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AMILAN™ 尼龍樹(shù)脂 AMILAN™ 尼龍樹(shù)脂是一種含有酰胺基團(tuán) (-CONH-) 的熱塑性工程塑料,具有優(yōu)異的強(qiáng)度、韌性、耐熱性和抗摩擦耐磨性。機(jī)械性能 尼龍樹(shù)脂注塑成型前 注塑成型尼龍前 尼龍是一種吸收水分的結(jié)晶聚合物,因此在嘗試成型尼龍時(shí)請(qǐng)注意以下幾點(diǎn)。 表 1.1 顯示了尼龍的熔融和成型溫度。如圖 1.1 所示,尼龍的熔融粘度與溫度高度相關(guān),因此請(qǐng)嚴(yán)格控制成型溫度。 尼龍是一種結(jié)晶聚合物,凝固時(shí)會(huì)表現(xiàn)出很大的體積收縮。相對(duì)較厚(6 毫米或更大)的成型品可能容易產(chǎn)生燒痕和縮痕。因此,請(qǐng)務(wù)必補(bǔ)償冷卻時(shí)凝固導(dǎo)致的任何體積收縮。 尼龍吸收大量水分。在使用長(zhǎng)時(shí)間暴露在自然環(huán)境中的顆粒之前,干燥至含水量不超過(guò) 0.15 至 0.2%。 表 1.1:尼龍熔點(diǎn)和成型溫度 類(lèi)型 熔點(diǎn) (°C) 成型溫度 (°C) 尼龍 6 225 245~280 元 尼龍 66 265 270~295 元 尼龍 610 225 245~280 元 處理尼龍顆粒 I.. 尼龍顆粒的包裝和儲(chǔ)存 東麗尼龍樹(shù)脂按照嚴(yán)格的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn),并包裝在密封的防潮袋中。因此,從袋子中取出的顆粒不需要預(yù)干燥,只要在打開(kāi)袋子后立即使用顆粒即可。只要袋子沒(méi)有損壞,顆粒在儲(chǔ)存過(guò)程中幾乎不會(huì)吸收水分。請(qǐng)小心處理顆粒袋,以免損壞袋子,并避免將袋子存放在濕度特別高的地方。 II.. 顆粒吸水率及其效果 打開(kāi)袋子后,尼龍顆粒會(huì)通過(guò)暴露在空氣中吸收水分。吸水率和平衡吸水率受尼龍類(lèi)型、添加的增強(qiáng)劑(如玻璃纖維)量、顆粒形狀以及空氣溫度和濕度等因素的影響。圖 1.2 顯示了每種尼龍類(lèi)型的相對(duì)濕度和大氣平衡吸水率。要找到增強(qiáng)尼龍的平衡吸水率,請(qǐng)用使用的增強(qiáng)劑每重量百分比的吸水率來(lái)折現(xiàn)相應(yīng)的平衡吸水率。圖 1.3 和 1.4 顯示了代表性類(lèi)型的尼龍顆粒在暴露于大氣中的吸水率。根據(jù)這些數(shù)據(jù),您可以看到尼龍顆粒在炎熱和潮濕的環(huán)境中表現(xiàn)出快速的吸水率。 如果顆粒的吸水率超過(guò)一定閾值,則在成型過(guò)程中使用這些顆粒可能會(huì)導(dǎo)致外觀問(wèn)題,例如成型品表面出現(xiàn)銀條紋和成型品內(nèi)部出現(xiàn)空洞,以及由于分子量較低而導(dǎo)致性能下降。在注射成型中使用的尼龍顆粒中,水分含量約為 0.15% 至 0.2% 是優(yōu)選的。請(qǐng)按照以下步驟確保適當(dāng)?shù)暮克健? 在冬天,將冷顆粒帶入溫暖的房間時(shí)可能會(huì)形成冷凝水。讓顆粒在溫暖的房間里靜置一段時(shí)間,然后再引入成型過(guò)程。 