一、高增強尼龍材料
針對汽車、機械以及體育休閑領域,50%以上玻纖增強的PA66或PA6產品已成功應用于汽車剎車、油門踏板用連接桿、沖涼椅子連桿等部件,取代金屬,在提供高強度的條件下,兼具耐腐蝕、重量輕、磨損小、成本低等很多優點。例如:巴斯夫公司的PA66+GF50%的產品UltramidA3WG10、杜邦公司的PA66+GF60%產品Zytel70G60HSL等。
高強度隔熱尼龍支架(來源:巴斯夫)
國內生產企業較少此類產品,主要因為在高玻纖填充情況下,除性能和生產設備需滿足要求外,對產品生產的穩定性控制、產品外觀與加工性等因素的把握均有一定技術難度。
而連續玻纖增強尼龍產品因纖維長度長,更具有無可比擬的機械性能,在某些應用領域(如交通工具座椅、汽車保險桿緩沖梁、自行車車架等)可取代熱固性復合材料,更環保、更經濟、也更輕,而且還明顯降低噪音和振動。如巴斯夫公司的UltramidStructureLF系列產品,羅地亞公司最新基于低粘尼龍樹脂Technyl系列開發的Evolite復合材料,使采用浸漬工藝生產尼龍復合材料織物或片材變得更加容易。這方面的應用越來越多,而國內從事的企業更少,此領域的技術難點主要集中在生產設備和工藝的特殊性方面。
二、無鹵阻燃尼龍材料
氮系阻燃尼龍材料主要是指MCA阻燃的PA66/6,以非增強型為主,也有少量增強尼龍使用MCA的。此體系在國內推廣已有一定的時間,但生產穩定到達阻燃V-0的產品的廠家并不多。一方面與產品應用領域的局限有關,另一方面與高效MCA產品的不足有關,PA66體系中,目前只有巴斯夫的MelapurMC25可滿足,而國產的MCA即便是高添加量情況下,阻燃也常常只能做到V-2,而此時加工和使用性能劣化已很嚴重了。
不過,近期隨著阻燃尼龍產品的無鹵化推動,溴系阻燃劑的大幅度成本上升,前者已得到改善。而后者則隨著國內一些新型MCA產品的推出,技術上解決了此難題,使MCA阻燃PA66/6又成為市場技術開發的焦點。
使用磷氮系阻燃增強尼龍的體系是近期國內外比較熱的一個領域,此體系的產品,除了熱、力學性能和溴系接近,比重輕外,主要具有兩個突出特點:一個是很容易得到高CTI(550V以上)的產品,這對于工業用電氣產品至為關鍵;另一個就是煙密度低,對于密閉環境的阻燃是絕好的選擇,可在建筑、高速交通工具、航空等領域得到應用。
目前,使用的磷氮系阻燃劑主要集中在使用科萊恩公司的OP系列產品,如ExolitOP-1312/1314,在阻燃增強尼龍66、6的市場上占相當的份額。而其他一些阻燃劑廠家也有類似應用的磷氮類阻燃劑,如巴斯夫公司的Melapur200,Presafer公司的EPFR-200A,以及日本和意大利相關公司的產品,已陸續在市場上得到推進。各改性廠可基于不同的阻燃劑進行針對性開發,甚至做多種助劑的復配,實現成本最低的前提下,滿足市場的需求。
三、耐磨尼龍材料
尼龍耐磨材料主要是通過添加碳纖維、二硫化鉬、石墨、四氟乙烯粉或有機硅粉等物料,來實現降低摩擦系數或磨耗量。一般而言,耐磨尼龍主要應用于機械零部件領域,而近期,在汽車應用領域上,耐磨尼龍也得到了逐步的推廣。國外公司如美國RTP和LNP公司均有相關產品銷售。
汽車用高尺寸精度耐磨尼龍墊片(來源:北京首塑)。
在這個應用領域,國內也已有公司走在前列,如北京首塑新材料科技有限公司開發的SuployPA666207產品,用于汽車差速器齒輪墊片,實現了以塑代鋼,產品具有較高的耐磨擦、沖擊韌性及尺寸穩定性,較好的流動性。汽車差速器齒輪墊片以及軸承用耐磨墊片,由于價格的問題,耐磨尼龍材料成了這一應用領域選材的首選目標。但由于是用于傳動齒輪的墊片,對厚度方向的精度要求比較高,因此,對于尼龍材料在厚度方向的均一性提出了苛刻的要求。而常規的耐磨尼龍制品,由于熱收縮等因素,端面很容易產生凹面效應,特別是厚制件(5mm以上)芯部收縮與邊緣收縮尺寸差別大更是突出的問題,必須針對性改進后才能使用,這也是技術實現的難點,即在保證耐磨效果的基礎上,如何提高制品的尺寸精度,同時成本不至太高。
四、耐溫尼龍材料
