聚酰胺及其复合材料

聚酰胺材料具有优异的力学性能、自润滑性、耐腐蚀性、耐油性和加工性能，被广泛应用在电子电器、汽车部件、电动工具等领域，同时由于聚酰胺材料具有极性较强的酰胺键，使其吸水性较大，对产品的尺寸稳定性和电性能影响较大，并且聚酰胺材料的低温冲击性能低的缺点也限制了聚酰胺材料的应用领域。随着汽车的小型化、电子电气设备的高性能化、机械设备轻量化的进程加快，对尼龙的需求将更高更大。特别是尼龙作为结构性材料，对其强度、耐热性、耐寒性等方面提出了很高的要求。因此，必须针对某一应用领域，通过改性，提高其某些性能，来扩大其应用领域。 由于PA强极性的特点，吸湿性强，尺寸稳定性差，但可以通过改性来改善。本书基于作者团队多年研究成果，依据聚酰胺材料前沿研究进展，简要地介绍了聚酰胺树脂的生产方法与性能特点，并重点阐述了聚酰胺改性原理与方法、产品牌号与性能、加工技术与应用情况，以及聚酰胺材料的循环利用。内容丰富，文献来源广，技术先进，具有深度与针对性，理论与实践结合紧密，实用性强，对从事聚酰胺树脂改性与加工的科研、生产技术人员具有较强的指导作用，也可作为大专院校高分子专业师生的参考书。

21世纪以来，特别是近十多年间，我国聚酰胺(PA)产业蓬勃发展。2021年，我国PA6总产能超500万吨/年，PA66产能达60万吨/年；长期困扰PA66产业发展的己二腈、己二胺合成技术取得重大突破，2022年，天辰20万吨/年生产线试车成功，打破PA66单体长期被英威达等国外企业垄断的局面；聚酰胺合成及装备技术实现重大突破，湖南石化60万吨/年己内酰胺新工艺生产线一次试车成功，PA6 树脂生产线产能达5 万吨/年；PA6T、PA10T及透明聚酰胺等特种聚酰胺实现产业化；聚酰胺复合材料产能超200万吨/年，聚酰胺复合材料生产工艺技术特别是装备自动化智能化技术突飞猛进，培育了一批具有行业影响力的企业，如金发科技、杭州本松新材、广东泰塑新材、中广核俊尔新材、南京聚隆、苏州旭光、上海普利特等，引领我国聚酰胺复合材料产业赶超世界先进水平；聚酰胺加工应用技术发展迅速，如精密注射成型、水辅助注射成型及3D 打印成型等新技术广泛应用，不断拓展聚酰胺及其复合材料应用领域；我国汽车、电子电气、工程机械、轨道交通及轻工机械等相关产业的快速发展，有力推动了聚酰胺及其复合材料产业的发展，使我国成为全球最大的聚酰胺及其复合材料产销大国。
但是，我国聚酰胺树脂产业仍然存在重复建设、品种单一、产业链上下游发展不平衡、特种聚酰胺品种仍然依赖进口、企业技术研发能力不足等诸多问题，特别是差异化聚酰胺新品种开发及应用研究与国外的差距较大，严重影响聚酰胺产业的可持续发展。
本书较为全面地总结了近十年来国内外聚酰胺产业发展成果，较为系统地介绍了聚酰胺树脂特性、聚酰胺新品种合成、复合材料生产及加工应用新技术，期待为我国聚酰胺产品结构调整、产业链创新发展做出有益的贡献。
本书由邓如生、黄安民和王文志等编著，各章编写人员名单如下：
第一章：黄安民、胡峰、邓如生；
第二章：王文志、黄安民；
第三章：胡峰；
第四章：甘典松、邓如生；
第五章：胡天辉；
第六章：王春花、邓如生；
第七章：王文志。
全书由邓如生策划与审定。
本书编写过程中承蒙中车株洲时代新材料科技股份公司(简称时代新材)、化学工业出版社的大力支持；杭州本松新材料技术股份有限公司(简称本松新材)等企业提供了相关产品技术参数，为读者提供了有益参考；中车时代新材首席科学家杨军教授、中车时代新材高纪明教授的指导与帮助，本松新材张光辉总工程师提出修改意见。在此一并表示诚挚的感谢!
由于编者水平有限，书中难免存在一些疏漏之处，敬请读者批评指正。

