塑料材料学课件第八章聚酰胺类塑料.ppt

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1、第八章 聚酰胺类塑料u主要内容1.脂肪族聚酰胺2.芳香族聚酰胺3.透明聚酰胺 聚酰胺的定义和合成方法聚酰胺的定义和合成方法 定义定义 聚酰胺（俗称尼龙）是指分子主链上交替出现酰胺基团（-NHCO-）的聚合物。英文为polyamide，缩写为PAPA。聚酰胺的前30年是作为合成纤维材料，尼龙（Nylon）的俗称就是来自与此。尼龙的最早发明商美国杜邦公司曾宣传：尼龙比蜘蛛丝还细、比钢铁还强。1960年左右，聚酰胺开始被用做一种“工程塑料工程塑料”。综 述w聚酰胺（PA）是品种颇多、应用最广泛的工程塑料之一。（1）二元胺与二元羧酸反应，反应产物为“尼龙盐”。（2）-氨基酸的自缩聚。（3）内酰胺的开环

2、聚合。PAPA的分类的分类PAPAPAPA的分类的分类的分类的分类脂肪族脂肪族脂肪族脂肪族PAPAPAPA芳香族芳香族芳香族芳香族PAPAPAPA透明透明透明透明PAPAPAPAp p型聚酰胺型聚酰胺mpmp型聚酰胺型聚酰胺8.1 8.1 脂肪族聚酰胺脂肪族聚酰胺w脂肪族聚酰胺分子链由亚甲基和酰胺基组成。按单体类型不同，脂肪族聚酰胺又分为P型和mp型两种类型。w 8.1.1 p型聚酿胺与mp型聚酰胺 w一、一、P型聚酰胺型聚酰胺 由氨基酸自缩聚或由内酰胺开环聚合制得的聚酰胺是p型聚酰胺，称聚酰胺p，p代表单体中所含碳原子数。p型聚酰胺中，酰胺基沿分子链的分布规律是：在每两个酰胺基之间含有p-1

3、个连续的亚甲基。w聚酰胺6制备过程w聚酰胺9制备过程w二、二、mp型聚酰胺型聚酰胺 由二元胺与二元羧酸缩聚所得到的聚酰胺是mp型聚酰胺，称为聚酰胺mp，其中m代表所用二元胺中所含碳原子数，p代表所用二元羧酸的碳原子数。聚酰胺66制备过程常用聚酰胺品名常用聚酰胺品名wPA 聚酰胺(尼龙)PA-1010 聚癸二酸癸二胺(尼龙1010)PA-11 聚十一酰胺(尼龙11)PA-12 聚十二酰胺(尼龙12)PA-6 聚己内酰胺(尼龙6)PA-610 聚癸二酰乙二胺(尼龙610)PA-612 聚十二烷二酰乙二胺(尼龙612)PA-66 聚己二酸己二胺(尼龙66)PA-8 聚辛酰胺(尼龙8)PA-9 聚9-

4、氨基壬酸(尼龙9)8.1.2 脂肪族聚酰胺的结构与性能 w一、结构 所有脂肪族聚酰胺分子链都是线型结构，分子链骨架由（-CONH-）链组成，具有良好的柔曲性，因此都是典型的热塑性聚合物。分子链上有规律地交替排列着较强的极性酰胺基，分子链很规整，具有较强的结晶能力。极性的酰胺基可以使分子链之间形成氢键，因为一个分子链上的酰胺基上与氮原子连接的氢原子是质子授予体，另一个分子链上的酰胺基上与碳原子连接的氧原子是质子接受体，二者之间相互吸引形成氢键。氢键的形成增大了分氢键的形成增大了分子链之间的作用力，子链之间的作用力，使聚合物的结晶能力使聚合物的结晶能力进一步增强，同时也进一步增强，同时也使聚合物的

