Características de la poliamida
Como plástico de ingeniería a gran escala, el nailon se utiliza ampliamente en maquinaria, automóviles, electrodomésticos, equipos textiles, equipos químicos, aviación, metalurgia y otros campos. Se ha convertido en un material estructural indispensable en diversas industrias. Sus principales características son las siguientes: 1. Excelentes propiedades mecánicas. El nailon tiene alta resistencia mecánica y buena tenacidad. 2. Buena resistencia a la fricción y autolubricación. El nailon tiene buenas propiedades autolubricantes y un pequeño coeficiente de fricción, por lo que tiene una larga vida útil como componente de transmisión. 3. Excelente resistencia al calor. Los nailon altamente cristalinos, como el nailon 46, tienen una temperatura de distorsión por calor muy alta y pueden usarse durante mucho tiempo a 150 °C. Después de reforzar el PA66 con fibra de vidrio, su temperatura de distorsión por calor alcanza más de 250 °C. 4. Excelentes propiedades de aislamiento eléctrico. El nailon tiene una resistencia de alto volumen y una alta resistencia al voltaje de ruptura, lo que lo convierte en un excelente material de aislamiento eléctrico y eléctrico. 5. Excelente resistencia a la intemperie. 6. Absorción de agua. El nailon tiene una alta absorción de agua y el agua saturada puede alcanzar más de 3. Afecta en cierta medida a la estabilidad dimensional de las piezas. Debido a la fuerte polaridad de la PA, tiene una fuerte higroscopicidad y una mala estabilidad dimensional, pero se puede mejorar mediante modificaciones.
1) PA reforzada con fibra de vidrio
Al añadir un 30% de fibra de vidrio al PA, se mejoran significativamente las propiedades mecánicas, la estabilidad dimensional, la resistencia al calor, la resistencia al envejecimiento y la resistencia a la fatiga del PA. La intensidad es 2,5 veces mayor que antes de la mejora. El proceso de moldeo de PA reforzada con fibra de vidrio es aproximadamente el mismo que sin refuerzo, pero debido a que el flujo es peor que antes del refuerzo, la presión y la velocidad de inyección deben aumentarse adecuadamente y la temperatura del cilindro debe aumentarse entre 10 y 40°. DO. Dado que la fibra de vidrio se orientará a lo largo de la dirección del flujo durante el proceso de moldeo por inyección, las propiedades mecánicas y la contracción mejorarán en la dirección de orientación, lo que provocará que el producto se deforme y se deforme. Por lo tanto, al diseñar el molde, la ubicación y la forma de. la puerta debe ser razonable y el proceso se puede mejorar. Después de sacar el producto, colóquelo en agua caliente y déjelo enfriar lentamente. Además, cuanto mayor sea la proporción de fibra de vidrio añadida, mayor será el desgaste de los componentes plastificantes de la máquina de moldeo por inyección. Lo mejor es utilizar tornillos y cilindros bimetálicos.
2) PA retardante de llama
Dado que se añaden retardantes de llama a la PA, la mayoría de los retardantes de llama son fáciles de descomponer a altas temperaturas y liberan sustancias ácidas, que son corrosivas para los metales. , los componentes plastificantes (tornillo, cabeza de pegamento, anillo de pegamento, arandela de pegamento, brida, etc.) deben estar cromados duros. En términos de tecnología, trate de controlar que la temperatura del cilindro no sea demasiado alta y que la velocidad de inyección no sea demasiado rápida para evitar la decoloración del producto y una disminución de las propiedades mecánicas provocadas por la descomposición del material de caucho debido a una temperatura excesiva. .
3) PA transparente
Tiene buena resistencia a la tracción, resistencia al impacto, rigidez, resistencia al desgaste, resistencia química, dureza de la superficie y otras propiedades, y tiene una alta transmitancia de luz, que es consistente. con vidrio óptico es similar y la temperatura de procesamiento es de 300 a 315 ℃ Durante el moldeo y el procesamiento, la temperatura del cilindro debe controlarse estrictamente. Si la temperatura de fusión es demasiado alta, provocará la decoloración del producto debido a la degradación. Si la temperatura es demasiado baja, la transparencia del producto se verá afectada debido a una mala plastificación. La temperatura del molde debe ser lo más baja posible. Una temperatura alta del molde reducirá la transparencia del producto debido a la cristalización.
