深度認識PARA(PAMXD6-GF)復合材料-產品設計工程師選材
工程師設計選材特性：聚芳酰胺 (PARA; MXD6) 的 ABC介紹
大家好，之前對SYENSQO AMODEL 介紹較多，現在再深度介紹一下PARA.
現在歡迎來到PARA聚合物工程師設計性能的第一篇文章。
今天的文章將專門討論高性能聚合物聚芳酰胺（PARA、MXD6 或 PAMXD6）。了解這種聚合物將在您下一代產品設計中選擇聚合物（塑料）材料選擇項目中發揮優勢，尤其是在處理高強度、高剛度和美觀的應用時。
簡介和結構 - 什么是聚芳酰胺？
聚芳酰胺屬于半芳香族聚酰胺，玻璃化轉變點 (Tg) 為 85°C，熔點為 235°C，熔融溫度為 280°C。它們具有以下幾個有趣的特性：
-脂肪族和半芳香族聚酰胺中吸濕性最低
-高尺寸穩定性，可生產復雜零件
-出色的表面外觀 - 聚酰胺中的“最佳”
-出色的剛度和強度
-流動性非常好，可以成型薄至 0.5 毫米的壁，也可以成型較厚的壁，且不會出現凹痕
圖1顯示了PARA重復單元的化學組成（與PA 6.6相比），
圖2顯示了60 wt%玻璃纖維增強PARA的DMA曲線（與PA 6.12-GF 60 wt%相比）。
可以看出，在達到玻璃化轉變溫度之前，其模量可以達到18 GPa的高值，隨后在130°C時降至10 GPa。長鏈脂肪族PA 6.12可以保持16 GPa的高模量直至40°C，之后模量開始下降。此外，可以看出，PARA并非典型的耐高溫熱塑性塑料，而是一種高性能塑料，兼具上述關鍵特性。
PARA 的特性
讓我們回到低吸濕性的問題。比較PARA、PPA和標準脂肪族聚酰胺的吸濕性，可以看出，50 wt%玻璃纖維增強PARA在24小時浸水（23°C）后僅變化0.32%，而其他半芳香族聚酰胺的變化是PARA值的兩倍，標準聚酰胺的變化是PARA值的四倍。
除了吸水率低之外，PARA 還因其表面區域的精細結晶，在所有聚酰胺中擁有最佳的表面性能。這使其成為涂層或噴漆應用的理想選擇。采用玻璃纖維增強 PARA 制成的模塑部件可實現 0.10 μRa 的低表面粗糙度值，而標準聚酰胺的表面粗糙度值約為 0.25 μRa。機械拋光鋼材的表面粗糙度值與 PARA 相當。在聚酰胺（脂肪族和半芳香族）中，PARA 擁有最低的表面粗糙度值。這是因為 PARA 在模塑部件表層具有精細的結晶。
PARA 的高剛度和強度源于其分子尺寸較大，且其芳香環結構相互纏繞，并與玻璃纖維增強材料緊密結合。
表 1 比較了 PARA 與壓鑄金屬的機械性能。PARA 的機械性能使其非常適合在需要高強度和優異表面外觀的應用中替代金屬。
表 1：聚芳酰胺 (PARA) 與壓鑄金屬的機械性能概覽。
特性 | PARA-GF 50 wt% | PARA-GF 60 wt% | AG6（鋁） | AS9U3（鋁） | 鋅合金（Zn） | AZ91D（鎂） |
密度（克/立方厘米） | 1.64 | 1.77 | 2.7 | 2.9 | 6.6 | 1.83 |
熔化溫度（℃） | 235 | 235 | 660 | 660 | 390 | 470 |
拉伸強度（MPa） | 280 | 280 | 220 | 200 | 280 | 235 |
彈性模量 (GPa) | 20 | 23 | 65 | 72 | 85 | 45 |
斷裂伸長率（%） | 1.7 | 1.8 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 3.0 |
聚芳酰胺（PARA）的設計特性
拉伸強度與拉伸模量
圖3比較了50wt% PARA-GF和60wt% PARA-GF與壓鑄材料的拉伸強度和拉伸模量。如果加上比強度，可以看出，(比強度）其比黃銅、鋅和鎂等金屬高出兩到三倍。
高溫下的抗蠕變性
圖4比較了50 wt%玻璃纖維增強PARA與鋅鋁合金的蠕變性能。數據表明，PARA在1000小時（50 MPA和50°C）后變形小于1%。PARA的蠕變性能低于大多數具有類似增強水平的工程聚合物以及某些金屬。
