聚酰胺及其復合材料

聚酰胺材料具有優異的力學性能、自潤滑性、耐腐蝕性、耐油性和加工性能，被廣泛應用在電子電器、汽車部件、電動工具等領域，同時由于聚酰胺材料具有極性較強的酰胺鍵，使其吸水性較大，對產品的尺寸穩定性和電性能影響較大，并且聚酰胺材料的低溫沖擊性能低的缺點也限制了聚酰胺材料的應用領域。隨著汽車的小型化、電子電氣設備的高性能化、機械設備輕量化的進程加快，對尼龍的需求將更高更大。特別是尼龍作為結構性材料，對其強度、耐熱性、耐寒性等方面提出了很高的要求。因此，必須針對某一應用領域，通過改性，提高其某些性能，來擴大其應用領域。 由于PA強極性的特點，吸濕性強，尺寸穩定性差，但可以通過改性來改善。本書基于作者團隊多年研究成果，依據聚酰胺材料前沿研究進展，簡要地介紹了聚酰胺樹脂的生產方法與性能特點，并重點闡述了聚酰胺改性原理與方法、產品牌號與性能、加工技術與應用情況，以及聚酰胺材料的循環利用。內容豐富，文獻來源廣，技術先進，具有深度與針對性，理論與實踐結合緊密，實用性強，對從事聚酰胺樹脂改性與加工的科研、生產技術人員具有較強的指導作用，也可作為大專院校高分子專業師生的參考書。

21世紀以來，特別是近十多年間，我國聚酰胺(PA)產業蓬勃發展。2021年，我國PA6總產能超500萬噸/年，PA66產能達60萬噸/年；長期困擾PA66產業發展的己二腈、己二胺合成技術取得重大突破，2022年，天辰20萬噸/年生產線試車成功，打破PA66單體長期被英威達等國外企業壟斷的局面；聚酰胺合成及裝備技術實現重大突破，湖南石化60萬噸/年己內酰胺新工藝生產線一次試車成功，PA6 樹脂生產線產能達5 萬噸/年；PA6T、PA10T及透明聚酰胺等特種聚酰胺實現產業化；聚酰胺復合材料產能超200萬噸/年，聚酰胺復合材料生產工藝技術特別是裝備自動化智能化技術突飛猛進，培育了一批具有行業影響力的企業，如金發科技、杭州本松新材、廣東泰塑新材、中廣核俊爾新材、南京聚隆、蘇州旭光、上海普利特等，引領我國聚酰胺復合材料產業趕超世界先進水平；聚酰胺加工應用技術發展迅速，如精密注射成型、水輔助注射成型及3D 打印成型等新技術廣泛應用，不斷拓展聚酰胺及其復合材料應用領域；我國汽車、電子電氣、工程機械、軌道交通及輕工機械等相關產業的快速發展，有力推動了聚酰胺及其復合材料產業的發展，使我國成為全球最大的聚酰胺及其復合材料產銷大國。
但是，我國聚酰胺樹脂產業仍然存在重復建設、品種單一、產業鏈上下游發展不平衡、特種聚酰胺品種仍然依賴進口、企業技術研發能力不足等諸多問題，特別是差異化聚酰胺新品種開發及應用研究與國外的差距較大，嚴重影響聚酰胺產業的可持續發展。
本書較為全面地總結了近十年來國內外聚酰胺產業發展成果，較為系統地介紹了聚酰胺樹脂特性、聚酰胺新品種合成、復合材料生產及加工應用新技術，期待為我國聚酰胺產品結構調整、產業鏈創新發展做出有益的貢獻。
本書由鄧如生、黃安民和王文志等編著，各章編寫人員名單如下：
第一章：黃安民、胡峰、鄧如生；
第二章：王文志、黃安民；
第三章：胡峰；
第四章：甘典松、鄧如生；
第五章：胡天輝；
第六章：王春花、鄧如生；
第七章：王文志。
全書由鄧如生策劃與審定。
本書編寫過程中承蒙中車株洲時代新材料科技股份公司(簡稱時代新材)、化學工業出版社的大力支持；杭州本松新材料技術股份有限公司(簡稱本松新材)等企業提供了相關產品技術參數，為讀者提供了有益參考；中車時代新材首席科學家楊軍教授、中車時代新材高紀明教授的指導與幫助，本松新材張光輝總工程師提出修改意見。在此一并表示誠摯的感謝!
由于編者水平有限，書中難免存在一些疏漏之處，敬請讀者批評指正。

