一文带你深度了解聚酰胺（PA）

  聚酰胺俗称尼龙（Nylon），英文名称Polyamide（PA），它是大分子主链重复单元中含有酰胺基团的高聚物的总称。聚酰胺可由内酰胺开环聚合制得，也可由二元胺与二元酸缩聚制得。聚酰胺塑料是在聚酰胺纤维基础上发展起来的，是最早出现能承受载荷的热塑性塑料，也是五大通用工程塑料中产量最大、品种最多、用途最广的品种。其主要品种有尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12、尼龙610、尼龙612、尼龙46、尼龙1010等。其中尼龙6、尼龙66产量最高，占尼龙产量的90%以上。尼龙11、尼龙12具有突出的低温韧性；尼龙46具备优秀能力的耐热性而得到迅速发展；尼龙1010是以蓖麻油为原料生产的，是我国特有的品种。

  尼龙的化学结构基本有以下两种：一种是由ω-氨基酸或它的内酰胺聚合而制得的，结构通式如下：

  二元胺和二元酸或二元胺或二元酸中的亚甲基可以被环状或芳香族化合物取代，也可以是上述结构的尼龙的共聚物。从上述尼龙结构中能够准确的看出，尼龙分子主链链段单位中都含有酰氨基团（—CONH—），都含有亚甲基或部分亚甲基、部分环状化合物基团或芳香族化合物基团。尼龙的性能与上述化学结构有密切的关系。由于各种尼龙的化学结构不同，其性能也有差异，但它们具有共同的特性：尼龙的分子之间能形成氢键，使结构易发生结晶化，而且分子之间互相作用力较大，赋予尼龙以高熔点和力学性能。由于酰氨基是亲水基团，因此吸水性较大。在尼龙的化学结构中还存在亚甲基或芳基，使尼龙具有一定的柔性或刚性。尼龙中的亚甲基/酰氨基的比例越大，分子中氢键数越少，分子间作用力越小，柔性增加，吸水性越小。因此，尼龙工程塑料一般都拥有非常良好的力学性能、电性能、耐热性和韧性，还具有优良的耐油性、耐磨性、自润滑性、耐化学药品性和成型加工性。

  1）主链上的酰氨基团有极性，可形成氢键，分子间作用力较大，分子链易较整齐地排列，因而力学性能优异，且具有较高的结晶度，熔点明显，表面硬度大，耐磨耗，摩擦因数小，有自润滑性、吸振和消声性；由于分子中次甲基的存在，具有耐冲击和较高的韧性，是强韧的工程塑料。

  4）吸水性大，影响尺寸稳定性和电性能，玻璃纤维增强可减少吸水率，且可长期在高温、高湿度下工作。

  6）化学稳定性高，耐海水、溶剂、油类，但不耐酸。聚酰胺中PA66的硬度、刚性最高，但韧性最差。各种聚酰胺按韧性的大小排列为：PA66＜PA66/PA6＜PA6＜PA610＜PA11＜PA12PA的燃烧性为UL94V-2，氧指数为24～28。PA的分解温度＞299℃，在449～499℃时会发生自燃。PA熔体流动性很好，如制品壁厚可小到1mm。

  2．物理性能尼龙的外观为乳白或淡黄的粒料，表观角质、坚硬，制品表面有光泽。表2-3为各种尼龙的密度。可见，各种尼龙的密度（结晶相密度、非晶相密度和一般成型加工制品的密度）是不一样的。尼龙6、尼龙66的密度较大，随着分子中亚甲基的含量增加和酰氨键（—NHCO—）的含量降低，尼龙的结晶度降低，密度也随之降低。

  尼龙是一类半结晶性工程塑料，存在着结晶区和非结晶区。结晶区所占的比例叫结晶度。结晶度对尼龙的热性能影响较大。

  加工工艺条件对尼龙的结晶有一定影响，注射成型时，模具的温度高时，熔体冷却时间比较久，制品的结晶度较高；反之亦然。

  结晶度高的尼龙具有较大的拉伸强度、冲击强度和热变形温度，但成型收缩大，断裂伸长率较小。

  尼龙的吸水率比较高，酰氨键的比例越大，吸水率越高，具体为尼龙6＞尼龙66＞尼龙610＞尼龙1010＞尼龙11＞尼龙12＞尼龙1212。

  尼龙属于自熄性塑料，烧焦时有羊毛或指甲味。透气性是尼龙的一项重要特征，尼龙对氧气等气体的透过率最小，因此具有优良的阻隔性，是食品保鲜包装的优良材料。尼龙的阻隔性随酰氨/亚甲基的比例增大而提高，以尼龙6的阻隔效果最好。尼龙6的O2透过系数为25～40cm3·mm/（m2·d·MPa），CO2的透过系数为150～200cm3·mm/（m2·d·MPa），H2O的透过系数为150g·mm/（m2·d·MPa）。

