Polyamide (Nylon-PA)

Nylon is een naam voor polyamidevezel (nylon). Nylon is de eerste synthetische vezel ter wereld. Nylon werd ontwikkeld door de Amerikaanse wetenschapper Carothers en een onderzoeksteam onder zijn leiding.

De opkomst van nylon heeft textiel een nieuwe look gegeven. De synthese ervan is een grote doorbraak in de synthetische vezelindustrie en ook een zeer belangrijke mijlpaal in de polymeerchemie.

Structuur

Polyamide, beter bekend als nylon, is een algemene term voor thermoplastische harsen die herhalende amidegroepen ([NHCO]) in de hoofdketen van het molecuul bevatten, waaronder alifatisch PA, alifatisch-aromatisch PA en aromatisch PA. Van deze soorten kent alifatisch PA vele varianten, een hoge productie en een breed toepassingsgebied. De naam wordt bepaald door het specifieke aantal koolstofatomen in het synthetische monomeer.

Moleculaire structuur

Veelgebruikte nylonvezels kunnen in twee categorieën worden verdeeld.

Eén type is polydizuurdiamine, verkregen door polycondensatie van diamine en dizuur. De chemische structuur van de lange ketenmolecule is:

H-[HN(CH2)xNHCO(CH2)yCO]-OH

Het relatieve molecuulgewicht van dit type nylon is over het algemeen 17000-23000. Verschillende nylonproducten kunnen worden verkregen op basis van de verschillende koolstofatomen van het gebruikte diamine en dibasische zuur, en kunnen worden onderscheiden door de nummers die na het nylon worden toegevoegd, waarbij het eerste nummer het koolstofnummer van het diamine is en het tweede nummer het koolstofnummer van het dibasische zuur. Nylon 66 betekent bijvoorbeeld dat het wordt gemaakt door polycondensatie van hexamethyleendiamine en adipinezuur; nylon 610 betekent dat het wordt gemaakt door hexamethyleendiamine en sebacinezuur.

Het andere type wordt verkregen door lactampolycondensatie of ringopeningspolymerisatie, en de chemische structuur van de langeketenmolecule is:

H-[NH(CH2)xCO]-OH

Verschillende soorten vezels worden genoemd naar het aantal koolstofatomen in hun eenheidsstructuren. Bijvoorbeeld, nylon 6 betekent dat het wordt verkregen door ringopeningspolymerisatie van caprolactam met 6 koolstofatomen.

Nylon 6, nylon 66 en andere alifatische nylons zijn samengesteld uit lineaire macromoleculen met amidebindingen (-NHCO-). Nylonmoleculen bevatten -CO- en -NH- groepen, die waterstofbruggen kunnen vormen tussen of binnen moleculen, en kunnen ook combineren met andere moleculen, dus nylon heeft een goed vochtabsorptievermogen en kan een goede kristalstructuur vormen.

De -CH2- (methyleen) in het nylonmolecuul kan alleen zwakke van der Waals-krachten produceren, dus de mate van moleculaire ketenkrulling van het -CH2-segment is relatief groot. De verschillende aantallen -CH2- in verschillende nylons zorgen ervoor dat de waterstofbindingen tussen moleculen verschillen, en de waarschijnlijkheid van moleculaire krullen is ook verschillend. Bovendien hebben sommige nylonmoleculen een richting. De verschillende moleculaire richtingen zullen resulteren in verschillende structurele eigenschappen van de vezels.

Morfologische structuur

De morfologische structuur van nylon gemaakt door smeltspinnen heeft een ronde doorsnede en geen speciale longitudinale structuur waargenomen onder een microscoop. Onder een elektronenmicroscoop kan filamenteus fibrilweefsel worden waargenomen en de fibrilbreedte van nylon 66 is ongeveer 10-15 nm. Als een speciaal gevormde spindop wordt gebruikt, kan nylon met verschillende speciale dwarsdoorsnedevormen worden gemaakt, zoals veelhoekige, meerlobbige, holle en andere speciaal gevormde dwarsdoorsneden. De gefocuste toestandsstructuur is nauw verwant aan het rekken en de warmtebehandeling van het spinproces. De hoofdketens van de macromoleculen van verschillende nylons zijn verbonden door koolstofatomen en stikstofatomen.

Speciaal gevormde vezels kunnen de elasticiteit van vezels veranderen, ze een speciale glans en volume geven, en de cohesie en het dekkend vermogen van de vezel verbeteren, evenals anti-pilling en antistatische eigenschappen. Driehoekige vezels hebben bijvoorbeeld een flitsend effect; pentaflobale vezels hebben een glans als vet licht, voelen goed aan en zijn anti-pilling; holle vezels hebben een holte aan de binnenkant, lage dichtheid en goede warmtebehoud.

Polyamide (PA, algemeen bekend als nylon) is een hars die voor het eerst werd ontwikkeld door DuPont in de Verenigde Staten voor vezels en in 1939 werd geïndustrialiseerd. In de jaren 1950 begon het bedrijf met de ontwikkeling en productie van spuitgegoten producten om metalen te vervangen en te voldoen aan de eisen van lichtgewicht en kostenbesparende downstream industriële producten. De hoofdketen van polyamide bevat veel herhaalde amidegroepen. Wanneer het als kunststof wordt gebruikt, wordt het nylon genoemd. Wanneer het als synthetische vezel wordt gebruikt, noemt het bedrijf het nylon. Polyamide kan worden bereid uit diaminen en dibasische zuren, of het kan worden gesynthetiseerd uit ω-aminozuren of cyclische lactamen. Afhankelijk van het aantal koolstofatomen in diaminen, dibasische zuren of aminozuren, kan een verscheidenheid aan verschillende polyamiden worden geproduceerd. Er zijn tientallen polyamidevariëteiten, waarvan polyamide-6, polyamide-66 en polyamide-610 de meest gebruikte zijn.

De ketenstructuren van polyamide-6, polyamide-66 en polyamide-610 zijn respectievelijk [NH(CH2)5CO], [NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO] en [NH(CH2)6NHCO(CH2)8CO]. Polyamide-6 en polyamide-66 worden voornamelijk gebruikt voor het spinnen van synthetische vezels, genaamd nylon-6 en nylon-66. Nylon-610 is een thermoplastische technische kunststof met uitstekende mechanische eigenschappen.