5、熔点升高。使聚合物的熔点升高。另一方面，分子链的另一方面，分子链的柔性又赋予材料良好柔性又赋予材料良好的韧性。的韧性。*聚酰胺中的聚酰胺中的氢键结构氢键结构氢键结构氢键结构对其聚集态结构和最对其聚集态结构和最对其聚集态结构和最对其聚集态结构和最终的性能起到了决定终的性能起到了决定终的性能起到了决定终的性能起到了决定性的作用性的作用性的作用性的作用。w不同聚酰胺形成氢键多寡的规律如下：无论p型或mp型聚酰胺，凡单体中全部含有偶数个亚甲基者，其聚合物分子链上酰胺基都可100形成氢键，凡单体中全部或其中一种单体含有奇数个亚甲基者，聚合物的酰胺基仅只能50形成氢键。w二、性能 w如下几个结构参数对脂肪

6、族聚酰胺的性能有很大影响：(1)重复基团-CONH-间的距离(2)原料中间体中亚甲基的数目(3)分子量(4)N-取代(5)共聚(6)结晶度w三、一般性能（1）力学性能（2）热性能（3）电性能（4）耐化学试剂和耐溶剂性 （5）其它性能 脂肪族脂肪族PA的性能的性能 PA PA的基本特征的基本特征wPA为白色至淡黄色的颗粒；wPA的密度为1.011.16g.cm-3。w制品坚硬有光泽；wPA的吸水率很大：基本随酰胺基团的密度增大而增大。吸水率：PA6PA66PA610PA1010PA11PA12 力学性能力学性能软质软质软质软质PVCPVC硬质硬质硬质硬质PVCPVCPSPSPAPA PAPAPA

7、PA具具具具有有有有良良良良好好好好的的的的力力力力学学学学性性性性能能能能：拉拉伸伸强强度度、刚刚性性、抗抗冲冲击击性性、都都较较好好。但但受受到到温温温温度度度度和和吸水率吸水率吸水率吸水率的影响的影响:温度温度温度温度和和吸水率提高吸水率提高吸水率提高吸水率提高：拉伸强度、硬度下降；拉伸强度、硬度下降；冲击强度提高。冲击强度提高。PAPAPAPA具有很好的耐磨具有很好的耐磨具有很好的耐磨具有很好的耐磨性性性性，是一种自润滑，是一种自润滑材料。材料。吸水率对尼龙力学性能的影响吸水率对尼龙力学性能的影响硬度屈服强度温度对温度对温度对温度对PAPAPAPA力学性能的影响力学性能的影响力学性能的

8、影响力学性能的影响屈服强度 电性能电性能wPA的电绝缘性干燥的条件下良好。w但PA容易吸湿、导致绝缘性下降。热性能热性能n nPA的熔融温度比较高，但热变形温度不高，一般8080o oC C。n nPA的导热率相对于金属来比较很低。n nPA的线膨胀系数较大。耐化学药品性耐化学药品性wPA具有良好的化学稳定性和耐溶剂性；wPA溶解于强极性或容易与酰胺基团形成氢键的溶剂或溶液。其他特性其他特性n nPA的耐候性一般；n nPA无毒、无味、不易燃烧。8.1.3 增强聚酰胺与单体浇铸聚酰胺增强聚酰胺与单体浇铸聚酰胺w一、增强聚酰胺 各种脂肪类聚酰胺都可以用玻璃纤维进行增强，使力学性能包括强度、刚度、

9、硬度大幅度提高，抗蠕变性改善，耐热性提高、收缩率下降，尺寸稳定性改善。（一）MC聚酰胺成型原理（二）实施工艺 （1）氮气法 （2）真空法成型原理二、单体浇铸聚酰胺二、单体浇铸聚酰胺 单体浇铸聚酰胺缩写为MC（Monomer Cast）聚酰胺，是将单体直接浇铸到模具内进行聚合并成为制品的一种方法。（三）单体浇铸聚酰胺的性能力学性能、耐热性均高于一般聚酰胺力学性能、耐热性均高于一般聚酰胺8.1.4 脂肪族聚酰胺的加工与性能脂肪族聚酰胺的加工与性能w一、加工工艺特点（1）吸湿性强，加工前必须充分干燥。（2）熔体粘度低。注塑中会有流涎现象，需采用自锁式喷嘴防止流涎。（3）成型中分子链取向对剪切速率不太

