尼龙-12的性能

2020/10/25 9:01:40

背景及概述[1][2]

尼龙12 的初始原料是丁二烯,经过一系列中间步骤制造出尼龙12 的单体十二内酰胺,然后经过缩聚反应生成尼龙12。尼龙12 的分子式为:,-[NH-(CH2)11-CO]n]-,由分子式可以看出,尼龙12 中的酰胺基团比例比一般的尼龙材料如尼龙 ’6、尼龙 66、尼龙612 等低,而正是酰胺基团的存在使尼龙这种工程塑料具有很多特殊性能,因此尼龙12 与其它尼龙材料性能有较大的不同。

尼龙12 中存在着非极性的亚甲基基团,而且数量很大,这使尼龙12 分子链的柔顺性较大;尼龙12 中的酰胺基团是极性的,且内聚能很大,它的分子之间可形成氢键,使分子的排列较规整。因此尼龙12的结晶度高,强度也较高。尼龙12(PA12)吸水率低,耐低温性好,气密性好,耐碱、油脂性能优良,耐醇类和无机稀酸以及芳烃的性能中等,力学性能和电性能亦好,且属自熄性材料。

当前被广泛地应用于汽车上的燃油管和刹车管、光纤护套,光电纤维涂层、运动器材以及食品包装。但是由于尼龙12与用量的尼龙6、66比成本太高,严重影响了其使用范围。如何能在维持尼龙12力学性能的基础上降低成本是扩大尼龙12应用所面临的重要问题。

性能[1]

1)密度

尼龙 12 的相对密度仅为1.01-1.03,是所有工程塑料中最小的,这对减轻汽车质量,降低油耗有一定的作用。如果按单位体积比较,尼龙 12 在价格和性能上具有优势。

2)熔点

尼龙 12 的熔点为172-178℃,稍低于尼龙11,完全能够满足汽车燃油管和气制动管的工作环境温度要求。

3)吸水性

众所周知,尼龙制品的缺点就是吸水性大,尺寸稳定性难以保证。但是,由于尼龙 12 中亚甲基分子的增多,大大降低了亲水基团的影响,因此,尼龙 12 具有尼龙产品中最低的吸水率,这样就减小了制品因吸水而造成的性能和尺寸的改变,这使尼龙 12 具有很大的优势。吸水后,尼龙 12 的抗拉强度降低很小,而尼龙66和尼龙 6却有很大的变化。

4)抗冲击强度

抗冲击强度是一项重要的技术指标,对于经常暴露在空气中的尼龙 12 管,这项指标尤其重要。尼龙 12 在-20℃和-40℃下按标准进行试验,均无断裂现象,完全符合使用要求。尼龙 12 抗冲击性能十分优异。

5)低温性能

尼龙 12 的脆性温度最低,达-70摄氏度,因此,可广泛用于耐低温的部件。下表列出尼龙树脂的脆性温度:

6)柔韧性

增塑剂对尼龙 12 物理性能的影响集中表现在树脂的弹性模量上。尼龙 12 有三种基本类型的树脂,它们的主要区别是因增塑剂含量不同而形成了不同的柔韧性。随着增塑剂可萃取组分含量的增高,树脂的弹性模量降低。

7)低磨耗和低摩擦性能

尼龙 12 有优异的低磨耗和低摩擦性能及自润滑性能,因此尼龙 12 产品摩擦噪声很低。下表给出了尼龙 12 与其它塑料经泰伯圆盘试验得到的数值。

8)耐燃油性能

在汽车上,目前使用的含氧燃油、高芳烃燃油和酒精混合燃油会导致许多软管材料的分解。经试验,仅尼龙11、尼龙 12 和碳氟树脂弹性体可在此环境下使用。在汽车燃油的作用下,所有的尼龙都会溶涨,从而导致尺寸改变,尤其在含甲醇的汽油中,含有大量酰胺基团的尼龙如尼龙6比含有少量酰胺基团的尼龙如尼龙 12 % 溶涨量大很多。经研究发现,含15%甲醇的燃油对尼龙有很大的影响。

