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耐高温尼龙HPN的特性与应用

时间: 2011-07-06 18:01 来源: 作者: 上海杰事杰新材料股份有限公司 张怀中 吕 点击:
尼龙是一种广泛应用的工程,具有多种优异的性能。但传统的尼龙材料也有许多不足,如容易吸湿、耐高温性能不足等。上海杰事杰新材料股份有限公司开发成功的HPN耐高温尼龙具有熔点高、力学性能优异、不易吸湿等特点,在电子、电气、汽车等领域具有广阔的应用前景。

耐高温尼龙HPN的特性

结晶性

HPN是一种耐热聚酰胺。它是一种通过对苯二甲酸和1,6-己二胺发生缩聚作用而制成的半芳香族聚酰胺(图1)。聚酰胺的结晶特性与其分子链上重复结构单元的单一性和聚合物分子的易动性有关。HPN分子链上含有苯环和较长的二胺柔性长链,使聚合物分子有适度的易动性,因此具有高的结晶速率和结晶度。


图1 聚酰胺(尼龙)结构上的差异

图2是HPN的等速升温(曲线1)和等速降温(曲线2)DSC扫描曲线,升温和降温的速率都是10℃/min。从图中可以看出,HPN在260℃左右结晶速率达到最快,其结晶曲线属于前顷型,可见较易结晶。从图中还可以计算出其熔融ΔHm为95J/g左右,根据熔融结晶度的计算公式可以计算出HPN的熔融结晶度为50.5%,而PA66的结晶度只有30%~35%。可见HPN具有较高的结晶度。


图2 HPN的DSC扫描曲线

高温性能

材料的高温性能可以通过耐峰值温度性或短期的耐热性来说明,如通过熔点、维卡软点、热变形温度或在一定高温条件下刚性和强度来表徵。

由图2中的DSC升温曲线可以看出,HPN的熔点Tm高达300℃,高于PA66约30℃,这与HPN分子链段上存在苯环有关。图3是30%玻纤增强HPN和其它30%玻纤增强的热变形温度和熔融范围的比较。可见,30%玻纤增强HPN的热变形温度远比其他三者高。


图3 HPN的耐热性

图4是HPN和PA66在150℃加热老化不同时间后分别在23℃和150℃测得的拉伸强度,可以看出,HPN在受热后的强度下降较少,拉伸强度比PA66要高很多。


图4 150℃老化不同时间后分别在23℃和150℃测得的拉伸强度

蠕变性能

HPN的高结晶性使得其在高温下(大于120℃)仍然保持有优良的刚性,因而在耐蠕变性能方面比其它绝大多数的工程塑料都要优秀。

韧性

图5比较的是未增强HPN和其他工程塑料的艾佐(Izod)冲击强度。从图中可以看出,特种工程塑料PES、PPS和PSU的Izod冲击强度在6.5~7kJ/m2左右,PPA、PC、PEEK、PET、PA6/PA66和PEI在8~10kJ/m2之间,PA46的Izod冲击强度稍大,在12kJ/m2左右,而HPN的则大于16kJ/m2。HPN更优异的冲击韧性使得其成为高要求制件的材料选择。


图5 未增强HPN的Izod缺口冲击强度

吸湿性

图6是35%玻纤增强的HPN、PA66和PA46的吸湿性比较。由图中可以看出,HPN纤维增强产品具有较低的吸湿性,其吸水率仅为等量玻纤增强PA46产品的一半。这种低吸湿性可以为客户节省更多的干燥费用,且制品的尺寸稳定性更好。


图6 35%玻纤增强的HPN、PA66和PA46的吸湿性比较

耐化学性

聚酰胺类材料对多数的化学品具有良好的抵抗性。与其它聚酰胺类材料一样,HPN也不例外,特别是在高温下的耐油和油脂性非常良好。

HPN的应用前景

由于HPN能提供超过265℃的热变形温度(HDT),因此它是一个适用于汽车、机械、电子/电气工业中耐热制件的理想工程塑料。同时,对于在短期高温下必须保持结构完整性的制件(如在IR和波峰焊接中),HPN也是理想的选择。

在电子电气工业的应用

尼龙在电气及电子工业具有极大的潜力,低压开关对尼龙的需求已经有很大的增长。在电器小型部件中,密集型插针要求抗漏电性能(CTI)很高的塑料材料。同时,由于电气设备微型化的趋势或工作电流的增加,其内部元件温度会上升得相当高。集成电路板的持续微型化趋势和表面实装技术(SMT)的广泛采用,催生了更加薄壁的小型表面贴装元件(SMD)。这些电子元件需要承受现代回流焊接工艺中的高峰值温度。这就要求使用的材料同时具有较高的长期使用温度、较高的硬度和高温时较低的蠕变等性能。


HPN耐高温尼龙可用于多种电子产品接插件。
(相片提供Photo Courtesy: PConline)

由于HPN杰出的内在特性,既具有超过265℃以上的热变形温度,又有杰出的韧性和极佳的流动性,因而能够满足SMT工艺对元器件的耐温要求。用HPN高流动规格制成的塑料部件在高达270℃的回流焊接过程中仍能保持尺寸的一致性。此类塑料部件常常使用LCP等材料。但在性价比方面,HPN足以与PPS、PEI、PES和LCP材料相抗衡。因此HPN可应用于以下领域和巿场:断路器,接插件如:电源连接器、存储卡连接器、插座;电动机部件;计算机及其辅助设备;电气产品及家用电器等。

汽车工业应用

在汽车工业领域,耐热塑料正在快速替代传统的工程塑料和部分金属。这一发展的推动力,主要源于适应汽车工业三大发展趋势的要求﹕(1)提高安全、舒适;(2)要求更长使用寿命;(3)发动机区域温度的提高。

HPN已经被证明是很理想的金属替代材料,因为它具有非常好的抗蠕变、机械强度、刚性和高温下抗疲劳,同时还保持众所周知的塑料优点,即可循环使用,加工容易,减低重量和降低噪音及耐腐蚀。因此,非常适合应用于发动机(如发动机盖、开关和连接器)、传动系统(如轴承保持架)、空气系统(如排气控制系统)和进气装置等。

在这些区域,HPN都表现出有效的性能,如在发动机区域,用HPN做的链条张紧器磨损远比PA66张紧器小。另外由于其高温下的刚性,使得HPN可以被用来做成整体是塑料的部件。这样的结果是成本降低,寿命比PA66系统要长3倍以上。HPN可以用于侵害性的介质油和高温中,而普通尼龙会受到使用限制。因此HPN可以用来替代如PEEK等材料。

在汽车控制系统,HPN的耐热性能被成功地使用在一系列的排气控制元件中。如:各种外壳、传感器、连接器和开关等,由于有抗蠕变、抗疲劳强度和抗振动要求,通常都可以选用HPN。HPN还可应用在可回收式的油过滤器外壳,因为它必须承受来自发动机的高温和路面的冲击颠簸和恶劣气候。

在汽车电机系统,HPN可以应用于发电机、起动机和微电机。

总之,HPN的优异性能能够带给使用者或最终用户的益处包括:优良的耐热性;高温下的高刚性;突出的韧性;良好的抗化学药品性;优异的流动性;较低的材料成本;不产生飞边,不需要后加工;从PA6、PA66或PET/PBT材料上转换为HPN时,基本上不需要修改模具等,在各种要求耐高温的应用场合中有广阔的前景。

原载《中国塑料》(end)

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