編著者
鄧如生
于株洲
2023年12月28日

鄧如生（鄧凱桓），教授級高工，國家科技部、湖南省新材料專家，中國合成樹脂協會聚酰胺分會秘書長，湘潭大學、湖南工業大學特聘教授。
從事聚酰胺合成與改性研究四十余年。先后主持國家863項目，國家發改委、科技部重大項目6項，湖南省重大專項3項；獲省部級科技進步獎6項（其中一等獎3項，二等獎2項，3等獎1項；主持編寫《共混工程塑料》《聚酰胺樹脂及其應用》，參與編寫《工程塑料》《聚酰胺手冊》；獲發明專利35項，發表論文32篇。
 
黃安民，工學博士，教授級高工，中車資深技術專家?，F任株洲時代新材料科技股份有限公司材料技術與工程研究院院長，中國合成樹脂協會聚酰胺分會副會長等。承擔10余項省部級以上項目，獲省部級科技一等獎4項，發表學術論文40余篇，授權專利50余項，相關成果廣泛應用于軌道交通、汽車等領域。
 
王文志，博士，教授級高工，長期致力于聚酰胺分子設計、合成工藝和性能應用研究，主要從事共聚尼龍、高流動尼龍、阻燃尼龍、高溫尼龍等聚酰胺樹脂與產業技術的開發，主持或參與國家級項目4項，發表科技論文50余篇，申請國家發明專利30余項，獲得省部級科技獎勵5項，多項聚酰胺研究成果已實現工業化生產，打破國外技術壟斷，填補國內空白，在改性材料、化纖、包裝等領域獲得廣泛應用，有力支持了國內聚酰胺行業的發展。

本書較為系統地介紹了聚酰胺樹脂合成、結構與性能，聚酰胺復合材料制造及其加工應用的最新成果。結合編著者多年研究成果與經驗，力求為讀者提供有益的參考。本書共分7章，分別為聚酰胺及其復合材料概述、聚酰胺樹脂的合成、聚酰胺的結構與性能、聚酰胺復合材料制備技術、聚酰胺加工成型技術、聚酰胺及其復合材料的應用、聚酰胺樹脂廢料回收利用。
本書可供從事聚酰胺合成、改性與加工技術研究、生產及營銷人員參考，也可作為大專院校相關專業參考書。

第1章 概述1
1.1 聚酰胺的命名與分類 1
1.1.1 命名 2
1.1.2 分類 2
1.2 聚酰胺發展歷程 3
1.2.1 產業發展概述 3
1.2.2 原料變遷 4
1.2.3 主要單體品種開發歷程 6
1.2.4 樹脂合成技術 9
1.2.5 樹脂品種開發歷程 10
1.2.6 改性技術發展歷程 11
1.2.7 加工技術發展歷程 13
1.3 全球聚酰胺產業發展概況 14
1.3.1 聚酰胺主要單體 14
1.3.2 聚酰胺樹脂 16
1.3.3 聚酰胺復合材料 20
1.3.4 全球主要企業聚酰胺產品結構變化 20
1.3.5 全球聚酰胺消費結構變化 21
1.4 我國聚酰胺產業發展概況 22
1.4.1 聚酰胺主要單體 22
1.4.2 聚酰胺樹脂 25
1.4.3 聚酰胺復合材料 31
1.4.4 我國聚酰胺消費結構變化 33
1.4.5 產業發展趨勢 34
參考文獻 37

