PA46的产品设计和模具设计

1、产品设计 产品设计师在设计新产品应用PA46时，永远应该牢记一些要求。如同其它工程塑料一样，在成型加工的冷却过程中，PA46也会收缩。它的表面外观质量受模具表面质量和成型加工工艺条件影响，如果不遵循适当的工艺指导，机械性能可被损失。若设计中有尖角，对缺口的敏感会导致其过早失效。这里说的每一项要求都会在以下文中提到。 尺寸所有的热塑性工程塑料都表现出一定的成型收缩。非增强材料，一般PA46比典型的无定形材料收缩要大，为2%。添加玻纤后材料的收缩降低至0.2% 0.9%，与玻纤含量有关。 吸水对于预告PA46产品的尺寸起着重要作用。吸水与湿度和时间有关，是一个可逆过程，直到达到平衡。设计师应该考虑

2、到产品使用的湿度环境。与收缩类似，玻璃纤维增强级的吸水与非增强是不一样的。非增强和矿粉增强的PA46通常是收缩各向同性的。也就是说，流动方向的收缩基本与垂直流动方向一致。但是，由于玻纤的取向，垂直流动方向的收缩率通常比较大，约在数值上比流动方向大50%1 0 0 % 。这就是玻纤增强结晶性材料的成型零件常发生翘曲的基本原因。 表面质量有些PA46能够很好地复制出模具的表面。作为一般的法则，非增强级材料最好；玻纤增强的表观最差；矿粉和玻纤/矿粉混合增强的介于两者之间。此法则尤其适用于光亮的表面，通常用纹理面来遮盖表面的小缺陷。此外，模温越高，越容易复制模具表面。 壁厚功能和特殊要求往往决定了产品

3、的部件的壁厚。壁厚应尽可能设计得薄以缩短成型周期。注塑成型的最小壁厚与产品的几何形状及材料的流动性有关。PA46成型壁厚可达0.25 mm，前提条件是流动长度小于100倍的厚度。均匀的壁厚有助于一致性和均匀充模，从而对收缩和翘曲预知更多，得到机械性能更好的产品。当由于设计需要而不可避免壁厚不均匀，则应采用壁厚渐变的方式。 角和圆弧尖内角会形成应力集中。它是塑料件失效的最常见原因。所有聚酰胺都对缺口有些敏感，而玻纤增强的特别敏感，内角的应力集中，可采用圆弧设计来减小。作为一般准则，内角半径等于壁厚的一半，这样可以把应力都分散到表面。较小的半径还会有应力集中，而太大的半径帮助不大，并且可能会降低功

4、能。外角应该保持沿内角半径上壁厚一致，这样减少壁厚变化，有助于防止翘曲、缩影和空陷。加强筋加强筋为产品设计师提供了一系列优点，可以同时增加强度和刚性。去掉了厚重的横截面，可以减少重量和缩短成型周期，从而显著降低成本；然而加强筋并不是什么都好，加强筋的背表面可能会出现缩影，一般用纹理来遮盖，加强筋与产品壁面的交汇处, 如果不好好遵循以上说的设计准则，可能会出现应力。简言之，加强筋给设计师提供了一个有用的工具。只是在实际应用中对机械性能有必要的要求时才采用。 2模具设计 产品设计好了并不保证项目就会成功，如果模具和制造不恰当。PA46几乎都是用于对功能有特别要求的应用。由于这些都趋向昂贵，所以高效

5、地生产高质量部件是基本的要求；而高效高质量生产只有当模具设计和制造都达到高标准并采用优质模具钢才能实现。 浇口和流道PA46与其它聚酰胺一样，要求较小的浇口和流道系统。非增强的PA46，流道可以非常细，以节省材料缩短周期时间。较大的部件和较高的比例填充增强材料要求更宽畅的浇口和流道系统。所有类型的浇口都可以采用，但是潜伏式浇口由于其自动脱离浇口的能力而较常采用。 热流道当今热流道已使用相当普及，因为它没有脱浇口的操作，使得浇口位置设计自由度更大，从而减少了料柄材料，缩短了成型周期；缺点是起动系统到周期稳定工作常有问题，以及在分流道中长期驻留的分解材料，设计不好或不适当启动和关闭都会出现问题。

