
Reny系列是三菱瓦斯株式會社率先開發(fā)的高科技PA-MXD6樹脂。Reny系列樹脂比其它工程塑料具有更高的機械強度和模數(shù)。
在較大溫度范圍內(nèi)具有高強度高模數(shù)的優(yōu)越性
成型尺寸穩(wěn)定性高于聚酰胺,低吸水率使其具有高強度的優(yōu)越性
熱膨脹系數(shù)低,與合金相當(dāng)
對油類和有機溶劑有較高抵抗性
收縮率小,不易變形
玻纖強化的情況下表面仍保持光澤
我公司的高性能聚酰胺樹脂(品牌名為Reny),是PA樹脂材料的一種。所謂PA樹脂,是在高分子鏈的重復(fù)單位(單體單位)結(jié)構(gòu)中擁有酰胺鍵(-CONH-)的高分子材料的總稱,含有脂肪族骨骼的樹脂被特稱為尼龍(尼龍這一名詞,當(dāng)初是美國的DuPont公司的品牌名,但現(xiàn)在作為上述總稱通用)。
作為生產(chǎn)量非常大的通用PA樹脂,可以列舉出尼龍6和尼龍66,兩者都作為結(jié)晶性樹脂使用。PA樹脂,具有源于上述酰胺鍵的氫鍵性的特點,具有良好的耐藥品性、耐熱性、熱滯留穩(wěn)定性、耐加水分解性、吸水時的強韌性(難以裂開)、以及良好的氣體隔離性等特點。但另一方面,同時也具有會因為紫外線或熱而發(fā)黃、因吸水而導(dǎo)致的尺寸變化(尺寸變大)或機械強度及剛性降低等現(xiàn)象。
我公司的高性能聚酰胺樹脂(Reny),利用以間苯二甲胺(簡稱MXD)中代表性的芳香族雙胺為原料的結(jié)晶性PA樹脂(以MXD和己二酸為原料的PA樹脂的高分子結(jié)構(gòu)為下述構(gòu)造式),其擁有高機械強度和剛性的特點,以及添加強化材料(填充材;玻璃纖維等)等的混合技術(shù),使之具有作為工程塑料較高等級的機械性強度和剛性,與通用的PA樹脂相比,因為具有低吸水性(尺寸和物性的變化少),是一種適宜的金屬代替材料。
我公司的高性能聚酰胺樹脂Reny的射出成形,適合選定比較高的模具溫度(模具表面溫度120~140℃),這樣如果在80℃左右的模溫成形之后,需要進行退火處理(130℃下1小時左右),以提高成形品的結(jié)晶化度,從而確保強度和剛性。此外,在吸濕的狀態(tài)下,可能在成形品的表面會產(chǎn)生銀條(銀色)等異常,建議在成形前進行熱風(fēng)干燥(在80℃下12小時以上或120℃下4小時以上)。
所謂高分子(這里因是原理的說明,以線狀高分子為前提。)的結(jié)晶化,與低分子的結(jié)晶(例如:砂糖)或離子性物質(zhì)的結(jié)晶(例如:食鹽),其分子或離子規(guī)則性地排列并構(gòu)成結(jié)晶的現(xiàn)象(參照圖1)不同,是當(dāng)給予了某種條件,例如,在射出成形時熔融狀態(tài)下的冷卻條件,或溶液狀態(tài)下的濃縮條件等的情況下,鏈狀的高分子會部分集合,部分朝向同一方向排列并成束的現(xiàn)象(參照圖2)。此外,當(dāng)高分子發(fā)生了結(jié)晶化時,結(jié)晶區(qū)域以外的具有不固定的分子配置的非晶領(lǐng)域通常是會共存的。
【圖1】 低分子或離子性物質(zhì)的結(jié)晶模式圖(單純立方格子舉例);
藍顏色表示分子或離子,灰色表示結(jié)晶格子(假設(shè)性的概念)。
同一結(jié)晶格子有規(guī)則地逐個排列在X, Y, Z軸方向上。
【圖2】結(jié)晶性樹脂的模式圖;
藍色表示結(jié)晶區(qū)域,灰色表示非晶區(qū)域。在結(jié)晶區(qū)域,高分子鏈在同一方向成束,在非晶區(qū)域,高分子鏈呈不固定的配置。
無論是哪一種結(jié)晶化,都具有分子、離子或高分子鏈的重復(fù)單位(單體單位),想要將分子間力或離子鍵作為驅(qū)動力,在熱力學(xué)上取得最穩(wěn)定的配置的現(xiàn)象這一共同點。但是,高分子的話,因單體單位被高分子鍵束縛,與聚合前的單體(低分子)相比,具有取自由配置的可動性降低這一本質(zhì)上的差異。該高分子特有的分子的可動性降低,是非晶區(qū)域殘留的原因。并且,結(jié)晶區(qū)域的比率(“結(jié)晶化度”)和各個結(jié)晶區(qū)域的大小(“結(jié)晶尺寸或微晶尺寸”)很大程度上依存于成形條件。
高分子在熔融或溶液狀態(tài)下,高分子鏈基本上是非晶性的,但是,隨著冷卻或濃縮的增進,分子間力(引力)的效果變得顯著,從而推進了結(jié)晶化。但是,高分子無論是在熔融還是在溶液狀態(tài)下,都具有隨著冷卻或濃縮的增進,粘度變得遠遠大于低分子類的另一個特點。由于該粘度增大的效果,在實際中往往會出現(xiàn)在結(jié)晶化進行之前已發(fā)生凝固。因此,一般情況下,要慢慢地進行冷卻或濃縮,通過延長高分子鏈再配置的時間,使得結(jié)晶化度提高。類似聚碳酸酯樹脂(PC樹脂)或聚苯醚樹脂(PPE樹脂)那樣的非晶性樹脂,因結(jié)晶化緩慢,可以認(rèn)為是在非晶性的容易凝固的材料。
