[學(xué)習(xí)]塑料材料學(xué)課件第八章聚酰胺類塑料

1、第八章 聚酰胺類塑料,主要內(nèi)容1.脂肪族聚酰胺2.芳香族聚酰胺3.透明聚酰胺,聚酰胺的定義和合成方法, 定義 聚酰胺（俗稱尼龍）是指分子主鏈上交替出現(xiàn)酰胺基團(tuán)（-NHCO-）的聚合物。英文為polyamide，縮寫為PA。,聚酰胺的前30年是作為合成纖維材料，尼龍（Nylon）的俗稱就是來自與此。尼龍的最早發(fā)明商——美國杜邦公司曾宣傳：尼龍比蜘蛛絲還細(xì)、比鋼鐵還強(qiáng)。 1960年左右，聚酰胺開始被用做一種“工程塑料

2、”。,綜 述,聚酰胺（PA）是品種頗多、應(yīng)用最廣泛的工程塑料之一。（1）二元胺與二元羧酸反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為“尼龍鹽”。（2）ω-氨基酸的自縮聚。（3）內(nèi)酰胺的開環(huán)聚合。,PA的分類,PA的分類,,脂肪族PA,芳香族PA,透明PA,,p型聚酰胺,mp型聚酰胺,§8.1 脂肪族聚酰胺,脂肪族聚酰胺分子鏈由亞甲基和酰胺基組成。按單體類型不同，脂肪族聚酰胺又分為P型和mp型兩種類型。§ 8.1.1 p

3、型聚釀胺與mp型聚酰胺 一、P型聚酰胺 由ω氨基酸自縮聚或由內(nèi)酰胺開環(huán)聚合制得的聚酰胺是p型聚酰胺，稱聚酰胺p，p代表單體中所含碳原子數(shù)。 p型聚酰胺中，酰胺基沿分子鏈的分布規(guī)律是：在每兩個酰胺基之間含有p-1個連續(xù)的亞甲基。,聚酰胺6制備過程聚酰胺9制備過程,二、mp型聚酰胺 由二元胺與二元羧酸縮聚所得到的聚酰胺是mp型聚酰胺，稱為聚酰胺mp，其中m代表所用二元胺中所含碳原子數(shù)，p代表所用二元羧酸的碳原子數(shù)。聚酰胺6

4、6制備過程,常用聚酰胺品名,PA 聚酰胺(尼龍) PA-1010 聚癸二酸癸二胺(尼龍1010) PA-11 聚十一酰胺(尼龍11) PA-12 聚十二酰胺(尼龍12) PA-6 聚己內(nèi)酰胺(尼龍6) PA-610 聚癸二酰乙二胺(尼龍610) PA-612 聚十二烷二酰乙二胺(尼龍612) PA-66 聚己二酸己二胺(尼龍66) PA-8 聚辛酰胺(尼龍8) PA-9 聚9-氨基壬酸(尼龍9),§8.1.2

5、 脂肪族聚酰胺的結(jié)構(gòu)與性能,一、結(jié)構(gòu) 所有脂肪族聚酰胺分子鏈都是線型結(jié)構(gòu)，分子鏈骨架由（-CONH-）鏈組成，具有良好的柔曲性，因此都是典型的熱塑性聚合物。分子鏈上有規(guī)律地交替排列著較強(qiáng)的極性酰胺基，分子鏈很規(guī)整，具有較強(qiáng)的結(jié)晶能力。極性的酰胺基可以使分子鏈之間形成氫鍵，因?yàn)橐粋€分子鏈上的酰胺基上與氮原子連接的氫原子是質(zhì)子授予體，另一個分子鏈上的酰胺基上與碳原子連接的氧原子是質(zhì)子接受體，二者之間相互吸引形成氫鍵。,,氫鍵的形成增大

6、了分子鏈之間的作用力，使聚合物的結(jié)晶能力進(jìn)一步增強(qiáng)，同時也使聚合物的熔點(diǎn)升高。另一方面，分子鏈的柔性又賦予材料良好的韌性。,*聚酰胺中的氫鍵結(jié)構(gòu)對其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和最終的性能起到了決定性的作用。,不同聚酰胺形成氫鍵多寡的規(guī)律如下：無論p型或mp型聚酰胺，凡單體中全部含有偶數(shù)個亞甲基者，其聚合物分子鏈上酰胺基都可100％形成氫鍵，凡單體中全部或其中一種單體含有奇數(shù)個亞甲基者，聚合物的酰胺基僅只能50﹪形成氫鍵。,二、性能 如下幾個結(jié)構(gòu)參數(shù)