编著者
邓如生
于株洲
2023年12月28日

邓如生（邓凯桓），教授级高工，国家科技部、湖南省新材料专家，中国合成树脂协会聚酰胺分会秘书长，湘潭大学、湖南工业大学特聘教授。
从事聚酰胺合成与改性研究四十余年。先后主持国家863项目，国家发改委、科技部重大项目6项，湖南省重大专项3项；获省部级科技进步奖6项（其中一等奖3项，二等奖2项，3等奖1项；主持编写《共混工程塑料》《聚酰胺树脂及其应用》，参与编写《工程塑料》《聚酰胺手册》；获发明专利35项，发表论文32篇。
 
黄安民，工学博士，教授级高工，中车资深技术专家。现任株洲时代新材料科技股份有限公司材料技术与工程研究院院长，中国合成树脂协会聚酰胺分会副会长等。承担10余项省部级以上项目，获省部级科技一等奖4项，发表学术论文40余篇，授权专利50余项，相关成果广泛应用于轨道交通、汽车等领域。
 
王文志，博士，教授级高工，长期致力于聚酰胺分子设计、合成工艺和性能应用研究，主要从事共聚尼龙、高流动尼龙、阻燃尼龙、高温尼龙等聚酰胺树脂与产业技术的开发，主持或参与国家级项目4项，发表科技论文50余篇，申请国家发明专利30余项，获得省部级科技奖励5项，多项聚酰胺研究成果已实现工业化生产，打破国外技术垄断，填补国内空白，在改性材料、化纤、包装等领域获得广泛应用，有力支持了国内聚酰胺行业的发展。

本书较为系统地介绍了聚酰胺树脂合成、结构与性能，聚酰胺复合材料制造及其加工应用的最新成果。结合编著者多年研究成果与经验，力求为读者提供有益的参考。本书共分7章，分别为聚酰胺及其复合材料概述、聚酰胺树脂的合成、聚酰胺的结构与性能、聚酰胺复合材料制备技术、聚酰胺加工成型技术、聚酰胺及其复合材料的应用、聚酰胺树脂废料回收利用。
本书可供从事聚酰胺合成、改性与加工技术研究、生产及营销人员参考，也可作为大专院校相关专业参考书。

第1章 概述1
1.1 聚酰胺的命名与分类 1
1.1.1 命名 2
1.1.2 分类 2
1.2 聚酰胺发展历程 3
1.2.1 产业发展概述 3
1.2.2 原料变迁 4
1.2.3 主要单体品种开发历程 6
1.2.4 树脂合成技术 9
1.2.5 树脂品种开发历程 10
1.2.6 改性技术发展历程 11
1.2.7 加工技术发展历程 13
1.3 全球聚酰胺产业发展概况 14
1.3.1 聚酰胺主要单体 14
1.3.2 聚酰胺树脂 16
1.3.3 聚酰胺复合材料 20
1.3.4 全球主要企业聚酰胺产品结构变化 20
1.3.5 全球聚酰胺消费结构变化 21
1.4 我国聚酰胺产业发展概况 22
1.4.1 聚酰胺主要单体 22
1.4.2 聚酰胺树脂 25
1.4.3 聚酰胺复合材料 31
1.4.4 我国聚酰胺消费结构变化 33
1.4.5 产业发展趋势 34
参考文献 37

第2章 聚酰胺树脂的合成39
2.1 脂肪族聚酰胺 39
2.1.1 聚己内酰胺 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 聚十一内酰胺 57
2.1.9 聚十二内酰胺 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 多元共聚聚酰胺热熔胶 68
2.4 聚酰胺弹性体 68
2.4.1 PA6/PEG 聚酰胺弹性体 69
2.4.2 PA1010/PTMG、PA12/PTMG 聚酰胺弹性体 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 含脂环透明聚酰胺 70
参考文献 70

第3章 聚酰胺的结构与性能73
3.1 聚酰胺大分子链的结构特征 73
3.1.1 聚酰胺大分子链的构型 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 亚甲基及其特性 75
3.1.5 芳香基及其特性 75
3.2 聚酰胺大分子链结构对性能的影响 75
3.2.1 对结晶性的影响 75
3.2.2 对密度的影响 76
3.2.3 对吸水性的影响 76
3.2.4 对耐温性的影响 77
3.2.5 对力学性能的影响 82
3.2.6 对电性能的影响 83
3.3 聚酰胺的基本物性 85
3.3.1 结晶性 85
3.3.2 吸水性 95
3.3.3 耐磨性 96
3.3.4 燃烧性 97
3.3.5 阻隔性 98
3.3.6 耐热性 99
3.3.7 电绝缘性 103
3.3.8 加工性 104
3.3.9 耐化学品性 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 聚酰胺弹性体的特性 145
参考文献 146