10、敏感，因此成型压力对制品性能影响较小。（4）聚酰胺高温下易氧化降解，超过300就会分解。（5）聚酰胺是半结晶型聚合物，制品成型中工艺参数改变对制品结晶度、收缩率及制品性能影响颇大。w二、加工方法1注塑成型 2挤出成型 w三、应用w（1）机械设备 例如轴承、轴瓦、小模数齿轮、蜗轮、密封垫、活塞环、泵叶轮、螺栓、螺母等连接件、水压机的立柱导套，阀座、风扇叶片等。w（2）汽车工业 主要采用玻纤增强聚酰胺，可用在皮带轮、吸附罐、散热器箱体、刮水器、油泵齿轮等。w（3）电子电器 各种线圈骨架、机罩，集成线路板、旋扭、电视机调谐零件、电器线圈。w（4）化工设备 耐腐耐油管道、输油管、贮油容器、过滤器。w（

11、5）建筑与民用 窗、门、窗帘导轨、滑轮、自动门横栏、实全帽、绳索、打字机框架。聚酰胺11和12的双轴拉伸薄膜还用在食品包装上。PAPA的的的的优点优点优点优点强而韧强而韧强而韧强而韧质硬质硬质硬质硬耐磨耐磨耐磨耐磨自润滑自润滑自润滑自润滑耐腐蚀耐腐蚀耐腐蚀耐腐蚀耐油耐油耐油耐油机械设备机械设备机械设备机械设备：轴承、轴瓦、齿轮、泵叶：轴承、轴瓦、齿轮、泵叶轮、螺栓、风扇叶片等。轮、螺栓、风扇叶片等。电子设备电子设备电子设备电子设备：各种线圈骨架、机罩、集：各种线圈骨架、机罩、集成线路板等。成线路板等。化工设备化工设备化工设备化工设备：耐腐蚀耐油管道、容器、：耐腐蚀耐油管道、容器、过滤器等。过滤

12、器等。建筑与民用建筑与民用建筑与民用建筑与民用：窗、门、窗帘导轨滑轮、：窗、门、窗帘导轨滑轮、安全帽、绳索等。安全帽、绳索等。PAPA的的的的缺点缺点缺点缺点耐热耐热性不高性不高玻璃纤维增强玻璃纤维增强改性可大幅度改性可大幅度提高提高PAPA耐热性耐热性玻纤增强玻纤增强玻纤增强玻纤增强PAPAPAPA被用于制被用于制被用于制被用于制造汽车发动机零部件造汽车发动机零部件造汽车发动机零部件造汽车发动机零部件 芳香族芳香族PAPA1.1.定义定义 分子骨架上含有芳环的聚酰胺称为芳香族聚酰胺。目前工业化的有两大类：聚间苯二甲酰间苯二胺聚间苯二甲酰间苯二胺聚间苯二甲酰间苯二胺聚间苯二甲酰间苯二胺（Nom

13、exNomex）聚对苯二甲酰对苯二胺聚对苯二甲酰对苯二胺聚对苯二甲酰对苯二胺聚对苯二甲酰对苯二胺芳纶芳纶芳纶芳纶-1414-1414，KevlaxKevlax聚对苯二甲酰胺聚对苯二甲酰胺聚对苯二甲酰胺聚对苯二甲酰胺芳纶芳纶芳纶芳纶-14-14，B B纤维纤维纤维纤维全对全对全对全对位聚位聚位聚位聚芳酰芳酰芳酰芳酰胺胺胺胺8.2 芳香族聚酰胺芳香族聚酰胺w8.2.1 聚间苯二甲酰间苯二胺聚间苯二甲酰间苯二胺(Nomex)w一、制备方法一、制备方法以间苯二甲酰氯和间苯二胺为单体进行界面缩聚或低温溶液以间苯二甲酰氯和间苯二胺为单体进行界面缩聚或低温溶液缩聚可以得到聚间苯二甲酰间苯二胺。缩聚可以得到聚

