龍66為聚己二酸己二胺，尼龍66比尼龍6要硬l2%；其次是尼龍11，尼龍12，尼龍610，尼龍612，另外還有尼龍1010、尼龍46、尼龍7、尼龍9、尼龍13，新品種有尼龍6I、尼龍9T和特殊尼龍MXD6（阻隔性樹脂）等，尼龍的改性品種數量繁多，如增強尼龍、單體澆鑄尼龍（MC尼龍）、反應注射成型(RIM)尼龍、芳香族尼龍、透明尼龍、 高抗衝（超韌）尼龍、電鍍尼龍、導電尼龍、阻燃尼龍，尼龍與其他聚合物共混物和合金等，滿足不同特殊要求，廣泛用作金屬，木材等傳統材料代用品[3]。 特性 [3]尼龍作為大用量的工程塑料，廣泛用於機械、汽車、電器、紡織器材、化工設備、航空、冶金等領域。成為各行業中不可缺少的結構材料，其主要特點如下： 1．優良的力學性能。尼龍的機械強度高，韌性好。 2．自潤性、耐摩擦性好。尼龍具有很好酌自潤性，摩擦係數小，從而，作為傳動部件其使用壽命長。 3.優良的耐熱性。如尼龍46等高結晶性尼龍的熱變形溫度很高，可在150℃下長期期使用..。 PA66經過玻璃纖維增強以後，其熱變形溫度達到250℃以上。 4.優異的電絕緣性能。尼龍的體積電阻很高，耐擊穿電壓高，是優良的電氣、電器絕緣材料5.優良的耐氣候性。 6.吸水性。尼龍吸水性大，飽和水可達到3%以上。在一定程度影響製件的尺寸穩定性 分類 主要品種有尼龍6、尼龍“、尼龍11.尼龍12、尼龍610、尼龍612、尼龍4fi、尼龍1010等。其中尼龍6、尼龍66產量最大，約佔尼龍產量的90%以上。尼龍11、尼龍12具有突出的低溫韌性;尼龍46具有優異的耐熱性而得到迅速發展，尼龍1010是以蓖麻油為原料生產的我國特有的品種。 由於各種尼龍的化學結構不同，其性能也有差異，但它們具有共同的特性:尼龍的分子之間可以形成氫鍵，使結構易，發生結晶化而且，分子之間互相作用力較大，賦予尼龍以高熔點和力學性;由於酰胺基是親水基團，吸水性較大。在尼龍的化學結構中還存在亞甲基和芳基，使尼龍具有一定柔順或剛性。尼龍中的亞甲酸氨基的比例越大，分子中氫鍵數越少，分子間力越小，柔性增加，吸水性越小。因此，尼龍工程塑料一般都具有良好力學性能、電性能,耐熱性和韌性，還具有優良的耐油性、耐磨性、自潤滑性、耐化學品性和成型加工性[2]。 發明 在日常生活中聚酰胺製品比比皆是，但是知道它歷史的人就很少了。聚酰胺是世界上首先研製出的一種合成纖維。 卡羅瑟斯1896年4月27出生於美國洛瓦的伯靈頓。他開始受教育的是在得梅因公立學校，1914年從北方中學畢業。卡羅瑟斯的父親在得梅因商學院任教，後來擔任過該院的副院長。受他父親的影響卡羅瑟斯18歲時進入該院學習會計，他對這一專業並不感興趣，倒是很喜歡化學等自然科學，因此，一年以後轉入一所規模較小的學院學習化學。 1920年獲理學學士學位。 1921年在伊利諾伊大學取得碩士學位，後來在南邊柯他大學任教，講授分析化學和物理化學。 1923年又回到伊利諾伊大學攻讀有機化學專業的哲學博士學位。在導師羅傑·亞當斯(Roger Adams,1889－1971)教授的指導下，完成了關於鉑黑催化氫化的論文，初步顯露了他的才華，獲得博士學位後隨即留校工作。 