深度认识PARA(PAMXD6-GF)复合材料-产品设计工程师选材

工程师设计选材特性：聚芳酰胺 (PARA; MXD6) 的 ABC介绍

大家好，之前对SYENSQO AMODEL 介绍较多，现在再深度介绍一下PARA.

现在欢迎来到PARA聚合物工程师设计性能的第一篇文章。

今天的文章将专门讨论高性能聚合物聚芳酰胺（PARA、MXD6 或 PAMXD6）。了解这种聚合物将在您下一代产品设计中选择聚合物（塑料）材料选择项目中发挥优势，尤其是在处理高强度、高刚度和美观的应用时。

简介和结构 - 什么是聚芳酰胺？

聚芳酰胺属于半芳香族聚酰胺，玻璃化转变点 (Tg) 为 85°C，熔点为 235°C，熔融温度为 280°C。它们具有以下几个有趣的特性： 

-脂肪族和半芳香族聚酰胺中吸湿性最低

-高尺寸稳定性，可生产复杂零件

-出色的表面外观 - 聚酰胺中的“最佳”

-出色的刚度和强度

-流动性非常好，可以成型薄至 0.5 毫米的壁，也可以成型较厚的壁，且不会出现凹痕

图1显示了PARA重复单元的化学组成（与PA 6.6相比），

 

图2显示了60 wt%玻璃纤维增强PARA的DMA曲线（与PA 6.12-GF 60 wt%相比）。

 

 可以看出，在达到玻璃化转变温度之前，其模量可以达到18 GPa的高值，随后在130°C时降至10 GPa。长链脂肪族PA 6.12可以保持16 GPa的高模量直至40°C，之后模量开始下降。此外，可以看出，PARA并非典型的耐高温热塑性塑料，而是一种高性能塑料，兼具上述关键特性。

PARA 的特性

让我们回到低吸湿性的问题。比较PARA、PPA和标准脂肪族聚酰胺的吸湿性，可以看出，50 wt%玻璃纤维增强PARA在24小时浸水（23°C）后仅变化0.32%，而其他半芳香族聚酰胺的变化是PARA值的两倍，标准聚酰胺的变化是PARA值的四倍。 

除了吸水率低之外，PARA 还因其表面区域的精细结晶，在所有聚酰胺中拥有最佳的表面性能。这使其成为涂层或喷漆应用的理想选择。采用玻璃纤维增强 PARA 制成的模塑部件可实现 0.10 μRa 的低表面粗糙度值，而标准聚酰胺的表面粗糙度值约为 0.25 μRa。机械抛光钢材的表面粗糙度值与 PARA 相当。在聚酰胺（脂肪族和半芳香族）中，PARA 拥有最低的表面粗糙度值。这是因为 PARA 在模塑部件表层具有精细的结晶。

PARA 的高刚度和强度源于其分子尺寸较大，且其芳香环结构相互缠绕，并与玻璃纤维增强材料紧密结合。

表 1 比较了 PARA 与压铸金属的机械性能。PARA 的机械性能使其非常适合在需要高强度和优异表面外观的应用中替代金属。 

 

表 1：聚芳酰胺 (PARA) 与压铸金属的机械性能概览。

特性	PARA-GF 50 wt%	PARA-GF 60 wt%	AG6（铝）	AS9U3（铝）	锌合金（Zn）	AZ91D（镁）
密度（克/立方厘米）	1.64	1.77	2.7	2.9	6.6	1.83
熔化温度（℃）	235	235	660	660	390	470
拉伸强度（MPa）	280	280	220	200	280	235
弹性模量 (GPa)	20	23	65	72	85	45
断裂伸长率（%）	1.7	1.8	0.2	0.2	0.2	3.0

 

聚芳酰胺（PARA）的设计特性

拉伸强度与拉伸模量

图3比较了50wt% PARA-GF和60wt% PARA-GF与压铸材料的拉伸强度和拉伸模量。如果加上比强度，可以看出，(比强度）其比黄铜、锌和镁等金属高出两到三倍。 

 

高温下的抗蠕变性

图4比较了50 wt%玻璃纤维增强PARA与锌铝合金的蠕变性能。数据表明，PARA在1000小时（50 MPA和50°C）后变形小于1%。PARA的蠕变性能低于大多数具有类似增强水平的工程聚合物以及某些金属。

 

PARA 的线性热膨胀系数 (CLTE)

