深度認(rèn)識(shí)PARA(PAMXD6-GF)復(fù)合材料-產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師選材
工程師設(shè)計(jì)選材特性：聚芳酰胺 (PARA; MXD6) 的 ABC介紹
大家好，之前對(duì)SYENSQO AMODEL 介紹較多，現(xiàn)在再深度介紹一下PARA.
現(xiàn)在歡迎來到PARA聚合物工程師設(shè)計(jì)性能的第一篇文章。
今天的文章將專門討論高性能聚合物聚芳酰胺（PARA、MXD6 或 PAMXD6）。了解這種聚合物將在您下一代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中選擇聚合物（塑料）材料選擇項(xiàng)目中發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，尤其是在處理高強(qiáng)度、高剛度和美觀的應(yīng)用時(shí)。
簡(jiǎn)介和結(jié)構(gòu) - 什么是聚芳酰胺？
聚芳酰胺屬于半芳香族聚酰胺，玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn) (Tg) 為 85°C，熔點(diǎn)為 235°C，熔融溫度為 280°C。它們具有以下幾個(gè)有趣的特性：
-脂肪族和半芳香族聚酰胺中吸濕性最低
-高尺寸穩(wěn)定性，可生產(chǎn)復(fù)雜零件
-出色的表面外觀 - 聚酰胺中的“最佳”
-出色的剛度和強(qiáng)度
-流動(dòng)性非常好，可以成型薄至 0.5 毫米的壁，也可以成型較厚的壁，且不會(huì)出現(xiàn)凹痕
圖1顯示了PARA重復(fù)單元的化學(xué)組成（與PA 6.6相比），
圖2顯示了60 wt%玻璃纖維增強(qiáng)PARA的DMA曲線（與PA 6.12-GF 60 wt%相比）。
可以看出，在達(dá)到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度之前，其模量可以達(dá)到18 GPa的高值，隨后在130°C時(shí)降至10 GPa。長(zhǎng)鏈脂肪族PA 6.12可以保持16 GPa的高模量直至40°C，之后模量開始下降。此外，可以看出，PARA并非典型的耐高溫熱塑性塑料，而是一種高性能塑料，兼具上述關(guān)鍵特性。
PARA 的特性
讓我們回到低吸濕性的問題。比較PARA、PPA和標(biāo)準(zhǔn)脂肪族聚酰胺的吸濕性，可以看出，50 wt%玻璃纖維增強(qiáng)PARA在24小時(shí)浸水（23°C）后僅變化0.32%，而其他半芳香族聚酰胺的變化是PARA值的兩倍，標(biāo)準(zhǔn)聚酰胺的變化是PARA值的四倍。
除了吸水率低之外，PARA 還因其表面區(qū)域的精細(xì)結(jié)晶，在所有聚酰胺中擁有最佳的表面性能。這使其成為涂層或噴漆應(yīng)用的理想選擇。采用玻璃纖維增強(qiáng) PARA 制成的模塑部件可實(shí)現(xiàn) 0.10 μRa 的低表面粗糙度值，而標(biāo)準(zhǔn)聚酰胺的表面粗糙度值約為 0.25 μRa。機(jī)械拋光鋼材的表面粗糙度值與 PARA 相當(dāng)。在聚酰胺（脂肪族和半芳香族）中，PARA 擁有最低的表面粗糙度值。這是因?yàn)?PARA 在模塑部件表層具有精細(xì)的結(jié)晶。
PARA 的高剛度和強(qiáng)度源于其分子尺寸較大，且其芳香環(huán)結(jié)構(gòu)相互纏繞，并與玻璃纖維增強(qiáng)材料緊密結(jié)合。
表 1 比較了 PARA 與壓鑄金屬的機(jī)械性能。PARA 的機(jī)械性能使其非常適合在需要高強(qiáng)度和優(yōu)異表面外觀的應(yīng)用中替代金屬。
表 1：聚芳酰胺 (PARA) 與壓鑄金屬的機(jī)械性能概覽。
特性 | PARA-GF 50 wt% | PARA-GF 60 wt% | AG6（鋁） | AS9U3（鋁） | 鋅合金（Zn） | AZ91D（鎂） |
密度（克/立方厘米） | 1.64 | 1.77 | 2.7 | 2.9 | 6.6 | 1.83 |
熔化溫度（℃） | 235 | 235 | 660 | 660 | 390 | 470 |
拉伸強(qiáng)度（MPa） | 280 | 280 | 220 | 200 | 280 | 235 |
彈性模量 (GPa) | 20 | 23 | 65 | 72 | 85 | 45 |
斷裂伸長(zhǎng)率（%） | 1.7 | 1.8 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 3.0 |
聚芳酰胺（PARA）的設(shè)計(jì)特性
拉伸強(qiáng)度與拉伸模量
圖3比較了50wt% PARA-GF和60wt% PARA-GF與壓鑄材料的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量。如果加上比強(qiáng)度，可以看出，(比強(qiáng)度）其比黃銅、鋅和鎂等金屬高出兩到三倍。
高溫下的抗蠕變性
圖4比較了50 wt%玻璃纖維增強(qiáng)PARA與鋅鋁合金的蠕變性能。數(shù)據(jù)表明，PARA在1000小時(shí)（50 MPA和50°C）后變形小于1%。PARA的蠕變性能低于大多數(shù)具有類似增強(qiáng)水平的工程聚合物以及某些金屬。
