聚邻苯二甲酰胺

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聚邻苯二甲酰胺(PPA,Polyphthalamide)又稱作「PPA树脂」,是一类以对苯二甲酸間苯二甲酸为原料生产的部分芳香族聚酞胺,并非以邻苯二甲酸为原料生产的,邻苯二甲酸在合成过程中会因其两个相邻的羧基发生反应,生成酞亚胺而不是芳香族聚酞胺。2003年美国材料实验协会(ASTM)将PPA定义为:在分子链重复单元结构中的二竣酸部分,要含有至少55%的间苯二甲酸结构或对苯二甲酸结构,或者两种结构的组合。

PPA的出现填补了传统的工程塑料与高成本特种聚合物之间在成本与性能方面的空白。PPA的热变形温度可高达300℃以上,连续使用温度可达170℃。纯PPA呈不透明的白色,产品既有结晶态的也有非结晶态的,PPA的最大结晶度为20.3%,其玻璃化温度在135℃左右。非结晶态的PPA主要用于要求阻隔性能的场合;半结晶态的PPA树脂主要用于注塑加工,也用于其它熔融加工工艺。

聚邻苯二甲酰胺的性能[编辑]

强度及物理特性[编辑]

PPA树脂比脂肪类聚酰胺如尼龙66等更结实坚硬,而且蠕变、疲劳和耐化学品性能也好得多。例如:含 45%玻璃短纤维的PPA树脂,抗张强度约276MPa,弯曲模量超过13786MPa,热变形温度(HDT)为287℃。而即使矿物填料级的PPA,抗张强度也能达到117MPa。虽然PPA树脂的延展性不如尼龙6,然而,已经开发出未增强的冲击改性级PPA树脂,其缺口悬臂梁式冲击强度高达20英尺·磅/英寸。

耐热性[编辑]

PPA耐热性只略逊于一些液晶聚合物和聚酞亚胺。它的热变形温度为285℃,玻瑞化温度135℃,熔点310℃。用玻璃增强的PPA树脂有很高的HDT值(1.82 MPa下为295-297℃),能耐受很高温度的短期作用,例如:在一个供炉中或者在蒸汽相和在红外逆流团结过程中,PPA树脂的热氧化稳定性使它能耐长期高温作用,玻璃增强级PPA,在150-185℃下可连续使用5000小时,在130-165℃下可连续使用2万小时。

PPA的耐热性介于PA66与PPTA之间。聚对苯甲酸胺(PBA),聚对苯二甲酸对苯二胺(PPTA)及聚间苯二甲酸间苯二按(PMIA)等全芳香族聚酸胺的熔点太高,难以用常规的塑料加工方法加工。相对而言,PPA比较容易加工,可挤出成型注塑成型甚至是吹塑成型,所以在普通尼龙难以满足现代工业需求时,PPA得到了广泛的关注和研究。

耐化学性[编辑]

在一般条件下,PPA树脂对脂肪烃、芳香烃、氯代烃、酯、酮、醇和大多数水溶液表现出优秀的抗溶性。但是PPA树脂不能经受极强的酸和强氧化剂作用,可溶于甲酚

相对较低的吸湿率[编辑]

所有的聚酚胺都吸收一定的水分,引起增塑作用和尺寸改变。例如尼龙66,在-5℃下,相对湿度为100%时,能吸收8.9%的水分,这使其玻璃化温度由6.5℃降到零下20℃,尺寸增加2.3%。在相同条件下,PPA树脂能吸收约6%的水分,但其玻璃化温度Tg不会低于40℃,伴随的尺寸增长不超过1.0%。其吸水率还不到尼龙66的1/3,其成型收缩率低且均匀,故而翘曲很小,尺寸、稳定性好,可与金属尼龙聚苯硫醚和其他一些工程塑料竞争。

阻燃性[编辑]

PPA并非天生阻燃,根据UL94标准,阻燃酯牌号的树脂的定级为VO,直至0.031英寸厚度。

耐焊锡性[编辑]

近年来,电子电气元件的微型化、密集化、促进了电子电器工业表面贴装技术(简称SMT)的出现和发展,同时也促使了具有优异耐锡焊、耐热性能和尺寸稳定性的工程塑料的发展。早在2003年,国外SMT技术应用覆盖面就已经达到80%。表面贴装技术是指在集成电路板组装焊接过程中将连接器继电器电容器等各种电器元件同时置于红外加热装置中加热、安装、连接在线路板上的一种新型焊接技术。所以,这种新技术对制作电子元件和线路板塑料材料的耐回流性和尺寸稳定性的要求更加苛刻。而以往的高性能工程塑料聚苯硫醚(APPS),液晶高分子(LCP),耐热性PA46在应对这种技术革新时显得力不从心,所以研究新型适用SMT技术、具有优异耐锡焊性能的PPA成为了耐高温工程塑料领域研究的热点。

