尼龙-66的功能化研究

作者简介：第一作者：郑天成；男；郑州大学 材料科学与工程学院，2009级 材料成型与控制工程专业，

1991年1月

第二作者：郑晓广；中平能化集团研究院副院长

摘要：本文首先了解尼龙-66在工业上的合成方法，通过剖析单体中酰胺基团的结构特点，得到由结构和成分决定的物理及化学性质，进而简述尼龙-66在工业上的重要应用及发展前景。

关键词：聚酰胺化; 羧酸衍生物；化学结构特点

随着工业的迅速发展，高分子材料在现代生产中的作用日益显著，作为世界上第二类合成纤维的尼龙-66也不例外。因其高强度、柔韧性好、耐磨性优良等综合特点，尼龙-66被广泛应用于橡胶、轮胎、塑料、电子、化工、化纤等行业。因此了解它的合成，性质，及其在工业上的应用意义匪浅。

1、尼龙-66的合成

聚酰胺俗称尼龙（Nylon），英文名称Polyamide（简称PA），是分子主链上含有重复酰胺基团―［NHCO］―的热塑性树脂总称。包括脂肪族PA，脂肪― 芳香族PA和芳香族PA。其中，脂肪族PA品种多，产量大，应用广泛，其命名由合成单体具体的碳原子数而定。尼龙-66由己二酸和己二胺缩聚而成，因为两种合成原料均含有六个碳原子，名称由此而来。它的学名又叫聚已二酰已二胺（简称聚酰胺-66）。聚酰胺化有两个特点：一是氨基活性比羟基高，并不需要催化剂；二是平衡常数较大（约400），可在水介质中预缩聚。己二酸和己二胺可预先中和成66盐，防止己二胺挥发，保证羧酸和氨基数相等，然后利用66盐在冷、热乙醇中溶解度的显著差异，经重结晶提纯，有关杂质则留在母液中。因为66盐不稳定，温度稍高，盐中己二胺便会挥发，导致己二酸脱羧，等基团数比失调。为了防止这些损失，先将少量醋酸加入60%~80%（质量分数）66盐的水浆液中，在密闭系统中先在低温和高压下加热1.5~2h，预缩聚至0.8~0.9反应程度，然后慢慢升温至尼龙-66的熔点以上，进一步缩聚。尼龙-66的分子量由端基封锁控制。综合考虑尼龙-66的可应用性和可加工性，通常将其分子量调整为15000～30000（聚合度约150～300）,若分子量太大，成型加工性能变差。

2、尼龙-66单体中酰胺基团的结构特点

尼龙-66的单体属于羧酸衍生物[1]，即羧酸分子中的羟基（-OH）被氨基（-NH2）所取代，得到酰胺。酰胺分子中含有羰基，即碳氧双键，由于氧的电负性比碳大，羰基产生极化，反应性能很强。但是氨基取代羰基上的一个氢原子后，因给电效应降低反应活性，使羰基稳定。同时，酰胺氨基上的氢原子可在分子间形成强的氢键，易于形成脂肪族大分子。正是由于酰胺基结构的存在，尼龙-66才具有耐磨、耐碱、抗有机溶剂、弹性足、强度高等一系列优于其他聚酰胺的的优点。

3、尼龙66的性能及其在工业上的应用

尼龙-66是半透明或不透明的乳白色结晶聚合物，在聚酰胺材料中有较高的熔点。它是一种半晶体-晶体材料，械强度较高，耐应力开裂性好，是耐磨性最好的尼龙，自性优良，仅次于聚四氟乙烯和聚甲醛，耐热性也较好，属自熄性材料，吸水性大，因而尺寸稳定性差。尼龙-66的化学稳定性好，对许多溶剂具有抗溶性，尤其耐油性极佳，但对酸和其它一些氯化剂的抵抗力较弱。易溶于苯酚，甲酸等极性溶剂，加碳黑可提高耐候性。 由于制备工艺的差异，尼龙-66的各种性能指标随着聚合度、结晶度、吸水（湿）率或添加剂的种类和数量的不同而有所变化。测试方法和测试条件的变化也会导致测试结果的不一致，加上后结晶化和应力驰豫的客观存在，所以控制成型条件和成型后的保管状态及测试条件对各项力学指标的测试尤为重要。

