耐高温聚酰胺的性能及应用
电子、电气等设备的小型化、高性能化对材料的要求越来越高。特别是表面贴装技术(SMT)的出现和发展，促进了电子元件小型化、密集化并降低了成本。但采用SMT技术对材料的耐回流焊性和尺寸稳定性提出了更高的要求，如承受短期约260℃的回流焊的峰值温度。汽车的轻量化、高性能化促进和深化了金属部件的塑料化，也同时对塑料提出了更高的要求，如发动机周边部件的耐热、耐久性等。PA6、PA66等通用工程塑料，性能优异，价格适中，用途广泛，在工程塑料中占有重要的地位，但也存在不足，如容易吸湿、耐高温性能有待提高等。为进一步提高耐热性，满足汽车、电子电气等行业越来越高的要求，耐高温PA应运而生，与PA66相比，它是一类熔点和使用温度更高的均聚或共聚树脂及其增强改性材料。常见的耐高温PA主要有PA46、PA6T、PA9T、PA10T、聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)等，其中，PA6T、PA9T、PA10T等半芳香族聚酰胺因其耐热高、力学性能优异、不易吸湿、加工灵活方便等特点，在电子、电气+汽车等领域具有广阔的应用前景，成为争相研究的热点。
1耐高温聚酰胺的结构与性能
聚合物的耐热性与其熔点(Tm)、玻璃化温度(Tg)密切相关。表1列出了PA66及主要耐高温PA的化学结构、熔点及玻璃化温度。
1.1耐热性
耐高温PA的主要特点之一就是熔点比通用PA如PA66高，但熔点太高，难以加工，所以一般多在320℃以下。PA46玻璃化转变温度低，模量开始下降的温度低，但由于其结晶度高，因此在高温下物性下降小。PA6T、PA9T、PA10T等半芳香族聚酰胺，玻璃化温度高，模量降低起始温度高。PPTA玻璃化温度太高，难以用通用塑料加工方法加工。
1.2加工性
注射成型要求材料具有较高的流动性及较宽的加工窗口。一般情况下，PA的熔融成型加工温度在320℃左右，分解温度在350℃附近。PA6T均聚物熔点在370℃左右，熔融温度超过了分解温度，难以加工成型，因此需要改性，使成型温度降到320℃以下。与PA6T相比，PA9T、PA10T含有较长的碳链，因此熔点较低，适合于常规的塑料加工方法。
1.3吸水性
PA因为特有的酰胺结构而易于吸水，容易引起尺寸变化、力学性能降低、膨胀、起泡等现象，导致应用受到很大的限制。PA46的饱和吸水率很高，PA6T次之，PA9T、PA10T因为较长的碳链，酰胺基的浓度低，吸水率低。PA的饱和吸水率和酰胺基浓度的关系如图1所示。
1.4结晶性
聚合物的结晶性取决于分子中重复单元的单一性和分子链的柔性。PA46的结晶速度很快，结晶度高，因此产品的耐热性优异。改性的PA6T材料也具有很高的结晶度，PA9T、PA10T一般是均聚物，结晶度高，结晶速度快，可以快速成型。
1.5尺寸稳定性
半芳香族聚酰胺吸水率低、熔点高、结晶度高，在吸水、受热等条件下具有很高的尺寸稳定性，特别是相对于PA46，其湿热条件下的尺寸稳定性有显著地提高。
1.6回流焊性
在干态下，PA46、PA6T、PA9T等都表现出优异的耐焊锡性，如表2所示。吸湿状态下，PA6T的耐焊锡性温度最高为260℃，PA46不到250℃，PA9T高可以达到280℃，远远高于聚苯硫醚(PPS)的250℃。一般，回流焊的峰值温度在260℃左右，时间约30 s，因此半芳香族聚酰胺如PA6T、PA9T等可以轻松用于SMT技术，是新型焊锡线路板的理想材料。
1.7化学性能