1926年到哈佛大學教授有機化學。由於卡羅瑟斯性格內向，他認為搞科學研究更能發揮自己的聰明才智，於是1928年受聘來到了杜邦公司。卡羅瑟斯來到杜邦公司的時候，正值國際上對德國有機化學家斯陶丁格(Hermann Staudinger,1881∼1965) 提出的高分子理論展開了激烈的爭論，卡羅瑟斯讚揚並支持斯陶丁格的觀點，決心通過實驗來證實這一理論的正確性，因此他把對高分子的探索作為有機化學部的主要研究方向。一開始卡羅瑟斯選擇了二元醇與二元羧酸的反應，想通過這一被人熟知的反應來了解有機分子的結構及其性質間的關係。在進行縮聚反應的實驗中，得到了分子量約為5000的聚酯分子。為了進一步提高聚合度，卡羅瑟斯改進了高真空蒸餾器並嚴格控制反應的配比，使反應進行得很完全，在不到兩年的時間裡使聚合物的分子量達到10000∼20000。 1930年卡羅瑟斯用乙二醇和癸二酸縮合製取聚酯，在實驗中卡羅瑟斯的同事希爾在從反應器中取出熔融的聚酯時發現了一種有趣的現象：這種熔融的聚合物能像棉花糖那樣抽出絲來，而且這種纖維狀的細絲即使冷卻後還能繼續拉伸，拉伸長度可以達到原來的幾倍，經過冷拉伸後纖維的強度和彈性大大增加。這種從未有過的現象使他們預感到這種特性可能具有重大的應用價值，有可能用熔融的聚合物來紡製纖維。他們隨後又對一系列的聚酯化合物進行了深入的研究。由於當時所研究的聚酯都是脂肪酸和脂肪醇的聚合物，具有易水解、熔點低（<100℃）、易溶解在有機溶劑中等缺點，卡羅瑟斯因此得出了聚酯不具備制取合成纖維的錯誤結論，最終放棄了對聚酯的研究。順便指出，就在卡羅瑟斯放棄了這一研究以後，英國的溫費爾德TRWhinfield,1901-1966)在汲取這些研究成果的基礎上，改用芳香族羧酸（對苯二甲酸）與二元醇進行縮聚反應，1940年合成了聚酯纖維-滌綸，這對卡羅瑟斯不能不說是一件很遺憾的事情。 為了合成出高熔點、高性能的聚合物，卡羅瑟斯和他的同事們將注意力轉到二元胺與二元羧酸的縮聚反應上，幾年的時間里卡羅瑟斯和他的同事們從二元胺和二元酸的不同聚合反應中製備出了多種聚酰胺，然而這此物質的性能並不太理想。 1935年初卡羅瑟斯決定用戊二胺和癸二酸合成聚酰胺（即聚酰胺510)，實驗結果表明，這種聚酰胺拉製的纖維其強度和彈性超過了蠶絲，而且不易吸水，很難溶，不足之處是熔點較低，所用原料價格很高，還不適宜於商品生產。緊接著卡羅瑟斯又選擇了己二胺和己二酸進行縮聚反應，終於在1935年2月28 日合成出聚酰胺66。這種聚合物不溶於普通溶劑，具有263℃的高熔點，由於在結構和性質上更接近天然絲，拉製的纖維具有絲的外觀和光澤，其耐磨性和強度超過當時任何一種纖維，而且原料價格也比較便宜，杜邦公司決定進行商品生產開發。 要將實驗室的成果變成商品、一是要解決原料的工業來源；二是要進行熔體絲紡過程中的輸送、計量、捲繞等生產技術及設備的開發。生產聚酰胺66所需的原料－己二酸和己二胺當時僅供實驗室作試劑用，必須開發生產大批量、價格適宜的己二酸和己二胺，杜邦公司選擇豐富的苯酚進行開發實驗，到1936年在西弗吉尼亞的一家所屬化工廠採用新催化技術，用廉價的苯酚大量生產出己二酸，隨後又發明了用己二酸生產己二胺的新工藝．