3.1.力学性质

未改性的尼龙-66因为其高强度、硬度、刚度、抗蠕变性和抗热降解性、耐摩擦而著称，添加10%～20%的橡胶状聚合物改性的尼龙-66的抗冲性能得到改善，但是强度和刚度有所降低。添加矿物质特别是玻璃纤维改性可以增强其硬度、强度、抗蠕变性和耐疲劳性。在医疗器械，汽车，电子工业，拉丝等行业均有应用。

3.2.电性能

由于尼龙-66具有良好的绝缘性能，体积电阻和表面电阻也较大，以及抗电荷径迹性能较好，因而在输电系统中广泛用作绝缘器件，其他选择因素有耐热性和阻燃性。

3.2.蠕变[2]和疲劳性质

在较宽的温度范围内，未增强的尼龙-66都具有较好的耐疲劳性和抗震性，加上其优良的耐化学品性，因而在一些载荷经常变化或者动态加载的机械部件上得到广泛应用。玻纤增强的尼龙-66则提供了更高的应力水平。在工业测试中，其拉伸―压缩循环次数可以达107量级。

3.4.表面性质

尼龙-66因其表面光滑、良好的韧性和表面硬度，耐热和耐疲劳性能，表面自性在齿轮等传动装置、链轮齿、凸轮和其它一些要求耐摩擦、磨耗的零部件件上获得大量应用，众多用MoS2、PTFE和石墨改性的尼龙66也获得广泛应用。

3.5.热性能

尼龙-66是一种具有较高熔点的半结晶性高分子材料，只要未达到熔化温度，就保持有足够的刚性。玻纤改性增强有效地增加了高温下的刚性，同时降低了其热膨胀系数。正是基于这些原因，尼龙-66才在高温环境中被广泛使用。

3.6.吸水性和尺寸稳定性

当尼龙-66制件浸没在水中或暴露在潮湿的空气中时，其吸水量与尼龙-66的品级、制件厚度、湿度、时间、温度等因素有关。纯尼龙-66在饱和状态下吸湿量达8.5%，在50%RH下的平衡吸湿量也有2.5%。改性后的尼龙-66一般吸湿量要小，减少的程度与配方中尼龙66的含量成正比。模塑制件的尺寸稳定性与成型温度、制件厚度和尼龙-66的级别有关。

3.7.耐环境特性

尼龙-66对剂、机油、液压油、冷却剂、致冷剂、油漆溶剂、清洁剂、洗涤剂、脂肪族和芳香族溶剂及其它一些溶剂即使在高温下也具有较好的耐受性，同样对许多水溶液和盐溶液也具有较好的耐受性。在某些化学物质如水和二氯甲烷中，尼龙-66可被塑化或软化，但当这些化学物质被除去以后，又可恢复尼龙-66本身的性质。正是由于尼龙-66有很好的耐热水性和耐蒸汽性，才在汽车引擎的冷却系统中得到了应用。

3.8.抗氧化特性

尼龙在工业染色过程中由于高温、富空气水中的氧气等作用会因氧化而发黄，严重影响制品的质量。不过在生产中可通过添加剂改性来避免这种氧化过程，获得抗氧化性能优良的产品。通常，尼龙-66具有优良的户外稳定性，使用某些添加剂会使尼龙-66制件的表面光泽保持得更加持久。

4、结语

作为工程塑料中的佼佼者，尼龙-66的高强度性，抗高温阻力，化学阻力，以及高硬度和抗磨损性能这些优势为尼龙塑料的发展开辟了新的道路。而且，通过添加适当的膜或者改性试剂，可以得到更多性能优良的尼龙-66材料。与此同时，尼龙属于聚酰胺类，低于其他工程塑料的价格优势使得它在工业应用中占尽先机。相信在未来的高分子材料市场中，尼龙-66仍将会占据主导地位。（作者单位：郑州大学材料科学与工程学院）

参考文献：

［1］ 徐寿昌. 有机化学 ［M］.北京：高等教育出版社，1993：326-329.

［2］ 王从曾. 材料性能学 ［M］.北京：北京工业大学出版社，2007：124-131.