6、绝大部分的热流道制造商都制造的分流道都已被成功地应用于加工PA46 。开式的、外部加热的系统工作起来最好。它使熔融的材料自由地通过系统，而没有过大的剪切、磨损或材料堵塞。好的模具，系统必须具以下几个显著特性：- 精确的控温系统- 足够的加热能力- 正确的浇口位置和尺寸- 喷嘴尖端合理的绝热- 在分流道的驻留时间最短排气如同所有热塑性工程塑料，PA46充模时产生的气体需要通过模具上的排气槽排出。排气应开在形腔中气体易被捕获或最后充模的部位，气槽深度0.018 0.023 mm，长度至少0.75 mm，第二级排气槽宽度等同于与第一级，深度0.5 mm。所有的排气必须最终能排到大气中。收缩和翘曲由于

7、PA46的高度结晶度，预估收缩和翘曲就变得非常困难。模具设计师应该牢记在各牌号的性能指标中给出的线性收缩率，玻纤增强的产品各向异性非常明显。模流分析工具在复杂的部件上确定其流动模式是有其特定价值的； 另外，特别苛刻的部件，如齿轮，在开永久性的模具之前应该做一个简易样品模具，目的是精确地预告收缩和翘曲。这里的基本要点是样品模和生产模一定要用同样的浇口和流道系统。 尼龙及其改性三丰化工，抗氧剂生产销售聚酰胺俗称尼龙（Nylon），英文名称Polyamide（简称PA），是分子主链上含有重复酰胺基团NHCO的热塑性树脂总称。包括脂肪族PA，脂肪芳香族PA和芳香族PA。其中，脂肪族PA品种多，产量大，

8、应用广泛，其命名由合成单体具体的碳原子数而定。 /7hj=23p 尼龙中的主要品种是尼龙6和尼龙66，占绝对主导地位，其次是尼龙11，尼龙12，尼龙610，尼龙612，另外还有尼龙 1010，尼龙46，尼龙7，尼龙9，尼龙13，新品种有尼龙6I，尼龙9T和特殊尼龙MXD6（阻隔性树脂）等，尼龙的改性品种数量繁多，如增强尼龙，单体浇铸尼龙（MC尼龙），反应注射成型（RIM）尼龙，芳香族尼龙，透明尼龙，高抗冲（超韧）尼龙，电镀尼龙，导电尼龙，阻燃尼龙，尼龙与其他聚合物共混物和合金等，满足不同特殊要求，广泛用作金属，木材等传统材料代用品，作为各种结构材料。 2<5,mV:"9 尼龙是

9、最重要的工程塑料，产量在五大通用工程塑料中居首位。 dPW<o(Lf 尼龙,是聚酰胺纤维（锦纶）是一种说法. 9Ev%51BW| 尼龙是美国杰出的科学家卡罗瑟斯(Carothers)及其领导下的一个科研小组研制出来的，是世界上出现的第一种合成纤维。尼龙的出现使纺织品的面貌焕然一新，它的合成是合成纤维工业的重大突破，同时也是高分子化学的一个重要里程碑。 .&x2l|G 1928年，美国最大的化学工业公司杜邦公司成立了基础化学研究所，年仅32岁的卡罗瑟斯博士受聘担任该所的负责人。他主要从事聚合反应方面的研究。他首先研究双官能团分子的缩聚反应，通过二元醇和二元羧酸的酯化缩合，合成长链的

10、、相对分子质量高的聚酯。在不到两年的时间内，卡罗瑟斯在制备线型聚合物特别是聚酯方面，取得了重要的进展，将聚合物的相对分子质量提高到10 00025 000，他把相对分子质量高于10 000的聚合物称为高聚物(Superpolymer)。1930年，卡罗瑟斯的助手发现，二元醇和二元羧酸通过缩聚反应制取的高聚酯，其熔融物能像制棉花糖那样抽出丝来，而且这种纤维状的细丝即使冷却后还能继续拉伸，拉伸长度可达到原来的几倍，经过冷却拉伸后纤维的强度、弹性、透明度和光泽度都大大增加。这种聚酯的奇特性质使他们预感到可能具有重大的商业价值，有可能用熔融的聚合物来纺制纤维。然而，继续研究表明，从聚酯得到纤维只具有理