  在尼龙分子主链上的重复单元中含有极性酰氨基团，能形成分子间的氢键，具有结晶性，分子间相互作用力大，因此尼龙具有较高的机械强度和弹性模量。机械强度和弹性模量随着尼龙主链亚甲基的增加而下降，冲击强度增加。尼龙在室温下的拉伸强度和冲击强度虽然都较高，但冲击强度不如PC和POM高。随温度和湿度的升高，拉伸强度急剧下降，而冲击强度则显著提升。玻璃纤维增强尼龙的强度受温度和湿度的影响小。

  尼龙的耐疲劳性较好，仅次于POM，进行玻璃纤维增强处理后可提高50%左右。

  尼龙的耐摩擦性和耐磨损性优良，是一种常用的耐磨性塑料品种。不同品种摩擦因数相差不大，无油润滑摩擦因数仅为0.1～0.3；耐磨性以PA1010最佳。尼龙中加入二硫化钼、石墨、聚四氟乙烯及聚乙烯（PE）等可进一步改善耐磨性。表2-4列出了代表性尼龙的力学性能。

  尼龙的热变形温度都不高，一般在50～75℃，用玻璃纤维增强后可提高4倍以上，高达200℃。尼龙的热导率很小，仅为0.16～0.4W/（m·K）。尼龙的线胀系数较大，并随结晶度增大而下降。低结晶尼龙610的线的线．电性能

  尼龙的电性能主要指它的介电性能和导电性能。作为绝缘材料的尼龙，绝缘性能指标主要有体积电阻率、表面电阻率和介电强度。

  影响电性能的因素很多，其中尼龙本身所具有的化学结构是影响尼龙电性能的很重要因素。尼龙是典型的极性结晶性高分子聚合物。其中，最重要的结构特征是：在大分子链段重复单元中，含有极性酰氨基团（—CONH—），在尼龙的分子之间能形成高聚物，介电常数和介电损耗角正切值也大。杂质对高聚物介电性能的影响也很大，特别是极性杂质（如水）会大幅度提升高聚物的电导电流和极化度，使介电性能严重恶化。水对高分子聚合物的介电强度影响很大。水会使得高分子聚合物的电导率、介电损耗增大，因而介电强度降低。尼龙虽有较好的电性能，但是其分子主链中含有极性酰氨基，属于易吸水（湿）的聚合物，在使用时受到一定的限制，不适合作为高频和湿态环境下的在允许电压下不导电的材料。主要尼龙的电性能见表2-5。

  聚酰胺（尼龙）大分子链中都含有亚甲基和酰氨基团，只是不同品种所含基团数目不同，结构及形式基本相似。因此，各种尼龙有共同的成型特性。

  1）尼龙易受潮。在大气中，PA6的平均吸水率为3.5%、PA66为2.5%、PA610为1.5%、PA1010为0.8%，尼龙的含水量对其力学性能有较大的影响。在熔融状态下，水分的存在会引起尼龙的水解而导致分子量下降，从而使制品力学性能直线下降；成型的过程中，水分的存在还会使制品表面出现气泡、银丝和斑纹等缺陷，所以成型前必须充分干燥。

  2）尼龙的熔体黏度低、流动性好，喷嘴会产生“流延”现象，浪费原料，沾污喷嘴。如果用螺杆式注射机成型，注射时，熔体会在螺杆和机筒壁之间出现逆流，使注料不准，所以尼龙在用螺杆式注射机成型时，在螺杆端部一定得安装止逆环。

  3）尼龙是结晶性高聚物，熔点明显，而且较高，所以尼龙需要在较高温度下成型。熔融状态的尼龙耐热性较差，易分解。因此，必须严控工艺条件。

  4）尼龙的成型收缩率大，尼龙制品成型后需进行除湿处理，以降低吸水对性能的影响，提高尺寸稳定性。除湿处理的条件是在水、熔化石蜡、矿物油或聚乙二醇中进行，温度高于使用温度10～20℃，时间30～60min。对于制造高精度的制品，模具设计应在试验的基础上确定其尺寸，成型工艺应严格控制。

  5）尼龙在加工中易产生内应力，应进行退火处理。具体条件为缓慢升温到160～190℃，停留15min后，缓慢冷却即可。

  作为工程塑料，尼龙大多数都用在制作耐磨和受力的传动部件，已大范围的应用于机械、交通、仪器仪表、电器、电子、通信、化工及医疗器械和日用品中。如制作齿轮、滑轮、蜗轮、滚子、轴承、泵叶轮、风扇叶片、密封圈、衬套、阀座、垫片、贮油容器、输油管、刷子、拉链等。兵器工业上制作引信、弹带等。