4) PA resistente a la intemperie
Añadidos aditivos que absorben los rayos UV, como el negro de carbón, al PA, estos mejoran en gran medida las propiedades autolubricantes del PA y el desgaste del metal. Durante el moldeo y el procesamiento afectará el corte y el desgaste de las piezas de la máquina. Por lo tanto, es necesario utilizar una combinación de tornillo, cilindro, cabeza de caucho, anillo de caucho y arandela de caucho con una gran capacidad de alimentación y alta resistencia al desgaste. Los productos de poliamida están presentes en la vida diaria, pero pocas personas conocen su historia. La poliamida es la primera fibra sintética desarrollada en el mundo.
Carothers nació el 27 de abril de 1896 en Burlington, Lowa, Estados Unidos. Comenzó su educación en las escuelas públicas de Des Moines, graduándose de Northern High School en 1914. El padre de Carruthers enseñó en la Escuela de Negocios de Des Moines y luego se desempeñó como decano asociado. Influenciado por su padre, Carothers ingresó a la universidad para estudiar contabilidad a la edad de 18 años. No estaba interesado en esta especialidad, pero le gustaba la química y otras ciencias naturales, por lo que se trasladó a una universidad más pequeña de Química. Recibió su título de Licenciatura en Ciencias en 1920. Obtuvo una maestría de la Universidad de Illinois en 1921 y luego enseñó en la Universidad de Dakota del Sur, enseñando química analítica y química física. En 1923, regresó a la Universidad de Illinois para realizar un doctorado en filosofía en química orgánica.
Bajo la dirección de su mentor, el profesor Roger Adams (1889-1971), completó una tesis sobre la hidrogenación catalítica del negro de platino, que inicialmente reveló su talento. Después de doctorarse, se quedó en la escuela para trabajar. En 1926, fue a la Universidad de Harvard para enseñar química orgánica. Debido a la personalidad introvertida de Carothers, creía que dedicarse a la investigación científica podría utilizar mejor su talento, por lo que fue contratado por DuPont en 1928. Cuando Carothers llegó a DuPont, hubo un intenso debate internacional sobre la teoría de los polímeros propuesta por el químico orgánico alemán Hermann Staudinger (1881-1965). Carothers la elogió y apoyó. Staudinger estaba decidido a confirmar la exactitud de esta teoría mediante experimentos. tomó la exploración de polímeros como la principal dirección de investigación del Departamento de Química Orgánica. Al principio, Carothers eligió la reacción de dioles y ácidos dicarboxílicos, con la esperanza de utilizar esta conocida reacción para comprender la relación entre la estructura de las moléculas orgánicas y sus propiedades. En el experimento de reacción de policondensación se obtuvieron moléculas de poliéster con un peso molecular de aproximadamente 5000. Para aumentar aún más el grado de polimerización, Carothers mejoró el destilador de alto vacío y controló estrictamente la relación de reacción, de modo que la reacción pudiera desarrollarse por completo, y el peso molecular del polímero alcanzó de 10.000 a 20.000 en menos de dos años.
En 1930, Carothers utilizó la condensación de etilenglicol y ácido sebácico para preparar poliéster. En el experimento, su colega Hill descubrió esto al sacar el poliéster fundido del reactor. Un fenómeno interesante: este fundido. El polímero se puede extraer como malvaviscos y los filamentos fibrosos pueden continuar estirándose incluso después de enfriarse, y la longitud estirada puede alcanzar varias veces su longitud original. La resistencia y elasticidad de la fibra aumentan considerablemente después del estiramiento. Este fenómeno sin precedentes les dio la corazonada de que esta propiedad puede tener un valor de aplicación significativo y que podría ser posible hilar fibras a partir de polímeros fundidos. Luego llevaron a cabo una investigación en profundidad sobre una serie de compuestos de poliéster. Dado que los poliésteres estudiados en ese momento eran todos polímeros de ácidos grasos y alcoholes grasos y tenían desventajas tales como fácil hidrólisis, bajo punto de fusión (lt; 100°C) y fácil disolución en solventes orgánicos, Carothers concluyó que los poliésteres no tenían la Llegó a una conclusión equivocada sobre la fabricación de fibras sintéticas y finalmente abandonó la investigación sobre el poliéster. Por cierto, justo después de que Carothers abandonara esta investigación, el británico T.R Whinfield (1901-1966), basándose en los resultados de esta investigación, cambió al ácido carboxílico aromático (ácido tereftálico). Después de la reacción de policondensación con glicol, se sintetizó fibra de poliéster. 1940, lo que fue una lástima para Carothers.