7、對脂肪族聚酰胺的性能有很大影響：(1)重復(fù)基團(tuán)-CONH-間的距離 (2)原料中間體中亞甲基的數(shù)目 (3)分子量 (4)N-取代 (5)共聚 (6)結(jié)晶度,,三、一般性能 （1）力學(xué)性能（2）熱性能（3）電性能（4）耐化學(xué)試劑和耐溶劑性 （5）其它性能,脂肪族PA的性能, PA的基本特征PA為白色至淡黃色的顆粒；PA的密度為1.01～1.16g.cm-3。制品堅硬有光澤；PA的吸水率很大：基本隨酰胺基團(tuán)的

8、密度增大而增大。吸水率：PA6>PA66>PA610>PA1010>PA11>PA12, 力學(xué)性能,軟質(zhì)PVC,硬質(zhì)PVC,PS,PA,,PA具有良好的力學(xué)性能：拉伸強(qiáng)度、剛性、抗沖擊性、都較好。但受到溫度和吸水率的影響:,溫度和吸水率提高：拉伸強(qiáng)度、硬度下降；沖擊強(qiáng)度提高。,PA具有很好的耐磨性，是一種自潤滑材料。,吸水率對尼龍力學(xué)性能的影響,硬度,屈服強(qiáng)度,,溫度對PA力學(xué)性能的影響,屈服強(qiáng)度, 電

9、性能PA的電絕緣性干燥的條件下良好。但PA容易吸濕、導(dǎo)致絕緣性下降。, 熱性能PA的熔融溫度比較高，但熱變形溫度不高，一般<80oC。PA的導(dǎo)熱率相對于金屬來比較很低。PA的線膨脹系數(shù)較大。, 耐化學(xué)藥品性PA具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐溶劑性；PA溶解于強(qiáng)極性或容易與酰胺基團(tuán)形成氫鍵的溶劑或溶液。, 其他特性PA的耐候性一般；PA無毒、無味、不易燃燒。,,,,§8.1.3 增強(qiáng)聚酰胺與單體澆鑄聚酰胺,一

10、、增強(qiáng)聚酰胺 各種脂肪類聚酰胺都可以用玻璃纖維進(jìn)行增強(qiáng)，使力學(xué)性能包括強(qiáng)度、剛度、硬度大幅度提高，抗蠕變性改善，耐熱性提高、收縮率下降，尺寸穩(wěn)定性改善。,,（一）MC聚酰胺成型原理 （二）實(shí)施工藝 （1）氮?dú)夥?（2）真空法,成型原理,二、單體澆鑄聚酰胺 單體澆鑄聚酰胺縮寫為MC（Monomer Cast）聚酰胺，是將單體直接澆鑄到模具內(nèi)進(jìn)行聚合并成為制品的一種方法。,,（三）單體澆鑄聚酰胺的性能,,

11、,,力學(xué)性能、耐熱性均高于一般聚酰胺,§8.1.4 脂肪族聚酰胺的加工與性能,一、加工工藝特點(diǎn) （1）吸濕性強(qiáng)，加工前必須充分干燥。（2）熔體粘度低。注塑中會有流涎現(xiàn)象，需采用自鎖式噴嘴防止流涎。（3）成型中分子鏈取向?qū)羟兴俾什惶舾?，因此成型壓力對制品性能影響較小。（4）聚酰胺高溫下易氧化降解，超過300℃就會分解。（5）聚酰胺是半結(jié)晶型聚合物，制品成型中工藝參數(shù)改變對制品結(jié)晶度、收縮率及制品性能影響頗大。二、加

12、工方法1．注塑成型 2．?dāng)D出成型,三、應(yīng)用（1）機(jī)械設(shè)備 例如軸承、軸瓦、小模數(shù)齒輪、蝸輪、密封墊、活塞環(huán)、泵葉輪、螺栓、螺母等連接件、水壓機(jī)的立柱導(dǎo)套，閥座、風(fēng)扇葉片等。（2）汽車工業(yè) 主要采用玻纖增強(qiáng)聚酰胺，可用在皮帶輪、吸附罐、散熱器箱體、刮水器、油泵齒輪等。（3）電子電器 各種線圈骨架、機(jī)罩，集成線路板、旋扭、電視機(jī)調(diào)諧零件、電器線圈。（4）化工設(shè)備 耐腐耐油管道、輸油管、貯油容器、過濾器。（5）