PA heeft goede uitgebreide eigenschappen, waaronder mechanische eigenschappen, hittebestendigheid, slijtvastheid, chemische bestendigheid en zelf-smering, en heeft een lage wrijvingscoëfficiënt, bepaalde vlamvertraging en is gemakkelijk te verwerken. Het is geschikt voor het vullen en versterken van modificatie met glasvezel en andere vulstoffen om de prestaties te verbeteren en het toepassingsgebied uit te breiden.

Er bestaan ​​veel varianten van PA, waaronder PA6, PA66, PA11, PA12, PA46, PA610, PA612, PA1010, enz., evenals vele nieuwe varianten zoals semi-aromatisch nylon PA6T en speciaal nylon dat de afgelopen jaren is ontwikkeld. Nylon-6 kunststofproducten kunnen metaalnatrium, natriumhydroxide, enz. als hoofdkatalysator gebruiken, N-acetylcaprolactam als co-katalysator, en δ-caprolactam rechtstreeks in het model vormen door middel van negatieve ionenringopeningspolymerisatie, wat gegoten nylon wordt genoemd. Deze methode is handig voor de productie van grote kunststofonderdelen.

Gebruik

Polyamide wordt voornamelijk gebruikt voor synthetische vezels. Het meest prominente voordeel is dat het een hogere slijtvastheid heeft dan alle andere vezels. Het is 10 keer slijtvaster dan katoen en 20 keer slijtvaster dan wol. Door een beetje polyamidevezel toe te voegen aan gemengde stoffen kan de slijtvastheid aanzienlijk worden verbeterd. Wanneer het wordt uitgerekt tot 3-6%, kan het elastische herstelpercentage 100% bereiken; het kan tienduizenden vouwen en buigingen weerstaan ​​zonder te breken.

De sterkte van polyamidevezel is 1-2 keer hoger dan katoen, 4-5 keer hoger dan wol en 3 keer hoger dan viscosevezel. Polyamidevezel heeft echter een slechte hittebestendigheid en lichtbestendigheid en de retentie is niet goed. Kleding die ervan wordt gemaakt, is niet zo fris als polyester. Bovendien hebben nylon-66 en nylon-6 die voor kleding worden gebruikt de nadelen van slechte vochtabsorptie en verfbaarheid. Om deze reden zijn er nieuwe soorten polyamidevezels ontwikkeld -nylon-3 en nylon-4 nieuwe polyamidevezels, die licht, kreukvrij, ademend zijn en een goede duurzaamheid, verfbaarheid en warmtevastheid hebben, en daarom worden beschouwd als grote ontwikkelingsvooruitzichten te hebben.

Dit soort product heeft een breed scala aan toepassingen. Het is een goed materiaal om staal, ijzer, koper en andere metalen te vervangen door kunststoffen. Het is een belangrijk technisch plastic. Gegoten nylon vervangt op grote schaal slijtvaste onderdelen van mechanische apparatuur en vervangt koper en legeringen als slijtvaste onderdelen van apparatuur. Het is geschikt voor het maken van slijtvaste onderdelen, transmissiestructuuronderdelen, onderdelen van huishoudelijke apparaten, onderdelen van autoproductie, schroefstangen om mechanische onderdelen te voorkomen, onderdelen van chemische machines en chemische apparatuur. Zoals turbines, tandwielen, lagers, waaiers, krukken, instrumentenpanelen, aandrijfassen, kleppen, bladen, schroefstangen, hogedrukreinigers, schroeven, moeren, afdichtingen, shuttles, hulzen, hulsconnectoren, enz.

Vervang koper en andere metalen

Omdat polyamide niet-toxisch, lichtgewicht, uitstekende mechanische sterkte, slijtvastheid en goede corrosiebestendigheid heeft, wordt het veel gebruikt om koper en andere metalen te vervangen bij de productie van lagers, tandwielen, pompbladen en andere onderdelen in de machine-, chemische, instrumentatie-, automobiel- en andere industrieën. Nadat polyamide tot garen is gesmolten, heeft het een hoge sterkte en wordt het voornamelijk gebruikt als synthetische vezel en medische hechtdraad.

Wordt gebruikt in diverse medische en gebreide producten

In civiel gebruik kan het worden gemengd of gesponnen tot verschillende medische en gebreide producten. Nylon filamenten worden meestal gebruikt in de brei- en zijde-industrie, zoals enkele kousen, elastische kousen en andere slijtvaste nylon kousen, nylon sjaals, muskietennetten, nylon kant, elastische nylon bovenkleding, verschillende nylon zijdes of verweven zijdeproducten. Nylon stapelvezels worden meestal gebruikt om te mengen met wol of andere chemische vezelwolproducten om verschillende slijtvaste en duurzame kledingmaterialen te maken.

In de industrie wordt nylon in grote hoeveelheden gebruikt voor de productie van koorden, industriële stoffen, kabels, transportbanden, tenten, visnetten, etc. In de landsverdediging wordt het vooral gebruikt voor parachutes en andere militaire stoffen.

R&D-geschiedenis

In 1927 besloot het grootste chemische bedrijf in de Verenigde Staten om $ 250,000 per jaar aan onderzoekskosten te betalen en begon chemische onderzoekers in dienst te nemen.

In 1928 richtte het bedrijf het Institute of Basic Chemistry op en Dr. Carothers, die pas 32 jaar oud was, werd aangenomen als directeur van het instituut. Hij hield zich voornamelijk bezig met onderzoek naar polymerisatiereacties. Hij bestudeerde eerst de polycondensatiereactie van bifunctionele moleculen en synthetiseerde polyesters met een lange keten en een hoog moleculair gewicht door de veresteringscondensatie van diolen en dicarbonzuren. In minder dan twee jaar boekte Carothers belangrijke vooruitgang in de bereiding van lineaire polymeren, met name polyesters, en verhoogde het relatieve molecuulgewicht van polymeren tot 10,000-25,000. Hij noemde polymeren met een relatief molecuulgewicht hoger dan 10,000 superpolymeren.

In 1930 ontdekte Carothers' assistent dat het gesmolten polyester, gemaakt van diolen en dicarbonzuren door polycondensatiereactie, tot draden kon worden getrokken als suikerspin, en dat de vezelige filamenten zelfs na afkoeling konden blijven rekken, waarbij de reklengte meerdere malen de oorspronkelijke was. Na afkoeling en rekken werden de sterkte, elasticiteit, transparantie en glans van de vezels aanzienlijk vergroot.