PPA树脂的合成工艺[编辑]

PPA的分子主链中引入芳环结构后,使得其在刚性、耐热性、耐化学药品性以及阻燃性等方面接近全芳香族聚酸胺,但是PPA的熔体豁度过高,这导致了在纺丝过程中熔体会出现过多的压力损失和温度的升高。

绝大多数PPA树脂是用传统注塑法加工的。把 PPA原料预干燥到低于 0.1%的湿度水平,然后装入热密封的金属衬里袋子或盒子内,这些容器能保证PPA原料在加工前不用再干燥,加工工艺可接受的湿度水平是0.15%或更低。使用干燥剂贮斗式干燥器,在79℃条件下很容易把树脂干燥到露点湿度达零下32℃甚至更低。干燥时间视吸收的水量而定,一般在4-16个小时范围内。

注塑时熔融温度在324—343℃范围内,物料在机筒内的停留时间不超过10分钟。模具温度控制在至少135℃,以便得到完全结晶和尺寸稳定性最佳的产品。模温对于成品部件的表面外感最佳化是至关重要的,用于真空镀金属成电镀金属的矿物填料级PPA树脂的模具表面温度要求176℃。

PPA树脂的应用[编辑]

PPA有广阔的应用领域,如工程部件、耐用消费品、管道零件、电动工具、电气电子部件、照明部件、汽车部件等。如在汽车工业,用它可制作高强度、高韧性和耐化学性的输送流体部件、燃料零部件、机械部件,也可制作液面元件、灯具装配部件、反射器、叶轮、壳盖、轮罩等。

赢创工业集团于2009年8月中旬推出VESTAMID HT plus F1001产品一一一种可用于拉丝工艺的聚邻苯二甲酞胺(PPA)材料。该产品可加工成各种不同类型的细丝,其尺寸和颜色可根据需要进行改变。这些单丝具有极佳的尺寸稳定性、耐磨损性和极好的耐化学性,适用于侵蚀性介质和要求苛刻的应用环境,可用于生产专用刷子。
电气元件的发展方向是小型化和高温团结,如红外固结和汽相团结,这需要PPA的优越性能。阻燃级PPA具有优良的电性能、很高的HDT值、高的高温弯曲模量、能以最小的溢料加工成长的薄壁部件,因此适合于制作开关设备、连接件、电刷座和马达托架。

矿物填料级PPA用于反光表面和镀金属方面的用途,包括汽车前灯、装饰用管件和硬件。未经增强的冲击改性级PPA有极好的均衡机械性、高温性能。超常的韧性且这些性能受湿度的影响极小,其用途包括油田部件、军用品、体育用品、风扇叶轮和齿轮及个人安全用品。

总之,PPA作为一类新型的耐高温工程塑料具有力学性能优异、耐高温、低吸水率、高尺寸稳定性等优点,正逐步应用于电子电气、汽车甚至是军工、舟亢空航天等领域。目前,随着PPA新品种PA4T,PA9T, PA10T的诞生,PPA的研究重点已经从合成领域转移到共聚改性领域。同时,随着挤出加工、注塑加工技术的进步,PPA与其他工程塑料共混改性的研究越来越受到关注。

主要的生产公司[编辑]

生产非结晶PPA树脂的公司有:Amoco特性制品公司(Amodel牌),杜邦公司(Eytel牌),Dynamit诺贝尔公司(Trogamid牌)

生产结晶PPA树脂的公司有:Amoco公司(Amodel)牌和三井石化公司(Arlen牌)。

參考文獻[编辑]

  • Harper, Charles A. Handbook of plastics, elastomers, and composites. 2002-06-10: 51–52. ISBN 978-0-07-138476-6. 
  • 王义亮,朱春林等.聚邻苯二甲酞胺高温尼龙的耐黄变研究.工程塑料应用.2013年1月.第41卷.第1期.
  • 工程塑料应用.2009年.第37卷.第5期.
  • Marchildon Keith. Polyamides - sti11 strong after seventy years[J]Macromolecular Reaction Engineering,2011,5 , 22 -54