AMILAN™ 尼龙树脂
AMILAN™ 尼龙树脂是一种含有酰胺基团 (-CONH-) 的热塑性工程塑料,具有优异的强度、韧性、耐热性和抗摩擦耐磨性。机械性能

I.. 拉伸特性
图 1:尼龙应力-应变曲线
图 1:尼龙应力-应变曲线

拉伸特性通常使用应力-应变曲线表示。图 1 显示了非增强尼龙在干燥状态和平衡吸水率下的典型拉伸应力-应变曲线。如您所见,吸水会产生更平滑的应变-应力曲线。此外,颈缩发生在屈服点之外(图 1 中的点 B)。此后,伸长迅速进行。实际设计使用通过将屈服点应力除以某种安全度量而获得的安全应力容限。对于尼龙,在许多情况下使用 3-8 的安全措施值。用玻璃纤维或其他增强填料增强的尼龙不会出现颈缩;相反,它们会变脆和断裂。拉伸强度以屈服失效材料的屈服点应力和脆性断裂失效材料的断裂应力来表示。

弹性模量用于表示材料变形的难易程度。在图 1 中,它对应于应力-应变曲线(直到 A 点的直线)上比例极限的斜率。以下是尼龙 66 在平衡吸水率 (2.5%) 下的拉伸模量的公式。对应于 0.5% 伸长率(比例极限)的应力为 7.5MPa。

拉伸模量 = 应力/应变 = 7.5MPa/0.005 = 1500MPa = 1.5GPa

尼龙的拉伸特性在很大程度上取决于温度。拉伸强度和拉伸模量都随着温度的升高而下降。吸水率还会降低拉伸强度和拉伸模量,从而产生温度依赖性曲线,其行为类似于干燥尼龙在较低温度下的表现。拉伸强度的温度依赖性如图 2 至图 5 所示,拉伸模量的温度依赖性如图 6 和图 7 所示,使用代表性的尼龙等级。

II.. 弯曲性能
弯曲性能通常使用三点弯曲测试进行评估,如图 8 所示。指标包括弯曲强度、弯曲应变和弯曲模量。

将断裂点的载荷输入公式 (a) 以得出弯曲强度。将断裂点的弯曲应变输入公式 (b) 以得出弯曲应变。弯曲模量可以通过将沿载荷-挠度曲线的直线截面的一个点的挠度和载荷输入公式 (c) 来获得。

与拉伸性能类似,弯曲性能也表现出对温度和吸水率的依赖性。弯曲强度的温度依赖性如图 9 至图 12 所示,弯曲模量的温度依赖性如图 13 至图 16 所示,使用代表性等级的尼龙。

III.. 压缩性能
非增强尼龙 6 中压应力的温度依赖性如图 17 所示,非增强尼龙 6 中抗压强度的吸水依赖性如图 18 所示。表 1 显示了每种尼龙等级的抗压强度。

IV.. 蠕变特性
蠕变是指在恒定负载下应变随时间增加,是尼龙最重要的机械性能之一。图 19 显示了非增强尼龙 6 和 66 在室温下的拉伸和压缩蠕变。图 20 显示了在 10 MPa 拉伸应力下尼龙 6 蠕变变形的温度依赖性。图 21 显示了在 20 MPa 拉伸应力下尼龙 6 和尼龙 66 蠕变变形的温度依赖性。

在实践中,表观模量(经过一定时间后的弹性模量)可以方便地估计可能发生的变形量。图 22 显示了 CM 1017(尼龙 6)和 CM 3001-N(尼龙 66)在室温下的表观模量。这可用于估计 CM 3001-N(尼龙 66)在 20 MPa 的应力下一年后会发生多少变形。

根据图 22,一年后(8,760 小时后)的表观模量系数为 0.66 GPa。因此,一年后的变形量为:

变形量=20MPa/0.66GPa≒0.003=3%

但是,只有当CM1017(尼龙6)和CM3001-N(尼龙66)在室温下的应力不超过20MPa时,才能施加表观模量。

东丽的产品阵容包括尼龙 6、尼龙 66、尼龙 610 以及大量的共聚物尼龙配方。此外,还提供专为各种客户需求和应用而设计的各种牌号,包括非增强、增强、阻燃、抗摩擦磨损、高冲击、薄膜、单丝和吹塑成型牌号。