11、论上的意义。因为高聚酯在100 以下即熔化，特别易溶于各种有机溶剂，只是在水中还稍稳定些，因此不适合用于纺织。 !:OY_gxDr 随后卡罗瑟斯又对一系列的聚酯和聚酰胺类化合物进行了深入的研究。经过多方对比，选定他在1935年2月28日首次由己二胺和己二酸合成出的聚酰胺66(第一个6表示二胺中的碳原子数，第二个6表示二酸中的碳原子数)。这种聚酰胺不溶于普通溶剂，熔点为263 ，高于通常使用的熨烫温度，拉制的纤维具有丝的外观和光泽，在结构和性质上也接近天然丝，其耐磨性和强度超过当时任何一种纤维。从其性质和制造成本综合考虑，在已知聚酰胺中它是最佳选择。接着，杜邦公司又解决了生产聚酰胺66原料的工业

12、来源问题，1938年10月27日正式宣布世界上第一种合成纤维诞生了，并将聚酰胺66这种合成纤维命名为尼龙(Nylon)。尼龙后来在英语中成了“从煤、空气、水或其他物质合成的，具有耐磨性和柔韧性、类似蛋白质化学结构的所有聚酰胺的总称”。 QeXUoR'VF2 聚酰胺(尼龙) Ei9z&_Zx 聚癸二酸癸二胺(尼龙1010) I8f%Z/=$ 聚十一酰胺(尼龙11) I |n6r 聚十二酰胺(尼龙12) B"8fmP:% 聚己内酰胺(尼龙6) O3AF < 聚癸二酰乙二胺(尼龙610) L.g hN3 聚十二烷二酰乙二胺(尼龙612) <G |ht 聚己二酸己

13、二胺(尼龙66) 'fQP-$ 聚辛酰胺(尼龙8) 2Re5Xo(Z 聚9-氨基壬酸(尼龙9) 4P|zDuu 尼龙6与尼龙66 yAH/ * 结构：尼龙6为聚己内酰胺，而尼龙66为聚己二酸己二胺。尼龙66比尼龙6要硬12，而理论上说，硬度越高，纤维的脆性越大，从而越容易断裂。但在地毯使用中这点微小的差别是无法分别的。 3 g-&-0#Y * 清洗性及防污性：影响这两种性能的是是纤维的截面形状及后道的防污处理。而纤维本身的强度及硬度对清洗及防污性影响很小。 2*!9%md * 熔点及弹性：尼龙6的熔点为220C而尼龙66的熔点为260C。但对地毯的使用温度条件而言，这并不是一个

14、差别。而较低的熔点使得尼龙6与尼龙66相比具有更好的回弹性，抗疲劳性及热稳定性。 GWpNkHd> * 色牢度：色牢度并不是尼龙的一个特性，是尼龙中的染料而不是尼龙本身在光照下褪色。 +Z$_P4Og * 耐磨性及抗尘性：美国Clemson大学曾在Tampa国际机场分别用巴斯夫 Zeftron500尼龙6地毯和杜邦Antron XL尼龙66地毯进行了一个 长达两年半的实验。地毯处于人流量极高的状态下，结果表明：巴斯夫Zeftron500尼龙在颜色保持性及绒头耐磨性方面要稍好于杜邦 Antron XL。两种纱线的抗尘性能没有差别。 PS2*Wx: 尼龙的改性 C.>O25L<3

15、h 由于尼龙具有很多的特性，因此，在汽车、电气设备、机械部构：、交通器材、纺织、造纸机械等方面得到广泛应用。 )NHUfq 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。尼龙的固有缺点也是限制其应用的重要因素，特别是对于PA6、PA66两大品种来说，与PA46、PAl2等品种比具有很强的价格优势，虽某些性能不能满足相关行业发展的要求。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。主要在以下几方面进行改性。 <JSx(%7 改善尼龙的吸水性，提高