14、间苯二甲酰间苯二胺。w 二、结构与性能 1结构 2性能 w 三、加工与应用w 1加工w 2应用 Nomex纤维可用于制备宇宙服、降落伞、轮胎帘子布、耐高温的滤布及服装。Nomex层压制品主要用作H级电绝缘材料使用，亦可作为耐高温的装饰板、防火墙或制备蜂窝制品用于飞行器中。芳纶纤维制造的防弹衣芳纶纤维制造的防弹衣芳纶纤维制造的防弹衣芳纶纤维制造的防弹衣芳纶纤维用于制造防刺扎轮胎芳纶纤维用于制造防刺扎轮胎 防割手套防割手套 结构特征结构特征苯环与酰胺基苯环与酰胺基团交替排列团交替排列苯环自身具有刚性苯环自身具有刚性苯环与酰胺基团共苯环与酰胺基团共扼作用（扼作用（在对位芳在对位芳在对位芳在对位芳纶中

15、更强纶中更强纶中更强纶中更强）酰胺基团间的氢键酰胺基团间的氢键作用作用刚性分子链刚性分子链刚性分子链刚性分子链性能特点性能特点高高强强、高高模模、耐耐高高温温、耐耐腐腐蚀蚀、阻阻燃燃、电电绝绝缘缘。不不能能热热塑塑性加工性加工。应用应用耐高温薄膜、耐高耐高温薄膜、耐高温绝缘材料、耐辐温绝缘材料、耐辐射材料、高性能纤射材料、高性能纤维。维。聚间苯二酰间苯二酚在250oC下具有63MPa的强度，是常温时的60。脂肪族脂肪族PA芳香族芳香族PA更高的力学性能和耐热性更高的力学性能和耐热性8.2.2 全对位聚芳酰胺全对位聚芳酰胺w全对位聚芳酰胺是酰胺基位于苯环对位的一种聚芳酰胺。w一、制备方法w1对苯

16、二胺与对苯二甲酰氯缩聚 w2对氨基苯甲酸自缩聚w二、结构与性能w 1结构全对位聚芳酰胺分子链交替地由苯撑基和极性酰胺基组成。二者在分子链上都呈高密度分布，酰胺基与苯环又可以形成大共轭体系，这三种因素都决定了聚合物分子链会有极大的刚性，特别是苯撑基比间位苯基对分子链变刚的影响更大。w2性能 全对位聚芳酰胺具有超高强度、超高模量、耐高温、耐腐蚀、阻燃、膨胀系数小等一系列优异性能。w三、加工与应用1加工 w全对位聚芳酰胺可采用浸渍的方法制备薄膜。2应用w全对位聚芳酰胺主要用在以下方面：w（1）高性能的轮胎帘线和橡胶制品补强材料。w（2）特种绳索与织物。w（3）高强度、高模量复合材料，增强塑料，用于航

17、天器、导弹壳体材料。8.3 8.3 透明聚酰胺透明聚酰胺w透明聚酰胺是比较新型的聚酰胺，通常的聚酰胺是结晶型聚合物，故材料呈乳白色不透明状。欲使聚合物获得透明性，必须从分子链结构入手，抑制晶体的生成，一般是采用向分子链上引入侧基的方法破坏分子链的规整性达到此目的，于是产生了透明聚酰胺。常见的透明聚酰胺有两种：（1）聚对苯二甲酰三甲基已二胺(TrogamidT)（2 2）PACP-9/6PACP-9/6（商品名）（商品名）8.3.1 聚对苯二甲酰三甲基已二胺(Trogamid-T)w一、制备以三甲基己二胺与对苯二甲酸为原料，应先将对苯二甲酸用氯化亚砜进行酰氯化反应制得对苯二甲酰氯，再与三甲基己二