V.. 冲击强度
相对于其他树脂,尼龙表现出很大的冲击强度。图 23 显示了冲击强度的吸水依赖性,图 24 显示了冲击强度的温度依赖性。尼龙 6 和尼龙 66 在室温下干燥时没有差异,吸水依赖性也没有差异。然而,尼龙 6 在平衡时具有更高的吸水率,因此应表现出更大的冲击强度。同时,图 25 显示了冲击强度的结晶度依赖性。如您所见,较高的结晶度会导致较低的冲击强度。

VI.. 表面硬度
表面硬度的吸水依赖性如图 26 所示,表面硬度的温度依赖性如图 27 所示。如您所见,表面硬度会随着吸水率的增加或温度的升高而下降。

电气特性
I.. 介电击穿强度

II.. 介电特性
在干燥状态下,如果频率在 50kHz 和 20MHz 之间,则可以通过以下公式找到介电常数 ε。

ε = a log f + {b (f: 频率 (Hz))

介电常数和介电正切随吸水而变化。这种效果在较低频率下被放大。图 30 显示了 CM1017(尼龙 6)浸入 20°C 水中时的介电常数随时间的变化。图 31 显示了 CM1017(尼龙 6)浸入 20°C 水中时的介电正切变化。

图 32 显示了 CM3001-N(尼龙 66)的介电正切的温度依赖性,
尼龙在干燥状态下没有明显的差异。然而,吸水率会导致不同等级的尼龙性能存在差异。因此,用于电子元件时,CM3001-N(尼龙 66)比 CM1017(尼龙 6)具有更多优势。也就是说,在 10MHz 以上的频率下,不同类型的尼龙之间几乎没有差异,其中吸水的影响可以忽略不计。

III.. 体积电阻率
图 31 显示了 CM1017(尼龙 6)和 CM3001-N(尼龙 66)中体积电阻率的吸水率依赖性。请注意,吸水率增加 1% 会导致体积电阻率降低个位数。


物理性质
I.. 吸水率
在分子水平上,尼龙含有亲水性酰胺基团。因此,尼龙具有吸水性。吸水会导致尺寸变化。
假设普通大气条件 (23°C/60%RH),尼龙 6 的平衡吸水率为 3.5%,尼龙 66 为 2.5%,尼龙 610 为 1.5%。(表 36 中所示的吸水率表示基于浸入水中的值,因此与大气平衡吸水率不同。图 34 显示了每种尼龙的吸水率随时间的变化。
即使使用相同类型的尼龙,吸水速度也会根据成型产品的形状而变化。图 35 说明了这种现象。
图 36 和图 37 分别显示了尼龙 6 在 100°C 水和大气中的吸水曲线。如您所见,吸水率 y (%) 和时间 t 之间的关系可以用以下公式表示。
y=m·tn

m 和 n 值是由尼龙类型、成型产品的形状和成型条件(结晶度)决定的常数。
(* 理论上为 n = 1/2)
表 3 显示了 60mmφ×3mm 圆盘和 12.7×6.35×127mm 方棒的 m 和 n 值。

接下来,我们将使用扩散方程来求尼龙成型品吸水率随时间的变化。
为简化起见,半无限物体中的吸水方向应该是一维的。C(x,t) 表示在时间 t 时距离物体表面 x 的地方存在的水。使用这些假设,浓度 C 随时间的变化可以表示为:
公式 (a) (?C/?t)=D(?2/?x2) (a)
D 表示扩散常数。 基于任意时间任意测量的平均浓度C(t)可表示为:
式(b)C(t)=S2Cs/ (b)
式中:
Cs = 在相应条件下的平衡吸水率;
D = 扩散常数 (m2/s);
V = 体积 (m3) 的成型产品;S
= 成型品的表面积 (m2)。
相对于实际测量值,和S/V√t之间的关系C/Cs形成一条直线,直到C/Cs它等于大约 0.8。表 4 显示了基于存在线性关系的范围的许多尼龙成型产品的扩散常数 D。