尼龍的耐溫問題一直是從事改性尼龍的技術人員關注的重要問題,但一直進展不大,一般而言,尼龍66改性材料的長期使用溫度一般也就170-180℃左右,而尼龍6改性材料的長期使用溫度也就150-160℃。如果提高使用溫度,尼龍材料的性能在短時間內下降就非常嚴重。隨著電子電氣的微型化及汽車機械領域的能量高效化,元器件的工作溫度越來越高,這方面的缺陷將會嚴重影響尼龍材料的應用。尼龍體系主要是在高溫下發生由表及的熱氧老化,性能劣化嚴重,制約尼龍材料的耐高溫性能主要是高溫耐老化助劑體系的開發。
近期,一些跨國公司在耐溫尼龍耐老化體系開發方面取得了明顯進展。巴斯夫公司生產的UltramidEndure系列產品是特殊改性PA66,可在220℃的高溫下長期使用(3000小時以上),短時可耐240℃高溫,性能穩定,可用于高溫使用的渦輪增壓(TURBO)和柴油發動機用進氣管、節流閥、諧振器等部件。巴斯夫公司對外宣稱是通過創新開發的穩定化技術實現,通過在表面不斷形成保護密封層(炭黑類的物質),在220℃高溫下提供阻隔高溫下的氧化的能力。不過,此類產品在高溫下的電子電氣應用上電性能不一定很好。
帝斯曼公司也將針對耐熱StanylPA46開發的特殊耐熱穩定體系用于PA6中,生產的AkulonDiablo系列耐高溫PA6材料,可在210℃下長期使用,短時間可耐230℃高溫,可用于汽車的空氣、燃油系統。
五、尼龍合金材料
GTX 9400W典型資料
PA/PPO合金
隨著汽車電子化程度越來越高,電子產品在汽車內部使用的連接與固定點越來越多,為實現集約化和模塊化,各類控制盒使用也越來越多。很多廠商的汽車中央配電控制盒殼體就采用了如沙伯基礎創新塑料的PA6/MPPOGTX9400W合金。
此類合金產品兼具尼龍的耐溶劑性和加工流動性好,以及MPPO的尺寸精度高、低熱蠕變、低吸水率和電絕緣性好的優點,同時合金化后產品的韌性好,綜合力學性能突出,能在復雜結構的高精度電氣產品上應用。
PA/ABS合金產品與其它幾款產品的缺口沖擊強度對比(來源:巴斯夫)。
PA/ABS合金
PA/ABS合金產品,除了具有尼龍產品的耐溶劑型和低的摩擦性外,由于引入ABS的非晶結構,合金產品的尺寸精度高,沖擊強度尤其是低溫沖擊強度大幅提高,且合金的吸音減震效果明顯,可用于交通工具、體育和機械配件領域,如汽車、摩托車儀表盤/板罩、溜冰鞋支架、溜冰護套、草坪平整機等。巴斯夫的TurblendN系列產品是這方面的代表產品,國內錦湖日麗公司也有類似產品。
總體而言,尼龍合金產品的開發難點在于相容劑的開發和選用,尤其是高韌性的獲得,前提是兩相得到很好的相容。只有采用合適的相容劑,才能得到性價比高的合金產品。
六、導電尼龍材料
碳纖維增強導電
由于尼龍材料中,導電炭黑的導電閾值比較高,而添加過多的導電炭黑對尼龍產品的性能劣化影響比較明顯,因此,碳纖維用于尼龍材料中,作為增強與導電雙功能添加物,盡管成本較高,但導電效率高,且無炭黑導電的污染問題,外觀光亮,尺寸精度高,還賦予尼龍材料熱、力學性能大大提升的趨勢,因此被用于很多高端電子類產品的殼體與骨架。典型的一類產品如RTP公司生產的RTP299系列產品,是碳纖維15%增強導電PA6產品。
目前國內使用碳纖維做增強和導電的廠家不多,一是碳纖維的成本過高,另一方面,生產安全性要求高。如果在生產過程中,碳纖維微纖飄至電機上,會導致電機短路燒損,安全危害比較大。不過,隨著國內生產設備技術的提升,側給料和輸送過程的密閉,以及電機保護做到位,碳纖維增強產品的生產已不是難事。
高韌性導電尼龍/PPO合金
最早推出高韌性導電耐溫性尼龍/PPO合金材料的是原美國GE塑料(現沙伯基礎創新塑料)的GTX系列97X產品,用于汽車翼子板。此類產品用于汽車翼子板來取代車身鋼板,不僅能將翼子板的重量減輕一半,而且在低速沖擊的優良表現,符合歐洲推行的汽車設計行人關懷理念。而其耐溫和導電特性克服了常規汽車塑料制件的涂裝問題,無需前處理,并可與車身一同在生產線上噴涂。
沙伯基礎創新塑料的NorylGTX97X系列產品已在歐美各大汽車廠商得到廣泛應用,奇瑞A3CC雙門跑車前翼子板也使用了此系列產品。此產品不僅導電性能突出,而且韌性優異,是尼龍/PPO合金材料中有一定技術難度的產品。國內改性塑料的廠商應重點關注此領域的應用,開發相關產品,滿足客戶的高端需求。