尼龙历史悠久,家族不断壮大。1935 年 PA66 首次在实验室中合成,1938 年美国杜邦公司正式宣布世界上第一种合成纤维的诞生,并将其命名为尼龙。在接下来的几十年中,尼龙家族逐步发展壮大,PA6、PA610、PA11 等新品种不断出现。PA6 和 PA66 具备成熟的生产工艺和广泛的应用领域,依然是需求量最大的两类尼龙产品。
尼龙化学结构
尼龙可按照主链的化学结构分为脂肪族、半芳香族、全芳香族等。脂肪族聚酰胺为线形高分子材料,由甲基链段和酰胺基有规律交替链接而成,具有良好的韧性。在主链中引入芳香环,可使分子链运动受限,提升玻璃化转变温度,从而提升尼龙产品的耐热性能和力学性能。当聚酰胺的原料胺或酸中有一种含有苯环时,可制得半芳香族聚酰胺,当两种原料中都含有苯环时可制得全芳香族聚酰胺。半芳香族聚酰胺的耐热性能、力学性能都得到增强,并具有良好的尺寸稳定性和耐溶剂性,全芳香族聚酰胺具备超高强度、高模量、耐高温、耐酸耐碱、耐辐射性等优异的性能,但由于其高度对称的主链结构中含有密集的苯环和酰胺基团,因此加工性能上略逊一筹,难以实现注射成型,其成本也相对更高。
特种尼龙
相较常规品种,引入新的合成单体的特种尼龙具备更为优异的性能。常规尼龙(PA6、PA66 等)即使在经增强、阻燃等改性后,仍存在诸如强亲水性、不耐高温、透明性差等缺点,在一定程度上限制了其应用范围。因此,为了改善常规尼龙的缺点,增加新的特性,一般通过引入新的合成单体,可以得到一系列不同性能的特种尼龙,以适应更多的使用场景。这些特种尼龙包括高温尼龙、长碳链尼龙、透明尼龙、生物基尼龙以及尼龙弹性体等诸多品种。
长碳链尼龙中 PA12 优势凸显
长碳链尼龙性能优良,尼龙 12 兼具性能及成本优势。尼龙分子主链中 2 个酰胺基团之间的亚甲基长度在 10 以上的尼龙称为长碳链尼龙,主要品种包括尼龙 11、尼龙 12、尼龙 612、尼龙 1212、尼龙 1012、尼龙 1313 等。尼龙 12 是应用最为广泛的长碳链尼龙,它除了具备一般尼龙的大多通用性能之外,吸水率较低,并且具有较高的尺寸稳定性、耐高温、耐腐蚀、韧性好、易于加工等优点。与另一长碳链尼龙材料 PA11 相比,PA12 的原材料丁二烯的价格仅为 PA11 原料蓖麻油的三分之一,可代替 PA11 应用于大部分场景,在汽车燃油管、气制动软管、海底电缆、3D 打印等诸多领域都有广泛的应用。
根据前瞻产业研究院统计,2017 年 PA12 是全球 3D 打印行业第四大材料,占比达到5.6%,2018 年我国尼龙 3D 打印材料占比达到 14.1%。未来国产尼龙 12 材料的发展将为我国 3D 打印行业的发展奠定基础。