16、制品的尺寸稳定性。 NUijOn5Q 提高尼龙的阻燃性，以适应电子、电气、通讯等行业的要求。 <B9k#bu 提高尼龙的机械强度，以达到金属材料的强度，取代金属 IdcW:D 提高尼龙的抗低温性能，增强其对耐环境应变的能力。 ixH1pG5$ 提高尼龙的耐磨性，以适应耐磨要求高的场合。 P!Xq_k 提高尼龙的抗静电性，以适应矿山及其机械应用的要求。 T8&k=lC# 提高尼龙的耐热性，以适应如汽车发动机等耐高温条件的领域。 GUPk$tXn 降低尼龙的成本，提高产品竞争力。 O_9uLOS 总之，通过上述改进，实现尼龙复合材料的高性能化与功能化，进而促进相关行业产品向高性能、高

17、质量方向发展。 (Tl%OM&L 改性PA产品的最新发展 in"2(3h 前面提到，玻璃纤维增强PA在20世纪50年代就有研究，但形成产业化是20世纪70年代，自1976年美国杜邦公司开发出超韧PA66后，各国大公司纷纷开发新的改性PA产品，美国、西欧、日本、荷兰、意大利等大力开发增强PA、阻燃PA、填充PA，大量的改性PA投放市场。 xpVVZB 20世纪80年代，相容剂技术开发成功，推动了PA合金的发展，世界各国相继开发出PAPE、PAPP、PAABS、PAPC、PAPBT、PAPET、PAPPO、PAPPS、PAICP(液晶高分子)、PAPA等上千种合金，广泛用于汽车、

18、机车、电子、电气械、纺织、体育用品、办公用品、家电部件等行业。 h nh)-l!$p 20世纪90年代，改性尼龙新品种不断增加，这个时期改性尼龙走向商品化，形成了新的产业，并得到了迅速发展，20世纪90年代末，世界尼龙合金产量达110万吨年。 <2LV l%r 在产品开发方面，主要以高性能尼龙PPOPA6，PPSPA66、增韧尼龙、纳米尼龙、无卤阻燃尼龙为主导方向；在应用方面，汽车部件、电器部件开发取得了重大进展，如汽车进气歧管用高流动改性尼龙已经商品化，这种结构复杂的部件的塑料化，除在应用方面具有重大意义外，更重要的是延长了部件的寿命，促进了工程塑料加工技术的发展。 xX oK$ 改性

19、尼龙发展的趋势 >qO"F)Z 尼龙作为工程塑料中最大最重要的品种，具有很强的生命力，主要在于它改性后实现高性能化，其次是汽车、电器、通讯、电子、机械等产业自身对产品高性能的要求越来越强烈，相关产业的飞速发展，促进了工程塑料高性能化的进程，改性尼龙未来发展趋势如下。 H9Z;s'U 高强度高刚性尼龙的市场需求量越来越大，新的增强材料如无机晶须增强、碳纤维增强PA将成为重要的品种，主要是用于汽车发动机部件，机械部件以及航空设备部件。 yRx*y> 尼龙合金化将成为改性工程塑料发展的主流。尼龙合金化是实现尼龙高性能的重要途径，也是制造尼龙专用料、提高尼龙性能的主要手段

20、。通过掺混其他高聚物，来改善尼龙的吸水性，提高制品的尺寸稳定性，以及低温脆性、耐热性和耐磨性。从而，适用车种不同要求的用途。 u5C7RO 纳米尼龙的制造技术与应用将得到迅速发展。纳米尼龙的优点在于其热性能、力学性能、阻燃性、阻隔性比纯尼龙高，而制造成本与背通尼龙相当。因而，具有很大的竞争力。 K$fz=R 用于电子、电气、电器的阻燃尼龙与日俱增，绿色化阻燃尼龙越来越受到市场的重视。 0Dzj yoLX 抗静电、导电尼龙以及磁性尼龙将成为电子设备、矿山机械、纺织机械的首选材料。 L4&8PFcA 加工助剂的研究与应用，将推动改性尼龙的功能化、高性能化的进程。 jc r 综合技术的应用，