由于耐高温PA的内聚能和结晶度较高，因此具有很好的耐脂肪烃、芳香氯代烃、酯类、酮类、醇类等有机溶剂和耐车用的各燃料、油类、防冻液等。
2主要的耐高温PA
2.1PA46
PA46，学名聚己二酰丁二胺，是由丁二胺与己胺缩聚而成。PA46的分子链结构完整，结晶性能机结晶度高，因此具有良好刚性、耐蠕变性、耐疲劳性和耐磨性，但玻璃化温度较低，吸水性高，从而尺寸稳定性差。其熔点约为295℃，30%玻璃纤维增强：PA46热变形温度为285℃，冲击强度比PA66高1倍，比聚甲醛高40%，弯曲强度也大于PA6和PA66。PA46的耐磨性和尺寸稳定性较好，且具有良好的化学稳定性，成型时结晶速度比PA66快4-5倍，比PA6快10倍，可采用注射成型和挤出成型制成各种零件、管、棒、片材等。PA46可用于增强橡胶制品、输送带、水管等，注射成型制品的潜在市场是汽车发动机、车体部件及电气、电子、仪表、家电应用领域中，需要耐热、高强度、耐冲击的零部件，还可以作为PA6、PA66的成核剂。PA46可在160℃连续长期使用，成本较热致液晶聚合物低，热变形温度较PPS高，成型周期较短，韧性较好，可取代高端的热致液晶聚合物等。
2.2PA6T
以PA6和PA66为主的脂肪族PA虽然有较好的综合性能，但玻璃化转化温度低，吸水率较高，除了PA46外，耐热性尚欠不足，不能用于要求耐高温的应用领域，大大限制了其应用
范围。全芳香族PA熔点太高，难于加工成型。如果引入部分芳香环组分，将会降低熔点，易于加工成型。例如在PA66分子主链中部分导入苯环，用对苯二甲酸代替己二酸与己二胺合成的PA6T，具有很好的耐热性。半芳香族PA是由脂肪族二胺或二酸与带芳香环的二酸或二胺，经缩聚制得，是芳香族PA的一种。由于PA分子主链引入了芳环结构，因而产品的耐热性能和力学性能得到了提高，同时吸水率也有不同程度的降低，并且有较好的性价比，是介于通用工程塑料和耐高温工程塑料如聚醚醚酮(PEEK)之间的高性能、耐高温热塑性树脂，填补了两者之间的需求空白。半芳香族PA主要有PA6T、PA9T、PA10T等。与PA66相比，半芳香族PA最大的特点是耐热性能优良、吸水率低。与全芳香族PA相比，半芳香PA具有容易加工的特性。
PA6T是己二胺和对苯二甲酸的缩聚物，具有非常优异的热性能，但熔点和热分解温度很接近，在合成时难于制造稳定的高质量产品，而且加工成型也十分困难，因此商品化的PA6T实际上都是共聚改性的产物。由于共聚单体的引入，熔点降低，便于加工；同时也使其结晶度和结晶能力降低，导致尺寸稳定性、耐药品性降低。Zytel HTN(牌号为51G35HSL)是杜邦公司开发的玻纤增强耐高温PA，是PA6T的改性产品，其性能如表3所示，性能测试采用ASTM标准。
与PPS相比，Zytel HTN具有更好的冲击性能，更高的相比漏电起痕指数，更高的介电强度，低翘曲。与PA46相比，Zytel HTN具有更低的吸水率，在潮湿状态下尺寸更稳定，Tg更高。与PA66相比，Zytel HTN在耐温方面更优越，吸水率低，稳定性好。
2.3PA9T和PA10T
PA9T的学名是聚对苯二甲酰壬二胺，属于半芳香族PA，为长碳链结构，熔点约为308℃，比PA6T低。因此易于加工，一般不需要共聚改性，就可以直接使用。