Para sintetizar polímeros con altos puntos de fusión y alto rendimiento, Carothers y sus colegas centraron su atención en la polimerización por condensación de diaminas y ácidos dicarboxílicos. A lo largo de varios años, Ricarothers y sus colegas prepararon un. variedad de poliamidas a partir de diferentes polimerizaciones de diaminas y ácidos dibásicos, pero las propiedades de estos materiales no eran ideales. A principios de 1935, Carothers decidió sintetizar poliamida (es decir, poliamida 510) utilizando pentametilenodiamina y ácido sebácico. Los resultados experimentales mostraron que la resistencia y elasticidad de la fibra extraída de esta poliamida excedía la de la seda y no era fácil absorber agua. y era muy difícil de absorber. La desventaja es que el punto de fusión es bajo, las materias primas utilizadas son muy caras y no son adecuadas para la producción comercial. Luego Carothers eligió la hexametilendiamina y el ácido adípico para la reacción de policondensación y finalmente sintetizó la poliamida 66 el 28 de febrero de 1935. Este polímero es insoluble en disolventes ordinarios y tiene un alto punto de fusión de 263°C. Dado que su estructura y propiedades se acercan más a la seda natural, la fibra estirada tiene la apariencia y el brillo de la seda, y su resistencia al desgaste y su resistencia superan a las de cualquier fibra. En ese momento, y los precios de las materias primas son relativamente baratos, DuPont decidió llevar a cabo la producción y el desarrollo del producto.
Para convertir los resultados del laboratorio en mercancías, el primero es resolver las fuentes industriales de materias primas; el segundo es desarrollar tecnologías y equipos de producción como transporte, medición y bobinado en el hilado por fusión; proceso. .
Las materias primas necesarias para la producción de poliamida 66: ácido adípico y hexametilendiamina se utilizaban entonces sólo como reactivos en los laboratorios. Fue necesario desarrollar y producir grandes cantidades de ácido adípico y hexametilendiamina a precios asequibles. para experimentos de desarrollo En 1936, una planta química en Virginia Occidental utilizó una nueva tecnología catalítica para producir en masa ácido adípico a partir de fenol barato y luego inventó un nuevo proceso para producir hexametilendiamina a partir de ácido adípico. DuPont fue pionera en una nueva tecnología de hilado por fusión, que calienta y funde la polifenolamina 66, la filtra y luego la inhala en una bomba. Se pulveriza en los filamentos a través de componentes clave (hiladoras). Los filamentos expulsados se enfrían con aire y luego se estiran. y forma. La prueba piloto finalizó en julio de 1938 y se produjo por primera vez fibra de poliamida. Ese mismo mes se comercializaron cepillos de dientes con cerdas de poliamida 66. El 27 de octubre, DuPont anunció oficialmente el nacimiento de la primera fibra sintética del mundo y nombró a la fibra sintética polifenolamina 66 como poliamida (nylon). La palabra más tarde se convirtió en poliamida sintética, el nombre comercial común de la fibra. DuPont tardó 11 años en comenzar con la investigación básica sobre polímeros, gastó 22 millones de dólares y 230 expertos participaron en el trabajo correspondiente. Finalmente logró la producción industrial a finales de 1939. Es una lástima que Carothers, el inventor del nailon, no viera la aplicación práctica de la poliamida. Como Carothers siempre había estado deprimido mentalmente, tenía una idea de la que no podía deshacerse. Siempre pensó que era un fracaso como científico. Además, la muerte de su querida hermana gemela en 1936 empeoró aún más su estado de ánimo. Este hombre que trabajó en polímeros Un químico que hizo destacados aportes al campo de la química se suicidó el 29 de abril de 1937, al beber jugo de limón mezclado con cianuro de potasio en una habitación de hotel en Filadelfia, Estados Unidos. Para conmemorar los logros de Carothers, DuPont cambió el nombre del laboratorio de investigación de poliamida en la fábrica de Umilt a Laboratorio de Investigación Carothers en 1946.