使用公式 (b) 求注塑成型产品浸入 20°C 水中时达到一定吸水率所需的时间:
公式 (c) t=0.784(C/Cs)2(1/ω2D) (c)
t = 经过的时间(秒);
C = 给定时间后的吸水率 (%) t;Cs
= 适用环境条件下的平衡吸水率 (%)。
得到的结果是:
= 形状系数 (1/m)

请注意,此公式只能用于计算达到平衡吸水率 80% 所需的时间。达到完全平衡吸水率所需的时间大约是达到平衡吸水率 80% 所需时间的 2.5 倍。

使用公式 (c) 求出浸入 20°C 水中 CM1017(60mmφ×3mm 圆盘,ω = 733)达到 80% 平衡吸水率所需的时间。根据表 4,我们知道 D = 7.84×10-13m2
t1=0.784·(0.8)2(1/7332·7.84·10)=1.19 ~10(S)≒330( )
同样,求在 20°C、60%RH 的大气中达到 80% 平衡吸水率所需的时间。
t1=0.784·(0.8)2(1/7332·6.31·10)=1.48 ~10(S)≒4,110( )
因此,达到完全平衡吸水率所需的时间分别为 330 × 2.5 = 825 小时和 4,110 × 2.5 = 10,275 小时。

II.. 吸水引起的尺寸变化
图 38 显示了注塑成型后留在干燥器中的 CM1017(尼龙 6)方棒尺寸随时间的变化。如您所见,在室温(20°C,0%RH)的干燥状态下,尺寸会随着残余应力(由注射成型工艺引起)的松弛而缩小。因此,恒温下的实际尺寸变化构成了注塑成型过程中吸水导致的尺寸膨胀和因残余应力松弛而导致的尺寸收缩的净效应。

图 39 显示了热处理引起的收缩和热处理后尺寸随时间的变化。热处理后,几乎看不到尺寸变化。每吸水 1%,尺寸膨胀约 0.2% 至 0.3%。

III.. 热性能
Figure 40: Linear expansion of each type of nylon
图 40:每种尼龙的线性膨胀

与其他通用热塑性树脂相比,尼龙具有非常高的熔点。尼龙 66 的熔点为 255°C,尼龙 6 为 225°C,尼龙 610 为 220°C。
但是,对于需要在负载下连续使用的应用,尼龙 66 的温度通常不应超过 100°C,尼龙 6 和尼龙 610 的温度通常不应超过 70°C。与金属材料相比,尼龙的热性能具有导热系数低、线膨胀系数大的特点。图 40 显示了每种尼龙的热处理后线性膨胀。如果尼龙的热历史不同,即使是相同类型的尼龙也会表现出明显不同的线性膨胀行为。这是由于结晶度和注塑成型的残余应力的影响。

IV.. 老化特性
尼龙是一种聚合物,因此在受热、紫外线和其他元素下会降解。表 5 显示了 CM1017(尼龙 6)和 CM3001-N(尼龙 66)的室外暴露测试结果。暴露对机械性能的影响尤其在击穿伸长率和冲击强度方面。CM1017 的干燥样品在暴露一年后表现出约 10% 的退化;然而,在平衡吸水率下的 CM1017 样品几乎没有变性。暴露在自然环境中一年后,尼龙 6 或尼龙 66 的退化不会进一步发展。




特征
■尼龙 6 和尼龙 66
在机械性能方面具有极好的性能平衡。
在标准湿度条件下具有卓越的韧性。
具有优异的耐化学性和耐油性。
具有卓越的耐磨性和耐磨性。
几乎所有等级的自熄和阻燃性能都符合 UL 标准 94V0。
具有优异的长期耐热性(最高长期连续使用温度:约 80~150°C)
玻璃纤维增强的牌号在弹性模量和强度方面特别突出。
具有低汽油渗透性和卓越的气体阻隔性能。
■尼龙 617
具有出色的柔韧性和低温抗冲击性。
具有相对较低的吸收性和优异的尺寸稳定性。
具有优异的弯曲疲劳特性。
■共聚物尼龙
可提供具有透明度、柔韧性和粘合性等特殊功能的产品。
可提供具有特殊特性的产品,包括在酒精中的溶解度。