結(jié)晶區(qū)域因為很強的分子間力從而形成了緊密的結(jié)構(gòu),因此,與非晶性區(qū)域相比,一般顯示出高的熱軟化溫度和彈性率、低的線膨脹系數(shù)和吸水率(也就是由溫度或濕度引起的尺寸變化低)。其中,關(guān)于熱軟化溫度,在非晶區(qū)域,和單體單位構(gòu)造的剛性(分子鏈段的可動性或柔軟性的大小)相關(guān)的玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Glass transition temperature;簡寫為Tg)大致相同,而在結(jié)晶區(qū)域,與比Tg更加高溫的融點(Melting temperature;簡寫為Tm)大致相同。
因此,對于樹脂成形品來說,一般情況下使得結(jié)晶化度增大時,上述的物理性質(zhì)會向好的方向發(fā)展。但是,分散在非晶區(qū)域中的結(jié)晶區(qū)域,因由于彈性率差值,受到外力作用時會變成應(yīng)力集中點,因此一般情況下會由于結(jié)晶化程度的增大,樹脂成形品的韌性降低,向脆化的方向發(fā)展。此外,當(dāng)結(jié)晶化度相同時,可通過縮小結(jié)晶尺寸對韌性進行改善。
如果把很硬同時難以融化的結(jié)晶區(qū)比作填充物(Filler,填充的強化材料)的話,那么非晶區(qū)就是相當(dāng)于連續(xù)相的樹脂基體(Matrix)。非晶區(qū)域的熱性質(zhì),受上述Tg決定,但在機械上的物性方面,理解韌性(強韌度)非常重要。
在溫度小于Tg的低溫情況下,受到外力(拉伸、彎曲、壓縮、扭轉(zhuǎn)等的作用力或重力導(dǎo)致的自重變形)的非晶區(qū)域,首先會產(chǎn)生可逆性的彈性變形。這種情況,是一種在復(fù)原范圍內(nèi)如果清除外力就會復(fù)原的比較小的變形,例如無機玻璃那種硬且脆的材料也可以觀察到類似的現(xiàn)象。對于非晶領(lǐng)域的韌性,從分子的角度上,是指超出了彈性變形的范圍,并且與不可逆變形的程度有一定的依存關(guān)系。這種塑性變形的本質(zhì),是由于粘性流動,也就是相互纏繞的高分子鏈一邊非可逆性地偏移,一邊逐步改變配置,同時將外力的能量作為以熱的形式散失,材料整體在斷裂的過程中逐漸變形的過程。
塑性變形到斷裂的契機,是從微小的裂紋(龜裂)或氣孔(空隙)而產(chǎn)生。在假定理想的非晶區(qū)域,也就是在不存在任何異物和不均質(zhì)構(gòu)造(結(jié)晶區(qū)域或粗密的波動)等而引起應(yīng)力集中的情況時,裂紋或氣孔的產(chǎn)生的原因,可以認(rèn)為有下述3點引起的:①高分子末端、②高分子鍵的相互纏繞的波動、③高分子鍵斷裂,無論哪一種,分子水平的非常微小的變化或者波動都會成為產(chǎn)生氣孔的根源。這3種因素中,①和②分子量越大氣孔的產(chǎn)生越受到抑制。這是因為分子量越大(越長),每單位重量的分子末端數(shù)會減少,并且,纏繞會變得難以解開(例如:可以從燙煮好的面越長,則全體變得越難解開類似)。也就是分子量越大,在韌性方面則越有利。
關(guān)于上述③的高分子鍵的斷裂,可認(rèn)為與上述②的纏繞的觀點也有關(guān)聯(lián),但是,高分子鏈的硬度(單體單位構(gòu)造的剛性)是一個重要的因素。也就是說,當(dāng)高分子鏈柔軟時,雖然不會消除相互的纏繞,但是容易隨著整體性的變形而運動,但是當(dāng)分子鏈剛性較高時,則因為鏈段的可動性降低而無法響應(yīng)變形,作用力容易集中在纏繞點上,導(dǎo)致高分子鍵容易發(fā)生斷裂。高分子鏈的剛性,其越大非晶區(qū)域的彈性率越大,作為熱性性質(zhì),雖然會使得上述Tg上升(提高熱軟化溫度),但會帶來熔融流動性降低(熔融粘度上升,成形性惡化)的影響,為了提高熔融流動性而縮小分子量,又會出現(xiàn)上述所說的韌性上的不利,可以說是實際使用時會引發(fā)相反的復(fù)雜作用。
線狀高分子,如果選擇冷卻條件,基本上具有結(jié)晶化的能力。但是,通常所說的“結(jié)晶性樹脂”,是指在射出成形或擠壓成形等通常的成形條件下,在保證實用性的前提條件下,結(jié)晶過程能夠進行,同時能得到各方面物性比較平衡的樹脂。與之相反,所謂“非晶性樹脂”,是指在這種成形條件下,幾乎不會結(jié)晶化的樹脂。
作為“結(jié)晶樹脂”的工程塑料,可以列舉出PA樹脂、POM樹脂、PBT樹脂、聚對苯二甲酸乙酯樹脂、聚苯硫醚樹脂等,具有良好的熔融流動性及耐藥品性,利用玻璃纖維等填充物具有很好的補強效果(提高彈性率、強度、耐熱性的效果)等特點。
作為“非晶性樹脂”的工程塑料,可以列舉出PC樹脂、PPE樹脂、聚芳酯樹脂等,具有擁有透明性、低異向性和低成形收縮等特點。
三菱瓦斯株式會社PA-MXD6 Reny系列牌號: