PA66 46 6T 9T 10T的性能及應(yīng)用.doc

.PA66/46/6T/9T/10T的性能及應(yīng)用電子、電氣等設(shè)備的小型化、高性能化對材料的要求越來越高。特別是表面貼裝技術(shù)(SMT)的出現(xiàn)和發(fā)展，促進了電子元件小型化、密集化并降低了成本。但采用SMT技術(shù)對材料的耐回流焊性和尺寸穩(wěn)定性提出了更高的要求，如承受短期約260的回流焊的峰值溫度。汽車的輕量化、高性能化促進和深化了金屬部件的塑料化，也同時對塑料提出了更高的要求，如發(fā)動機周邊部件的耐熱、耐久性等。PA6、PA66等通用工程塑料，性能優(yōu)異，價格適中，用途廣泛，在工程塑料中占有重要的地位，但也存在不足，如容易吸濕、耐高溫性能有待提高等。為進一步提高耐熱性，滿足汽車、電子電氣等行業(yè)越來越高的要求，耐高溫PA應(yīng)運而生，與PA66相比，它是一類熔點和使用溫度更高的均聚或共聚樹脂及其增強改性材料。常見的耐高溫PA主要有PA46、PA6T、PA9T、PA10T、聚對苯二甲酰對苯二胺(PPTA)等，其中，PA6T、PA9T、PA10T等半芳香族聚酰胺因其耐熱高、力學性能優(yōu)異、不易吸濕、加工靈活方便等特點，在電子、電氣+汽車等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，成為爭相研究的熱點。1耐高溫聚酰胺的結(jié)構(gòu)與性能聚合物的耐熱性與其熔點(Tm)、玻璃化溫度(Tg)密切相關(guān)。表1列出了PA66及主要耐高溫PA的化學結(jié)構(gòu)、熔點及玻璃化溫度。1.1耐熱性耐高溫PA的主要特點之一就是熔點比通用PA如PA66高，但熔點太高，難以加工，所以一般多在320以下。PA46玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低，模量開始下降的溫度低，但由于其結(jié)晶度高，因此在高溫下物性下降小。PA6T、PA9T、PA10T等半芳香族聚酰胺，玻璃化溫度高，模量降低起始溫度高。PPTA玻璃化溫度太高，難以用通用塑料加工方法加工。1.2加工性注射成型要求材料具有較高的流動性及較寬的加工窗口。一般情況下，PA的熔融成型加工溫度在320左右，分解溫度在350附近。PA6T均聚物熔點在370左右，熔融溫度超過了分解溫度，難以加工成型，因此需要改性，使成型溫度降到320以下。與PA6T相比，PA9T、PA10T含有較長的碳鏈，因此熔點較低，適合于常規(guī)的塑料加工方法。1.3吸水性PA因為特有的酰胺結(jié)構(gòu)而易于吸水，容易引起尺寸變化、力學性能降低、膨脹、起泡等現(xiàn)象，導致應(yīng)用受到很大的限制。PA46的飽和吸水率很高，PA6T次之，PA9T、PA10T因為較長的碳鏈，酰胺基的濃度低，吸水率低。PA的飽和吸水率和酰胺基濃度的關(guān)系如圖1所示。1.4結(jié)晶性聚合物的結(jié)晶性取決于分子中重復(fù)單元的單一性和分子鏈的柔性。PA46的結(jié)晶速度很快，結(jié)晶度高，因此產(chǎn)品的耐熱性優(yōu)異。改性的PA6T材料也具有很高的結(jié)晶度，PA9T、PA10T一般是均聚物，結(jié)晶度高，結(jié)晶速度快，可以快速成型。1.5尺寸穩(wěn)定性半芳香族聚酰胺吸水率低、熔點高、結(jié)晶度高，在吸水、受熱等條件下具有很高的尺寸穩(wěn)定性，特別是相對于PA46，其濕熱條件下的尺寸穩(wěn)定性有顯著地提高。1.6回流焊性在干態(tài)下，PA46、PA6T、PA9T等都表現(xiàn)出優(yōu)異的耐焊錫性，如表2所示。吸濕狀態(tài)下，PA6T的耐焊錫性溫度最高為260，PA46不到250，PA9T高可以達到280，遠遠高于聚苯硫醚(PPS)的250。