絕對(duì)避免將顆粒暴露在敞開(kāi)的袋子中。最好在袋子打開(kāi)后用完所有顆粒。我們建議您將剩余的顆粒存放在可以密封的干凈金屬容器中。要繼續(xù)使用打開(kāi)的袋子中的顆粒,您可以去除袋子中的所有空氣并熱封袋子開(kāi)口,然后切開(kāi)袋子的一角以根據(jù)需要去除顆粒并使用包裝膠帶密封切割的開(kāi)口,但這種方法不能充分保護(hù)顆粒免受潮濕。我們強(qiáng)調(diào),最好盡快用完打開(kāi)的袋子中的所有顆粒。 避免將顆粒長(zhǎng)時(shí)間暴露在成型機(jī)料斗中的空氣中。在將顆粒引入料斗之前,估計(jì)每小時(shí)使用量,并僅引入所需的量。圖 1.3 和 1.4 顯示,在高濕度環(huán)境中,最好將顆粒暴露在料斗中不超過(guò) 30 分鐘到一個(gè)小時(shí),在低濕度環(huán)境中放置不超過(guò) 3-4 小時(shí)。 III.. 干燥吸收水分的顆粒 A.真空干燥 真空干燥是干燥尼龍的最佳方法。合適的干燥條件是 80-120°C 的溫度和 1013 hPa 的真空壓力。干燥時(shí)間應(yīng)為 10 至 48 小時(shí),具體取決于顆粒的含水量。高溫干燥后立即從干燥器中取出顆粒并將顆粒轉(zhuǎn)移到容器中可能會(huì)導(dǎo)致氧化或變色。相反,在轉(zhuǎn)移沉淀之前,在真空下將溫度降低到 70°C 以下。 圖 1.5 顯示了尼龍真空干燥曲線的示例。 B.熱風(fēng)吹干 熱風(fēng)干燥機(jī)、料斗干燥機(jī)或配備除濕機(jī)的其中任何一種都可用于熱風(fēng)吹干。通過(guò)熱風(fēng)吹干實(shí)現(xiàn)的干燥程度取決于顆粒形狀、初始和最終含水量、干燥溫度以及干燥器進(jìn)氣的溫度和相對(duì)濕度。圖 1.6 顯示了在 80°C 下對(duì)尼龍顆粒使用熱風(fēng)干燥器后干燥器進(jìn)氣狀態(tài)與顆粒平衡吸水率之間的關(guān)系。 如您所見(jiàn),達(dá)到的干燥程度取決于干燥機(jī)進(jìn)氣的絕對(duì)濕度(含水量)。普通的熱風(fēng)干燥機(jī)和料斗干燥機(jī)直接從大氣中吸入空氣。因此,達(dá)到的干燥程度受大氣中相對(duì)濕度的控制,這很容易導(dǎo)致季節(jié)性變化。干燥水分含量已經(jīng)很低的顆?？赡軙?huì)導(dǎo)致較高的水分含量,并且在炎熱潮濕的環(huán)境中可能難以實(shí)現(xiàn)充分干燥。 為了獲得更好的干燥效果,請(qǐng)使用更高的干燥溫度和更長(zhǎng)的干燥時(shí)間。但是,請(qǐng)注意,干燥溫度的升高程度受到使用高溫進(jìn)行熱風(fēng)吹干時(shí)氧化或變色風(fēng)險(xiǎn)的限制。圖 1.7 顯示了在不同干燥溫度和持續(xù)時(shí)間下熱風(fēng)吹干時(shí)尼龍顆粒的顏色變化。使用普通熱風(fēng)吹風(fēng)機(jī),干燥溫度應(yīng)不高于 80-90°C,以防止氧化或變色。 圖 1.8 顯示了尼龍顆粒的熱風(fēng)吹干曲線。如您所見(jiàn),當(dāng)干燥溫度足夠低以減輕氧化或變色的風(fēng)險(xiǎn)時(shí),過(guò)多的水分吸收會(huì)阻止在短時(shí)間內(nèi)充分干燥。 圖 1.9 和 1.10 顯示了配備除濕機(jī)的干燥機(jī)實(shí)現(xiàn)的干燥曲線。