PA9T一个突出优点是吸水率低，与PBT相当，低于PA66、PA46及PA6T。PA9T较高的玻璃化温度和高结晶性使其在高温下仍保持良好的性能，优于PA66和PA46。PA9T的韧性和耐冲击性能高于PA6T，耐磨性和摩擦因数都优于PA66等，甚至优于POM和热致液晶聚合物。PA9T另一个极佳性能是耐燃油、醇、酸和二氯化钙、热水和其他流体，是PA中最好的品种之一，仅比PPS略差。PA9T对燃油的阻透性是PA6和PA12的10倍，接近聚四氟乙烯的水平，这些良好的综合性能使PA9T十分适用于汽车机罩下制品。由于没有共聚大比例第三单体，结晶度高，结晶速度快，可以快速成型.。
PA10T是对苯二甲酸与癸二胺的均聚物，基本物理化学性能与PA9T相当，但熔点比PA9T高，为316℃，玻璃化转变温度为135℃，加玻纤后的热变形温度高于290℃，耐焊接温度270℃，与PA9T相当，优于PA46、PA6T，非常适合SMT工艺。PA10T具有低的吸水性(远低于PA6、PA66、PA46)，尺寸稳定性好，耐化学性好，优异的加工性能。PA10T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。
3耐高温PA的应用
3.1汽车工业
微型化和动力强劲化作为汽车发展的一个方向，对汽车的某些部件的耐高温性能提出了更高的要求。为此汽车厂将材料的选择转向了耐高温PA。汽车的轻量化要求，大大促进了金属部件的塑料化，耐高温PA是很理想的金属替代材料，因为它具有非常好的抗蠕变、力学强度、刚性和高温下抗疲劳性能，同时还保持众所周知的塑料优点，即可循环使用，加工容易，质量小、噪音低及耐腐蚀，因此，非常适合应用于发动机(如发动机盖)、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。另外由于耐高温PA在高温下仍具有很好的性能，可以被用来做成整体件，最终实现低成本长寿命。耐高温PA由于其抗蠕变、抗疲劳强度和抗振动、耐高温等而广泛应用到如油过滤器外壳、传感器、连接器和开关。耐高温PA如PA6T、PA9T等比PA66具有更好的耐化学和耐高温性，可以用来替代如PEEK等材料，用于接触到燃油/润滑油等物质和高温的场合。耐高温PA可以用于动力转向泵、液压离合器推动装置的关键部件如汽缸、活塞和嵌塑成型的推杆，该装置成本低，可靠性高。Kuraray公司的耐高温PA9T可用于汽车齿轮、轴承、阀门、滑动件及燃料管路等方面。利用PA9T在燃料阻透性能方面的优势，开发以PA9T作内层，PA12作外层的产品，具有其他材料所不具有优势。
3.2电子电气工业
PA在电子、电气工业有广泛的应用。电子、电气产品朝小型化、轻量化、薄壁化、高性能化、集成高密度化和低成本的方面发展，出现了一些新要求及新技术，如密集型插针要求抗漏电性能很高的塑料。电子产品内部温度的提高对承载材料耐热性提出更高的要求。同样，SMT技术对塑料的耐热性要求也很高，PA66等工程塑料难以满足，而半芳香族聚酰胺如PA6T、PA9T等具有很高的耐回流焊温度，特别适合电路板的承载材料。在电子、电气工业，耐高温PA主要用于连接器、接插件、骨架等，在性价比方面，足以与PPS、聚酰亚胺和热致液晶聚合物相抗衡。
3.3其他应用
PA6T可以代替铜用于热水锅炉连接器，可以解决长期困扰的腐蚀问题，大大增加了锅炉管道的使用寿命。耐高温PA可以取代PPS用于热水器标准装配件，从而消除了管道配件中产生的裂缝和泄漏，同样，因为耐高温PA配件在热水中能保持力学强度、韧性和抗破裂的要求，因此也适用于饮水机、热水器。塑料具有金属难以媲美的产品设计自由度和成型方便性，因此塑料烤箱比金属框架烤箱更便宜、质量更轻。同样，耐高温PA也可以用于烤箱的控制系统，因为它具有低翘曲性、良好的尺寸稳定性、耐热和耐潮湿环境等。