9)耐氯化锌溶液

氯化锌会出现在车底环境中。在一定的温度和湿度下,路上的盐分与镀锌钢板或含锌底漆发生反应,形成少量的氯化锌。氯化锌有很强的腐蚀作用,但尼龙 12 耐氯化锌溶液的能力很强。臭氧老化、紫外线照射、温度条件等等,都会带给零件不同程度的损伤,降低使用寿命。由于尼龙 12 中不存在容易受到臭氧进攻的 + 2 3 2 + 不饱和双键,因此不会发生臭氧老化问题。

另外,尼龙 12 的结晶度高,熔融温度高,其耐热稳定性也较好,添加热稳定剂后,耐热性能更是成倍提高。阳光照射时,其能量能够引起有机物的化学键断裂。而尼龙 12 中的C-H、C-O、C-N键的键能均很大,紫外线不足以破坏它们,只能破坏键能较小的C-C键;因此,在原料中添加适当的抗老化剂后,尼龙 12的抗紫外线性能十分优异。

应用[1-4] 

尼龙12是一种长碳链聚酰胺,其亚甲基链较长,酰胺基密度低;具有密度小,熔点低,热稳定性好,分解温度高;耐低温,耐油,耐腐蚀,耐摩擦损耗等优良特性;广泛应用于汽 车系统管道、化工石油管道、液压传动系统。

尼龙12吸湿率低,可用于尺寸精密的电气零件、仪器仪表;具有良好的气体阻隔性、无毒,可用于食品、医药包装;具有优良的耐白蚁食害性,可用于电线电缆护套。总之,尼龙12以其优良特性,广泛用于国防、电子、通讯、机械、食品等工业,应用前景十分广阔。

1)可作铜、钢、橡胶的代用品,制造抗震耐磨的油管、软管。如汽车油软管、输油管、离合器软管、汽车燃料用管材等。
2)用于防水、耐低温光导纤维、电缆线护套及绝缘涂层。
3)用于生产轴承、齿轮等精密部件及电子电器元件。
4)用于密封性好的金属表面粉末涂层。
5)用于板材等一般挤压成型品及制造耐腐蚀的容器。
6)用于柔软性挤压成型品。
7)用于生产高级涂料和粘合剂。
8)用于食品和药品的包装薄膜。

制备 [5]

一种以长链氨基酸为单体制备尼龙12的工艺方法,包括如下步骤:

(1)初聚:将原料12-氨基十二酸和水按质量比为1:1-4投入反应釜中,然后依次加入原料质量0.01~1%的催化剂、0.05~0.5%的抗氧剂及0.08~5%的分子量调节剂,向反应釜中充入氮气,加热升温至170~190℃进行初聚反应,维持反应釜内压力为0.6~ 1.2MPa,同时启用反应釜的搅拌,反应时间为2~6h,预聚体的分子量为3000~8000;

(2)聚合:将初聚的物料转移到聚合釜中,启动聚合釜搅拌,加热使物料温度逐步升至220~250℃,调整聚合釜压力,保持与压力相匹配的脱水速度,待聚合釜压降到常压时;改抽真空维持聚合釜中负压-0.095~-0.08MPa,聚合反应时间为2~5h,聚合体分子量为15000~25000;

(3)增粘:向聚合釜中充入氮气至恒定压力,将自聚合工序的物料以恒定的速率泵 入双螺杆同向挤出机,调整螺杆的速度及各区的加热温度,调节螺杆真空度至恒定状态,待所有工艺参数稳定后,检测树脂熔指的一致性,并可视树脂特性要求,分子量控制为20000 ~35000,得到合格的尼龙12。

主要参考资料

[1] 尼龙12性能简介及其在汽车上的应用

[2] CN200610119505.5 一种新型尼龙12复合材料的制备方法

[3] 尼龙12短缺影响全球汽车生产

[4] 尼龙12的性能及开发应用

[5] CN201710675930.0 一种以长链氨基酸为单体制备尼龙12的工艺方法

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