聚酰胺的性能分析与优化

聚酰胺（PA）是以内酰胺、脂肪羧酸、脂肪胺，或芳香族二元酸、芳香族二元胺为原料合成，主链上含有酰胺基团（—NHCO—）的高分子化合物。聚酰胺为韧性角状半透明或乳白色结晶性树脂，作为工程塑料的聚酰胺的相对分子质量一般为（1.5～3）×104。聚酰胺具有很高的力学强度，软化点高，耐热，摩擦因数低，耐磨损，自润滑性、吸振性和消声性好，耐油，耐弱酸，耐碱和一般溶剂，电绝缘性好，有自熄性，无毒，无臭，耐候性好，染色性差。缺点是吸水性大，影响尺寸稳定性和电性能。用纤维增强可降低树脂的吸水率，使其能在高温、高湿条件下工作。

1.常用聚酰胺的性能数据

PA的品种有PA6、PA66、PA11、PA12、PA46、PA610、PA612、PA1010以及半芳香族聚酸胺PA6T和特种聚酰胺等，其中PA6、PA66产量最大，占聚酰胺产量的90％以上。各种聚酰胺的化学结构不同，其性能也有差异，表2-1列出了一些常用聚酸胺的性能，表2-2列出了PA46的主要性能。

表2-1 常用聚酰胺的性能

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表2-2 PA46的主要性能

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2.力学性能

聚酰胺分子链中含有极性酰胺基团，能形成分子间的氢键，具有结晶性，分子链之间的作用力较大，因此具有较高的力学强度和模量。随着酰胺基密度的增加、分子链对称性增强和结晶度的提高，其强度也增加；随着聚酰胺分子链中亚甲基的增加，力学强度逐渐下降，而冲击强度逐渐增加。在聚酰胺分子链结构中引入芳基，强度也提高，这是由于键能增加，分子链之间的作用力（如范德华力）增加。

聚酰胺中PA66的硬度、刚性最高，但韧性最差。各种聚酰胺按韧性大小排序为：PA66＜PA11＜PA12＜PA1010＜PA6＜PA610。聚酰胺的结晶度，对它的力学性能有很大的影响，拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量均随结晶度的增加而提高。

聚酰胺分子主链中的酰胺基是亲水基团，使得聚酰胺具有吸水性。吸水性对聚酰胺力学性能影响很大，吸水后拉伸强度、弯曲强度及其弯曲弹性模量等大幅度下降，制品尺寸变化大，而冲击强度则大幅度上升，见表2-3。

表2-3 聚酰胺吸水性对强度的影响

注：测定标准采用ASTM，括号内为干态测定的数据

3.电学性能

聚酰胺有良好的电绝缘性能，表2-4列出了一些聚酰胺的电性能。聚酰胺虽有较好的电性能，但是，它的分子主链中含有极性酰胺基，属于易吸水的聚合物，随着吸水率的增加，聚酰胺的体积电阻率和介电强度降低，因此，聚酸胺工程塑料不适合作为高频和在湿态环境下工作的电绝缘材料。

表2-4 一些聚酰胺的电性能

4.热学性能

不同品种聚酰胺的熔点差别较大，熔点最高的是PA46，高达295℃。聚酰胺的使用温度范围较宽，一般为－40～100℃。聚酰胺的热变形温度和所承受的载荷关系很大，随着载荷的增加，热变形温度迅速降低。各种聚酰胺的热导率差别不大，见表2-1。各种聚酰胺的燃烧热见表2-5。PA6和PA66的燃烧热一样PA610的燃烧热较高，PA11的燃烧热最高。

表2-5 聚酰胺的供烧热(单位：kJ／g)(www.xing528.com)