De unieke eigenschappen van dit polyester gaven hen het gevoel dat het een grote commerciële waarde zou kunnen hebben en dat het mogelijk zou kunnen zijn om vezels te spinnen uit het gesmolten polymeer. Echter, verder onderzoek toonde aan dat het verkrijgen van vezels uit polyester slechts van theoretisch belang was. Omdat hoog polyester smelt onder de 100°C en bijzonder oplosbaar is in verschillende organische oplosmiddelen, is het slechts iets stabieler in water, dus het is niet geschikt voor textielgebruik.

Carothers deed vervolgens diepgaand onderzoek naar een reeks polyester- en polyamideverbindingen. Na veel vergelijkingen selecteerde hij polyamide-66 (de eerste 6 vertegenwoordigt het aantal koolstofatomen in het diamine en de tweede 6 vertegenwoordigt het aantal koolstofatomen in het dizuur), dat hij voor het eerst synthetiseerde uit hexamethylenediamine en adipinezuur op 28 februari 1935. Dit polyamide is onoplosbaar in gangbare oplosmiddelen en heeft een smeltpunt van 263 °C, wat hoger is dan de algemeen gebruikte strijktemperatuur. De getrokken vezel heeft het uiterlijk en de glans van zijde en komt qua structuur en eigenschappen ook dicht bij natuurlijke zijde. De slijtvastheid en sterkte overtreffen die van elke vezel op dat moment. Gezien de eigenschappen en productiekosten is het de beste keuze onder de bekende polyamiden. Vervolgens werd het probleem van industriële bronnen van grondstoffen voor de productie van polyamide 66 opgelost.

Op 27 oktober 1938 werd 's werelds eerste synthetische vezel officieel aangekondigd en de synthetische vezel polyamide 66 werd nylon genoemd. Nylon werd later de algemene naam voor alle polyamiden die werden gesynthetiseerd uit steenkool, lucht, water of andere stoffen, met slijtvastheid en flexibiliteit en een proteïne-achtige chemische structuur in het Engels.

Nadat het in 1939 werd geïndustrialiseerd, kreeg het de naam Nylon. Het was de eerste synthetische vezelsoort die werd geïndustrialiseerd.

De synthese van nylon legde de basis voor de synthetische vezelindustrie, en de opkomst van nylon gaf textiel een nieuwe look. Nylonkousen die van deze vezel zijn geweven, zijn zowel transparant als duurzamer dan zijden kousen.

Toen nylonkousen op 24 oktober 1939 in de verkoop gingen, veroorzaakten ze een sensatie en werden ze beschouwd als zeldzame en waardevolle items. Veel vrouwen aan de onderkant van de samenleving konden geen kousen kopen, dus moesten ze patronen op hun benen tekenen met pennen om te doen alsof het kousen waren. Mensen prezen deze vezel als "dun als spinnenzijde, sterk als staaldraad en mooi als zijde". In mei 1940 werden nylonvezelstoffen overal in de Verenigde Staten verkocht.

Vanaf het uitbreken van de Tweede Wereldoorlog tot 1945 richtte de nylonindustrie zich op parachutes, vliegtuigbandenkoordstoffen, militaire uniformen en andere militaire producten. Vanwege de kenmerken en het brede scala aan toepassingen van nylon, ontwikkelde het zich zeer snel na de Tweede Wereldoorlog en verschenen er verschillende nylonproducten op talloze manieren, van kousen en kleding tot tapijten, touwen, visnetten, enz. Nylon is een van de drie belangrijkste synthetische vezels.

In april 1958 werd de eerste partij Chinese caprolactam-testmonsters eindelijk succesvol proefgeproduceerd in de Jinxi Chemical Plant in de provincie Liaoning (nu Huludao, provincie Liaoning). Het product werd naar de Beijing Fiber Factory gestuurd en meteen succesvol gesponnen, wat het begin markeerde van de Chinese synthetische vezelindustrie. Omdat het werd geboren in de Jinxi Chemical Plant (nu Huludao, provincie Liaoning), werd deze synthetische vezel later "nylon" genoemd. Omdat nylon belangrijke nationale defensie- en militaire toepassingen had in de vroege dagen van de oprichting van het verarmde New China, is de betekenis van zijn geboorte vanzelfsprekend.

Nylonvezel is de grondstof voor veel soorten door de mens gemaakte vezels. Hard nylon wordt gebruikt in de bouwsector. Heteluchtballonnen van nylon kunnen heel groot worden gemaakt.

Technische parameters

Reinigbaarheid en antifouling eigenschappen

Beide eigenschappen worden beïnvloed door de dwarsdoorsnedevorm van de vezel en de daaropvolgende antifoulingbehandeling, terwijl de sterkte en hardheid van de vezel zelf weinig effect hebben op de reinigings- en antifoulingeigenschappen.

Smeltpunt en elasticiteit

Het smeltpunt van nylon 6 is 220℃ en dat van nylon 66 is 260℃. Dit is echter geen verschil in termen van de temperatuuromstandigheden van tapijtgebruik. Het lagere smeltpunt zorgt ervoor dat nylon 6 een betere veerkracht, vermoeidheidsbestendigheid en thermische stabiliteit heeft dan nylon 66.

Kleursnelheid

Kleurvastheid is geen eigenschap van nylon; het is de kleurstof in het nylon, niet het nylon zelf, die vervaagt wanneer het aan licht wordt blootgesteld.

Slijtvastheid en stofbestendigheid

Clemson University in de Verenigde Staten voerde een tweeënhalf jaar durend experiment uit op Tampa International Airport met Zeftron 500 nylon 6 tapijt en Antron XL nylon 66 tapijt. Het tapijt werd blootgesteld aan extreem veel verkeer en de resultaten lieten zien dat BASF Zeftron 500 nylon iets beter was dan Antron XL in termen van kleurbehoud en poolslijtageweerstand. Er was geen verschil in de stofbestendigheid van de twee garens.

Producten en typen

Met de versnelling van de miniaturisering van auto's, de hoge prestaties van elektronische en elektrische apparatuur en de lichtgewicht mechanische apparatuur, zal de vraag naar nylon steeds groter worden. Met name als structureel materiaal stelt nylon hoge eisen aan zijn sterkte, hittebestendigheid, koudebestendigheid, enz. De inherente tekortkomingen van nylon zijn ook een belangrijke factor die de toepassing ervan beperkt, met name voor de twee belangrijkste varianten van PA6 en PA66, die een sterk prijsvoordeel hebben in vergelijking met varianten zoals PA46 en PAl2, hoewel sommige prestaties niet kunnen voldoen aan de eisen van de ontwikkeling van verwante industrieën.