21、产品的精细化是推动其产业发展的动力。 -e#s4Yf 聚酰胺纤维是大分子链上具有C9-NH基伪一类纤维的总称。常用的为脂肪族聚酯胺夕主要品种有聚酰胺6和'聚酰胺66，我国商品名 称为锦纶6和锦纶66。?锦纶纤维以长丝为主，少量的短纤维主要用于和棉，毛或其它化纤混纺。锦纶长丝大量用于变形加工制造弹 力丝，作为机织或针织原料。锦纶纤维一般采用熔体法纺丝。 锦纶6和锦纶66纤维的强度为45.3cNdtex，高强涤纶可达 7.9cNdtex以上，伸长率1845，在10伸长时的弹性回复率在90以上。据测定，锦纶纤维的耐磨为棉纤维的20倍、羊毛的 20倍、粘胶的50倍。耐疲劳性能居各种纤维之首。在

22、民用上大量用于加工袜子和其他混纺制品，提高织物的耐磨牢度，但锦纶纤维模 量低，抗摺皱性能不及涤纶，限制了锦纶在衣着领域的应用。锦纶帘子线的寿命比粘胶大3倍，冲击吸收能大，因此轮胎能在坏的路面 上行驶，但由于锦纶帘子线伸长大，汽车停止时，轮胎变形产生平点，起动初期汽车跳动厉害。因此只能用于货车的轮胎，不宜作客车 的轮胎帘子线之用。 9EW 锦纶纤维表面平整，不加油剂的纤维摩擦系数很高，锦纶油剂贮存日久易失效，纺织加工时还需要重新添加油剂。 t0$I_(w 锦纶纤维的吸湿比涤纶高，锦纶6与锦纶66在标准条件下的回潮率为4.5，在合纤中仅次于维纶。染色性能好，可用酸性染料， 分散性染料及其他染料染色

23、。 O_HO k 编辑本段尼龙的历史： $4"V5y|4V 人们对尼龙并不陌生，在日常生活中尼龙制品比比皆是，但是知道它历史的人就很少了。尼龙是世界上首先研制出的一种合成纤维。 >o-/UCY 二十世纪初，企业界搞基础科学研究还被认为是一种不可思议的事情。1926年美国最大的工业公司杜邦公司的出于对基础科学的兴趣，建议该公司开展有关发现新的科学事实的基础研究。1927年该公司决定每年支付25万美元作为研究费用，并开始聘请化学研究人员，到1928年杜邦公司成立了基础化学研究所，年仅32岁的卡罗瑟斯（Wallace H. Carothers,18961937)博士受聘担任该所有机化

24、学部的负责人。 s/L8DYy 卡罗瑟斯，美国有机化学家。1896年4月27日出生于美国爱荷华州威尔明顿。1937年4月29日卒于美国费城。1924年获伊利诺伊大学博士学位后，先后在该大学和哈佛大学担任有机化学的教学和研究工作。1928年应聘在美国杜邦公司设于威尔明顿的实验室中进行有机化学研究。他主持了一系列用聚合方法获得高分子量物质的研究。1935年以己二酸与己二胺为原料制得聚合物，由于这两个组分中均含有6个碳原子，当时称为聚合物66。他又将这一聚合物熔融后经注射针压出，在张力下拉伸称为纤维。这种纤维即聚酰胺66纤维，1939年实现工业化后定名为耐纶（Nylon），是最早实现工业化的合成纤维

25、品种。 L:tP#"K 尼龙的合成奠定了合成纤维工业的基础，尼龙的出现使纺织品的面貌焕然一新。用这种纤维织成的尼龙丝袜既透明又比丝袜耐穿，1939年10目24日杜邦公在总部所在地公开销售尼龙丝长袜时引起轰动，被视为珍奇之物争相抢购，人们曾用“象蛛丝一样细，象钢丝一样强，象绢丝一样美”的词句来赞誉这种纤维，到1940年5月尼龙纤维织品的销售遍及美国各地。 +kBv>:*9 从第二次世界大战爆发直到1945年，尼龙工业被转向制降落伞、飞机轮胎帘子布、军服等军工产品。由于尼龙的特性和广泛的用途，第二次世界大战后发展非常迅速，尼龙的各种产品从丝袜、衣着到地毯，渔网等，以难以计数的方式出