La síntesis de poliamida sentó las bases para la industria de las fibras sintéticas, y la aparición de la poliamida dio a los textiles un aspecto completamente nuevo. Las medias de poliamida tejidas con esta fibra son transparentes y más duraderas que las medias. El 24 de octubre de 1939, DuPont causó sensación cuando vendió públicamente medias de poliamida en su sede. Se consideraban artículos raros y la gente se apresuraba a comprarlas, provocando confusión. La situación obligó a los órganos de seguridad pública a enviar policías para mantener el orden. La gente ha utilizado palabras y frases para elogiar esta fibra: tan fina como la seda de araña, tan fuerte como el alambre de acero y tan hermosa como la seda. En mayo de 1940, las telas de fibra de poliamida se vendían en todo Estados Unidos. Desde el estallido de la Segunda Guerra Mundial hasta 1945, la industria de la poliamida se dedicó a la producción de paracaídas, tejidos para cordones de neumáticos de aviones, uniformes militares y otros productos militares. Debido a las características y la amplia gama de usos de la poliamida, se desarrolló muy rápidamente después de la Segunda Guerra Mundial. Diversos productos de poliamida, desde medias y prendas de vestir hasta alfombras, redes de pesca, etc., aparecieron de innumerables formas. En los primeros diez años, la producción aumentó 25 veces, representando más de la mitad de las fibras sintéticas en 1964. Aunque la producción total de fibra de poliamida ya no es tan grande como la de la fibra de poliéster, sigue siendo una de las tres principales fibras sintéticas.
La invención de la poliamida comenzó a partir de una investigación básica sin un propósito de aplicación claro, pero eventualmente condujo a la producción de productos de nailon que cambiaron la vida de las personas, convirtiéndose en un ejemplo muy exitoso de investigación científica básica realizada por empresas. Hace que la gente se dé cuenta de que la ciencia debe estar por delante de la tecnología y la tecnología debe estar por delante de la producción. Sin investigación científica y sin logros tecnológicos, el desarrollo de nuevos productos es imposible. Desde entonces, la investigación científica básica realizada o financiada por empresas ha surgido en todo el mundo, lo que ha permitido que los resultados de la investigación científica básica se transformen en productividad más rápidamente.
La síntesis de poliamida es un hito importante en el desarrollo de la química de los polímeros. Antes de que DuPont llevara a cabo esta investigación, el intenso debate internacional sobre la teoría de la estructura de la cadena polimérica se debía principalmente a la falta de hechos experimentales claros e indudables que la respaldaran. En ese momento, se realizaba poca investigación sobre la reacción de policondensación y los productos de policondensación resultantes no eran perfectos. Carothers adoptó un método que excedía con creces los procedimientos generales para la síntesis orgánica. Cuando realizó reacciones de policondensación de polímeros, tenía requisitos muy estrictos sobre la proporción de reactivos, con una diferencia que no excedía 1. El grado de reacción de policondensación es bastante completo, superando el 99,5, sintetizando así polímeros con pesos moleculares de hasta aproximadamente 20.000.