Daarom is het noodzakelijk om het toepassingsgebied uit te breiden door enkele van de eigenschappen voor een bepaald toepassingsgebied te wijzigen en te verbeteren. Vanwege de sterke polariteit van PA heeft het een sterke hygroscopiciteit en een slechte dimensionale stabiliteit, maar dit kan worden verbeterd door middel van modificatie.

Verbeterde PA

Door 30% glasvezel toe te voegen aan PA kunnen de mechanische eigenschappen, dimensionale stabiliteit, hittebestendigheid en verouderingsbestendigheid van PA aanzienlijk verbeterd worden. De vermoeiingssterkte is 2.5 keer zo hoog als die van onversterkt PA. Het spuitgietproces van glasvezelversterkt PA is in principe hetzelfde als dat van onversterkt PA, maar omdat de vloei minder goed is dan vóór de versterking, moeten de injectiedruk en injectiesnelheid dienovereenkomstig verhoogd worden en de temperatuur van de cilinder met 10-40 °C verhoogd worden. Omdat de glasvezels zich tijdens het spuitgietproces in de vloeirichting oriënteren, worden de mechanische eigenschappen en de krimp in die richting versterkt, wat kan leiden tot vervorming en kromtrekking van het product. Daarom moet bij het ontwerpen van de matrijs rekening gehouden worden met de positie en vorm van de aanspuitopening. De temperatuur van de matrijs kan tijdens het proces verhoogd worden en het product kan eruit gehaald worden en langzaam in heet water worden afgekoeld. Bovendien geldt dat hoe groter het aandeel toegevoegde glasvezels, hoe groter de slijtage van de plastificeercomponenten van de spuitgietmachine. Het is het beste om een ​​bimetaalschroef en -cilinder te gebruiken.

Vlamvertragend PA

Omdat er vlamvertragers aan PA worden toegevoegd, zijn de meeste ervan gemakkelijk te ontbinden bij hoge temperaturen, waarbij zure stoffen vrijkomen die corrosief zijn voor metalen. Daarom moeten plastificerende componenten (schroeven, rubberen koppen, rubberen ringen, rubberen ringen, flenzen, enz.) hard verchroomd worden. Probeer wat betreft technologie de cilindertemperatuur niet te hoog te houden en de injectiesnelheid niet te snel om verkleuring van het product en degradatie van mechanische eigenschappen door ontleding van het rubbermateriaal door een te hoge temperatuur te voorkomen.

Transparante PA

Het heeft een goede treksterkte, slagvastheid, stijfheid, slijtvastheid, chemische bestendigheid, oppervlaktehardheid en andere eigenschappen, hoge lichtdoorlatendheid, vergelijkbaar met optisch glas, verwerkingstemperatuur is 300-315℃, tijdens het gieten moet de vattemperatuur strikt worden gecontroleerd, te hoge smelttemperatuur zal verkleuring van het product veroorzaken als gevolg van degradatie, te lage temperatuur zal de transparantie van het product beïnvloeden als gevolg van slechte plastificering. De matrijstemperatuur moet zo laag mogelijk zijn, hoge matrijstemperatuur zal de transparantie van het product verminderen als gevolg van kristallisatie.

Weerbestendig PA

Toevoeging van koolstofzwart en andere UV-absorberende additieven aan PA verbetert de zelf-smering en slijtage van PA aan metalen aanzienlijk, wat van invloed is op de materiaaltoevoer en slijtdelen tijdens het gieten. Daarom is het noodzakelijk om een ​​schroef, cilinder, rubberen kop, rubberen ring en rubberen pakkingcombinatie te gebruiken met een sterke toevoercapaciteit en hoge slijtvastheid. De herhalende structurele eenheid op de polyamide moleculaire keten is een type polymeer met amidegroep.

Samengevat worden de wijzigingen hoofdzakelijk op de volgende aspecten doorgevoerd:

1. Verbeter de waterabsorptie van nylon en verbeter de maatvastheid van het product.
2. Verbeter de vlamvertraging van nylon om te voldoen aan de eisen van de elektronica-, elektrotechnische, communicatie- en andere industrieën.
3. Verbeter de mechanische sterkte van nylon om de sterkte van metalen materialen te bereiken en metaal te vervangen
4. Verbeter de weerstand van nylon tegen lage temperaturen en vergroot de weerstand tegen omgevingsinvloeden.
5. Verbeter de slijtvastheid van nylon om te voldoen aan de eisen die worden gesteld aan de slijtvastheid.
6. Verbeter de antistatische eigenschappen van nylon om te voldoen aan de eisen van mijnen en hun mechanische toepassingen.
7. Verbeter de hittebestendigheid van nylon om het geschikt te maken voor toepassingen in omgevingen waar hoge temperaturen voorkomen, zoals automotoren.
8. Verlaag de kosten van nylon en verbeter de concurrentiekracht van het product.

Kortom, door de bovenstaande verbeteringen kunnen de hoge prestaties en functionaliteit van nyloncomposieten worden bereikt, waardoor de ontwikkeling van aanverwante industriële producten met hoge prestaties en hoge kwaliteit wordt bevorderd.

Nano-nylon

Volgens Toray Chemical Co., Ltd. uit Japan heeft het bedrijf met succes een nieuwe "nanovezel"-technologie ontwikkeld met een nanoschaal monofilamentstructuur waarvan de diameter twee cijfers kleiner is dan die van eerdere ultrafijne vezels, en heeft het de limiet van vezelfijnheid bereikt door de nanostructuurtechnologie te controleren. Toray Chemical Co., Ltd. zei dat het bedrijf deze nieuwe technologie heeft gebruikt om nanonylonvezels te ontwikkelen die zijn samengesteld uit meer dan 1.4 miljoen monofilamenten met een diameter van 10 μm. Vergeleken met eerdere producten heeft deze vezel een oppervlakte van ongeveer 1,000 keer die van eerdere producten en heeft het een hoge oppervlakteactiviteit.