一般，回流焊的峰值溫度在260左右，時間約30 s，因此半芳香族聚酰胺如PA6T、PA9T等可以輕松用于SMT技術(shù)，是新型焊錫線路板的理想材料。1.7化學性能由于耐高溫PA的內(nèi)聚能和結(jié)晶度較高，因此具有很好的耐脂肪烴、芳香氯代烴、酯類、酮類、醇類等有機溶劑和耐車用的各燃料、油類、防凍液等。2主要的耐高溫PA2.1PA46PA46，學名聚己二酰丁二胺，是由丁二胺與己胺縮聚而成。PA46的分子鏈結(jié)構(gòu)完整，結(jié)晶性能機結(jié)晶度高，因此具有良好剛性、耐蠕變性、耐疲勞性和耐磨性，但玻璃化溫度較低，吸水性高，從而尺寸穩(wěn)定性差。其熔點約為295，30%玻璃纖維增強：PA46熱變形溫度為285，沖擊強度比PA66高1倍，比聚甲醛高40%，彎曲強度也大于PA6和PA66。PA46的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性較好，且具有良好的化學穩(wěn)定性，成型時結(jié)晶速度比PA66快4-5倍，比PA6快10倍，可采用注射成型和擠出成型制成各種零件、管、棒、片材等。PA46可用于增強橡膠制品、輸送帶、水管等，注射成型制品的潛在市場是汽車發(fā)動機、車體部件及電氣、電子、儀表、家電應(yīng)用領(lǐng)域中，需要耐熱、高強度、耐沖擊的零部件，還可以作為PA6、PA66的成核劑。PA46可在160連續(xù)長期使用，成本較熱致液晶聚合物低，熱變形溫度較PPS高，成型周期較短，韌性較好，可取代高端的熱致液晶聚合物等。2.2PA6T以PA6和PA66為主的脂肪族PA雖然有較好的綜合性能，但玻璃化轉(zhuǎn)化溫度低，吸水率較高，除了PA46外，耐熱性尚欠不足，不能用于要求耐高溫的應(yīng)用領(lǐng)域，大大限制了其應(yīng)用范圍。全芳香族PA熔點太高，難于加工成型。如果引入部分芳香環(huán)組分，將會降低熔點，易于加工成型。例如在PA66分子主鏈中部分導入苯環(huán)，用對苯二甲酸代替己二酸與己二胺合成的PA6T，具有很好的耐熱性。半芳香族PA是由脂肪族二胺或二酸與帶芳香環(huán)的二酸或二胺，經(jīng)縮聚制得，是芳香族PA的一種。由于PA分子主鏈引入了芳環(huán)結(jié)構(gòu)，因而產(chǎn)品的耐熱性能和力學性能得到了提高，同時吸水率也有不同程度的降低，并且有較好的性價比，是介于通用工程塑料和耐高溫工程塑料如聚醚醚酮(PEEK)之間的高性能、耐高溫熱塑性樹脂，填補了兩者之間的需求空白。半芳香族PA主要有PA6T、PA9T、PA10T等。與PA66相比，半芳香族PA最大的特點是耐熱性能優(yōu)良、吸水率低。與全芳香族PA相比，半芳香PA具有容易加工的特性。PA6T是己二胺和對苯二甲酸的縮聚物，具有非常優(yōu)異的熱性能，但熔點和熱分解溫度很接近，在合成時難于制造穩(wěn)定的高質(zhì)量產(chǎn)品，而且加工成型也十分困難，因此商品化的PA6T實際上都是共聚改性的產(chǎn)物。由于共聚單體的引入，熔點降低，便于加工；同時也使其結(jié)晶度和結(jié)晶能力降低，導致尺寸穩(wěn)定性、耐藥品性降低。Zytel HTN(牌號為51G35HSL)是杜邦公司開發(fā)的玻纖增強耐高溫PA，是PA6T的改性產(chǎn)品，其性能如表3所示，性能測試采用ASTM標準。與PPS相比，Zytel HTN具有更好的沖擊性能，更高的相比漏電起痕指數(shù)，更高的介電強度，低翹曲。與PA46相比，Zytel HTN具有更低的吸水率，在潮濕狀態(tài)下尺寸更穩(wěn)定，Tg更高。與PA66相比，Zytel HTN在耐溫方面更優(yōu)越，吸水率低，穩(wěn)定性好。2.3PA9T和PA10TPA9T的學名是聚對苯二甲酰壬二胺，屬于半芳香族PA，為長碳鏈結(jié)構(gòu)，熔點約為308，比PA6T低。