除濕機(jī)去除進(jìn)氣中的水分。然后,干燥空氣被加熱并以熱空氣的形式在加熱器內(nèi)循環(huán),不斷將顆粒暴露在炎熱干燥的空氣中。此方法是首選方法,因?yàn)樗松鲜黾竟?jié)性等風(fēng)險(xiǎn)。但是,與往常一樣,請(qǐng)注意避免氧化或變色。此外,除濕機(jī)去除水分的能力有限,因此請(qǐng)保持警惕,使預(yù)干燥的尼龍顆粒盡可能干燥。 回收 為了回收澆口、流道和其他材料,要回收的材料必須在干燥條件下儲(chǔ)存或在注塑成型前適當(dāng)干燥?；厥詹牧系奶匦詴?huì)隨著材料的熱歷史而變化。此外,對(duì)于增強(qiáng)材料,增強(qiáng)劑在成型過(guò)程中受到剪切力可能會(huì)損壞。通常,回收會(huì)導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度降低,而電氣、滑動(dòng)、燒結(jié)和耐化學(xué)性性能保持不變。圖 1.11 和 1.12 顯示了回收的非增強(qiáng)尼龍 6 和尼龍 66 的性能變化。同樣,圖 1.13 至 1.22 顯示了回收玻璃纖維增強(qiáng)尼龍 6 和尼龍 66 的情況。有關(guān)使用的詳細(xì)條件,請(qǐng)參閱以下內(nèi)容。 機(jī)筒溫度(尼龍 6):260°C 料筒溫度(尼龍 66):290°C 模具溫度:80°C 回收方法:成型品在粉碎機(jī)中粉碎?；厥詹牧吓c原始材料按預(yù)定比例混合,形成均勻的混合物。然后將混合物提供給注塑成型。 回收頻率:1-5次 除了拉伸擊穿伸長(zhǎng)率外,非增強(qiáng)產(chǎn)品還保持了近 100% 的性能。測(cè)試樣品表明,當(dāng)回收材料含量不超過(guò) 20% 時(shí),玻璃纖維增強(qiáng)產(chǎn)品至少保留了 90% 的性能(沖擊強(qiáng)度除外)。但是,在使用回收材料之前,請(qǐng)對(duì)回收材料實(shí)施嚴(yán)格的控制,并在充分考慮產(chǎn)品所需特性的基礎(chǔ)上確定適當(dāng)?shù)幕厥詹牧虾克?。此?在破碎過(guò)程中,刀片中的細(xì)小顆?？赡軙?huì)污染回收材料,因此在緊湊的電子元件應(yīng)用中要特別小心。否則,細(xì)顆粒污染物可能會(huì)破壞成型過(guò)程的穩(wěn)定性;在這種情況下,請(qǐng)務(wù)必去除污染物。 美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn) 746D 規(guī)定,UL 認(rèn)證的材料可能包含高達(dá) 25% 重量的加工中回收材料?；厥詹牧虾砍^(guò) 25% 的產(chǎn)品應(yīng)在 UL 進(jìn)行確認(rèn)測(cè)試后進(jìn)行認(rèn)證。 注塑設(shè)備 注塑機(jī)類(lèi)型和結(jié)構(gòu) 圖 2.1 說(shuō)明了三種代表性的注塑機(jī)類(lèi)型。 柱塞型 (a) 使用注射柱塞壓縮和轉(zhuǎn)移材料,使用加熱缸和魚(yú)雷加熱并熔化材料,然后注入模具型腔。 預(yù)塑化型 (b) 配有用于預(yù)塑的單獨(dú)加熱和熔化裝置。 直列式螺桿型 (c) 使用螺桿壓縮和熔化材料,是常用的。 不同類(lèi)型的注塑機(jī)具有以下結(jié)構(gòu)特征。 