Supersterk nylon

Triangle-Raleigh nylonvezels worden gebruikt in alles van kleding en tapijten tot touwen en computerdatakabels. Onderzoekers van de University of North Carolina's College of Textiles werken aan het verbeteren van de vezels en melden dat ze de sterkste alifatische nylonvezels hebben ontwikkeld.

Wetenschappers Dr. Tonelli, hoogleraar polymeren, en Dr. Richard Cuttack, assistent-professor textieltechniek, scheikunde en natuurwetenschappen, werken aan een manier om sterkere nylonvezels te maken zonder dat er dure, complexe processen nodig zijn. Ze werken met alifatische nylons, of nylons, die koolstofvezels hebben die verbonden zijn in rechte of open-ketenketens, in plaats van grote, ringvormige ketens.

Sterkere alifatische nylons kunnen worden gebruikt in touwen, laadriemen, parachutes en autobanden, of om synthetische materialen te creëren die geschikt zijn voor toepassingen bij hoge temperaturen. De ontdekking werd gepresenteerd op de jaarlijkse bijeenkomst van de American Chemical Society in Philadelphia en gepubliceerd in het tijdschrift Polymer Journal.

De vezels zijn gemaakt van polymeren, of lange ketens van moleculen die uit veel eenheden bestaan. Wanneer deze polymeerketens worden uitgelijnd, wordt het polymeer kristallijn.

Deze opgerolde polymeren moeten worden uitgerekt en hun elasticiteit moet worden geëlimineerd als ze sterkere vezels moeten worden. Door waterstof toe te voegen aan nylonketens wordt uitrekken voorkomen, dus het overwinnen van deze binding is een belangrijke factor bij het creëren van sterkere nylonvezels.

Supersterke vezels, zoals Kevlar, worden gemaakt van aromatische nylonpolymeren. Ze zijn erg stijf, met lange ketens die ringen bevatten. Aromatisch nylon is moeilijk te maken en daarom erg duur.

Dus Professor Tonelli en Dr Cuttack gebruikten polyamide 66 (nylon 66), een commerciële thermoplast die makkelijk te maken is maar moeilijk uit te rekken en uit te lijnen. Het is ook lastig om de elasticiteit van nylon 66 te verwijderen.

Deze ontdekking zou het probleem kunnen oplossen dat nylon 66 niet kan oplossen in galliumtrichloride, waardoor de waterstofbruggen effectief worden verbroken en de polymeerketen zich kan uitstrekken.

PA-nylon

De mechanische eigenschappen van PA, zoals trek- en druksterkte, veranderen met temperatuur en vochtopname, dus water is relatief een weekmaker voor PA. Na het toevoegen van glasvezel kan de trek- en druksterkte met ongeveer 2 keer worden verhoogd, en de temperatuurbestendigheid wordt dienovereenkomstig verbeterd. PA zelf heeft een zeer hoge slijtvastheid, dus het kan continu werken zonder smering. Als u een speciaal smeereffect wilt krijgen, kunt u sulfide toevoegen aan PA.

Geschikte kunststofproducten: diverse tandwielen, turbines, tandheugels, nokkenassen, lagers, propellers, aandrijfriemen.

Overige: Krimppercentage is 1-2%. Let op de dimensionale veranderingen door vochtopname na het vormen.

Waterabsorptiepercentage: 100% relatieve vochtabsorptie, verzadiging kan 8% absorberen.

Geschikte wanddikte: 2-3.5 mm

PA66

Het heeft een hoge vermoeiingssterkte en stijfheid, een goede hittebestendigheid, een lage wrijvingscoëfficiënt en een goede slijtvastheid, maar het heeft een hoge hygroscopiciteit en onvoldoende maatvastheid.

Toepassing: gemiddelde belasting, bedrijfstemperatuur ≈100-120 graden, slijtvaste transmissieonderdelen die werken onder geen of weinig smeeromstandigheden.

PA6

Vermoeidheidssterkte en hittebestendigheid zijn lager dan bij nylon 66, maar het heeft een goede elasticiteit en goede trillings- en geluidsreductiemogelijkheden. Wit

Toepassing: Slijtvaste transmissieonderdelen die werken onder lichte belasting, gemiddelde temperatuur (80-100°C), geen of weinig smering en een laag geluidsniveau.

PA610

De sterkte, stijfheid en hittebestendigheid zijn lager dan bij nylon 66, maar het heeft een lage vochtabsorptie en een goede slijtvastheid.

Toepassing: Hetzelfde als nylon 6, geschikt voor tandwielen die een relatief hoge precisie vereisen en onderdelen met grote schommelingen in de vochtigheidsgraad tijdens de werkomstandigheden.

PA1010

De sterkte, stijfheid en hittebestendigheid zijn lager dan bij nylon 66, de vochtopname is lager dan bij nylon 610, het vormgevingsproces is goed en de slijtvastheid is goed.

Toepassing: Onderdelen die zonder of met weinig smering werken onder lichte belasting, lage temperaturen, grote vochtigheidswisselingen en andere omstandigheden

MCPA

Sterkte, vermoeidheidsweerstand, hittebestendigheid en stijfheid zijn beter dan PA6 en PA66, hygroscopiciteit is lager dan PA6 en PA66, slijtvastheid is goed, kan direct in het model worden gepolymeriseerd, geschikt voor het gieten van grote onderdelen. Toepassing: hoge belasting, hoge bedrijfstemperatuur (onder 120) zonder smering of minder smering. Melkachtig wit

Gegoten nylon

Gegoten nylon (MC nylon), ook bekend als monomeer gegoten nylon, is een product dat wordt verkregen door caprolactammonomeer rechtstreeks te polymeriseren in een mal onder invloed van een sterke base (zoals NaOH) en enkele cokatalysatoren. Omdat de polymerisatie- en gietprocessen worden gecombineerd, is het gemakkelijk te gieten, vereist het minder investeringen in apparatuur en is het gemakkelijk om grote machineonderdelen te produceren. De mechanische en fysieke eigenschappen zijn hoger dan die van nylon 6. Het kan tandwielen, turbines, lagers, enz. produceren die tientallen kilo's wegen.

Nylon 1010

Nylon 1010 is een soort technische kunststof die in China is ontwikkeld. Het wordt gemaakt van ricinusolie, decanediamine en sebacinezuur, die vervolgens worden gecondenseerd. Het heeft lage kosten, een goede economische werking, uitstekende zelfsmørende eigenschappen en slijtvastheid, goede oliebestendigheid, een lage brosheidstemperatuur (ongeveer -60℃), een hoge mechanische sterkte en wordt veel gebruikt in mechanische, chemische en elektrische onderdelen.