第2章 聚酰胺樹脂的合成39
2.1 脂肪族聚酰胺 39
2.1.1 聚己內酰胺 40
2.1.2 聚己二酰己二胺 46
2.1.3 聚己二酰戊二胺 51
2.1.4 聚癸二酰己二胺 53
2.1.5 聚十二碳二酰己二胺 54
2.1.6 聚十二碳二酰十二碳二胺 55
2.1.7 聚癸二酰癸二胺 55
2.1.8 聚十一內酰胺 57
2.1.9 聚十二內酰胺 58
2.1.10 聚己二酰丁二胺 60
2.2 芳香族聚酰胺 62
2.2.1 半芳香族聚酰胺 62
2.2.2 全芳香族聚酰胺 65
2.2.3 其他芳香族聚酰胺 66
2.3 共聚聚酰胺 66
2.3.1 PA6/PA66、PA6/PA56共聚聚酰胺 67
2.3.2 PA6T/PA66、PA6T/PA6I、PA6T/PA6共聚聚酰胺 67
2.3.3 PA10T/PA66、PA10T/PA1010共聚聚酰胺 68
2.3.4 多元共聚聚酰胺熱熔膠 68
2.4 聚酰胺彈性體 68
2.4.1 PA6/PEG 聚酰胺彈性體 69
2.4.2 PA1010/PTMG、PA12/PTMG 聚酰胺彈性體 69
2.5 透明聚酰胺 69
2.5.1 PA6T/PA6I透明聚酰胺 69
2.5.2 多元共聚半芳香族透明聚酰胺 69
2.5.3 含脂環透明聚酰胺 70
參考文獻 70

第3章 聚酰胺的結構與性能73
3.1 聚酰胺大分子鏈的結構特征 73
3.1.1 聚酰胺大分子鏈的構型 73
3.1.2 酰氨基及其特性 74
3.1.3 氨基和羧基及其特性 74
3.1.4 亞甲基及其特性 75
3.1.5 芳香基及其特性 75
3.2 聚酰胺大分子鏈結構對性能的影響 75
3.2.1 對結晶性的影響 75
3.2.2 對密度的影響 76
3.2.3 對吸水性的影響 76
3.2.4 對耐溫性的影響 77
3.2.5 對力學性能的影響 82
3.2.6 對電性能的影響 83
3.3 聚酰胺的基本物性 85
3.3.1 結晶性 85
3.3.2 吸水性 95
3.3.3 耐磨性 96
3.3.4 燃燒性 97
3.3.5 阻隔性 98
3.3.6 耐熱性 99
3.3.7 電絕緣性 103
3.3.8 加工性 104
3.3.9 耐化學品性 105
3.3.10 耐候性 112
3.4 脂肪族聚酰胺的特性 113
3.4.1 PA6、PA66、PA56、PA46的特性 113
3.4.2 PA610、PA612、PA1010的特性 120
3.4.3 PA11、PA12、PA1212的特性 124
3.5 半芳香族聚酰胺的特性 129
3.5.1 PAMXD6的特性 129
3.5.2 PA4T、PA5T、PA6T、PA9T、PA10T、PA12T的特性 131
3.5.3 共聚半芳香族聚酰胺PA6T/PA6、PA6T/PA66、PA6T/PA6I的特性 139
3.6 透明聚酰胺的特性 141
3.7 星形聚酰胺的特性 143
3.8 聚酰胺彈性體的特性 145
參考文獻 146