耐高温聚酰胺的性能及应用
电子、电气等设备的小型化、高性能化对材料的要求越来越高。特别是表面贴装技术(SMT)的出现和发展，促进了电子元件小型化、密集化并降低了成本。但采用SMT技术对材料的耐回流焊性和尺寸稳定性提出了更高的要求，如承受短期约260℃的回流焊的峰值温度。汽车的轻量化、高性能化促进和深化了金属部件的塑料化，也同时对塑料提出了更高的要求，如发动机周边部件的耐热、耐久性等。PA6、PA66等通用工程塑料，性能优异，价格适中，用途广泛，在工程塑料中占有重要的地位，但也存在不足，如容易吸湿、耐高温性能有待提高等。为进一步提高耐热性，满足汽车、电子电气等行业越来越高的要求，耐高温PA应运而生，与PA66相比，它是一类熔点和使用温度更高的均聚或共聚树脂及其增强改性材料。常见的耐高温PA主要有PA46、PA6T、PA9T、PA10T、聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)等，其中，PA6T、PA9T、PA10T等半芳香族聚酰胺因其耐热高、力学性能优异、不易吸湿、加工灵活方便等特点，在电子、电气+汽车等领域具有广阔的应用前景，成为争相研究的热点。
1耐高温聚酰胺的结构与性能
聚合物的耐热性与其熔点(Tm)、玻璃化温度(Tg)密切相关。表1列出了PA66及主要耐高温PA的化学结构、熔点及玻璃化温度。
1.1耐热性
耐高温PA的主要特点之一就是熔点比通用PA如PA66高，但熔点太高，难以加工，所以一般多在320℃以下。PA46玻璃化转变温度低，模量开始下降的温度低，但由于其结晶度高，因此在高温下物性下降小。PA6T、PA9T、PA10T等半芳香族聚酰胺，玻璃化温度高，模量降低起始温度高。PPTA玻璃化温度太高，难以用通用塑料加工方法加工。
1.2加工性
注射成型要求材料具有较高的流动性及较宽的加工窗口。一般情况下，PA的熔融成型加工温度在320℃左右，分解温度在350℃附近。PA6T均聚物熔点在370℃左右，熔融温度超过了分解温度，难以加工成型，因此需要改性，使成型温度降到320℃以下。与PA6T相比，PA9T、PA10T含有较长的碳链，因此熔点较低，适合于常规的塑料加工方法。
1.3吸水性
PA因为特有的酰胺结构而易于吸水，容易引起尺寸变化、力学性能降低、膨胀、起泡等现象，导致应用受到很大的限制。PA46的饱和吸水率很高，PA6T次之，PA9T、PA10T因为较长的碳链，酰胺基的浓度低，吸水率低。PA的饱和吸水率和酰胺基浓度的关系如图1所示。
1.4结晶性
聚合物的结晶性取决于分子中重复单元的单一性和分子链的柔性。PA46的结晶速度很快，结晶度高，因此产品的耐热性优异。改性的PA6T材料也具有很高的结晶度，PA9T、PA10T一般是均聚物，结晶度高，结晶速度快，可以快速成型。
1.5尺寸稳定性
半芳香族聚酰胺吸水率低、熔点高、结晶度高，在吸水、受热等条件下具有很高的尺寸稳定性，特别是相对于PA46，其湿热条件下的尺寸稳定性有显著地提高。
1.6回流焊性
在干态下，PA46、PA6T、PA9T等都表现出优异的耐焊锡性，如表2所示。吸湿状态下，PA6T的耐焊锡性温度最高为260℃，PA46不到250℃，PA9T高可以达到280℃，远远高于聚苯硫醚(PPS)的250℃。一般，回流焊的峰值温度在260℃左右，时间约30 s，因此半芳香族聚酰胺如PA6T、PA9T等可以轻松用于SMT技术，是新型焊锡线路板的理想材料。
1.7化学性能
