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耐高溫尼龍hpn的特性與應(yīng)用
- 評(píng)論：0 瀏覽：5246 發(fā)布時(shí)間：2006/7/14
尼龍是一種廣泛應(yīng)用的工程塑料，具有多種優(yōu)異的性能。但傳統(tǒng)的尼龍材料也有許多不足，如容易吸濕、耐高溫性能不足等。上海杰事杰新材料股份有限公司開(kāi)發(fā)成功的HPN耐高溫尼龍具有熔點(diǎn)高、力學(xué)性能優(yōu)異、不易吸濕等特點(diǎn)，在電子、電氣、汽車(chē)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
耐高溫尼龍HPN的特性
結(jié)晶性
HPN是一種耐熱聚酰胺。它是一種通過(guò)對(duì)苯二甲酸和1，6-己二胺發(fā)生縮聚作用而制成的半芳香族聚酰胺(圖1)。聚酰胺的結(jié)晶特性與其分子鏈上重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的單一性和聚合物分子的易動(dòng)性有關(guān)。HPN分子鏈上含有苯環(huán)和較長(zhǎng)的二胺柔性長(zhǎng)鏈，使聚合物分子有適度的易動(dòng)性，因此具有高的結(jié)晶速率和結(jié)晶度。
圖2是HPN的等速升溫(曲線(xiàn)1)和等速降溫(曲線(xiàn)2)DSC掃描曲線(xiàn)，升溫和降溫的速率都是10℃/min。從圖中可以看出，HPN在260℃左右結(jié)晶速率達(dá)到最快，其結(jié)晶曲線(xiàn)屬于前頃型，可見(jiàn)較易結(jié)晶。從圖中還可以計(jì)算出其熔融ΔHm為95J/g左右，根據(jù)熔融結(jié)晶度的計(jì)算公式可以計(jì)算出HPN的熔融結(jié)晶度為50.5%，而PA66的結(jié)晶度只有30%~35%�？梢�(jiàn)HPN具有較高的結(jié)晶度。
圖1 聚酰胺（尼龍）結(jié)構(gòu)上的差異
高溫性能
圖2 HPN的DSC掃描曲線(xiàn)
材料的高溫性能可以通過(guò)耐峰值溫度性或短期的耐熱性來(lái)說(shuō)明，如通過(guò)熔點(diǎn)、維卡軟點(diǎn)、熱變形溫度或在一定高溫條件下剛性和強(qiáng)度來(lái)表徵。
由圖2中的DSC升溫曲線(xiàn)可以看出，HPN的熔點(diǎn)Tm高達(dá)300℃，高于PA66約30℃，這與HPN分子鏈段上存在苯環(huán)有關(guān)。圖3是30%玻纖增強(qiáng)HPN和其它30%玻纖增強(qiáng)工程塑料的熱變形溫度和熔融范圍的比較。可見(jiàn)，30%玻纖增強(qiáng)HPN的熱變形溫度遠(yuǎn)比其他三者高。
圖4是HPN和PA66在150℃加熱老化不同時(shí)間后分別在23℃和150℃測(cè)得的拉伸強(qiáng)度，可以看出，HPN在受熱后的強(qiáng)度下降較少，拉伸強(qiáng)度比PA66要高很多。
圖3 HPN的耐熱性
蠕變性能
圖4 150℃老化不同時(shí)間后分別在23℃和150℃測(cè)得的拉伸強(qiáng)度
HPN的高結(jié)晶性使得其在高溫下（大于120℃）仍然保持有優(yōu)良的剛性，因而在耐蠕變性能方面比其它絕大多數(shù)的工程塑料都要優(yōu)秀。
韌性
圖5比較的是未增強(qiáng)HPN和其他工程塑料的艾佐(Izod)沖擊強(qiáng)度。從圖中可以看出，特種工程塑料PES、PPS和PSU的Izod沖擊強(qiáng)度在6.5~7kJ/m2左右，PPA、PC、PEEK、PET、PA6/PA66和PEI在8~10kJ/m2之間，PA46的Izod沖擊強(qiáng)度稍大，在12kJ/m2左右，而HPN的則大于16kJ/m2。HPN更優(yōu)異的沖擊韌性使得其成為高要求制件的材料選擇。
吸濕性
圖5 未增強(qiáng)HPN的Izod缺口沖擊強(qiáng)度
圖6是35%玻纖增強(qiáng)的HPN、PA66和PA46的吸濕性比較。由圖中可以看出，HPN纖維增強(qiáng)產(chǎn)品具有較低的吸濕性，其吸水率僅為等量玻纖增強(qiáng)PA46產(chǎn)品的一半。這種低吸濕性可以為客戶(hù)節(jié)省更多的干燥費(fèi)用，且制品的尺寸穩(wěn)定性更好。
耐化學(xué)性
圖6 35%玻纖增強(qiáng)的HPN、PA66和PA46的吸濕性比較
聚酰胺類(lèi)材料對(duì)多數(shù)的化學(xué)品具有良好的抵抗性。與其它聚酰胺類(lèi)材料一樣，HPN也不例外，特別是在高溫下的耐油和油脂性非常良好。
HPN的應(yīng)用前景
由于HPN能提供超過(guò)265℃的熱變形溫度(HDT)，因此它是一個(gè)適用于汽車(chē)、機(jī)械、電子/電氣工業(yè)中耐熱制件的理想工程塑料。同時(shí)，對(duì)于在短期高溫下必須保持結(jié)構(gòu)完整性的制件(如在IR和波峰焊接中)，HPN也是理想的選擇。