第4章 聚酰胺復合材料制備技術149
4.1 概述 149
4.1.1 聚酰胺改性的目的與意義 149
4.1.2 聚酰胺的改性方法 150
4.1.3 聚酰胺復合材料制備技術的發展歷程與趨勢 151
4.2 纖維增強聚酰胺 152
4.2.1 概述 152
4.2.2 纖維增強作用機理 153
4.2.3 常用增強材料的特性 154
4.2.4 玻璃纖維增強聚酰胺的生產過程及控制因素 154
4.2.5 碳纖維增強聚酰胺的生產過程與工藝 159
4.2.6 纖維增強聚酰胺的主要品種與性能 160
4.2.7 長纖維增強聚酰胺 164
4.2.8 連續纖維增強聚酰胺 166
4.3 填充聚酰胺 171
4.3.1 概述 171
4.3.2 填料的種類及特性 171
4.3.3 填充聚酰胺的生產過程及控制因素 172
4.3.4 填充聚酰胺的主要品種與性能 175
4.4 阻燃聚酰胺 175
4.4.1 概述 175
4.4.2 阻燃劑的種類與特性 176
4.4.3 阻燃劑的阻燃機理 177
4.4.4 阻燃劑的協同作用與助劑的應用 181
4.4.5 阻燃聚酰胺配方設計原則 182
4.4.6 阻燃聚酰胺的生產過程及控制因素 182
4.4.7 阻燃聚酰胺燃燒過程的表征方法 185
4.4.8 阻燃聚酰胺的主要品種與性能 190
4.5 增韌聚酰胺 192
4.5.1 概述 192
4.5.2 增韌劑的種類與特性 193
4.5.3 增韌劑的作用機理 194
4.5.4 增韌技術在阻燃聚酰胺中的應用 198
4.5.5 增韌共混過程及控制因素 200
4.5.6 增韌聚酰胺的主要品種與性能 207
4.6 聚酰胺合金 208
4.6.1 概述 208
4.6.2 聚合物合金的形態結構 210
4.6.3 聚合物合金相容性的判斷 212
4.6.4 聚酰胺共混增容技術 214
4.6.5 聚酰胺合金化設計 217
4.7 抗靜電與導電聚酰胺 230
4.7.1 概述 230
4.7.2 抗靜電劑的作用機理 231
4.7.3 抗靜電劑的種類與特性 231
4.7.4 導電劑的作用機理 232
4.7.5 導電劑的種類與特性 234
4.7.6 抗靜電、導電聚酰胺的生產過程及控制因素 235
4.7.7 抗靜電、導電聚酰胺的主要品種與性能 236
4.8 耐磨聚酰胺 240
4.8.1 概述 240
4.8.2 聚合物摩擦磨損機理 240
4.8.3 耐磨材料的種類與特性 244
4.8.4 耐磨材料的作用機理 245
4.8.5 耐磨聚酰胺的組成與性能 246
4.8.6 碳纖維增強聚酰胺耐磨材料的生產過程及控制因素 247
4.8.7 玻璃纖維增強聚酰胺耐磨材料的生產過程及控制因素 248
4.8.8 玻璃纖維/芳綸增強聚酰胺耐磨材料的生產過程及控制因素 248
4.8.9 耐磨聚酰胺的主要品種與性能 248
4.9 導熱聚酰胺 249
4.9.1 概述 249
4.9.2 導熱材料的作用原理 250
4.9.3 導熱材料的種類與特性 251
4.9.4 導熱聚酰胺生產過程及控制因素 253
4.9.5 導熱聚酰胺的主要品種與性能 253
4.10 聚酰胺復合材料專用助劑 254
4.10.1 概述 254
4.10.2 熱穩定劑 254
4.10.3 抗紫外光吸收劑 259
4.10.4 潤滑劑及分散劑 259
4.10.5 成核劑 261
4.10.6 增塑劑 262
4.10.7 著色劑 262
參考文獻 264