PARA 的線性熱膨脹系數 (CLTE)
表 2 顯示了 50 wt% 玻璃纖維增強 PARA 以及鋼、鋁、黃銅和鋅等金屬的 CLTE 值。
表 2：聚芳酰胺 (PARA) 的線性熱膨脹系數 (CLTE) 與壓鑄金屬的比較。
線熱膨脹系數 (10-5 K-1) | PARA-GF 50 wt%（流動方向） | PARA-GF 50 wt%（橫向） | 鋁 | 黃銅 | 鋅 | 鋼 |
/ | 1.5 | 3.6 | 2.4 | 1.8 | 3 | 1.2 |
翹曲行為
將 PARA 的翹曲行為與標準聚酰胺進行比較，可以發現 PARA 的翹曲趨勢較低。這是因為 PARA 的各向異性較低，而使用特殊礦物填料可以進一步改善其各向異性。
PARA 的耐化學性
聚芳酰胺本身具有良好的耐化學性，但由于酰胺基團的存在，它們對某些化學物質具有一定的限制性。當暴露于強氧化劑（例如臭氧和氯氣）以及高濃度無機酸（例如硫酸和硝酸）時，會發生快速降解。稀無機酸、乙酸和甲酸在室溫下會導致降解。強堿（例如氫氧化鉀、氫氧化鈉等）、大多數有機酸和甲醛會導致對羥基苯甲酸（PARA）在高溫下降解。
PARA的熱性能和電性能
除圖2所示的DMA外，含50 wt%玻璃纖維增強的PARA的熱變形溫度(HDT；1.8 MPa)為230°C，電氣相對熱指數(RTI)為130°C（1.5毫米）。50 wt% PARA-GF的CTI為PLC 1級(500 V)，體積電阻率為1E+8 ohms cm，介電強度為28 kV/mm。阻燃等級為HB（0.75毫米）。
PARA 的生產
PARA 是由脂肪族二羧酸（己二酸）和脂肪族二胺（1,3-苯二甲胺）縮聚而成。
PARA 的處理
聚芳酰胺非常適合注塑成型。PARA 并非典型的耐高溫聚合物，但加工過程中模具溫度需要保持在 120°C。其優勢在于結晶在成型過程中較晚開始，從而能夠在保壓階段填充模腔。與其他聚酰胺相比，PARA 分子較大，因此需要較長時間結晶。它能夠形成細小的晶體，尤其是在模腔的凍結層和下層，并將玻璃纖維隱藏在下方。因此，即使玻璃纖維含量較高（50-60 wt%），也能獲得美觀的表面。PARA 不僅可用于成型薄部件，也可用于成型復雜部件。
圖 5 顯示了厚度為 1 毫米、注塑壓力為 1000 bar 時 PARA 的螺旋流動長度。結果表明，添加玻璃纖維填料的 PARA 的流動性與 PPS（添加玻璃和礦物填料）相當，并且比添加玻璃纖維增強的標準聚酰胺 6 的流動性高出 45%。如果排氣和鎖模力設置不當，也存在產生溢料的風險。此外，估算高性能聚酰胺冷卻溫度的快速方法是將壁厚“w”的平方乘以2.5（冷卻時間 = 2.5 x w^2）。料筒內的總停留時間不應超過6分鐘。
應用和終端市場
PARA 的應用和市場范圍包括
家電（例如咖啡機手柄、烤箱手柄、咖啡滴濾網和外殼組件，結合結構和美觀要求）
醫療器械（一次性手術器械，例如插入器、刮匙、持針器、鑷子、牽開器和提取器）、飛機（座椅組件）
汽車（金屬到塑料變速桿、涂漆部件）
電氣和電子產品（手機、平板電腦和筆記本電腦組件）。
商業級
表3列出了主要的PARA制造商及其市售化合物。大多數制造商提供玻纖增強級（含量在30 wt%-60 wt%之間）、礦物填充級、抗紫外線級和阻燃級。此外，還提供碳纖維增強級。
表 3：PARA 的主要生產商和商業化合物。
制造商 | 商業品牌 |
索爾維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 |
結論
這款高性能聚酰胺兼具多項關鍵特性：其強度堪比金屬（室溫下，50% 玻纖填充量下的拉伸模量為 22 GPa），尺寸穩定性高，吸水率比 PA 6.6 低 87%，且吸濕后仍保持高模量。在所有玻纖增強聚酰胺中，它擁有最佳的表面外觀（由于結晶細密，表面富含樹脂）。此外，其優異的流動性（與 PPS 相似）以及可實現復雜零件幾何形狀的能力，使其成為您材料選擇的理想之選。