第4章 聚酰胺复合材料制备技术149
4.1 概述 149
4.1.1 聚酰胺改性的目的与意义 149
4.1.2 聚酰胺的改性方法 150
4.1.3 聚酰胺复合材料制备技术的发展历程与趋势 151
4.2 纤维增强聚酰胺 152
4.2.1 概述 152
4.2.2 纤维增强作用机理 153
4.2.3 常用增强材料的特性 154
4.2.4 玻璃纤维增强聚酰胺的生产过程及控制因素 154
4.2.5 碳纤维增强聚酰胺的生产过程与工艺 159
4.2.6 纤维增强聚酰胺的主要品种与性能 160
4.2.7 长纤维增强聚酰胺 164
4.2.8 连续纤维增强聚酰胺 166
4.3 填充聚酰胺 171
4.3.1 概述 171
4.3.2 填料的种类及特性 171
4.3.3 填充聚酰胺的生产过程及控制因素 172
4.3.4 填充聚酰胺的主要品种与性能 175
4.4 阻燃聚酰胺 175
4.4.1 概述 175
4.4.2 阻燃剂的种类与特性 176
4.4.3 阻燃剂的阻燃机理 177
4.4.4 阻燃剂的协同作用与助剂的应用 181
4.4.5 阻燃聚酰胺配方设计原则 182
4.4.6 阻燃聚酰胺的生产过程及控制因素 182
4.4.7 阻燃聚酰胺燃烧过程的表征方法 185
4.4.8 阻燃聚酰胺的主要品种与性能 190
4.5 增韧聚酰胺 192
4.5.1 概述 192
4.5.2 增韧剂的种类与特性 193
4.5.3 增韧剂的作用机理 194
4.5.4 增韧技术在阻燃聚酰胺中的应用 198
4.5.5 增韧共混过程及控制因素 200
4.5.6 增韧聚酰胺的主要品种与性能 207
4.6 聚酰胺合金 208
4.6.1 概述 208
4.6.2 聚合物合金的形态结构 210
4.6.3 聚合物合金相容性的判断 212
4.6.4 聚酰胺共混增容技术 214
4.6.5 聚酰胺合金化设计 217
4.7 抗静电与导电聚酰胺 230
4.7.1 概述 230
4.7.2 抗静电剂的作用机理 231
4.7.3 抗静电剂的种类与特性 231
4.7.4 导电剂的作用机理 232
4.7.5 导电剂的种类与特性 234
4.7.6 抗静电、导电聚酰胺的生产过程及控制因素 235
4.7.7 抗静电、导电聚酰胺的主要品种与性能 236
4.8 耐磨聚酰胺 240
4.8.1 概述 240
4.8.2 聚合物摩擦磨损机理 240
4.8.3 耐磨材料的种类与特性 244
4.8.4 耐磨材料的作用机理 245
4.8.5 耐磨聚酰胺的组成与性能 246
4.8.6 碳纤维增强聚酰胺耐磨材料的生产过程及控制因素 247
4.8.7 玻璃纤维增强聚酰胺耐磨材料的生产过程及控制因素 248
4.8.8 玻璃纤维/芳纶增强聚酰胺耐磨材料的生产过程及控制因素 248
4.8.9 耐磨聚酰胺的主要品种与性能 248
4.9 导热聚酰胺 249
4.9.1 概述 249
4.9.2 导热材料的作用原理 250
4.9.3 导热材料的种类与特性 251
4.9.4 导热聚酰胺生产过程及控制因素 253
4.9.5 导热聚酰胺的主要品种与性能 253
4.10 聚酰胺复合材料专用助剂 254
4.10.1 概述 254
4.10.2 热稳定剂 254
4.10.3 抗紫外光吸收剂 259
4.10.4 润滑剂及分散剂 259
4.10.5 成核剂 261
4.10.6 增塑剂 262
4.10.7 着色剂 262
参考文献 264