5.化学性能

聚酰胺对大多数化学试剂的作用是稳定的，特别是对汽油、润滑油等油类具有很强的抵抗性，耐油性好。PA11、PA12的耐油性极好，是汽车油管的首选材料。但是，常温下它可溶于酚类、浓无机酸、甲酸，在高温下可溶于乙二醇冰醋酸、丙二醇、氯化锌或氯化钙的甲醇溶液，以及氟乙酸、氟乙醇等。通常大多数聚酰胺塑料在碱性溶液中都是稳定的，但在高温下，特别是使聚酰胺熔融，则发生水解或降解；在此条件下，无机酸和胺，特别是一价酸可使聚酰胺迅速酸解和胺解，引起酞胺键的断裂，最终生成聚酰胺的单体。

聚酰胺在高温下会发生热降解。在空气中，加热聚酰胺时，除了热降解之外，还有氧化降解。例如，PA66在250℃处理2h或70℃放置2年后变脆。在实际工作中，常常在加工聚酰胺制品时，添加一些抗氧剂抑制热氧化降解。

聚酰胺在光照下，由于紫外线的辐射，也会发生光降解或老化。聚酰胺中含有羰基，能吸收日光中的紫外线，使聚酰胺链段断裂和交联，在无氧光照下PA6和PA66分解为H2、CO和烃。为了提高聚酰胺的光稳定性，可添加紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂。

6.常用聚酰胺的性能特点及应用

（1）PA6 PA6为半透明或不透明的乳白色结晶形聚合物。PA6的力学强度较高，有良好的耐冲击性，具有优良的耐磨性和自润滑性。无油润滑的摩擦因数约为0.2。PA6有良好的耐热性，熔点为220℃，低于PA46、PA66，高于其他品种，具有自熄性。电绝缘性能良好。PA6对脂肪族烃类，特别是汽油和润滑油有优异的抵抗性，耐碱和大多数盐类，但溶解于浓无机酸、甲酸和酚类化合物。

PA6的吸水率较高，尺寸稳定性较差。PA6的性能受温度和吸水率影响较大。在使用温度范围内，拉伸强度、弯曲温度、弯曲模量随温度的升高而降低拉伸强度受吸水率影响较大，随吸水率增加而降低。冲击强度随温度升高和吸水率的增加而明显提高。体积电阻率随温度升高和吸水率增加而降低。

PA6可用于制造齿轮、轴承、滑轮、泵叶轮、风扇叶片、紧固件、螺钉、螺母、高压密封圈、耐油密封垫、活塞等机械零件，化工设备中的管道、贮槽、过滤器、截止阀阀头等，汽车中的散热器箱、吸附罐、燃料过滤器、车轮罩、汽车外板等，电器中的开关、继电器、接线柱、微波炉壳体等。

（2）PA66 PA66为半透明或不透明的乳白色结晶形树脂，是最早开发的聚酰胺品种。PA66在较宽的温度范围内具有较高的强度、刚性和韧性，强度和刚性高于PA6，耐冲击性低于PA6，具有优良的耐磨性和自润滑性。对钢的摩擦因数为0.25，在油润滑条件下降低至0.12，抗疲劳性和抗蠕变性优于PA6。PA66具有优良的耐热性，熔点为260℃，仅低于PA46，属自熄性材料。PA66对汽油和润滑油有优异的抵抗性，能耐稀无机酸、碱及醇、酮、芳烃等溶剂，但易溶于苯酚、甲酸等极性溶剂。电绝缘性良好。

PA66的吸水性较大，制品尺寸稳定性较差，拉伸强度、弯曲强度随温度的增加和吸水率的增加而降低，冲击强度随吸水率增加显著提高。电绝缘性随温度和吸水率的增加而降低。

PA66广泛用于制造轴承、轴承保持架、轴瓦、衬套、涡轮、凸轮、泵体叶轮、气缸罩盖、密封垫片、阀门、活塞、螺栓、螺母等机械零件，在汽车上用于制造散热器箱、加热器箱、散热器叶片、前格栅、转向柱罩、尾灯罩、吸附罐各种带轮、窗手柄、窗插销、各种齿轮、轴承等，在电器中用于制造电动工具罩、电动机罩、传感器框架、线圈绕线管、电器开关、外壳等，在建筑领域可用于制造窗框缓冲撑档、门滑轮、窗帘导轨滑轮、自动扶梯栏杆、升降机零部件隔热窗框架等。