在電子電氣工業(yè)的應(yīng)用
尼龍?jiān)陔姎饧半娮庸I(yè)具有極大的潛力，低壓開(kāi)關(guān)對(duì)尼龍的需求已經(jīng)有很大的增長(zhǎng)。在電器小型部件中，密集型插針要求抗漏電性能（CTI）很高的塑料材料。同時(shí)，由于電氣設(shè)備微型化的趨勢(shì)或工作電流的增加，其內(nèi)部元件溫度會(huì)上升得相當(dāng)高。集成電路板的持續(xù)微型化趨勢(shì)和表面實(shí)裝技術(shù)（SMT）的廣泛采用，催生了更加薄壁的小型表面貼裝元件(SMD)。這些電子元件需要承受現(xiàn)代回流焊接工藝中的高峰值溫度。這就要求使用的材料同時(shí)具有較高的長(zhǎng)期使用溫度、較高的硬度和高溫時(shí)較低的蠕變等性能。
由于HPN杰出的內(nèi)在特性，既具有超過(guò)265℃以上的熱變形溫度，又有杰出的韌性和極佳的流動(dòng)性，因而能夠滿(mǎn)足SMT工藝對(duì)元器件的耐溫要求。用HPN高流動(dòng)規(guī)格制成的塑料部件在高達(dá)270℃的回流焊接過(guò)程中仍能保持尺寸的一致性。此類(lèi)塑料部件常常使用LCP等材料。但在性?xún)r(jià)比方面，HPN足以與PPS、PEI、PES和LCP材料相抗衡。因此HPN可應(yīng)用于以下領(lǐng)域和巿場(chǎng)：斷路器，接插件如：電源連接器、存儲(chǔ)卡連接器、插座；電動(dòng)機(jī)部件；計(jì)算機(jī)及其輔助設(shè)備；電氣產(chǎn)品及家用電器等。
HPN耐高溫尼龍可用于多種電子產(chǎn)品接插件。
（相片提供Photo Courtesy: PConline）
汽車(chē)工業(yè)應(yīng)用
在汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域，耐熱塑料正在快速替代傳統(tǒng)的工程塑料和部分金屬。這一發(fā)展的推動(dòng)力，主要源于適應(yīng)汽車(chē)工業(yè)三大發(fā)展趨勢(shì)的要求﹕（1）提高安全、舒適；（2）要求更長(zhǎng)使用壽命；（3）發(fā)動(dòng)機(jī)區(qū)域溫度的提高。
HPN已經(jīng)被證明是很理想的金屬替代材料，因?yàn)樗哂蟹浅：玫目谷渥�、機(jī)械強(qiáng)度、剛性和高溫下抗疲勞，同時(shí)還保持眾所周知的塑料優(yōu)點(diǎn)，即可循環(huán)使用，加工容易，減低重量和降低噪音及耐腐蝕。因此，非常適合應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)（如發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、開(kāi)關(guān)和連接器）、傳動(dòng)系統(tǒng)（如軸承保持架）、空氣系統(tǒng)（如排氣控制系統(tǒng)）和進(jìn)氣裝置等。
在這些區(qū)域，HPN都表現(xiàn)出有效的性能，如在發(fā)動(dòng)機(jī)區(qū)域，用HPN做的鏈條張緊器磨損遠(yuǎn)比PA66張緊器小。另外由于其高溫下的剛性，使得HPN可以被用來(lái)做成整體是塑料的部件。這樣的結(jié)果是成本降低，壽命比PA66系統(tǒng)要長(zhǎng)3倍以上。HPN可以用于侵害性的介質(zhì)油和高溫中，而普通尼龍會(huì)受到使用限制。因此HPN可以用來(lái)替代如PEEK等材料。
在汽車(chē)控制系統(tǒng)，HPN的耐熱性能被成功地使用在一系列的排氣控制元件中。如：各種外殼、傳感器、連接器和開(kāi)關(guān)等，由于有抗蠕變、抗疲勞強(qiáng)度和抗振動(dòng)要求，通常都可以選用HPN。HPN還可應(yīng)用在可回收式的油過(guò)濾器外殼，因?yàn)樗仨毘惺軄?lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫和路面的沖擊顛簸和惡劣氣候。
在汽車(chē)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，HPN可以應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)和微電機(jī)。
總之，HPN的優(yōu)異性能能夠帶給使用者或最終用戶(hù)的益處包括：優(yōu)良的耐熱性；高溫下的高剛性；突出的韌性；良好的抗化學(xué)藥品性；優(yōu)異的流動(dòng)性；較低的材料成本；不產(chǎn)生飛邊，不需要后加工；從PA6、PA66或PET/PBT材料上轉(zhuǎn)換為HPN時(shí)，基本上不需要修改模具等，在各種要求耐高溫的應(yīng)用場(chǎng)合中有廣闊的前景。