第5章 聚酰胺加工成型技术269
5.1 概述 269
5.1.1 聚酰胺加工方法 269
5.1.2 聚酰胺加工技术的最新进展 270
5.1.3 聚酰胺加工技术的发展展望 274
5.2 聚酰胺的加工特性 275
5.2.1 聚酰胺的吸水性对成型制品质量的影响 275
5.2.2 聚酰胺的熔体流动性对加工成型的影响 277
5.2.3 聚酰胺的结晶性对加工成型的影响 278
5.2.4 聚酰胺的成型收缩性对成型制品质量的影响 278
5.2.5 聚酰胺的热稳定性对加工成型的影响 280
5.3 聚酰胺注射成型 281
5.3.1 注射成型过程与工艺设计 281
5.3.2 聚酰胺主要品种的注射成型工艺 283
5.3.3 注射成型的异常现象与对策 289
5.4 聚酰胺挤出成型 292
5.4.1 概述 292
5.4.2 板材挤出成型过程与工艺 292
5.4.3 棒材挤出成型过程与工艺 294
5.4.4 管材挤出成型过程与工艺 297
5.4.5 单丝挤出成型过程与工艺 300
5.4.6 薄膜挤出成型过程与工艺 306
5.4.7 挤出成型的异常现象与对策 321
5.5 聚酰胺滚塑成型 325
5.5.1 概述 325
5.5.2 聚酰胺粉末滚塑成型 327
5.5.3 己内酰胺阴离子反应滚塑成型 332
5.6 聚酰胺吹塑成型 335
5.6.1 概述 335
5.6.2 吹塑成型用聚酰胺树脂技术要求 337
5.6.3 吹塑工艺及控制因素 339
参考文献 342

第6章 聚酰胺及其复合材料的应用344
6.1 概述 344
6.1.1 聚酰胺及其复合材料应用概况 344
6.1.2 我国聚酰胺及其复合材料的应用分类及消费结构 344
6.1.3 聚酰胺及其复合材料市场需求的变化趋势 345
6.2 聚酰胺在单丝产业中的应用 345
6.2.1 概述 345
6.2.2 日常用品 346
6.2.3 渔具 347
6.2.4 工业 347
6.3 聚酰胺在薄膜产业中的应用 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复合膜 350
6.4 聚酰胺及其复合材料在通信产业中的应用 352
6.4.1 概述 352
6.4.2 电缆、光缆包覆及接头材料 352
6.4.3 通信装备部件 353
6.4.4 5G 通信材料 353
6.5 聚酰胺及其复合材料在汽车产业中的应用 354
6.5.1 汽车部件以塑代钢的意义 354
6.5.2 发动机周边部件 354
6.5.3 车身结构部件 357
6.5.4 燃油系统 358
6.5.5 汽车安全气囊及轮胎帘子线 360
6.5.6 汽车电子电气系统 360
6.5.7 新能源汽车部件 361
6.6 聚酰胺及其复合材料在轨道交通装备产业中的应用 361
6.6.1 概述 361
6.6.2 轨道交通线路系统 362
6.6.3 轨道交通装备部件 363
6.6.4 轨道电路与车辆信息控制系统 365
6.7 聚酰胺及其复合材料在机械装备产业中的应用 366
6.7.1 概述 366
6.7.2 工程机械 366
6.7.3 农用机械 368
6.7.4 矿山机械 368
6.7.5 轻工机械及智能装备 369
6.8 聚酰胺及其复合材料在电子电气产业中的应用 369
6.8.1 概述 369
6.8.2 电气控制系统部件 370
6.8.3 电子元件 370
6.8.4 LED灯具 371
6.8.5 家电及办公用品 372
6.8.6 电动工具 372
6.9 聚酰胺及其复合材料在航空航天及军工装备产业中的应用 372
6.9.1 概述 372
6.9.2 航空航天装备 373
6.9.3 军工装备 375
6.10 聚酰胺及其复合材料在其他产业中的应用 379
6.10.1 运动器械 379
6.10.2 石油化工 381
6.10.3 热熔胶 382
6.10.4 建筑隔热条 383
参考文献 384

第7章 聚酰胺树脂废料回收利用389
7.1 概述 389
7.1.1 塑料回收利用的发展现状 389
7.1.2 国内外聚酰胺工程塑料的消费、回收现状 390
7.2 回收料的来源与预处理 390
7.3 回收利用方法 390
7.3.1 物理回收 390
7.3.2 化学回收 395
7.3.3 能量回收 397
7.3.4 回收利用实例 398
7.4 小结 405
参考文献 405