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深度解析：3D打印材料聚酰胺PA改性尼龍

2023-07-12 17:12:23 點擊數：來源：http://www.97040.cc

尼龍在傳統工業是高性能的聚合物材料。在3D打印領域，尼龍也成為應用最為廣泛的材料之一。PA6、PA11、PA12、PA66等經常出現在3D打印的可用材料中。在形式上，分為可用于粉末床3D打印技術的粉體材料，如選擇性激光燒結（SLS）和多噴射融合（MJF）；或者可用于FDM 3D打印技術的線材。

聚酰胺品種繁多，尼龍PA12 脫穎而出尼龍性能優異，應用極為廣泛。聚酰胺（PA）又稱尼龍（Nylon），是一種分子主鏈上的重復單元中含有酰胺基團的高分子聚合物。尼龍既可以制成各種塑料，又可拉絲成纖維，還可以制成薄膜、涂料和膠黏劑等。由于尼龍具備良好的力學、耐熱性、耐磨損性等性能，制品可廣泛應用于服裝、工業用絲、汽車、機械、電子電氣、交通運輸、包裝工業等諸多領域中。

尼龍歷史悠久，家族不斷壯大。1935 年 PA66 首次在實驗室中合成，1938 年美國杜邦公司正式宣布世界上第一種合成纖維的誕生，并將其命名為尼龍。在接下來的幾十年中，尼龍家族逐步發展壯大，PA6、PA610、PA11 等新品種不斷出現。PA6 和 PA66 具備成熟的生產工藝和廣泛的應用領域，依然是需求量最大的兩類尼龍產品。
尼龍化學結構

尼龍可按照主鏈的化學結構分為脂肪族、半芳香族、全芳香族等。脂肪族聚酰胺為線形高分子材料，由甲基鏈段和酰胺基有規律交替鏈接而成，具有良好的韌性。在主鏈中引入芳香環，可使分子鏈運動受限，提升玻璃化轉變溫度，從而提升尼龍產品的耐熱性能和力學性能。當聚酰胺的原料胺或酸中有一種含有苯環時，可制得半芳香族聚酰胺，當兩種原料中都含有苯環時可制得全芳香族聚酰胺。半芳香族聚酰胺的耐熱性能、力學性能都得到增強，并具有良好的尺寸穩定性和耐溶劑性，全芳香族聚酰胺具備超高強度、高模量、耐高溫、耐酸耐堿、耐輻射性等優異的性能，但由于其高度對稱的主鏈結構中含有密集的苯環和酰胺基團，因此加工性能上略遜一籌，難以實現注射成型，其成本也相對更高。

特種尼龍

相較常規品種，引入新的合成單體的特種尼龍具備更為優異的性能。常規尼龍（PA6、PA66 等）即使在經增強、阻燃等改性后，仍存在諸如強親水性、不耐高溫、透明性差等缺點，在一定程度上限制了其應用范圍。因此，為了改善常規尼龍的缺點，增加新的特性，一般通過引入新的合成單體，可以得到一系列不同性能的特種尼龍，以適應更多的使用場景。這些特種尼龍包括高溫尼龍、長碳鏈尼龍、透明尼龍、生物基尼龍以及尼龍彈性體等諸多品種。

長碳鏈尼龍中 PA12 優勢凸顯

長碳鏈尼龍性能優良，尼龍 12 兼具性能及成本優勢。尼龍分子主鏈中 2 個酰胺基團之間的亞甲基長度在 10 以上的尼龍稱為長碳鏈尼龍，主要品種包括尼龍 11、尼龍 12、尼龍 612、尼龍 1212、尼龍 1012、尼龍 1313 等。尼龍 12 是應用最為廣泛的長碳鏈尼龍，它除了具備一般尼龍的大多通用性能之外，吸水率較低，并且具有較高的尺寸穩定性、耐高溫、耐腐蝕、韌性好、易于加工等優點。與另一長碳鏈尼龍材料 PA11 相比，PA12 的原材料丁二烯的價格僅為 PA11 原料蓖麻油的三分之一，可代替 PA11 應用于大部分場景，在汽車燃油管、氣制動軟管、海底電纜、3D 打印等諸多領域都有廣泛的應用。

根據前瞻產業研究院統計，2017 年 PA12 是全球 3D 打印行業第四大材料，占比達到5.6%，2018 年我國尼龍 3D 打印材料占比達到 14.1%。未來國產尼龍 12 材料的發展將為我國 3D 打印行業的發展奠定基礎。

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