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耐高溫尼龍hpn的特性與應用
- 評論：0 瀏覽：5238 發布時間：2006/7/14
尼龍是一種廣泛應用的工程塑料，具有多種優異的性能。但傳統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發成功的HPN耐高溫尼龍具有熔點高、力學性能優異、不易吸濕等特點，在電子、電氣、汽車等領域具有廣闊的應用前景。
耐高溫尼龍HPN的特性
結晶性
HPN是一種耐熱聚酰胺。它是一種通過對苯二甲酸和1，6-己二胺發生縮聚作用而制成的半芳香族聚酰胺(圖1)。聚酰胺的結晶特性與其分子鏈上重復結構單元的單一性和聚合物分子的易動性有關。HPN分子鏈上含有苯環和較長的二胺柔性長鏈，使聚合物分子有適度的易動性，因此具有高的結晶速率和結晶度。
圖2是HPN的等速升溫(曲線1)和等速降溫(曲線2)DSC掃描曲線，升溫和降溫的速率都是10℃/min。從圖中可以看出，HPN在260℃左右結晶速率達到最快，其結晶曲線屬于前頃型，可見較易結晶。從圖中還可以計算出其熔融ΔHm為95J/g左右，根據熔融結晶度的計算公式可以計算出HPN的熔融結晶度為50.5%，而PA66的結晶度只有30%~35%。可見HPN具有較高的結晶度。
圖1 聚酰胺（尼龍）結構上的差異
高溫性能
圖2 HPN的DSC掃描曲線
材料的高溫性能可以通過耐峰值溫度性或短期的耐熱性來說明，如通過熔點、維卡軟點、熱變形溫度或在一定高溫條件下剛性和強度來表徵。
由圖2中的DSC升溫曲線可以看出，HPN的熔點Tm高達300℃，高于PA66約30℃，這與HPN分子鏈段上存在苯環有關。圖3是30%玻纖增強HPN和其它30%玻纖增強工程塑料的熱變形溫度和熔融范圍的比較。可見，30%玻纖增強HPN的熱變形溫度遠比其他三者高。
圖4是HPN和PA66在150℃加熱老化不同時間后分別在23℃和150℃測得的拉伸強度，可以看出，HPN在受熱后的強度下降較少，拉伸強度比PA66要高很多。
圖3 HPN的耐熱性
蠕變性能
圖4 150℃老化不同時間后分別在23℃和150℃測得的拉伸強度
HPN的高結晶性使得其在高溫下（大于120℃）仍然保持有優良的剛性，因而在耐蠕變性能方面比其它絕大多數的工程塑料都要優秀。
韌性
圖5比較的是未增強HPN和其他工程塑料的艾佐(Izod)沖擊強度。從圖中可以看出，特種工程塑料PES、PPS和PSU的Izod沖擊強度在6.5~7kJ/m2左右，PPA、PC、PEEK、PET、PA6/PA66和PEI在8~10kJ/m2之間，PA46的Izod沖擊強度稍大，在12kJ/m2左右，而HPN的則大于16kJ/m2。HPN更優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HPN的Izod缺口沖擊強度
圖6是35%玻纖增強的HPN、PA66和PA46的吸濕性比較。由圖中可以看出，HPN纖維增強產品具有較低的吸濕性，其吸水率僅為等量玻纖增強PA46產品的一半。這種低吸濕性可以為客戶節省更多的干燥費用，且制品的尺寸穩定性更好。
耐化學性
圖6 35%玻纖增強的HPN、PA66和PA46的吸濕性比較
聚酰胺類材料對多數的化學品具有良好的抵抗性。與其它聚酰胺類材料一樣，HPN也不例外，特別是在高溫下的耐油和油脂性非常良好。
HPN的應用前景
由于HPN能提供超過265℃的熱變形溫度(HDT)，因此它是一個適用于汽車、機械、電子/電氣工業中耐熱制件的理想工程塑料。同時，對于在短期高溫下必須保持結構完整性的制件(如在IR和波峰焊接中)，HPN也是理想的選擇。
在電子電氣工業的應用
尼龍在電氣及電子工業具有極大的潛力，低壓開關對尼龍的需求已經有很大的增長。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，由于電氣設備微型化的趨勢或工作電流的增加，其內部元件溫度會上升得相當高。集成電路板的持續微型化趨勢和表面實裝技術（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具有較高的長期使用溫度、較高的硬度和高溫時較低的蠕變等性能。
由于HPN杰出的內在特性，既具有超過265℃以上的熱變形溫度，又有杰出的韌性和極佳的流動性，因而能夠滿足SMT工藝對元器件的耐溫要求。用HPN高流動規格制成的塑料部件在高達270℃的回流焊接過程中仍能保持尺寸的一致性。此類塑料部件常常使用LCP等材料。但在性價比方面，HPN足以與PPS、PEI、PES和LCP材料相抗衡。因此HPN可應用于以下領域和巿場：斷路器，接插件如：電源連接器、存儲卡連接器、插座；電動機部件；計算機及其輔助設備；電氣產品及家用電器等。
HPN耐高溫尼龍可用于多種電子產品接插件。
（相片提供Photo Courtesy: PConline）
汽車工業應用
在汽車工業領域，耐熱塑料正在快速替代傳統的工程塑料和部分金屬。這一發展的推動力，主要源于適應汽車工業三大發展趨勢的要求﹕（1）提高安全、舒適；（2）要求更長使用壽命；（3）發動機區域溫度的提高。
HPN已經被證明是很理想的金屬替代材料，因為它具有非常好的抗蠕變、機械強度、剛性和高溫下抗疲勞，同時還保持眾所周知的塑料優點，即可循環使用，加工容易，減低重量和降低噪音及耐腐蝕。因此，非常適合應用于發動機（如發動機蓋、開關和連接器）、傳動系統（如軸承保持架）、空氣系統（如排氣控制系統）和進氣裝置等。
在這些區域，HPN都表現出有效的性能，如在發動機區域，用HPN做的鏈條張緊器磨損遠比PA66張緊器小。另外由于其高溫下的剛性，使得HPN可以被用來做成整體是塑料的部件。這樣的結果是成本降低，壽命比PA66系統要長3倍以上。HPN可以用于侵害性的介質油和高溫中，而普通尼龍會受到使用限制。因此HPN可以用來替代如PEEK等材料。
在汽車控制系統，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、連接器和開關等，由于有抗蠕變、抗疲勞強度和抗振動要求，通常都可以選用HPN。HPN還可應用在可回收式的油過濾器外殼，因為它必須承受來自發動機的高溫和路面的沖擊顛簸和惡劣氣候。
在汽車發電機系統，HPN可以應用于發電機、起動機和微電機。
總之，HPN的優異性能能夠帶給使用者或最終用戶的益處包括：優良的耐熱性；高溫下的高剛性；突出的韌性；良好的抗化學藥品性；優異的流動性；較低的材料成本；不產生飛邊，不需要后加工；從PA6、PA66或PET/PBT材料上轉換為HPN時，基本上不需要修改模具等，在各種要求耐高溫的應用場合中有廣闊的前景。