聚酰胺加工技术进展-共49页

聚酰胺加工技术进展苑会林北京化工大学材料科学与工程学院•1、聚酰胺及加工性能简介•2、聚酰胺的吹膜加工成型•3、聚酰胺的共挤复合成膜共挤吹塑共挤流延•4、聚酰胺的挤出管材•5、聚酰胺的纺丝•6、结束语一、聚酰胺及加工应用简介聚酰胺是分子中含有酰胺键（CONH）的线形高分子，从合成方法上可采用己内酰胺开环聚合生成尼龙6或由二酸和二胺类缩合而得到不同的聚酰胺产品，如尼龙66、尼龙6/12、尼龙11、尼龙12等。聚酰胺属于结晶型材材料，有明显的熔点，尼龙6的熔点为215℃，随着二酸和二胺单体碳原子数的增加，熔点有下降的趋势，共聚尼龙的熔点可达178℃左右。由于尼龙有较高的熔点，因此具有较好的耐热性，此外尼龙还有优良的耐油性能、气体阻隔性能等，因此被广泛应用于特殊场合的产品上。1、注射成型(injectionmold)2、挤出成型吹膜成型(bubblefilmprocess)空气冷却法(aircooled)水冷法(watercooled)中空吹塑成型(hollowprocess)流延成型（castingprocess）纺丝加工（filamentprocess）3、单体浇铸成型（CMC）聚酰胺的加工方法可分为以下几种聚酰胺的吹塑薄膜加工成型•聚酰胺在膜产品的应用中有良好的耐热性、耐油性、阻氧性、透明性、耐针穿刺性好、强度高和韧性好等优点，因此在包装行业中被广泛应用于厌氧食品、防锈零件、绝缘电子电讯器材的真空包装上。吹塑薄膜的加工方法分为:上吹法（风冷式）下吹法（水冷式）风冷式吹膜方式和聚乙烯吹膜方式一样水冷式吹膜方式和聚丙烯吹膜方式一样图1.风冷式吹膜示意图（上吹法）风冷式加工的特点•优点易操作膜制品的屈服强度高生产速度快•缺点透明度较差图2.水冷式吹膜示意图图2.水冷式吹膜示意图水冷式加工的特点•优点透明度优良膜制品柔软拉伸断裂伸长率较大采用定型套冷却泡管，膜制品折径尺寸稳定•缺点操作较难膜制品屈服强度较低需要经过二次干燥处理提高结晶度以增加强度，或者再经二次吹胀拉伸制成热收缩膜水冷法吹膜（下吹二次吹胀法）吹塑加工的聚酰胺树脂按特性粘度分类粘数在2.50～4.20之间适用于下吹法吹塑粘数在2.7以上的树脂可用于上吹法加工表1.上吹（空气冷却）法用尼龙原料（宇部）及性能树脂牌号熔点粘数阻隔性雾度滑爽性深度拉伸性能热稳定性尼龙61024B215213131026B22151030B2151024FD-1215214131026B12151022C2215312131022CM121532224尼龙6/665033B190222225033FDX27190223225034FDX171902.532.5325034C2190342235034CM41904223.54尼龙6/127024B132417034B表2.下吹（水冷）法用尼龙原料（宇部）及性能树脂牌号熔点粘数阻隔性雾度滑爽性深度拉伸性能热稳定性尼龙61022FDX232153.563131022C22153.801024FDX82153.702131022CM12153.7031尼龙6/665034CM44.40313尼龙6/127024B2.803137034B4.10313尼龙膜的氧气阻隔性聚酰胺有优良的氧气阻隔性，但是由于聚酰胺有酰胺官能团的存在，所以有极强的吸湿能力和水蒸气透过性。尼龙膜的阻隔性与湿度的关系，如果尼龙薄膜在吸湿后，其他性能也有所变化，如阻隔性能、拉伸强度、断裂伸长、介电性能均有所变化，特别是作为肉类保鲜包装时，会使包装物的水分含量有减少现象，表现在外表面起邹折。多层尼龙复合膜的三层结构示意图多层尼龙复合膜的五层结构示意图多层尼龙复合膜的七层结构示意图五层套桶式复合共挤出模头五层塔式共挤复合膜模头等温流线型共挤出模头流道分布图等温流线型共挤出模头流道（后背）分布共挤出现场表3.