（3）PA11 PA11密度低，力学强度和刚性低于PA6、PA66，吸湿性小，尺寸稳定性好。PA11的耐热性低于PA66和PA6，但其低温性能优良，使用温度范围较宽，为－40～95℃。PA11电性能良好，但体积电阻率随温度的升高和吸水率的增加而降低。PA11对汽油和润滑油有优异的抵抗性，耐稀酸、碱和各种盐溶液，但在浓硫酸、甲酸和酚类化合物中溶解或溶胀。

由于PA11耐油性优异、耐蚀性强、耐磨性好，可耐－40℃低温，所以广泛用于制造汽车油管、离合器软管、压力管、螺旋管、过滤器、制动把手、燃油箱衬套、加速器操纵带套管，在机械行业用于制造齿轮、轴承等零部件。

（4）PA12 PA12的密度是聚酰胺中最小的，吸水率低，尺寸稳定性好PA12的力学强度和刚性低于PA6、PA66，拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量随温度的升高而降低，吸水率影响小，摩擦因数低于PA6、PA66，有优良的摩擦性能和耐磨性。PA12的熔点为178℃，明显低于PA6、PA66，但耐低温性能优异使用温度范围较宽，为－55～90℃。PA12电性能良好。PA12对汽油和润滑油有优异的抵抗性，耐稀酸、碱和各种盐溶液，但在浓硫酸、甲酸、苯、甲苯、酚类化合物及高锰酸钾等氧化剂中溶解或溶胀。

PA12广泛用于制造汽车软管和转向盘、排挡手柄、滑轮、操纵杆、油箱衬套、轴承、齿轮等汽车零部件，用于制造光导纤维护套，电线、电缆护套，以及轴承、齿轮、紧固件、垫圈等机械零件。

（5）PA610 PA610的力学强度低于PA6、PA66，高于PA11、PA12，有良好的耐冲击性、低温耐冲击性、抗疲劳性和耐磨性。PA610耐热性优良，属自熄性材料，电绝缘性良好，高频介电性能优于低频介电性能。对汽油和润滑油有良好的抵抗性，耐碱、稀无机酸及大部分盐溶液，但在酚类化合物及甲酸中溶解或溶胀，PA610的吸水性较小，尺寸稳定性好。

PA610的拉伸强度随温度升高明显降低，吸水率影响较小，冲击强度随温度升高和吸水率增加而增大，体积电阻率随温度升高和吸水率增加而降低。

PA610在机械工业中用于制造齿轮、泵体叶轮、衬垫、滑轮、减速器轴瓦滚动轴承保持架、车床导轨等，在汽车工业可用于制造燃油滤清器盖、制动储油槽、输油管、储油器等，在电器行业可用于制造电动工具罩、电动机罩、电器框架、集成电路板、电路开关、电度表外壳、干燥机外壳、高压安全开关罩壳等。

（6）PA612 PA612性能与PA610相近，吸水性低于PA610，尺寸稳定性优于PA610，拉伸强度、冲击强度、刚性和低温性能优于PA1010，耐稀酸、碱和汽油等溶剂。

（7）PA1010 PA1010是我国独创的聚酰胺品种，表面光亮，质轻且坚硬力学强度和刚度较高，有优良的耐磨性、自润滑性及消声性，吸水率低，尺寸稳定性好，有良好的电绝缘性和化学稳定性，不溶于大部分极性溶剂，如烃、脂类、低级醇，但溶于苯酚、浓硫酸、甲酸等强极性溶剂。

PA1010可用于制造油管、滚动轴承保持架、齿轮、活塞环、密封垫片，以及螺栓、螺母等紧固件。

（8）PA46 PA46具有高熔点和高结晶度，熔点为295℃，耐热性优异，即使在高温下也能维持较高的力学强度和刚性，抗蠕变性和抗疲劳性优异，耐摩擦磨损性优异，对化学药品的抵抗性优良。

PA46可用于制造齿轮、轴承保持器、导轮等零部件，以及线圈绕线管、插接器、接线柱、继电器等电器零件。