一種加壓機(jī)構(gòu),用于測(cè)量每個(gè)成型周期的恒定材料量 一種加壓機(jī)構(gòu),用于通過(guò)加熱筒推進(jìn)和注射材料。 用于加熱和熔化材料的加熱機(jī)構(gòu)。 用于打開(kāi)、關(guān)閉和保持模具的機(jī)構(gòu)。 一種控制注射成型周期的機(jī)制。 在選擇注塑機(jī)時(shí),請(qǐng)考慮以下三點(diǎn)。 I.. 選擇注塑機(jī) 成型機(jī)必須滿足以下所有 3 個(gè)公式。 公式 1:注射能力:V≧(n×W+R)/(ρ/100) 公式 2:塑化能力:T≧(n×W+R)×1/1000×α 公式 3:鎖模壓力:C>n×a×P×10.2 而: V:成型機(jī)的注射能力(cm3/丸) T: 成型機(jī)的塑化能力 (kg/h) C: 成型機(jī)的鎖模壓力 (噸) n: 成型品數(shù)量 (數(shù)量) W: 成型品的重量 (g/個(gè)) R: 澆口和流道的重量 (g) ρ: 熔化時(shí)材料的密度 (kg/m3) i: 每單位時(shí)間的成型周期數(shù) (shots/hr) a: 成型產(chǎn)品的投影面積 (cm2) P: 注射壓力 (MPa) 一般來(lái)說(shuō),注塑機(jī)的塑化能力表示為在注塑機(jī)的最大產(chǎn)能下對(duì)聚苯乙烯進(jìn)行塑化的能力。公式 2 包括一個(gè)修正系數(shù) α 以考慮尼龍的成型。預(yù)計(jì) 2 至 2.5 的系數(shù)可以解釋聚苯乙烯和尼龍之間的比熱、熔化熱和成型溫度的差異。使用 β 作為塑化時(shí)間占總成型周期時(shí)間的比例,您可以預(yù)測(cè): α = 2.5/β 二、模具尺寸的核算 考慮拉桿之間的空間、模具安裝孔的位置、最大模具開(kāi)口尺寸、最小模具厚度、最大模具尺寸、擠出機(jī)杠桿孔位置、噴嘴孔尺寸以及半徑和定位環(huán)尺寸等因素。 III.. 成型品的核算 要選擇合適的成型機(jī),請(qǐng)考慮拉桿之間的空間、模具安裝孔的位置、最大模具開(kāi)口尺寸、最小模具厚度以及生產(chǎn)周期時(shí)間是否短等因素。當(dāng)使用含有玻璃纖維等填料的材料時(shí),還應(yīng)考慮圓柱體和螺桿的材料。 噴嘴 雖然尼龍等級(jí)之間存在差異,但一般來(lái)說(shuō),尼龍的粘度相對(duì)較低,因此很容易從噴嘴泄漏。噴嘴泄漏會(huì)導(dǎo)致測(cè)量體積不均勻和制動(dòng)故障。為避免噴嘴泄漏,請(qǐng)使用密閉的噴嘴,如圖 2.2 所示。如圖 2.3 所示的反向錐形噴嘴在與尼龍一起使用時(shí)也可以產(chǎn)生良好的結(jié)果。 螺釘和螺釘頭 I.. 螺絲 在線螺桿注塑機(jī)中的尼龍用螺桿需要以下特點(diǎn)。 建議使用短壓縮類(lèi)型形狀。如圖 2.4 所示,螺釘分為以下部分:供應(yīng)段、壓縮段和測(cè)量段。特別是,為了有效,壓縮部分應(yīng)緊接在測(cè)量部分之前,并且能夠壓縮四分之一圈到半圈。 建議使用長(zhǎng)螺釘 (L/D ≥ 20)。 3-4 的壓縮比就足夠了。 考慮到潛在的磨損,請(qǐng)選擇耐腐蝕和耐磨的材料,例如,經(jīng)過(guò)特殊襯里處理的材料,尤其是在處理玻璃纖維增強(qiáng)尼龍時(shí)。 Figure 2.4: Screw for nylon applications 圖 2.4 尼龍用螺絲 II.. 