18、胺进行界面缩聚得到聚合物。w二、结构与性能1结构2性能 w三、加工与应用 注塑、挤出、吹塑等8.3.2 PACP-9/68.3.2 PACP-9/6（商品名）（商品名）w一、制备由2，2-双（4-氨基环己基）丙烷与壬二酸和己二酸进行共缩聚所得。w二、结构与性能1、结构2、性能 具有比Trogamid-T更高的透光率、优异的力学性能、耐热性等、良好的成型加工性本本 章章 思思 考考 题题w1试述mp型与P型脂肪族聚酰胺分子结构的特点。二者各用什么方法制备？制备mp型聚酰胺时为什么先要配制成酰胺盐?w2 mp型、p型聚酰胺分子链上酰胺基形成氢键各有什么规律？有何共同规律？氢键的形成对材料性能有何影

19、响？w3试述脂肪族聚酰胺的结构特点和性能特点。w4聚酰胺增强后性能有那些变化?MC聚酰胺6与一般聚酰胺性能有何差别？原因何在？w5什么样的溶剂才能溶解聚酰胺?说明原因。w6试说明Nomex的结构特点，解释它何以具有高强度、高耐热性。w7试说明全对位聚芳酰胺有哪两种制备路线?写出两种路线所得产物的结构，进而说明全对位聚芳酰胺结构特点和性能特点。w8聚芳酰胺可用哪些方法加工为产品?w9解释透明聚酰胺具有透明性的原因。七、聚酰胺（Polyamide，PA）包装材料学聚酰胺（Polyamide，PA）聚酰胺的商品名叫尼龙（Nylon），是分子主链上含有酰胺基团的线型结晶聚合物，它是由内酰胺或由二元胺与

20、二元酸缩聚而成。尼龙是一种线性的、具有热塑性的缩聚聚酰胺，其分子链上均匀地分布着氨基化合物。O H O H（C NC N）2.识别特征：识别特征：坚韧、不太透明角质材坚韧、不太透明角质材坚韧、不太透明角质材坚韧、不太透明角质材料，无毒，无味；料，无毒，无味；料，无毒，无味；料，无毒，无味；燃烧时有烧焦羊毛味。燃烧时有烧焦羊毛味。燃烧时有烧焦羊毛味。燃烧时有烧焦羊毛味。特性：特性：通常情况下，具有透明性、热成型、高强度及在较宽的温度范围内保持很高的挺度的能力。然而，由于其结构组成的原因，尼龙表现出很强的水蒸气敏感性。力学性能优异，表面硬度大，耐磨且有自润滑性和较高的冲击韧性；耐低温性能好，又具有

21、一定的耐热性；吸水性大，环境湿度的变化易影响尼龙制品的尺寸稳定性和阻隔性能；有较好的阻气性，但阻湿性差；无毒、无臭、耐候性好而染色性差；化学稳定性好，耐溶剂、油类及稀酸等。聚酰胺应用包装材料学尼龙在包装方面主要以薄膜形式应用，为提高薄膜性能，一般对薄膜进行拉伸。（1）尼龙通过吹塑加工，可以用来生产工业容器、燃料罐和油罐。PA应用包装材料学（2）尼龙一般还用于医疗器械、肉类和奶酪包装及热成型填充包装。（3）在大多数包装应用中，尼龙一般与其它薄膜复合 成多层结构，其它树脂主要提供热封性能和阻水性能，如LDPE。尼龙多层复合膜通常用于真空咸肉、干酪、大腊肠和其它肉类加工品的包装。聚偏氯乙烯涂布的尼龙具有更好的阻水、阻氧和阻油性能，双向拉伸的尼龙在耐撕裂性、机器加工性和阻隔性能方面都有优良的表现。