Gemodificeerd nylon

Gemodificeerd nylon is een type technische kunststoffen. Het is een korrelig product dat wordt gevormd door de fysieke eigenschappen van nylongrondstoffen te veranderen. De output van dit type product wordt aangepast aan de verschillende vereisten van sommige fabrikanten.

Onder gemodificeerd nylon vallen doorgaans: versterkt nylon, gehard nylon, slijtvast nylon, halogeenvrij vlamvertragend nylon, geleidend nylon, vlamvertragend nylon, enzovoort.

1. Thermische eigenschappen: hoge glasovergangstemperatuur (Tg), smeltpunt (Tm), warmtevervormingstemperatuur (HDT); hoge temperatuur bij langdurig gebruik (UL-746B); breed temperatuurbereik; kleine thermische uitzettingscoëfficiënt.
2. Mechanische eigenschappen: hoge sterkte, hoge mechanische modulus, lage latente vervorming, hoge slijtvastheid en vermoeiingsweerstand.
3. Overige: Goede chemische bestendigheid, elektrische bestendigheid, vlamvertraging, weersbestendigheid en maatvastheid.

Aromatisch Nylon

Aromatisch nylon, ook bekend als polyaromatisch amide, is een nieuw type nylon dat met succes werd ontwikkeld in de jaren 1960. Het is bestand tegen hoge temperaturen, straling en corrosie. Alle nylonmoleculen die aromatische ringstructuren bevatten, behoren tot aromatisch nylon. Als alleen het diamine of dibasisch zuur van synthetisch nylon wordt vervangen door aromatisch diamine of aromatisch dizuur, is het verkregen nylon semi-aromatisch nylon en is het nylon dat wordt gesynthetiseerd door aromatisch dizuur en aromatisch diamine volledig aromatisch nylon. De verbrossingstemperatuur van aromatisch nylon kan -70℃ bereiken en de Vicat-verwekingstemperatuur kan 270℃ bereiken. Het is bestand tegen hoge temperaturen, straling, corrosie en slijtage, heeft zelfdovende eigenschappen en kan hoge elektrische eigenschappen behouden in een vochtige toestand. Aromatisch nylon kan worden geëxtrudeerd, gegoten, gelamineerd en geïmpregneerd. Het kan worden gebruikt om vezels, films, geïmpregneerde films, decoratieve laminaten, glasvezelversterkte laminaten, hogetemperatuurstralingsbuizen, brandmuren, enz. te maken. De semi-aromatische nylons die op de markt zijn gebracht, omvatten voornamelijk MXD6, PA6T en PA9T, en de volledig aromatische nylons omvatten voornamelijk poly(p-fenyleen-tereftalamide) (PPTA), poly(m-fenyleen-isoftalamide) (MPIA) en poly(p-fenyleen-tereftalamide) (PBA).

Volledig aromatisch nylon werd succesvol ontwikkeld en geïndustrialiseerd in de jaren 1960 en 1970. Volledig aromatisch nylon wordt veel gebruikt bij de productie van synthetische vezels vanwege het hoge smeltpunt, de hoge modulus en de hoge sterkte. PPTA wordt gemaakt van p-fenyleendiamine en tereftaloylchloride door polymerisatie in oplossing bij lage temperatuur. PPTA heeft uitstekende eigenschappen zoals hoge sterkte, hoge modulus, hoge temperatuurbestendigheid en lage dichtheid. Het wordt voornamelijk gebruikt als grondstof voor het spinnen van synthetische vezels; PPTA-vezel kan ook worden gebruikt als versterkingsmiddel voor rubberversterking en kunststoffen. PPTA heeft echter tekortkomingen in vermoeidheidsbestendigheid en drukbestendigheid en PPTA kan niet worden gesmolten geëxtrudeerd.

MXD6

MXD6 is een kristallijne nylonhars die in de jaren 1950 door Lum et al. werd gesynthetiseerd met behulp van m-fenyleendiamine en adipinezuur als grondstoffen via een polycondensatiereactie. Mitsubishi Gas Chemical Company uit Japan synthetiseerde MXD6 via de directe polycondensatiemethode, terwijl Toyobo Co., Ltd. MXD6 synthetiseerde via de nylonzoutmethode. De toepassingen van MXD6 verkregen via deze twee verschillende polymerisatiemethoden verschillen ook: MXD6 gesynthetiseerd via de directe polycondensatiemethode kan worden gebruikt voor de productie van barrièrematerialen of constructiematerialen; MXD6 gesynthetiseerd via de nylonzoutmethode kan worden gebruikt voor de productie van MXD6-hars van vezelkwaliteit. Als kristallijne semi-aromatische nylon heeft MXD6 de kenmerken van een lage waterabsorptie, een hoge warmtevervormingstemperatuur, een hoge trek- en buigsterkte, een geringe krimp tijdens het vormen en goede barrière-eigenschappen tegen gassen zoals O2 en CO2. Door het brede verwerkingstemperatuurbereik kan MXD6 samen met polypropyleen (PP) en met hogedichtheidpolyethyleen ( HDPE ) worden geëxtrudeerd voor blaasvormen. In de industrie wordt MXD6 voornamelijk gebruikt als verpakkingsmateriaal en als constructiemateriaal ter vervanging van metaal. Het eerste omvat verpakkingen voor voedingsmiddelen en dranken, verpakkingen voor instrumenten en apparatuur (vochtwerende, trillingsdempende kussens en schuimmaterialen); het tweede omvat hittebestendig Reny , MXD6/PPO-legering, trillingsbestendig Reny, enz. Daarnaast wordt MXD6 ook gebruikt in magnetische kunststoffen, transparante lijm, enz.

PA6T

PA6T is een semi-aromatisch nylon dat is gesynthetiseerd uit aromatische dizuren en alifatische diamines. PA6T heeft een uitstekende hittebestendigheid en dimensionale stabiliteit. Omdat PA6T een hoog smeltpunt heeft, kan het worden bereid door vastefasepolymerisatie of grensvlakpolymerisatie. Het kan worden gebruikt voor vezelproductie, mechanische onderdelen en filmproducten. De gemodificeerde PA6T die is ontwikkeld door Mitsui Chemicals uit Japan, heeft de kenmerken van hoge stijfheid, hoge sterkte en lage waterabsorptie. Het wordt voornamelijk gebruikt voor auto-onderdelen voor verbrandingsmotoren, hittebestendige elektrische onderdelen, transmissieonderdelen en elektronische assemblages. Juist vanwege het hoge smeltpunt van PA6T kan het niet worden spuitgegoten zoals gewoon alifatisch nylon, wat de toepassing van PA6T tot op zekere hoogte beperkt.