13、建筑與民用 窗、門、窗簾導(dǎo)軌、滑輪、自動門橫欄、實(shí)全帽、繩索、打字機(jī)框架。聚酰胺11和12的雙軸拉伸薄膜還用在食品包裝上。,,PA的優(yōu)點(diǎn),機(jī)械設(shè)備：軸承、軸瓦、齒輪、泵葉輪、螺栓、風(fēng)扇葉片等。,電子設(shè)備：各種線圈骨架、機(jī)罩、集成線路板等。,化工設(shè)備：耐腐蝕耐油管道、容器、過濾器等。,建筑與民用：窗、門、窗簾導(dǎo)軌滑輪、安全帽、繩索等。,PA的缺點(diǎn),——耐熱性不高, 芳香族PA1. 定義 分子骨架上含有芳環(huán)的聚酰

14、胺稱為芳香族聚酰胺。目前工業(yè)化的有兩大類：,聚間苯二甲酰間苯二胺（Nomex）,聚對苯二甲酰對苯二胺芳綸-1414，Kevlax,聚對苯二甲酰胺芳綸-14，B纖維,§8.2 芳香族聚酰胺,§8.2.1 聚間苯二甲酰間苯二胺(Nomex)一、制備方法以間苯二甲酰氯和間苯二胺為單體進(jìn)行界面縮聚或低溫溶液縮聚可以得到聚間苯二甲酰間苯二胺。 二、結(jié)構(gòu)與性能 1．結(jié)構(gòu) 2．性能,三、加工

15、與應(yīng)用 1．加工 2．應(yīng)用 Nomex纖維可用于制備宇宙服、降落傘、輪胎簾子布、耐高溫的濾布及服裝。Nomex層壓制品主要用作H級電絕緣材料使用，亦可作為耐高溫的裝飾板、防火墻或制備蜂窩制品用于飛行器中。,芳綸纖維制造的防彈衣,芳綸纖維用于制造防刺扎輪胎,,防割手套,結(jié)構(gòu)特征,苯環(huán)自身具有剛性,苯環(huán)與酰胺基團(tuán)共扼作用（在對位芳綸中更強(qiáng)）,酰胺基團(tuán)間的氫鍵作用,性能特點(diǎn)高強(qiáng)、高模、耐高溫、耐腐蝕、阻燃、電絕緣。不能熱塑

16、性加工。,聚間苯二酰間苯二酚在250oC下具有63MPa的強(qiáng)度，是常溫時的60％。,脂肪族PA,芳香族PA,更高的力學(xué)性能和耐熱性,§8.2.2 全對位聚芳酰胺,全對位聚芳酰胺是酰胺基位于苯環(huán)對位的一種聚芳酰胺 。一、制備方法1．對苯二胺與對苯二甲酰氯縮聚 2．對氨基苯甲酸自縮聚,二、結(jié)構(gòu)與性能 1．結(jié)構(gòu)全對位聚芳酰胺分子鏈交替地由苯撐基和極性酰胺基組成 。二者在分子鏈上都呈高密度分布，酰胺基與苯環(huán)又可以

17、形成大共軛體系，這三種因素都決定了聚合物分子鏈會有極大的剛性，特別是苯撐基比間位苯基對分子鏈變剛的影響更大。 2．性能 全對位聚芳酰胺具有超高強(qiáng)度、超高模量、耐高溫、耐腐蝕、阻燃、膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能。,三、加工與應(yīng)用1．加工 全對位聚芳酰胺可采用浸漬的方法制備薄膜。 2．應(yīng)用全對位聚芳酰胺主要用在以下方面：（1）高性能的輪胎簾線和橡膠制品補(bǔ)強(qiáng)材料。（2）特種繩索與織物。（3）高強(qiáng)度、高模量復(fù)合材料，增強(qiáng)塑料，用

18、于航天器、導(dǎo)彈殼體材料。,§8.3 透明聚酰胺,透明聚酰胺是比較新型的聚酰胺，通常的聚酰胺是結(jié)晶型聚合物，故材料呈乳白色不透明狀。欲使聚合物獲得透明性，必須從分子鏈結(jié)構(gòu)入手，抑制晶體的生成，一般是采用向分子鏈上引入側(cè)基的方法破壞分子鏈的規(guī)整性達(dá)到此目的，于是產(chǎn)生了透明聚酰胺。常見的透明聚酰胺有兩種：（1） 聚對苯二甲酰三甲基已二胺(Trogamid—T) （2） PACP-9/6（商品名）,§ 8.3.1