采用传统的带有螺旋流道的套筒式复合机头生产尼龙复合膜的工艺参数（水冷式）挤出机三层共挤设备，三台φ40挤出机，水冷口模直径φ100mm模口缝隙1.5mm膜结构尼龙/30μm粘和剂/30μmLDPE/40μm原料外层/5034C2拜牢3095LDPEF022挤出机温度（℃）一区210230260260260170190200200260180200200200260二区三区连接模头折径（mm）220收卷速度（m/min.）7表4.采用传统的带有螺旋流道的套筒式复合机头生产尼龙复合膜的工艺参数（水冷式）挤出机五层共挤设备，五台φ40挤出机，水冷口模直径φ400mm模口缝隙1.2mm挤出机直径（mm）φ60φ45φ60φ45φ60膜结构尼龙25μm粘和剂5.5μmEVOH10μm粘和剂5.5μmLDPE35μm原料外层5034C2拜牢3095拜牢3095LDPEF022挤出机温度（℃）一区220230230240240170190200200240205205205210240170190200200240180200200200240二区三区连接模头折径（mm）220收卷速度（m/min.）7表5.五层共挤复合膜的物理性能项目测试方法单位结果断裂强度ASTMD-882MPaMD590TD570断裂伸长ASTMD-882%MD440TD490透氧量ASTMD1434cc/(m2·24hr·atm)3透湿度JISZ-0208g/(m2·24hr)5雾度ASTMD-523%14表6.相同尼龙材料用上吹法和下吹法得到的膜的物理性能比较项目测试方法单位结果上吹法下吹法屈服强度ASTMD-882MPaMD190110TD240140断裂强度ASTMD-882MPaMD510230TD530290断裂伸长ASTMD-882%MD370380TD420380透氧量ASTMD1434cc/(m2·24hr·atm)5740透湿度JISZ-0208g/(m2·24hr)810雾度ASTMD-1003%184光泽度ASTMD-523%781953.聚酰胺的中空成型聚酰胺由于具有极好的气体阻隔性和耐油性所以可以用来生产特殊用途的中空容器，如涂改液笔囊，汽油油箱等。由于一些物理和阻隔性能的需要，往往采用多层共挤出的方法，先行挤出料坯，然后在进行吹胀成型。生产用的机头设计与吹膜机头设计大体相同，只不过在吹制大型容器时往往需要有较大的储料室，在储料室的物料在柱塞的压力下通过管式机头挤出成料坯。4.聚酰胺的流延加工成型聚酰胺经流延加工成型成尼龙单膜或多层复合薄膜，尼龙单膜往往还经双向拉伸生产双向拉伸尼龙薄膜（BOPA）。尼龙薄膜经双向拉伸后其物理性能会大幅度提高。表7.未拉伸及双向拉伸尼龙6薄膜的物理性能比较项目测试方法单位结果未拉伸双向拉伸密度密度梯度法1.131.14断裂强度ASTMD-882kgf/mmMD6～922～25TD6～922～25断裂伸长ASTMD-882%MD300～40090～120TD300～40090～120冲击强度落锤冲击试验法N·m/mm160100透氧量ASTMD1434cc/(m2·24hr·atm)155透湿度JISZ-0208g/(m2·24hr)80～10020～30雾度ASTMD-1003%184实际使用温度℃-10～130-30～130聚酰胺的流延加工成型使用T型机头，幅宽可达2000毫米，尼龙单层薄膜机头模缝厚度在0.5毫米，多层薄膜机头模缝厚度在1.2毫米左右。牵引速度可达120米/分。流延冷却辊的温度在20～100℃，辊温和辊速能影响尼龙膜的力学性能和透明度等性能。图8.聚酰胺流延加工成型生产线表8T型机头流延用尼龙树脂特性表类型牌号特点FDA准许Nylon-61022C高阻氧性，高UV阻隔性，高耐热性直接接触Nylon-6/665034C2高阻氧性，高UV阻隔性，高透明度（风冷法）不直接接触Nylon-123035C2高硬挺性，高UV阻隔性，高阻水性直接接触表9.