PA9T

PA9T wordt verkregen door smeltpolycondensatie van nonanediamine en tereftaalzuur. PA9T heeft een goede hittebestendigheid en smeltverwerkbaarheid, en de waterabsorptiegraad is slechts 0.17%, wat 1/10 is van PA46 (1.8%). Het heeft een goede dimensionale stabiliteit en andere kenmerken, en is veel gebruikt in elektronische en elektrische apparatuur, informatie-apparatuur, auto-onderdelen, enz. Wanneer het aantal koolstofatomen van de diamine in de herhalende eenheidsketen 6 is, is het smeltpunt van PA6T 370℃, wat de thermische ontledingstemperatuur van ongeveer 350℃ overschrijdt. Daarom kan nylon niet worden gebruikt in praktische toepassingen als het derde of zelfs vierde component niet wordt toegevoegd om het smeltpunt te verlagen (de smeltverwerkingstemperatuur van nylon is over het algemeen lager dan 320℃). Als er echter andere componenten worden toegevoegd om het smeltpunt te verlagen, zal dit onvermijdelijk leiden tot een afname van de eigenschappen van PA6T, zoals kristalliniteit, dimensionale stabiliteit en chemische bestendigheid. Daarom is het verhogen van het aantal koolstofatomen van diamine een andere onderzoekshotspot geworden, en de structuur van PA9T is een ideale structuur geworden met zowel hittebestendigheid als smeltverwerkbaarheid. De syntheseroute van nonanediamine, de belangrijkste grondstof voor het synthetiseren van PA9T, is echter relatief ingewikkeld: butadieen ondergaat chemische reacties zoals hydratatie, transpositie, hydroxylatie en aminatiereductie om uiteindelijk nonanediamine te verkrijgen. Dit resulteert in hoge productiekosten voor PA9T, wat op zijn beurt de grootschalige productie en toepassing van PA9T beperkt.

Polyftalamide​

Polyftalamide (PPA) is een mengsel van polymeren gevormd door polycondensatie van isoftaalzuur, tereftaalzuur, adipinezuur en hexamethylenediamine. Het is een semi-kristallijn, semi-aromatisch nylon. PPA-hars wordt over het algemeen in batches geproduceerd. PPA heeft een goede hittebestendigheid, uitstekende mechanische eigenschappen en dimensionale stabiliteit, een lage waterabsorptie en uitstekende verwerkbaarheid, evenals goede elektrische eigenschappen en chemische bestendigheid. PPA kan worden verwerkt door middel van spuitgieten en extrusiegieten . PPA wordt veel gebruikt in de automobielindustrie, elektronische apparaten en algemene industriële machines.

Poly (m-fenyleenisoftalamide)

Polyisoftalamide (MPIA) is een nieuw type polyaromatisch amide dat met succes is ontwikkeld in de jaren 1960. Het is gemaakt van metafenyleendiamine en isoftaloylchloride en kan worden gesynthetiseerd door polycondensatie van lage-temperatuuroplossingen en grensvlakpolymerisatie. Het opvallende kenmerk van MPIA is de lange hittebestendige levensduur. Daarnaast heeft het ook de voordelen van een hoge modulus, slijtvastheid, vlamvertraging en dimensionale stabiliteit bij hoge temperaturen. De lichtbestendigheid van MPIA is echter enigszins slecht en er moet een anti-ultraviolet middel worden toegevoegd. MPIA wordt voornamelijk gebruikt voor werkkleding in industriële en ontvlambare en explosieve omgevingen met hoge temperaturen, industriële filtermaterialen die bestand zijn tegen hoge temperaturen, parachutes, transportbanden met hoge temperaturen, elektrische isolatiematerialen, enz. MPIA kan ook worden verwerkt tot staven, platen en vezels. Met zijn uitstekende hittebestendigheid, glij- en radioactieve bestendigheid wordt het gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, de kernenergie-industrie, de elektrotechnische en automobielindustrie.

Polyparabeen

Poly-p-benzamide (PBA) werd in de jaren 1970 succesvol ontwikkeld. De syntheseroute is: p-nitrotolueen wordt in de vloeibare fase door lucht geoxideerd om p-nitromierenzuur te verkrijgen, p-nitromierenzuur wordt onderworpen aan een amineringsreductiereactie om p-aminomierenzuur te verkrijgen, p-aminobenzoëzuur wordt omgezet in het hydrochloride van p-aminobenzoylchloride of p-sulfinamidebenzoylchloride, en ten slotte wordt PBA verkregen door polycondensatie. PBA heeft de kenmerken van een hoge modulus en hoge sterkte, en kan worden gebruikt in raketmotorbehuizingen, hogedrukcontainers, sportartikelen en gecoate stoffen in de industrie.

Ontwikkelingstrend

De nieuwste ontwikkeling van aangepaste PA-producten

Glasvezelversterkte PA werd bestudeerd in de jaren 1950, maar het werd pas in de jaren 1970 geïndustrialiseerd. Sinds de ontwikkeling van supersterke PA66 in 1976 hebben grote bedrijven in verschillende landen nieuwe aangepaste PA-producten ontwikkeld. De Verenigde Staten, West-Europa, Japan, Nederland, Italië en andere landen hebben krachtig versterkte PA, vlamvertragende PA en gevulde PA ontwikkeld en er zijn veel aangepaste PA op de markt gebracht.

In de jaren 1980 bevorderde de succesvolle ontwikkeling van compatibilizertechnologie de ontwikkeling van PA-legeringen. Landen over de hele wereld hebben achtereenvolgens duizenden legeringen ontwikkeld, zoals PA/PE, PA/PP, PA/ABS, PA/PC, PA/PBT, PA/PET, PA/PPO, PA/PPS, PA/PA, enz., die veel worden gebruikt in auto's, locomotieven, elektronica, elektrische machines, textiel, sportartikelen, kantoorbenodigdheden, onderdelen voor huishoudelijke apparaten en andere industrieën.