由于耐高温PA的内聚能和结晶度较高，因此具有很好的耐脂肪烃、芳香氯代烃、酯类、酮类、醇类等有机溶剂和耐车用的各燃料、油类、防冻液等。
2主要的耐高温PA
2.1PA46
PA46，学名聚己二酰丁二胺，是由丁二胺与己胺缩聚而成。PA46的分子链结构完整，结晶性能机结晶度高，因此具有良好刚性、耐蠕变性、耐疲劳性和耐磨性，但玻璃化温度较低，吸水性高，从而尺寸稳定性差。其熔点约为295℃，30%玻璃纤维增强：PA46热变形温度为285℃，冲击强度比PA66高1倍，比聚甲醛高40%，弯曲强度也大于PA6和PA66。PA46的耐磨性和尺寸稳定性较好，且具有良好的化学稳定性，成型时结晶速度比PA66快4-5倍，比PA6快10倍，可采用注射成型和挤出成型制成各种零件、管、棒、片材等。PA46可用于增强橡胶制品、输送带、水管等，注射成型制品的潜在市场是汽车发动机、车体部件及电气、电子、仪表、家电应用领域中，需要耐热、高强度、耐冲击的零部件，还可以作为PA6、PA66的成核剂。PA46可在160℃连续长期使用，成本较热致液晶聚合物低，热变形温度较PPS高，成型周期较短，韧性较好，可取代高端的热致液晶聚合物等。
2.2PA6T
以PA6和PA66为主的脂肪族PA虽然有较好的综合性能，但玻璃化转化温度低，吸水率较高，除了PA46外，耐热性尚欠不足，不能用于要求耐高温的应用领域，大大限制了其应用
范围。全芳香族PA熔点太高，难于加工成型。如果引入部分芳香环组分，将会降低熔点，易于加工成型。例如在PA66分子主链中部分导入苯环，用对苯二甲酸代替己二酸与己二胺合成的PA6T，具有很好的耐热性。半芳香族PA是由脂肪族二胺或二酸与带芳香环的二酸或二胺，经缩聚制得，是芳香族PA的一种。由于PA分子主链引入了芳环结构，因而产品的耐热性能和力学性能得到了提高，同时吸水率也有不同程度的降低，并且有较好的性价比，是介于通用工程塑料和耐高温工程塑料如聚醚醚酮(PEEK)之间的高性能、耐高温热塑性树脂，填补了两者之间的需求空白。半芳香族PA主要有PA6T、PA9T、PA10T等。与PA66相比，半芳香族PA最大的特点是耐热性能优良、吸水率低。与全芳香族PA相比，半芳香PA具有容易加工的特性。
PA6T是己二胺和对苯二甲酸的缩聚物，具有非常优异的热性能，但熔点和热分解温度很接近，在合成时难于制造稳定的高质量产品，而且加工成型也十分困难，因此商品化的PA6T实际上都是共聚改性的产物。由于共聚单体的引入，熔点降低，便于加工；同时也使其结晶度和结晶能力降低，导致尺寸稳定性、耐药品性降低。Zytel HTN(牌号为51G35HSL)是杜邦公司开发的玻纤增强耐高温PA，是PA6T的改性产品，其性能如表3所示，性能测试采用ASTM标准。
与PPS相比，Zytel HTN具有更好的冲击性能，更高的相比漏电起痕指数，更高的介电强度，低翘曲。与PA46相比，Zytel HTN具有更低的吸水率，在潮湿状态下尺寸更稳定，Tg更高。与PA66相比，Zytel HTN在耐温方面更优越，吸水率低，稳定性好。
2.3PA9T和PA10T
PA9T的学名是聚对苯二甲酰壬二胺，属于半芳香族PA，为长碳链结构，熔点约为308℃，比PA6T低。因此易于加工，一般不需要共聚改性，就可以直接使用。