表 2 显示了 50 wt% 玻璃纤维增强 PARA 以及钢、铝、黄铜和锌等金属的 CLTE 值。

表 2：聚芳酰胺 (PARA) 的线性热膨胀系数 (CLTE) 与压铸金属的比较。

线热膨胀系数 (10-5 K-1)	PARA-GF 50 wt%（流动方向）	PARA-GF 50 wt%（横向）	铝	黄铜	锌	钢
/	1.5	3.6	2.4	1.8	3	1.2

翘曲行为

将 PARA 的翘曲行为与标准聚酰胺进行比较，可以发现 PARA 的翘曲趋势较低。这是因为 PARA 的各向异性较低，而使用特殊矿物填料可以进一步改善其各向异性。 

PARA 的耐化学性

聚芳酰胺本身具有良好的耐化学性，但由于酰胺基团的存在，它们对某些化学物质具有一定的限制性。当暴露于强氧化剂（例如臭氧和氯气）以及高浓度无机酸（例如硫酸和硝酸）时，会发生快速降解。稀无机酸、乙酸和甲酸在室温下会导致降解。强碱（例如氢氧化钾、氢氧化钠等）、大多数有机酸和甲醛会导致对羟基苯甲酸（PARA）在高温下降解。

PARA的热性能和电性能

除图2所示的DMA外，含50 wt%玻璃纤维增强的PARA的热变形温度(HDT；1.8 MPa)为230°C，电气相对热指数(RTI)为130°C（1.5毫米）。50 wt% PARA-GF的CTI为PLC 1级(500 V)，体积电阻率为1E+8 ohms cm，介电强度为28 kV/mm。阻燃等级为HB（0.75毫米）。

 PARA 的生产

PARA 是由脂肪族二羧酸（己二酸）和脂肪族二胺（1,3-苯二甲胺）缩聚而成。

PARA 的处理

聚芳酰胺非常适合注塑成型。PARA 并非典型的耐高温聚合物，但加工过程中模具温度需要保持在 120°C。其优势在于结晶在成型过程中较晚开始，从而能够在保压阶段填充模腔。与其他聚酰胺相比，PARA 分子较大，因此需要较长时间结晶。它能够形成细小的晶体，尤其是在模腔的冻结层和下层，并将玻璃纤维隐藏在下方。因此，即使玻璃纤维含量较高（50-60 wt%），也能获得美观的表面。PARA 不仅可用于成型薄部件，也可用于成型复杂部件。

 

图 5 显示了厚度为 1 毫米、注塑压力为 1000 bar 时 PARA 的螺旋流动长度。结果表明，添加玻璃纤维填料的 PARA 的流动性与 PPS（添加玻璃和矿物填料）相当，并且比添加玻璃纤维增强的标准聚酰胺 6 的流动性高出 45%。如果排气和锁模力设置不当，也存在产生溢料的风险。此外，估算高性能聚酰胺冷却温度的快速方法是将壁厚“w”的平方乘以2.5（冷却时间 = 2.5 x w^2）。料筒内的总停留时间不应超过6分钟。

应用和终端市场

PARA 的应用和市场范围包括

家电（例如咖啡机手柄、烤箱手柄、咖啡滴滤网和外壳组件，结合结构和美观要求）

医疗器械（一次性手术器械，例如插入器、刮匙、持针器、镊子、牵开器和提取器）、飞机（座椅组件）

汽车（金属到塑料变速杆、涂漆部件）

电气和电子产品（手机、平板电脑和笔记本电脑组件）。

商业级 

表3列出了主要的PARA制造商及其市售化合物。大多数制造商提供玻纤增强级（含量在30 wt%-60 wt%之间）、矿物填充级、抗紫外线级和阻燃级。此外，还提供碳纤维增强级。 

表 3：PARA 的主要生产商和商业化合物。

制造商	商业品牌
索尔维SYENSQO	IXEF（1022,1622,1521,1524,3012)
三菱工程塑料（MGC）	RENY
普威塑料POLYWEL HPP	POLYWEL HPP(NX-50H,NX-60H,NX-6500NH)NX-30C

 

结论

这款高性能聚酰胺兼具多项关键特性：其强度堪比金属（室温下，50% 玻纤填充量下的拉伸模量为 22 GPa），尺寸稳定性高，吸水率比 PA 6.6 低 87%，且吸湿后仍保持高模量。在所有玻纤增强聚酰胺中，它拥有最佳的表面外观（由于结晶细密，表面富含树脂）。此外，其优异的流动性（与 PPS 相似）以及可实现复杂零件几何形状的能力，使其成为您材料选择的理想之选。