螺絲頭 在在線螺桿注塑機(jī)中,螺桿還起到柱塞的作用,因此螺桿頭的選擇很重要。 與其他樹(shù)脂相比,尼龍的粘度相對(duì)較低。在注射過(guò)程中,可能會(huì)發(fā)生熔融聚合物的回流,因此需要一個(gè)帶有回流止回閥的螺釘頭,如圖 2.5 或 2.6 所示。 圖 2.7 所示的螺釘頭適用于高粘度熱解樹(shù)脂(如聚氯乙烯)的注塑成型。 成型條件 以下描述說(shuō)明了使用尼龍成型產(chǎn)品的可行性(流動(dòng)性和填充特性)以及根據(jù)產(chǎn)品圖紙工作時(shí)最合適的成型條件。 聚合物流動(dòng)性 聚合物流動(dòng)性受型腔形狀(成型品厚度和形狀復(fù)雜性、流動(dòng)阻力)、等級(jí)、成型機(jī)性能(最大注射壓力、注射速率、模具夾緊壓力)、成型條件(聚合物溫度、注射壓力)和澆口橫截面表面積的影響。 圖 7.1 顯示了帶狀(5 mm 寬,1-3 mm 深)螺旋流測(cè)試的結(jié)果。在解釋結(jié)果時(shí),請(qǐng)考慮上述因素。 流動(dòng)比是用從澆口流入型腔的聚合物所能達(dá)到的最大可能距離除以產(chǎn)品厚度得出的值。注射壓力表示柱塞凈壓力。產(chǎn)品厚度越大,流比就越小。 將流速比應(yīng)用于一般成型品時(shí),請(qǐng)根據(jù)上述因素使用 0.55 至 0.75 的修正系數(shù)。 < 練習(xí) 1 > 估計(jì) 200 mmφ 圓盤(pán)的最小可成型厚度。假設(shè)材料為 CM1017 并使用從中心填充的直接澆口。 < 答案 > 根據(jù)圖 7.1,1/t = 162(假設(shè)材料為 CM1017,注射壓力為 70 MPa,聚合物溫度為 245°C)。使用校正系數(shù) 0.7,162 × 0.7 = 113。因?yàn)闈部趶闹行奶畛?所以 1 = 200/2 = 100 毫米。因此,100/113 ≈ 0.9 毫米。因此,最小可能的厚度為 0.9 毫米。 熔融粘度 熔融粘度可用于比較聚合物的流動(dòng)性。為了計(jì)算熔融粘度,使用 Koka 流量測(cè)試儀(恒定負(fù)載孔板式流量測(cè)試儀)以恒定負(fù)載以恒定噴嘴排出不同溫度水平的熔融聚合物。根據(jù)排出的熔融聚合物的量計(jì)算熔體粘度。 公式 21:μ=πR4P/8LQ 而: μ: 熔體粘度 (Pa?S) R: 噴嘴半徑 (5×10-5)(m) P: 壓力 (2)(MPa) L: 噴嘴長(zhǎng)度 (1×10-4)(m) Q: 放電速度(m3/s) 圖 7.2 顯示了每種尼龍等級(jí)的熔融粘度。從圖表中,請(qǐng)參閱各等級(jí)的成型條件設(shè)置。一般來(lái)說(shuō),100-300Pa?S 對(duì)于注塑成型應(yīng)用來(lái)說(shuō)是合理的。尼龍的流動(dòng)性遠(yuǎn)高于其他熱塑性樹(shù)脂,這尤其支持了這一點(diǎn)。 疲勞耐久性 材料在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)承受波動(dòng)載荷會(huì)疲勞和失效。圖 47 顯示了懸臂彎曲疲勞測(cè)試下的應(yīng)力壽命曲線。使用的條件是樣品厚度為 6 mm,重復(fù)速度為 35 Hz(平面交替彎曲),溫度為 23±1°C,濕度為 60%RH ±5%。 