杜邦公司首創了熔體絲紡新技術，將聚酚胺66加熱融化，經過濾後再吸入泵中，通過關鍵部件（噴絲頭）噴成細絲，噴出的細絲經空氣冷卻後牽伸、定型。 1938年7月完成中試，首次生產出聚酰胺纖維．同月用聚酰胺66作牙刷毛的牙刷開始投放市場。 10月27日杜邦公司正式宣布世界上第一種合成纖維正式誕生了，並將聚酚胺66這種合成纖維命名為聚酰胺(nylon)，這個詞後來在英語中變成了聚酰胺類合成纖維的通用商品名稱。杜邦公司從高聚物的基礎研究開始歷時11年，耗投2200萬美元，有230名專家參加了有關的工作，終於在1939年底實現了工業化生產。遺憾的是尼尤的發明人卡羅瑟斯沒能看到聚酰胺的實際應用。由於卡羅瑟斯一向精神抑鬱，有一個念頭使他無法擺脫，總認為作為一個科學家自己是一個失敗者，加之1936年他喜愛的孿生姐姐去世，使他的心情更加沉重，這位在聚合物化學領域作出了傑出貢獻的化學家，於1937年4月29日在美國費城一家飯店的房間裡飲用了摻有氰化鉀的檸檬汁而自殺身亡。為了紀念卡羅瑟斯的功績，1946年杜邦公司將烏米爾特工廠的聚酰胺研究室改名為卡羅瑟斯研究室。 聚酰胺的合成奠定了合成纖維工業的基礎，聚酰胺的出現使紡織品的面貌煥然一新。用這種纖維織成的聚酰胺絲襪既透明又比絲襪耐穿，1939年10目24日杜邦在總部所在地公開銷售聚酰胺絲長襪時引起轟動，被視為珍奇之物爭相搶購，混亂的局面迫使治安機關出動警察來維持秩序。人們曾用"象蛛絲一樣細，象鋼絲一樣強，象絹絲一樣美"的詞句來讚譽這種纖維。到1940年5月聚酰胺纖維織品的銷售遍及美國各地。從第二次世界大戰爆發直到1945年，聚酰胺工業被轉向制降落傘、飛機輪胎簾子佈、軍服等軍工產品。由於聚酰胺的特性和廣泛的用途，第二次世界大戰後發展非常迅速，聚酰胺的各種產品從絲襪、衣著到地毯，漁網等，以難以計數的方式出現。最初十年間產量增加25倍，1964年佔合成纖維的一半以上，至今聚酰胺纖維的產量雖說總產量已不如聚酯纖維多，但仍是三大合成纖維之一。 聚酰胺的發明從沒有明確的應用目的的基礎研究開始，最終卻導致產生了改變人們生活面貌的尼龍產品，成為企業辦基礎科學研究非常成功的典型。它使人們認識到與技術相比科學要走在前頭，與生產相比技術要走在前頭；沒有科學研究，沒有技術成果，新產品的開發是不可能的。此後，企業從事或資助的基礎科研在世界範圍內如雨後春筍般地出現，使基礎科研的成果得以更迅速地轉化為生產力。 聚酰胺的合成是高分子化學發展的一個重要里程碑。杜邦公司開展這項研究以前，國際上對高分子鏈狀結構理論的激烈爭論主要是缺乏明晰的毫無疑義的實驗事實的支持。當時對縮聚反應研究得還很少，得到的縮聚物並不完滿。卡羅瑟斯採用了遠遠超過進行有機合成一般規程的方法，他在進行高分子縮聚反應時，對反應物的配比要求很嚴格，相差不超過1%．縮聚反應的程度相當徹底，超過99.5%，從而合成出分子量高達兩萬左右的聚合物。卡羅瑟斯的研究表明，聚合物是一種真正的大分子，可以通過已知的有機反應獲得，其縮聚反應的每個分子都含有兩個或兩個以上的活性基團，這些基團通過共價鍵互相連接，而不是靠一種不確定的力將小分子簡單聚集到一起，從而揭示了縮聚反應的規律。