La investigación de Carothers demostró que los polímeros son macromoléculas reales que se pueden obtener mediante reacciones orgánicas conocidas. Cada molécula de su reacción de polimerización por condensación contiene dos o más grupos reactivos que están conectados entre sí mediante enlaces de valencia positivos, en lugar de simplemente unir pequeñas moléculas. por una fuerza incierta, revelando así la ley de polimerización por condensación. Carothers clasificó los compuestos poliméricos en dos categorías mediante el estudio de reacciones de polimerización: uno son los polímeros de condensación obtenidos por polimerización por condensación y el otro son los polímeros de adición obtenidos por polimerización por adición. El asistente de Carothers, Paul J. Flory (1910-1986), resumió una serie de reacciones de policondensación como la poliamida. En 1939, propuso el principio básico de que todos los grupos funcionales en la reacción de policondensación tienen la misma actividad y propuso una cinética de polimerización por condensación y cuantitativa. Relación entre el peso molecular y el grado de la reacción de policondensación. Posteriormente, estudió la mecánica estadística de soluciones poliméricas y la mecánica estadística de modelos y conformaciones de polímeros, y ganó el Premio Nobel de Química en 1974. La síntesis de la poliamida demostró efectivamente la existencia de los polímeros y convenció a la gente de la teoría de Staudinger. A partir de entonces, la química de los polímeros quedó verdaderamente establecida. El nailon es una resina cristalina translúcida angular resistente o de color blanco lechoso. Como plástico de ingeniería, el peso molecular del nailon es generalmente de 15.000 a 30.000. El nailon tiene alta resistencia mecánica, alto punto de reblandecimiento, resistencia al calor, bajo coeficiente de fricción, resistencia al desgaste y autodesgaste. -Propiedades de lubricación, absorción de impactos y reducción de ruido, resistencia al aceite, resistencia a ácidos débiles, resistencia a álcalis y disolventes en general, buen aislamiento eléctrico, autoextinguible, no tóxico, inodoro, buena resistencia a la intemperie, mala teñibilidad. La desventaja es que tiene una alta absorción de agua, lo que afecta la estabilidad dimensional y las propiedades eléctricas. El refuerzo de fibra puede reducir la tasa de absorción de agua de la resina, lo que le permite trabajar a altas temperaturas y alta humedad. El nailon tiene muy buena afinidad con la fibra de vidrio.
El nailon 66 tiene la mayor dureza y rigidez entre los nailon, pero la peor tenacidad. El punto de fusión del PA66 es de aproximadamente 280 °C, que varía de un fabricante a otro. Se encenderá espontáneamente a 449 ~ 499 °C.
El nailon tiene una buena fluidez de fusión, por lo que el espesor de pared del producto puede ser tan pequeño como 1 mm. Debido a que el nailon tiene muchas propiedades, se usa ampliamente en automóviles, equipos eléctricos, piezas mecánicas, equipos de transporte, textiles, maquinaria de fabricación de papel, etc.
A medida que se acelera el proceso de miniaturización de los automóviles, los equipos electrónicos y eléctricos de alto rendimiento y los equipos mecánicos livianos, la demanda de nailon será cada vez mayor. En particular, el nailon, como material estructural, impone altos requisitos en cuanto a su resistencia, resistencia al calor, resistencia al frío, etc. Las deficiencias inherentes del nailon también son factores importantes que limitan su aplicación. Especialmente para las dos variedades principales de PA6 y PA66, tienen una fuerte ventaja de precio en comparación con PA46, PAl2 y otras variedades, aunque algunas propiedades no pueden cumplir con los requisitos de desarrollo de industrias relacionadas. . Por lo tanto, es necesario apuntar a un determinado campo de aplicación y ampliar su campo de aplicación mediante la modificación y mejora de determinadas propiedades. Principalmente modificado en los siguientes aspectos.
① Mejora la absorción de agua del nailon y mejora la estabilidad dimensional del producto.
② Mejorar el retardo de llama del nailon para cumplir con los requisitos de las industrias electrónica, eléctrica, de comunicaciones y otras.
③Mejora la resistencia mecánica del nailon para alcanzar la resistencia de los materiales metálicos y reemplazar el metal.
④Mejora la resistencia a bajas temperaturas del nailon y mejora su capacidad para resistir la tensión ambiental.
⑤ Mejorar la resistencia al desgaste del nailon para adaptarse a ocasiones con altos requisitos de resistencia al desgaste.
⑥ Mejorar las propiedades antiestáticas del nailon para cumplir con los requisitos de la minería y sus aplicaciones mecánicas.
⑦ Mejora la resistencia al calor del nailon para adaptarse a zonas con resistencia a altas temperaturas, como motores de automóviles.
⑧Reducir el coste del nailon y mejorar la competitividad del producto.
En resumen, a través de las mejoras anteriores, se puede lograr el alto rendimiento y la funcionalización de los materiales compuestos de nailon, promoviendo así el desarrollo de productos en industrias relacionadas hacia un alto rendimiento y alta calidad.
El último desarrollo de productos de PA modificados
Como se mencionó anteriormente, el PA reforzado con fibra de vidrio se investigó en la década de 1950, pero se industrializó en la década de 1970 desde 1976 después de DuPont en los Estados Unidos. Los estados desarrollaron PA66 súper resistente en 2008, las principales empresas de varios países han desarrollado nuevos productos de PA modificados. Estados Unidos, Europa occidental, Japón, Países Bajos, Italia, etc. han desarrollado vigorosamente PA reforzado, PA ignífugo y PA relleno. Y una gran cantidad de PA modificados puestos en el mercado.