PA9T一个突出优点是吸水率低，与PBT相当，低于PA66、PA46及PA6T。PA9T较高的玻璃化温度和高结晶性使其在高温下仍保持良好的性能，优于PA66和PA46。PA9T的韧性和耐冲击性能高于PA6T，耐磨性和摩擦因数都优于PA66等，甚至优于POM和热致液晶聚合物。PA9T另一个极佳性能是耐燃油、醇、酸和二氯化钙、热水和其他流体，是PA中最好的品种之一，仅比PPS略差。PA9T对燃油的阻透性是PA6和PA12的10倍，接近聚四氟乙烯的水平，这些良好的综合性能使PA9T十分适用于汽车机罩下制品。由于没有共聚大比例第三单体，结晶度高，结晶速度快，可以快速成型.。
PA10T是对苯二甲酸与癸二胺的均聚物，基本物理化学性能与PA9T相当，但熔点比PA9T高，为316℃，玻璃化转变温度为135℃，加玻纤后的热变形温度高于290℃，耐焊接温度270℃，与PA9T相当，优于PA46、PA6T，非常适合SMT工艺。PA10T具有低的吸水性(远低于PA6、PA66、PA46)，尺寸稳定性好，耐化学性好，优异的加工性能。PA10T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。
3耐高温PA的应用
3.1汽车工业
微型化和动力强劲化作为汽车发展的一个方向，对汽车的某些部件的耐高温性能提出了更高的要求。为此汽车厂将材料的选择转向了耐高温PA。汽车的轻量化要求，大大促进了金属部件的塑料化，耐高温PA是很理想的金属替代材料，因为它具有非常好的抗蠕变、力学强度、刚性和高温下抗疲劳性能，同时还保持众所周知的塑料优点，即可循环使用，加工容易，质量小、噪音低及耐腐蚀，因此，非常适合应用于发动机(如发动机盖)、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。另外由于耐高温PA在高温下仍具有很好的性能，可以被用来做成整体件，最终实现低成本长寿命。耐高温PA由于其抗蠕变、抗疲劳强度和抗振动、耐高温等而广泛应用到如油过滤器外壳、传感器、连接器和开关。耐高温PA如PA6T、PA9T等比PA66具有更好的耐化学和耐高温性，可以用来替代如PEEK等材料，用于接触到燃油/润滑油等物质和高温的场合。耐高温PA可以用于动力转向泵、液压离合器推动装置的关键部件如汽缸、活塞和嵌塑成型的推杆，该装置成本低，可靠性高。Kuraray公司的耐高温PA9T可用于汽车齿轮、轴承、阀门、滑动件及燃料管路等方面。利用PA9T在燃料阻透性能方面的优势，开发以PA9T作内层，PA12作外层的产品，具有其他材料所不具有优势。
3.2电子电气工业
PA在电子、电气工业有广泛的应用。电子、电气产品朝小型化、轻量化、薄壁化、高性能化、集成高密度化和低成本的方面发展，出现了一些新要求及新技术，如密集型插针要求抗漏电性能很高的塑料。电子产品内部温度的提高对承载材料耐热性提出更高的要求。同样，SMT技术对塑料的耐热性要求也很高，PA66等工程塑料难以满足，而半芳香族聚酰胺如PA6T、PA9T等具有很高的耐回流焊温度，特别适合电路板的承载材料。在电子、电气工业，耐高温PA主要用于连接器、接插件、骨架等，在性价比方面，足以与PPS、聚酰亚胺和热致液晶聚合物相抗衡。
3.3其他应用
PA6T可以代替铜用于热水锅炉连接器，可以解决长期困扰的腐蚀问题，大大增加了锅炉管道的使用寿命。耐高温PA可以取代PPS用于热水器标准装配件，从而消除了管道配件中产生的裂缝和泄漏，同样，因为耐高温PA配件在热水中能保持力学强度、韧性和抗破裂的要求，因此也适用于饮水机、热水器。塑料具有金属难以媲美的产品设计自由度和成型方便性，因此塑料烤箱比金属框架烤箱更便宜、质量更轻。同样，耐高温PA也可以用于烤箱的控制系统，因为它具有低翘曲性、良好的尺寸稳定性、耐热和耐潮湿环境等。