深度解析：3D打印材料聚酰胺PA改性尼龍

2023-07-12 17:12:23 點(diǎn)擊數(shù)：來源：http://www.saohai.cn

尼龍?jiān)趥鹘y(tǒng)工業(yè)是高性能的聚合物材料。在3D打印領(lǐng)域，尼龍也成為應(yīng)用最為廣泛的材料之一。PA6、PA11、PA12、PA66等經(jīng)常出現(xiàn)在3D打印的可用材料中。在形式上，分為可用于粉末床3D打印技術(shù)的粉體材料，如選擇性激光燒結(jié)（SLS）和多噴射融合（MJF）；或者可用于FDM 3D打印技術(shù)的線材。

聚酰胺品種繁多，尼龍PA12 脫穎而出尼龍性能優(yōu)異，應(yīng)用極為廣泛。聚酰胺（PA）又稱尼龍（Nylon），是一種分子主鏈上的重復(fù)單元中含有酰胺基團(tuán)的高分子聚合物。尼龍既可以制成各種塑料，又可拉絲成纖維，還可以制成薄膜、涂料和膠黏劑等。由于尼龍具備良好的力學(xué)、耐熱性、耐磨損性等性能，制品可廣泛應(yīng)用于服裝、工業(yè)用絲、汽車、機(jī)械、電子電氣、交通運(yùn)輸、包裝工業(yè)等諸多領(lǐng)域中。

尼龍歷史悠久，家族不斷壯大。1935 年 PA66 首次在實(shí)驗(yàn)室中合成，1938 年美國杜邦公司正式宣布世界上第一種合成纖維的誕生，并將其命名為尼龍。在接下來的幾十年中，尼龍家族逐步發(fā)展壯大，PA6、PA610、PA11 等新品種不斷出現(xiàn)。PA6 和 PA66 具備成熟的生產(chǎn)工藝和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，依然是需求量最大的兩類尼龍產(chǎn)品。
尼龍化學(xué)結(jié)構(gòu)

尼龍可按照主鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)分為脂肪族、半芳香族、全芳香族等。脂肪族聚酰胺為線形高分子材料，由甲基鏈段和酰胺基有規(guī)律交替鏈接而成，具有良好的韌性。在主鏈中引入芳香環(huán)，可使分子鏈運(yùn)動(dòng)受限，提升玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，從而提升尼龍產(chǎn)品的耐熱性能和力學(xué)性能。當(dāng)聚酰胺的原料胺或酸中有一種含有苯環(huán)時(shí)，可制得半芳香族聚酰胺，當(dāng)兩種原料中都含有苯環(huán)時(shí)可制得全芳香族聚酰胺。半芳香族聚酰胺的耐熱性能、力學(xué)性能都得到增強(qiáng)，并具有良好的尺寸穩(wěn)定性和耐溶劑性，全芳香族聚酰胺具備超高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐酸耐堿、耐輻射性等優(yōu)異的性能，但由于其高度對稱的主鏈結(jié)構(gòu)中含有密集的苯環(huán)和酰胺基團(tuán)，因此加工性能上略遜一籌，難以實(shí)現(xiàn)注射成型，其成本也相對更高。

特種尼龍

相較常規(guī)品種，引入新的合成單體的特種尼龍具備更為優(yōu)異的性能。常規(guī)尼龍（PA6、PA66 等）即使在經(jīng)增強(qiáng)、阻燃等改性后，仍存在諸如強(qiáng)親水性、不耐高溫、透明性差等缺點(diǎn)，在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。因此，為了改善常規(guī)尼龍的缺點(diǎn)，增加新的特性，一般通過引入新的合成單體，可以得到一系列不同性能的特種尼龍，以適應(yīng)更多的使用場景。這些特種尼龍包括高溫尼龍、長碳鏈尼龍、透明尼龍、生物基尼龍以及尼龍彈性體等諸多品種。

長碳鏈尼龍中 PA12 優(yōu)勢凸顯

長碳鏈尼龍性能優(yōu)良，尼龍 12 兼具性能及成本優(yōu)勢。尼龍分子主鏈中 2 個(gè)酰胺基團(tuán)之間的亞甲基長度在 10 以上的尼龍稱為長碳鏈尼龍，主要品種包括尼龍 11、尼龍 12、尼龍 612、尼龍 1212、尼龍 1012、尼龍 1313 等。尼龍 12 是應(yīng)用最為廣泛的長碳鏈尼龍，它除了具備一般尼龍的大多通用性能之外，吸水率較低，并且具有較高的尺寸穩(wěn)定性、耐高溫、耐腐蝕、韌性好、易于加工等優(yōu)點(diǎn)。與另一長碳鏈尼龍材料 PA11 相比，PA12 的原材料丁二烯的價(jià)格僅為 PA11 原料蓖麻油的三分之一，可代替 PA11 應(yīng)用于大部分場景，在汽車燃油管、氣制動(dòng)軟管、海底電纜、3D 打印等諸多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計(jì)，2017 年 PA12 是全球 3D 打印行業(yè)第四大材料，占比達(dá)到5.6%，2018 年我國尼龍 3D 打印材料占比達(dá)到 14.1%。未來國產(chǎn)尼龍 12 材料的發(fā)展將為我國 3D 打印行業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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