PARA 的線性熱膨脹系數(shù) (CLTE)
表 2 顯示了 50 wt% 玻璃纖維增強(qiáng) PARA 以及鋼、鋁、黃銅和鋅等金屬的 CLTE 值。
表 2：聚芳酰胺 (PARA) 的線性熱膨脹系數(shù) (CLTE) 與壓鑄金屬的比較。
線熱膨脹系數(shù) (10-5 K-1) | PARA-GF 50 wt%（流動(dòng)方向） | PARA-GF 50 wt%（橫向） | 鋁 | 黃銅 | 鋅 | 鋼 |
/ | 1.5 | 3.6 | 2.4 | 1.8 | 3 | 1.2 |
翹曲行為
將 PARA 的翹曲行為與標(biāo)準(zhǔn)聚酰胺進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn) PARA 的翹曲趨勢(shì)較低。這是因?yàn)?PARA 的各向異性較低，而使用特殊礦物填料可以進(jìn)一步改善其各向異性。
PARA 的耐化學(xué)性
聚芳酰胺本身具有良好的耐化學(xué)性，但由于酰胺基團(tuán)的存在，它們對(duì)某些化學(xué)物質(zhì)具有一定的限制性。當(dāng)暴露于強(qiáng)氧化劑（例如臭氧和氯氣）以及高濃度無機(jī)酸（例如硫酸和硝酸）時(shí)，會(huì)發(fā)生快速降解。稀無機(jī)酸、乙酸和甲酸在室溫下會(huì)導(dǎo)致降解。強(qiáng)堿（例如氫氧化鉀、氫氧化鈉等）、大多數(shù)有機(jī)酸和甲醛會(huì)導(dǎo)致對(duì)羥基苯甲酸（PARA）在高溫下降解。
PARA的熱性能和電性能
除圖2所示的DMA外，含50 wt%玻璃纖維增強(qiáng)的PARA的熱變形溫度(HDT；1.8 MPa)為230°C，電氣相對(duì)熱指數(shù)(RTI)為130°C（1.5毫米）。50 wt% PARA-GF的CTI為PLC 1級(jí)(500 V)，體積電阻率為1E+8 ohms cm，介電強(qiáng)度為28 kV/mm。阻燃等級(jí)為HB（0.75毫米）。
PARA 的生產(chǎn)
PARA 是由脂肪族二羧酸（己二酸）和脂肪族二胺（1,3-苯二甲胺）縮聚而成。
PARA 的處理
聚芳酰胺非常適合注塑成型。PARA 并非典型的耐高溫聚合物，但加工過程中模具溫度需要保持在 120°C。其優(yōu)勢(shì)在于結(jié)晶在成型過程中較晚開始，從而能夠在保壓階段填充模腔。與其他聚酰胺相比，PARA 分子較大，因此需要較長(zhǎng)時(shí)間結(jié)晶。它能夠形成細(xì)小的晶體，尤其是在模腔的凍結(jié)層和下層，并將玻璃纖維隱藏在下方。因此，即使玻璃纖維含量較高（50-60 wt%），也能獲得美觀的表面。PARA 不僅可用于成型薄部件，也可用于成型復(fù)雜部件。
圖 5 顯示了厚度為 1 毫米、注塑壓力為 1000 bar 時(shí) PARA 的螺旋流動(dòng)長(zhǎng)度。結(jié)果表明，添加玻璃纖維填料的 PARA 的流動(dòng)性與 PPS（添加玻璃和礦物填料）相當(dāng)，并且比添加玻璃纖維增強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)聚酰胺 6 的流動(dòng)性高出 45%。如果排氣和鎖模力設(shè)置不當(dāng)，也存在產(chǎn)生溢料的風(fēng)險(xiǎn)。此外，估算高性能聚酰胺冷卻溫度的快速方法是將壁厚“w”的平方乘以2.5（冷卻時(shí)間 = 2.5 x w^2）。料筒內(nèi)的總停留時(shí)間不應(yīng)超過6分鐘。
應(yīng)用和終端市場(chǎng)
PARA 的應(yīng)用和市場(chǎng)范圍包括
家電（例如咖啡機(jī)手柄、烤箱手柄、咖啡滴濾網(wǎng)和外殼組件，結(jié)合結(jié)構(gòu)和美觀要求）
醫(yī)療器械（一次性手術(shù)器械，例如插入器、刮匙、持針器、鑷子、牽開器和提取器）、飛機(jī)（座椅組件）
汽車（金屬到塑料變速桿、涂漆部件）
電氣和電子產(chǎn)品（手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦組件）。
商業(yè)級(jí)
表3列出了主要的PARA制造商及其市售化合物。大多數(shù)制造商提供玻纖增強(qiáng)級(jí)（含量在30 wt%-60 wt%之間）、礦物填充級(jí)、抗紫外線級(jí)和阻燃級(jí)。此外，還提供碳纖維增強(qiáng)級(jí)。
表 3：PARA 的主要生產(chǎn)商和商業(yè)化合物。
制造商 | 商業(yè)品牌 |
索爾維SYENSQO | IXEF（1022,1622,1521,1524,3012) |
三菱工程塑料（MGC） | RENY |
普威塑料POLYWEL HPP | POLYWEL HPP(NX-50H,NX-60H,NX-6500NH)NX-30C |
結(jié)論
這款高性能聚酰胺兼具多項(xiàng)關(guān)鍵特性：其強(qiáng)度堪比金屬（室溫下，50% 玻纖填充量下的拉伸模量為 22 GPa），尺寸穩(wěn)定性高，吸水率比 PA 6.6 低 87%，且吸濕后仍保持高模量。在所有玻纖增強(qiáng)聚酰胺中，它擁有最佳的表面外觀（由于結(jié)晶細(xì)密，表面富含樹脂）。此外，其優(yōu)異的流動(dòng)性（與 PPS 相似）以及可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件幾何形狀的能力，使其成為您材料選擇的理想之選。