卡羅瑟斯通過對聚合反應的研究把高分子化合物大體上分為兩類：一類是由縮聚反應得到的縮合高分子；另一類是由加聚反應得到的加成高分子。卡羅瑟斯的助手弗洛里(Paul J. Flory， 1910∼1986)總結了聚酰胺等一系列縮聚反應，1939年提出了縮聚反應中所有功能團都具有相同的活性的基本原理，並提出縮聚反應動力學和分子量與縮聚反應程度之間的定量關係。後來又研究了高分子溶液的統計力學和高分子模型、構象的統計力學，1974獲得了諾貝爾化學獎。聚酰胺的合成有力地證明了高分子的存在，使人們對斯陶丁格的理論深信不移，從此高分子化學才真正建立起來。 性能 尼龍為韌性角狀半透明或乳白色結晶性樹脂，作為工程塑料的尼龍分子量一般為1.5-3萬尼龍具有很高的機械強度，軟化點高，耐熱，磨擦係數低，耐磨損，自潤滑性，吸震性和消音性，耐油，耐弱酸，耐鹼和一般溶劑，電絕緣性好，有自熄性，無毒，無臭，耐候性好，染色性差。缺點是吸水性大，影響尺寸穩定性和電性能，纖維增強可降低樹脂吸水率，使其能在高溫、高濕下工作。尼龍與玻璃纖維親合性十分良好。 尼龍中尼龍66的硬度、剛性最高，但韌性最差。各種尼龍按韌性大小排序為：PA66299℃，在449~499℃時會發生自燃。 尼龍的熔體流動性好，故製品壁厚可小到1mm。 物理性能 尼龍的外觀為透明或不透明乳白或淡黃的粒料，表觀角質、堅硬製品表面有光澤。尼龍的密度(結晶相密度、非晶性密度和一般成型加工製品的密度)是不一樣的。尼龍6、尼龍6fi的密度較高，隨著分子中亞甲基的含量增加和酞氨鍵（-HCO一）的含量降低，尼龍的結晶度降低，密度也隨之降低。尼龍是一類半結晶性工程塑料，存在著結晶區和非結晶區。結晶晶區所佔的比例叫結晶度。結晶度對尼龍的熱性能影響較大。加工工藝條件對尼龍的結晶有一定影響，注射成型時，模具溫度高時，熔體冷卻時間較長，製品的結晶度較高·反之亦然。結晶度高的尼龍具有較大的拉伸強度、衝擊強度和熱變形溫度，但成型收縮大，斷裂伸長率較小。尼龍的吸水率比較大，酞氨鍵的比例越大，吸水率較高，具體為尼龍6>尼龍66>尼龍610>尼龍1010>尼龍11>尼龍12>尼龍1212。尼龍屬於自熄性塑料，燃燒時燒焦有羊毛或指甲味。透氣性是尼龍的一項重要特徵，尼龍對氧氣等氣體的透過率最小，因此具有優良的阻隔性，是食品保鮮包裝的優良材料。尼龍的阻隔性隨酰氨/亞甲基的比例增大而提高，以尼龍6的阻隔效果最好。尼龍6的的O2透過係數為25~40rm3·mm/( m2·d·MPz ). (2)力學性能在尼龍分子主鏈上的重複單元中含有極性酰胺氨基團，能形成分子間的氫鍵，具有結晶性，分子間的相互作用力大，因此，尼龍具有較高的機械強度和彈性模量'。機械高強度和彈性模量隨著尼龍主鏈亞甲基的增加而下降，衝擊度增強。尼龍在室溫下的拉伸強度和衝擊強度雖然都較高，但衝擊強度不如PC:和POM高。隨溫度和濕度的升高，拉伸強度急劇下降，而衝擊強度則明顯提高。玻璃纖維增強尼龍的強度受溫度和濕度的影響小。 [4] 改性 |
| 用戶 評論 | 所有 評論 [ 1 ]>>> |
| ||||