19、 聚對苯二甲酰三甲基已二胺(Trogamid-T),一、制備以三甲基己二胺與對苯二甲酸為原料，應(yīng)先將對苯二甲酸用氯化亞砜進(jìn)行酰氯化反應(yīng)制得對苯二甲酰氯，再與三甲基己二胺進(jìn)行界面縮聚得到聚合物。,二、結(jié)構(gòu)與性能1．結(jié)構(gòu)2．性能 三、加工與應(yīng)用 注塑、擠出、吹塑等,§8.3.2 PACP-9/6（商品名）,一、制備由2，2-雙（4-氨基環(huán)己基）丙烷與壬二酸和己二酸進(jìn)行共縮聚所得。

20、二、結(jié)構(gòu)與性能1、結(jié)構(gòu)2、性能,具有比Trogamid-T更高的透光率、優(yōu)異的力學(xué)性能、耐熱性等、良好的成型加工性,本 章 思 考 題,1．試述mp型與P型脂肪族聚酰胺分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。二者各用什么方法制備？制備mp型聚酰胺時為什么先要配制成酰胺鹽?2． mp型、p型聚酰胺分子鏈上酰胺基形成氫鍵各有什么規(guī)律？有何共同規(guī)律？氫鍵的形成對材料性能有何影響？3．試述脂肪族聚酰胺的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能特點(diǎn)。4．聚酰胺增強(qiáng)后性能有那些變化?

21、MC聚酰胺6與一般聚酰胺性能有何差別？原因何在？5．什么樣的溶劑才能溶解聚酰胺?說明原因。6．試說明Nomex的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，解釋它何以具有高強(qiáng)度、高耐熱性。7．試說明全對位聚芳酰胺有哪兩種制備路線?寫出兩種路線所得產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而說明全對位聚芳酰胺結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能特點(diǎn)。8．聚芳酰胺可用哪些方法加工為產(chǎn)品?9．解釋透明聚酰胺具有透明性的原因。,七、聚酰胺（Polyamide，PA）,包裝材料學(xué),,,?聚酰胺（Polyamide，PA

22、） 聚酰胺的商品名叫尼龍（Nylon），是分子主鏈上含有酰胺基團(tuán)的線型結(jié)晶聚合物，它是由內(nèi)酰胺或由二元胺與二元酸縮聚而成。尼龍是一種線性的、具有熱塑性的縮聚聚酰胺，其分子鏈上均勻地分布著氨基化合物。,,O H （C N）,,,,,,,,2. 識別特征： 堅韌、不太透明角質(zhì)材料，無毒，無味； 燃燒時有燒焦羊毛味。,,特性： 通常情況下，具有透明性、熱成型、高強(qiáng)度及在較寬

23、的溫度范圍內(nèi)保持很高的挺度的能力。然而，由于其結(jié)構(gòu)組成的原因，尼龍表現(xiàn)出很強(qiáng)的水蒸氣敏感性。①力學(xué)性能優(yōu)異，表面硬度大，耐磨且有自潤滑性和較高的沖擊韌性；②耐低溫性能好，又具有一定的耐熱性；③吸水性大，環(huán)境濕度的變化易影響尼龍制品的尺寸穩(wěn)定性和阻隔性能；④有較好的阻氣性，但阻濕性差；⑤無毒、無臭、耐候性好而染色性差；⑥化學(xué)穩(wěn)定性好，耐溶劑、油類及稀酸等。,聚酰胺應(yīng)用,包裝材料學(xué),,,尼龍在包裝方面主要以薄膜形式應(yīng)用，為提高薄膜性能，一

24、般對薄膜進(jìn)行拉伸。（1）尼龍通過吹塑加工，可以用來生產(chǎn)工業(yè)容器、燃料罐和油罐。,PA應(yīng)用,包裝材料學(xué),,,（2）尼龍一般還用于醫(yī)療器械、肉類和奶酪包裝及熱成型填充包裝。（3）在大多數(shù)包裝應(yīng)用中，尼龍一般與其它薄膜復(fù)合 成多層結(jié)構(gòu)，其它樹脂主要提供熱封性能和阻水性能，如LDPE。 尼龍多層復(fù)合膜通常用于真空咸肉、干酪、大臘腸和其它肉類加工品的包裝。聚偏氯乙烯涂布的尼龍具有更好的阻水、阻氧和阻油性能，雙向拉伸的尼龍在耐撕裂