26、现，是三大合成纤维之一。 )ts|jb)iD (图片说明)用尼龙制成的热气球可以做得很大 8#u''b 编辑本段特点 j =4r 1杜邦Tactel尼龙使织物柔软舒适，并且其良好的吸湿性可以平衡空气和身体之间的湿度差，从而减轻了身体的压力，具有调整效果。 7/axgluX 2特别轻巧，极易保养。 #tbpy c 3可机洗，晾干时间比棉快三倍，只需微烫或免烫，不易变形，具有显著的抗皱能力。 "&DhB8 4由于具有卓越的回弹性，使它可经拉伸后恢复到原来的状态。 FT.R?:|j 编辑本段尼龙的改性 ox0zWz(b- 由于PA强极性的特点，吸湿性强，尺寸稳定性差

27、，但可以通过改性来改善。 YRniG&X ? 玻璃纤维增强PA 8H-UE 在PA 加入30% 的玻璃纤维，PA 的力学性能、尺寸稳定性、耐热性、耐老化性能有明显提高，耐疲劳强度是未增强的2.5 倍。玻璃纤维增强PA 的成型工艺与未增强时大致相同，但因流动较增强前差，所以注射压力和注射速度要适当提高，机筒温度提高10-40。由于玻纤在注塑过程中会沿流动方向取向，引起力学性能和收缩率在取向方向上增强，导致制品变形翘曲，因此，模具设计时，浇口的位置、形状要合理，工艺上可以提高模具的温度，制品取出后放入热水中让其缓慢冷却。另外，加入玻纤的比例越大，其对注塑机的塑化元件的磨损越大，最好是采用双

28、金属螺杆、机筒。 o" R-O ? 阻燃PA c:1PJOx 由于在PA中加入了阻燃剂，大部分阻燃剂在高温下易分解，释放出酸性物质，对金属具有腐蚀作用，因此，塑化元件（螺杆、过胶头、过胶圈、过胶垫圈、法兰等）需镀硬铬处理。工艺方面，尽量控制机筒温度不能过高，注射速度不能太快，以避免因胶料温度过高而分解引起制品变色和力学性能下降。 fWjDw8K ? 透明PA nUPR5' 具有良好的拉伸强度、耐冲击强度、刚性、耐磨性、耐化学性、表面硬度等性能，透光率高，与光学玻璃相近，加工温度为300-315 ，成型加工时，需严格控制机筒温度，熔体温度太高会因降解而导致制品变色，温度太低会因

29、塑化不良而影响制品的透明度。模具温度尽量取低些，模具温度高会因结晶而使制品的透明度降低。 c tP'79 ? 耐候PA 99fhl1h 在PA 中加入了碳黑等吸收紫外线的助剂，这些对PA的自润滑性和对金属的磨损大大增强，成型加工时会影响下料和磨损机件。因此，需要采用进料能力强及耐磨性高的螺杆、机筒、过胶头、过胶圈、过胶垫圈组合。 ByH6Oo ? 聚酰胺 Js_iQ)(v5 聚酰胺(PA，俗称尼龙)是美国DuPont公司最先开发用于纤维的树脂，于1939年实现工业化。20世纪50年代开始开发和生产注塑制品，以取代金属满足下游工业制品轻量化、降低成本的要求。聚酰胺主链上含有许多重复的酰胺基，用作塑料时称尼龙，用作合成纤维时我们称为锦纶，聚酰胺可由二元胺和二元酸制取，也可以用-氨基酸或环内酰胺来合成。根据二元胺和二元酸或氨基酸中含有碳原子数的不同，可制得多种不同的聚酰胺，目前聚酰胺品种多达几十种，其中以聚酰胺-6、聚酰胺-66和聚酰胺-610的应用最广泛。 /RD;| %w. 聚酰胺-6、聚酰胺-66和聚酰胺-610的链节结构分别为NH(CH2)5CO、NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO和NH(CH2)6NHCO(CH2)8CO。聚酰胺-6和聚酰胺-66主