因此易于加工，一般不需要共聚改性，就可以直接使用。PA9T一個突出優(yōu)點是吸水率低，與PBT相當，低于PA66、PA46及PA6T。PA9T較高的玻璃化溫度和高結(jié)晶性使其在高溫下仍保持良好的性能，優(yōu)于PA66和PA46。PA9T的韌性和耐沖擊性能高于PA6T，耐磨性和摩擦因數(shù)都優(yōu)于PA66等，甚至優(yōu)于POM和熱致液晶聚合物。PA9T另一個極佳性能是耐燃油、醇、酸和二氯化鈣、熱水和其他流體，是PA中最好的品種之一，僅比PPS略差。PA9T對燃油的阻透性是PA6和PA12的10倍，接近聚四氟乙烯的水平，這些良好的綜合性能使PA9T十分適用于汽車機罩下制品。由于沒有共聚大比例第三單體，結(jié)晶度高，結(jié)晶速度快，可以快速成型.。PA10T是對苯二甲酸與癸二胺的均聚物，基本物理化學性能與PA9T相當，但熔點比PA9T高，為316，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為135，加玻纖后的熱變形溫度高于290，耐焊接溫度270，與PA9T相當，優(yōu)于PA46、PA6T，非常適合SMT工藝。PA10T具有低的吸水性(遠低于PA6、PA66、PA46)，尺寸穩(wěn)定性好，耐化學性好，優(yōu)異的加工性能。PA10T分子鏈上含有苯環(huán)和較長的二胺柔性長鏈，使聚合物分子有適度的易動性，因此具有高的結(jié)晶速率和結(jié)晶度。3耐高溫PA的應(yīng)用3.1汽車工業(yè)微型化和動力強勁化作為汽車發(fā)展的一個方向，對汽車的某些部件的耐高溫性能提出了更高的要求。為此汽車廠將材料的選擇轉(zhuǎn)向了耐高溫PA。汽車的輕量化要求，大大促進了金屬部件的塑料化，耐高溫PA是很理想的金屬替代材料，因為它具有非常好的抗蠕變、力學強度、剛性和高溫下抗疲勞性能，同時還保持眾所周知的塑料優(yōu)點，即可循環(huán)使用，加工容易，質(zhì)量小、噪音低及耐腐蝕，因此，非常適合應(yīng)用于發(fā)動機(如發(fā)動機蓋)、傳動系統(tǒng)(如軸承保持架)、空氣系統(tǒng)(如排氣控制系統(tǒng))和進氣裝置等。另外由于耐高溫PA在高溫下仍具有很好的性能，可以被用來做成整體件，最終實現(xiàn)低成本長壽命。耐高溫PA由于其抗蠕變、抗疲勞強度和抗振動、耐高溫等而廣泛應(yīng)用到如油過濾器外殼、傳感器、連接器和開關(guān)。耐高溫PA如PA6T、PA9T等比PA66具有更好的耐化學和耐高溫性，可以用來替代如PEEK等材料，用于接觸到燃油/潤滑油等物質(zhì)和高溫的場合。耐高溫PA可以用于動力轉(zhuǎn)向泵、液壓離合器推動裝置的關(guān)鍵部件如汽缸、活塞和嵌塑成型的推桿，該裝置成本低，可靠性高。Kuraray公司的耐高溫PA9T可用于汽車齒輪、軸承、閥門、滑動件及燃料管路等方面。利用PA9T在燃料阻透性能方面的優(yōu)勢，開發(fā)以PA9T作內(nèi)層，PA12作外層的產(chǎn)品，具有其他材料所不具有優(yōu)勢。3.2電子電氣工業(yè)PA在電子、電氣工業(yè)有廣泛的應(yīng)用。電子、電氣產(chǎn)品朝小型化、輕量化、薄壁化、高性能化、集成高密度化和低成本的方面發(fā)展，出現(xiàn)了一些新要求及新技術(shù)，如密集型插針要求抗漏電性能很高的塑料。電子產(chǎn)品內(nèi)部溫度的提高對承載材料耐熱性提出更高的要求。同樣，SMT技術(shù)對塑料的耐熱性要求也很高，PA66等工程塑料難以滿足，而半芳香族聚酰胺如PA6T、PA9T等具有很高的耐回流焊溫度，特別適合電路板的承載材料。在電子、電氣工業(yè)，耐高溫PA主要用于連接器、接插件、骨架等，在性價比方面，足以與PPS、聚酰亞胺和熱致液晶聚合物相抗衡。3.3其他應(yīng)用PA6T可以代替銅用于熱水鍋爐連接器，