En la década de 1980, el desarrollo exitoso de la tecnología de compatibilizadores impulsó el desarrollo de aleaciones de PA. Países de todo el mundo han desarrollado sucesivamente PA/PE, PA/PP, PA/ABS, PA/PC y PA/. PBT, PA/MASCOTA, PA/PPO, PA/PPS, PA/I. Miles de aleaciones como CP (polímero de cristal líquido) y PA/PA se utilizan ampliamente en automóviles, motocicletas, electrónica, maquinaria eléctrica, textiles, artículos deportivos, material de oficina, componentes de electrodomésticos y otras industrias.
En la década de 1990, las nuevas variedades de nailon modificado continuaron aumentando. Durante este período, el nailon modificado se comercializó, formó una nueva industria y se desarrolló rápidamente. A finales de la década de 1990, la producción mundial de aleaciones de nailon. 1,1 millones de toneladas/año.
En términos de desarrollo de productos, el nailon de alto rendimiento PPO/PA6, PPS/PA66, el nailon endurecido, el nanonylon y el nailon retardante de llama sin halógenos son las principales direcciones en términos de aplicación; piezas de automóviles y componentes eléctricos Se han logrado avances significativos en el desarrollo. Por ejemplo, se ha comercializado nailon modificado de alto flujo para colectores de admisión de automóviles. Además de ser de gran importancia en términos de aplicación, también se está extendiendo la plastificación de componentes estructurales tan complejos. la vida útil del componente. Promover el desarrollo de la tecnología de procesamiento de plásticos de ingeniería.
La tendencia de desarrollo del nailon modificado
Como la variedad más grande e importante de plásticos de ingeniería, el nailon tiene una gran vitalidad, principalmente porque puede alcanzar un alto rendimiento después de la modificación, seguido por industrias como Como los automóviles, los electrodomésticos, las comunicaciones, la electrónica y la maquinaria tienen requisitos cada vez más estrictos para productos de alto rendimiento, el rápido desarrollo de industrias relacionadas ha promovido el proceso de plásticos de ingeniería de alto rendimiento. Las tendencias de desarrollo futuro del nailon modificado son las siguientes.
① La demanda del mercado de nailon de alta resistencia y alta rigidez está aumentando. Nuevos materiales de refuerzo, como el refuerzo de bigotes inorgánicos y el PA reforzado con fibra de carbono, se convertirán en variedades importantes, utilizadas principalmente en piezas de motores de automóviles y piezas de maquinaria. y componentes de equipos aeroespaciales.
②La aleación de nailon se convertirá en la corriente principal en el desarrollo de plásticos de ingeniería modificados. La aleación de nailon es una forma importante de lograr un alto rendimiento del nailon y también es el medio principal para fabricar materiales de nailon especiales y mejorar el rendimiento del nailon. Al mezclar otros polímeros, se puede mejorar la absorción de agua del nailon, la estabilidad dimensional del producto, así como la fragilidad a baja temperatura, la resistencia al calor y la resistencia al desgaste. Por tanto, se puede utilizar para diferentes tipos de vehículos.
③La tecnología de fabricación y la aplicación del nanonylon se desarrollarán rápidamente. La ventaja del nanonylon es que sus propiedades térmicas, mecánicas, retardantes de llama y de barrera son superiores a las del nailon puro, mientras que su coste de fabricación es equivalente al del nailon ordinario. Por tanto, es muy competitivo.
④La cantidad de nailon ignífugo utilizado en electrónica, electricidad y aparatos eléctricos aumenta día a día, y el nailon ignífugo verde está recibiendo cada vez más atención por parte del mercado.
⑤ El nailon antiestático, conductor y el nailon magnético se convertirán en los materiales preferidos para equipos electrónicos, maquinaria minera y maquinaria textil.
⑥La investigación y aplicación de coadyuvantes de procesamiento promoverán la funcionalización y el proceso de alto rendimiento del nailon modificado.
⑦La aplicación de tecnología integral y el refinamiento de productos son la fuerza impulsora para el desarrollo de su industria.