第5章 聚酰胺加工成型技術269
5.1 概述 269
5.1.1 聚酰胺加工方法 269
5.1.2 聚酰胺加工技術的最新進展 270
5.1.3 聚酰胺加工技術的發展展望 274
5.2 聚酰胺的加工特性 275
5.2.1 聚酰胺的吸水性對成型制品質量的影響 275
5.2.2 聚酰胺的熔體流動性對加工成型的影響 277
5.2.3 聚酰胺的結晶性對加工成型的影響 278
5.2.4 聚酰胺的成型收縮性對成型制品質量的影響 278
5.2.5 聚酰胺的熱穩定性對加工成型的影響 280
5.3 聚酰胺注射成型 281
5.3.1 注射成型過程與工藝設計 281
5.3.2 聚酰胺主要品種的注射成型工藝 283
5.3.3 注射成型的異?，F象與對策 289
5.4 聚酰胺擠出成型 292
5.4.1 概述 292
5.4.2 板材擠出成型過程與工藝 292
5.4.3 棒材擠出成型過程與工藝 294
5.4.4 管材擠出成型過程與工藝 297
5.4.5 單絲擠出成型過程與工藝 300
5.4.6 薄膜擠出成型過程與工藝 306
5.4.7 擠出成型的異?，F象與對策 321
5.5 聚酰胺滾塑成型 325
5.5.1 概述 325
5.5.2 聚酰胺粉末滾塑成型 327
5.5.3 己內酰胺陰離子反應滾塑成型 332
5.6 聚酰胺吹塑成型 335
5.6.1 概述 335
5.6.2 吹塑成型用聚酰胺樹脂技術要求 337
5.6.3 吹塑工藝及控制因素 339
參考文獻 342

第6章 聚酰胺及其復合材料的應用344
6.1 概述 344
6.1.1 聚酰胺及其復合材料應用概況 344
6.1.2 我國聚酰胺及其復合材料的應用分類及消費結構 344
6.1.3 聚酰胺及其復合材料市場需求的變化趨勢 345
6.2 聚酰胺在單絲產業中的應用 345
6.2.1 概述 345
6.2.2 日常用品 346
6.2.3 漁具 347
6.2.4 工業 347
6.3 聚酰胺在薄膜產業中的應用 348
6.3.1 概述 348
6.3.2 BOPA6薄膜 349
6.3.3 PAMXD6薄膜 350
6.3.4 PA6復合膜 350
6.4 聚酰胺及其復合材料在通信產業中的應用 352
6.4.1 概述 352
6.4.2 電纜、光纜包覆及接頭材料 352
6.4.3 通信裝備部件 353
6.4.4 5G 通信材料 353
6.5 聚酰胺及其復合材料在汽車產業中的應用 354
6.5.1 汽車部件以塑代鋼的意義 354
6.5.2 發動機周邊部件 354
6.5.3 車身結構部件 357
6.5.4 燃油系統 358
6.5.5 汽車安全氣囊及輪胎簾子線 360
6.5.6 汽車電子電氣系統 360
6.5.7 新能源汽車部件 361
6.6 聚酰胺及其復合材料在軌道交通裝備產業中的應用 361
6.6.1 概述 361
6.6.2 軌道交通線路系統 362
6.6.3 軌道交通裝備部件 363
6.6.4 軌道電路與車輛信息控制系統 365
6.7 聚酰胺及其復合材料在機械裝備產業中的應用 366
6.7.1 概述 366
6.7.2 工程機械 366
6.7.3 農用機械 368
6.7.4 礦山機械 368
6.7.5 輕工機械及智能裝備 369
6.8 聚酰胺及其復合材料在電子電氣產業中的應用 369
6.8.1 概述 369
6.8.2 電氣控制系統部件 370
6.8.3 電子元件 370
6.8.4 LED燈具 371
6.8.5 家電及辦公用品 372
6.8.6 電動工具 372
6.9 聚酰胺及其復合材料在航空航天及軍工裝備產業中的應用 372
6.9.1 概述 372
6.9.2 航空航天裝備 373
6.9.3 軍工裝備 375
6.10 聚酰胺及其復合材料在其他產業中的應用 379
6.10.1 運動器械 379
6.10.2 石油化工 381
6.10.3 熱熔膠 382
6.10.4 建筑隔熱條 383
參考文獻 384

第7章 聚酰胺樹脂廢料回收利用389
7.1 概述 389
7.1.1 塑料回收利用的發展現狀 389
7.1.2 國內外聚酰胺工程塑料的消費、回收現狀 390
7.2 回收料的來源與預處理 390
7.3 回收利用方法 390
7.3.1 物理回收 390
7.3.2 化學回收 395
7.3.3 能量回收 397
7.3.4 回收利用實例 398
7.4 小結 405
參考文獻 405