尼龙流延膜生产工艺条件挤出机φ30模头T型模头，宽300mm,缝宽0.4mm材料1022C25034C23035C2挤出温度（℃）一区210230250250250210230250250250190210230230230二区三区连接模头冷辊温度（℃）506550膜厚（μm）606060牵引速度（m/min）555表10.T型机头尼龙流延膜的物理性能项目单位测试方法测试结果1022C25034C23035C2断裂拉伸强度MPaASTMD-8828610174断裂伸长率%ASTMD-882520650450拉伸模量MPaASTMD-8828805801310雾度%ASTMD-10031.21.82.9光泽度%ASTMD-523153151132穿刺强度NJASP-101913.8穿刺伸长MmMILB-131C11.3Gelboflextest(1000周期)10～124～6氧气透过率(23℃)0%RHcc/(m2·24hr)ASTMD-1434212265%RH2223100%RH9598CO2透过率0%RH,30μm,20℃cc/(m2·24hr)GPM-2506359H2O透过率90%RH,60μm,40℃g/(m2·24hr)JISZ-0208657223图9.三层共挤复合膜机头图10.七层共挤复合膜机头五.聚酰胺的管材挤出成型聚酰胺的管材挤出需要树脂具有较高的分子量（粘数），由于尼龙12具有较好的耐低温性能、较低的吸湿性和尺寸变化率，所以大多使用尼龙12来挤出成管，用于气体的快速接头用管。尼龙管材挤出采用真空定径法生产，生产线速度可达10～30米/分，表11列出宇部尼龙12（3030LUX）管材的成型工艺条件，表12列出其管材的物理性能指标。表11.宇部尼龙12管材的成型工艺条件项目单位3030LUX3030JFX1熔化温度℃215202管材规格mmφ8×1φ8×1模口直径mm16.0014.3614.3614.36芯棒外径mm12.0010.4810.4810.48定型套内径mm9.109.458.959.65温度设定机筒1段，2段3段，法兰机头1，机头2口模1，口模2℃240，235230，225220，215215，210240，235230，225220，215215，210230，225220，215210，210210，210230，225220，215210，210210，210螺杆转速转/分23451745机头压力MPa12.620.09.717.7真空槽气隙mm60404040水流量l/hr636565651段水温℃161814142段水温℃15171212真空度MPa-0.05-0.06-0.03-0.04牵引速度M/min.15301030表12.尼龙管材的物理性能指标项目单位3030LUX3030JFX1外径mm7.968.02壁厚mm1.051.02冲击压强(a)MPa11.36.1环应力(b)MPa3721拉伸强度（c）N11701060拉伸形变（c）%260330热稳定性(d)拉伸强度N11001090拉伸形变%210310硬度（e）N3211最小弯曲半径(f)mm2018低温冲击干燥条件a/b0/100/10湿式条件a/b0/100/10•以上数据测试根据SAEJ844标准•（a）在23℃下，将水压逐渐增加，使一段300mm长的管子爆破的压强。•（b）环应力=管内流体表压×（外径-壁厚）/（2×壁厚）•（c）使用200mm长的管子，夹紧装置相距100mm，测试段50mm,在拉伸速度50mm/min.下的拉伸强度和断裂伸长。•（d）拉伸强度和形变是在样品放置于110±3℃环境下3星期后，在23℃下测得的数据。•（e）280管子置于110±3℃环境下24小时后30分钟内，在23±3℃环境下测得。•（f）在自由条件下，测出没有扭曲的最小弯曲半径。•（g）干燥条件：110±3℃空气炉中置24小时，-40℃下置4小时进行测量。•湿式条件：沸水中置2小时，-40℃下置4小时进行测量。•a:样品破裂的数目,b:试验样品数结束语•由于尼龙具有亲水性的酰胺基团，所以具有极强