尼龍 PA （齒輪材料） 性能 比較
東莞鴻燊工程塑膠
在過去幾十年中，聚酰胺 (PA)樹脂――傳統(tǒng)上是PA6和PA66(PA6/66)材料――廣泛用于齒輪制造。問題在于，PA6/66材料無法承受較高的環(huán)境溫度或扭矩/RPM產(chǎn)生的高溫。與PA6/66相比，PA46的結(jié)晶度和玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)可提供更高的硬度和強(qiáng)度，因而PA46成為在這些應(yīng)用中的理想材料。在成型后的退火處理進(jìn)一步改善了這些工程性能。
通過退火處理改善高溫性能并減少吸水量
退火處理可以改善PA46的材料性能。退火是在高于材料的Tg溫度時對材料進(jìn)行高溫處理，但溫度要低于其熔點。退火結(jié)果是不可逆的，因為退火時出現(xiàn)固態(tài)縮合使得分子量增加。
聚酰胺的吸水量由材料的極性(親水趨向)和結(jié)晶度決定。PA46為高極性材料；另外，PA46的高結(jié)晶度也降低了吸水量，因為吸水過程只在材料的非晶相狀態(tài)下發(fā)生。然而，盡管具有上述兩個優(yōu)點，PA46仍顯示出較高的吸水程度 (表1)。
表 1. 在不同%的相對濕度下(RH)， PA46， PA66和PA6 的吸水量
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材料 |
50％RH |
75%RH |
RH |
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PA6 |
3.5 |
5.5 |
11 |
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PA66 |
3 |
5 |
9 |
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PA46 |
4 |
7 |
13 |
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退火后的PA46 |
2 |
3.5 |
6.5 |
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PPA |
2.5 |
4.2 |
6 |
PA46材料的吸水量更高，原因在于其非晶相狀態(tài)下有相對較低的密度。冷卻導(dǎo)致結(jié)晶和相對較高自由體積的非晶相鏈構(gòu)象，易于吸水。PA46經(jīng)退火處理后，可建立一種緊湊的非晶相狀態(tài)，從而大幅降低材料的吸水量。
PA46材料經(jīng)退火處理后吸水量降低，從而減少了由于吸水引起的相關(guān)尺寸和機(jī)械變化(見表2)。
表 2. 退火處理前后，在相對濕度下暴露在水中，尺寸變化百分比
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未退火處理 |
退火處理* |
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PA46直徑變化 ％ |
2.8 |
1.2 |
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PA46厚度變化 ％ ** |
4.2 |
2.1 |
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PA6直徑變化 ％ |
1.2 |
NA |
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PA6厚度變化 ％ |
2.0 |
NA |
說明：*,230℃ 下經(jīng)24 小時退火，** 鋼轂增加了徑向膨脹
重要的是，在退火處理后，高溫下工作的部件，其尺寸變化遵循線性熱膨脹(CLTE)系數(shù)而不是吸水量，因此變化是可以預(yù)計的。
退火和機(jī)械性能變化
除了降低吸水量以外，退火也增強(qiáng)了PA46在高于Tg溫度時的機(jī)械性能。圖3的動態(tài)機(jī)械分析(DMA)曲線比較了未填充型PA46(DAM及退火處理)與PA66和POM三種材料。
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經(jīng)退火處理的PA46在高于 Tg的溫度時，模量增加高達(dá)50%。拉伸強(qiáng)度也同樣增加(圖4，在2%張力時的應(yīng)力)。
另外， PA46在退火處理后，在140℃時呈現(xiàn)出更好的抗疲勞性(圖5)。
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初步研究表明，退火也可以改善PA46的磨損和摩擦性能(W&F)。根據(jù)扭矩減震器應(yīng)用的ASTM D-3702標(biāo)準(zhǔn)，對經(jīng)聚四氟乙烯改良的PA46材料，研究了在未潤滑時的應(yīng)用情況。(表3)
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參數(shù) |
PA46* |
經(jīng)退火處理的PA46*(4小時，240度） |
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磨損率 |
5.3 |
2.5 |
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摩擦系數(shù)＃ |
0.22 |
0.15 |
* 經(jīng)聚四氟乙烯改良 (PTFE),# 與鋼相互摩擦
注意，經(jīng)退火處理后，磨損率降低了一半以上，而摩擦系數(shù)也有較大降低。
結(jié)論
在高溫下對強(qiáng)度要求較高的應(yīng)用中，PA46材料均有好的表現(xiàn)。退火處理進(jìn)一步降低了PA46的吸水量，增加材料強(qiáng)度，從而幫助設(shè)計者有更多選擇來設(shè)計更小型、更易于加工的機(jī)械部件。廣泛的研究得出的可靠結(jié)果詳細(xì)說明了PA46退火處理參數(shù)及效果，為高標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用下的部件設(shè)計制造提供支持。
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