In de jaren 1990 bleven nieuwe varianten van gemodificeerd nylon toenemen. Gedurende deze periode werd gemodificeerd nylon gecommercialiseerd, wat een nieuwe industrie vormde en zich snel ontwikkelde. Tegen het einde van de jaren 1990 bereikte de wereldwijde productie van nylonlegeringen 1.1 miljoen ton/jaar.

Op het gebied van productontwikkeling zijn de belangrijkste richtingen high-performance nylon PPO/PA6, PPS/PA66, gehard nylon, nano nylon en halogeenvrij vlamvertragend nylon; op het gebied van toepassing is er grote vooruitgang geboekt in de ontwikkeling van auto-onderdelen en elektrische componenten. Zo is bijvoorbeeld high-flow gemodificeerd nylon voor inlaatspruitstukken van auto's gecommercialiseerd. De plasticisering van dergelijke complexe structurele componenten is niet alleen van groot belang in de toepassing, maar belangrijker nog, het verlengt de levensduur van de componenten en bevordert de ontwikkeling van technologie voor de verwerking van technische kunststoffen.

Ontwikkelingstrend van gemodificeerd nylon

Als de grootste en belangrijkste variëteit van technische kunststoffen heeft nylon een sterke vitaliteit, voornamelijk omdat het hoge prestaties kan bereiken na modificatie. Ten tweede hebben de automobiel-, elektrische, communicatie-, elektronica-, machine- en andere industrieën steeds strengere eisen voor hoge prestaties van hun producten. De snelle ontwikkeling van verwante industrieën heeft het proces van hoge prestaties van technische kunststoffen bevorderd. De toekomstige ontwikkelingstrends van gemodificeerd nylon zijn als volgt.

1. De vraag op de markt naar nylon met een hoge sterkte en stijfheid neemt toe en nieuwe versterkingsmaterialen zoals anorganisch versterkte snorharen en koolstofvezelversterkte PA zullen belangrijke varianten worden, die voornamelijk worden gebruikt in auto-onderdelen, mechanische onderdelen en onderdelen voor vliegtuiguitrusting.
2. Nylon legering zal de hoofdstroom worden van de ontwikkeling van gemodificeerde technische kunststoffen. Nylon legering is een belangrijke manier om hoge prestaties van nylon te bereiken, en het is ook het belangrijkste middel om speciale nylon materialen te produceren en nylon prestaties te verbeteren. Door te mengen met andere polymeren, kan de waterabsorptie van nylon worden verbeterd, en de dimensionale stabiliteit, lage temperatuur brosheid, hittebestendigheid en slijtvastheid van het product kunnen worden verbeterd. Daarom is het geschikt voor het gebruik van verschillende vereisten van voertuigtypen.
3. De productietechnologie en toepassing van nano-nylon zullen zich snel ontwikkelen. De voordelen van nano-nylon zijn dat de thermische eigenschappen, mechanische eigenschappen, vlamvertraging en barrière-eigenschappen hoger zijn dan die van puur nylon, terwijl de productiekosten vergelijkbaar zijn met die van gewoon nylon. Daarom heeft het een groot concurrentievermogen.
4. Het gebruik van vlamvertragend nylon in elektronica, elektrische apparaten en elektrische apparaten neemt met de dag toe en groen vlamvertragend nylon krijgt steeds meer aandacht op de markt.
5. Antistatisch, geleidend nylon en magnetisch nylon worden de voorkeursmaterialen voor elektronische apparatuur, mijnbouwmachines en textielmachines.
6. Het onderzoek naar en de toepassing van verwerkingshulpmiddelen zullen de functionalisering en hoge prestaties van gemodificeerd nylon bevorderen.
7. De toepassing van integrale technologieën en de verbetering van producten vormen de drijvende kracht achter de ontwikkeling van de industrie.

Polyamidevezel is een algemene term voor een type vezel met -CO-NH-groepen in de macromoleculaire keten. Veelgebruikte alifatische polyamidevezels zijn voornamelijk polyamide 6 en polyamide 66, en de commerciële namen in China zijn nylon 6 en nylon 66. Nylonvezel bestaat voornamelijk uit filamenten, en een kleine hoeveelheid korte vezels wordt voornamelijk gebruikt om te mengen met katoen, wol of andere synthetische vezels. Nylonfilamenten worden veel gebruikt voor vervormingsprocessen om rekgaren te maken als grondstof voor weven of breien. Nylonvezel wordt over het algemeen gesponnen door middel van smeltspinnen. De sterkte van nylon 6 en nylon 66 vezels is 4-5.3 cN/dtex, en zeer sterke polyestervezels kunnen een sterkte van meer dan 7.9 cN/dtex bereiken, met een rek van 18%-45% en een elastisch herstelpercentage van meer dan 90% bij 10% rek. Volgens metingen is de slijtvastheid van nylonvezel 20 keer zo hoog als die van katoenvezel, 20 keer zo hoog als die van wol en 50 keer zo hoog als die van viscose. De vermoeiingsweerstand is de hoogste van alle vezels. In de civiele sector wordt het veel gebruikt voor de verwerking van sokken en andere gemengde producten om de slijtvastheid van stoffen te verbeteren. Nylonvezel heeft echter een lage modulus en de kreukbestendigheid is minder goed dan die van polyester, wat de toepassing van nylon in de kledingindustrie beperkt. De levensduur van nylonkoord is 3 keer langer dan die van viscose en het absorbeert schokken goed, waardoor banden ook op slechte wegen kunnen rijden. Door de grote rek van nylonkoord vervormt de band echter bij het remmen en ontstaan ​​er platte plekken, waardoor de auto bij het wegrijden heftig schokt. Daarom is het alleen geschikt voor vrachtwagenbanden en niet voor banden van personenauto's.

Het oppervlak van nylonvezel is glad en de wrijvingscoëfficiënt van de vezel zonder olie is erg hoog. Nylonolie verliest gemakkelijk zijn effectiviteit na langdurige opslag en het is noodzakelijk om opnieuw olie toe te voegen tijdens de textielverwerking.

Nylonvezel heeft een hogere vochtopname dan polyester. De vochtopname van nylon 6 en nylon 66 onder standaardomstandigheden is 4.5%, wat na vinylon de tweede synthetische vezel is. Het heeft een goede verfprestatie en kan worden geverfd met zure kleurstoffen, dispersiekleurstoffen en andere kleurstoffen.