如您所見(jiàn),在重復(fù) 107 次后,CM1017(尼龍 6)的交替方向彎曲疲勞極限為 19 MPa。 表 9 顯示了尼龍 66 的拉伸-壓縮疲勞測(cè)試結(jié)果 當(dāng)存在缺口時(shí),應(yīng)力會(huì)集中,這會(huì)消耗疲勞強(qiáng)度。此外,更高的聚合度會(huì)導(dǎo)致更高的疲勞強(qiáng)度。 較高的重復(fù)速度或較大的應(yīng)力波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致磁滯在內(nèi)部產(chǎn)生大量熱量。在這種情況下,需要采取釋放熱量的步驟。 磨損性能 尼龍具有出色的耐磨性能,使其適用于多種應(yīng)用。 尼龍是一種出色的自潤(rùn)滑劑,在正常條件下無(wú)需涂抹潤(rùn)滑劑。但是,建議在需要高負(fù)載或高速旋轉(zhuǎn)的應(yīng)用中使用潤(rùn)滑劑。水和其他液體將在工作表面上起到潤(rùn)滑劑的作用。但請(qǐng)記住,水性潤(rùn)滑劑通常具有較高的摩擦系數(shù)。 不同等級(jí)的尼龍具有非常相似的摩擦系數(shù)。 圖 41 顯示了摩擦系數(shù)隨負(fù)載和潤(rùn)滑條件的變化。 表 8 顯示了將尼龍 66 用作軸承與各種不同材料和潤(rùn)滑劑時(shí)摩擦量與摩擦系數(shù)之間的關(guān)系。 表 8:尼龍 66 軸承的摩擦量和摩擦系數(shù) 與金屬不同,金屬的磨損速度會(huì)隨著時(shí)間的推移而相對(duì)恒定,而尼龍的磨損最初會(huì)以快速的速度進(jìn)行。圖 42 顯示了一個(gè)比較尼龍軸承與燒結(jié)青銅軸承磨損行為的示例。 尼龍的摩擦系數(shù)和磨損狀態(tài)也因表面結(jié)晶度而異。注塑成型后的熱處理將提高結(jié)晶度,從而降低摩擦系數(shù)和減少磨損。圖 43 顯示了熱處理對(duì)尼龍摩擦性能的影響。 在尼龍中添加二氧化鉬或石墨可改善尼龍的摩擦性能。這些物質(zhì)不僅充當(dāng)固體潤(rùn)滑劑,而且據(jù)信它們還充當(dāng)成核劑并導(dǎo)致緊密形成的細(xì)小晶體的形成。圖 44 顯示了在尼龍 66 中添加二氧化鉬的效果。 圖 45 和 46 顯示了向尼龍中添加二氧化鉬或石墨的效果。如您所見(jiàn),少量的二氧化鉬會(huì)產(chǎn)生顯著的效果。 特征 ■尼龍 6 和尼龍 66 在機(jī)械性能方面具有極好的性能平衡。 在標(biāo)準(zhǔn)濕度條件下具有卓越的韌性。 具有優(yōu)異的耐化學(xué)性和耐油性。 具有卓越的耐磨性和耐磨性。 幾乎所有等級(jí)的自熄和阻燃性能都符合 UL 標(biāo)準(zhǔn) 94V0。 具有優(yōu)異的長(zhǎng)期耐熱性(最高長(zhǎng)期連續(xù)使用溫度:約 80~150°C) 玻璃纖維增強(qiáng)的牌號(hào)在彈性模量和強(qiáng)度方面特別突出。 具有低汽油滲透性和卓越的氣體阻隔性能。 ■尼龍 611 具有出色的柔韌性和低溫抗沖擊性。 具有相對(duì)較低的吸收性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性。 具有優(yōu)異的彎曲疲勞特性。 ■共聚物尼龍 可提供具有透明度、柔韌性和粘合性等特殊功能的產(chǎn)品。 可提供具有特殊特性的產(chǎn)品,包括在酒精中的溶解度。