我们每天都会遇到尼龙，它首先用作织物的丝绸替代品，在第二次世界大战期间，它出现在降落伞，生命式绳索，甚至是防弹背心衬里。今天，尼龙是最受欢迎的工程塑料，由于其高强度比率，自润滑耐磨性，化学和热稳定性以及加工多功能性。
尼龙是一个合成聚合物家族的商品名称，称为聚酰胺，最初是由杜邦（Dupont）在1935年至1937年间首次开发的。其分子链由重复–NH – CO-（酰胺）链接组成，这些链之间的氢键产生了增加的结晶度。这种结构使尼龙具有高熔点，出色的耐化学性能和优质的电绝缘特性。作为热塑性塑料，可以将尼龙纺成纤维，铸成膜或注射成复杂的形状，并可以用添加剂修饰以实现广泛的特性。在接下来的部分中，我们将探讨几个最常见的尼龙等级，以及它们独特的特性如何适合不同的应用。
在深入了解细节之前，下表提供了每个尼龙等级的关键特征的简洁概述。
| 尼龙等级 | 单体使用 | 化学结构（重复单位） | - （ch₂） - 计数 | 拉伸强度（MPA） | 休息时伸长（％） | 弯曲模量（GPA） | 冲击阻力 | 吸收水分 | 融化温度。 （°C） | 耐化学性 | 维稳定性 |
| PA6 | ε-caprolactam | - [NH - （CH₂）₅– co]n | 5 | 80–90 | 50–300 | 〜2.5 | 高（非常艰难） | 〜2.8（饱和时最多〜9） | 〜220 | 非常好;被强酸/碱攻击 | 公平（湿度膨胀） |
| PA6/6 | 六甲基二胺 +脂肪酸 | - [NH - （CH₂）₆– NH – Co–（Ch₂）₄– co]n | 6，4 | 85–95 | 20–80 | 〜3.0 | 中等（更脆） | 〜2.5（饱和时最多〜8） | 255–265 | 优秀的油/燃料耐药性；气体渗透率低 | 公平（湿度膨胀） |
| PA4/6 | 1,4-二氨基丁烷 +脂肪酸 | - [NH - （CH₂）₄– NH – Co–（Ch₂）₄– co]n | 4，4 | 90–100 | 〜50 | 〜3.2 | 高（非常艰难） | 〜3.8（高于PA6/6） | 〜295 | 非常好;类似于PA6/6（抵抗燃料/油） | 公平 - 贫困（吸收最多的水分） |
| PA11 | 11-氨基酸酸 | - [NH - （CH₂）₁₀– co]n | 10 | 50–60 | 200–300 | 〜0.9 | 中等（灵活） | 〜0.25（饱和时最多〜2.5） | 〜188 | 出色的;出色的碳氢化合物和耐化学性 | 优秀（最小肿胀） |
| PA12 | 月la龙（或HMDA +十二烷酸） | - [NH - （CH₂）₁₁– co]n | 11 | 50–70 | 200–300 | 〜1.4 | mod – High（非常延性） | 〜0.25（饱和时最多〜1–2） | 〜178 | 出色的;非常耐燃料，溶剂，天气 | 优秀（最尺寸稳定） |
| PA6/10 | 六甲基二胺 +皮脂酸 | - [NH - （CH₂）₆– NH – Co–（Ch₂）₈– co]n | 6，8 | 60–70 | 〜150 | 〜2.1 | 高（寒冷的坚韧） | 〜1.5（低） | 220–225 | 优秀的化学和盐耐药性 | 好（水分吸收低） |
| PA6/12 | 六甲基二胺 +十二烷酸酸 | - [NH - （CH₂）₆– NH – Co–（Ch₂）₁₀– co]n | 6，10 | 60–65 | 〜200 | 〜2.2 | mod – High（硬） | 〜0.25（非常低） | 215–218 | 出色的;对燃料非常抗性，油 | 优秀（湿度高度稳定） |
笔记
拉伸和伸长值是针对未增强的尼龙（近似范围）。在〜50％的相对湿度（近似）下，在平衡下给出水分吸收，大多数尼龙的全水饱和值更高。 “冲击力”是指缺口撞击（IZOD/Charpy）。所有尼龙对油，油脂和碳氢化合物均具有良好的耐化学性。仅在显着的地方注意差异。
尼龙名称中的数字告诉您其分子构建块。单个数字（例如，尼龙6、11或12）来自乳糖或氨基酸的开环聚合，其中数量等于单体中的碳原子。两个数字（例如，尼龙6/6、6/12、4/6或6/10）是指二胺（第一个数字=其碳计数）和二氨酸（第二个数字=其碳计数）之间的冷凝反应。
平均–CH₂–段长度（n）控制酰胺链接之间的间距和–NH··O = C-氢键的数量，可以形成每单位长度。较大的n表示较长的亚甲基段，从而降低氢键密度并通常会降低结晶度。例如，PA12（n = 11）具有最长的间距和最低的结晶度，而PA4/6（n =（4 + 4）/2 = 4）的段最短，最高的氢键密度和最大的结晶度。如果您引入芳香环，共聚物块，填充剂或其他专业修饰符，这些结构更改会破坏规律性和转移结晶度，因此始终请参考特定的数据表或测试数据以了解其效果。
尼龙6（PA6）是一种半晶聚酰胺，该聚酰胺是通过ε-丙二酰酰胺分子的环式聚合产生的。它出色的功能之一是抗冲击力的出色。即使在低温下也不会破裂，它也会吸收冲击。 PA6还具有高抗拉力，自润滑性能和出色的耐磨性。结果，PA6是通用工程组件的首选，需要平衡强度，耐磨性和韧性，例如齿轮，轴承衬套和汽车进气歧管。在光纤部门，它被广泛用于地毯，纺织线和轮胎线中。与PA6/6和长链尼龙（如Pa11和Pa12）相比，PA6较大的熔点约为220°C，并且更逐渐结晶，PA6更易于处理，可提供较低的模具收缩和更平滑的饰面。这种易于成型使PA6特别适合于体育场座椅和枪支框架等复杂或薄壁的零件。
PA6在常见尼龙中具有最高的水分吸收，因此它可能不是暴露于湿度变化的精确零件的理想选择。对于紧密耐受性的应用，建议使用密封或预直联。
尼龙6/6（PA66）是原始的尼龙之一，在许多方面与尼龙6非常相似，但是它具有更高的结晶聚合物链。结果，它具有比尼龙6更高的拉伸强度和刚度。它也更难，更耐磨损，从而使高载荷或高摩擦应用有益于耐磨性。尼龙6/6的熔点约为260°C（500°F），比尼龙6高 - 因此，它可以在软化之前承受更高的工作温度，并且适用于更苛刻的热环境。权衡是加工性的：尼龙6/6难以塑造或挤压，需要更高的熔体和霉菌温度，并且倾向于与尼龙6相比显示出更大的霉菌收缩。
尼龙6/6也比尼龙6少于吸收水分，但仍然是吸湿性的，因此必须考虑耐受耐受性的部件的湿度。通常，它比尼龙6较小。换句话说，尼龙6更适合撞击强度或振动阻力，而当较高的屈服强度，刚度和耐热性最重要时，尼龙6/6是首选的。实际上，当需要额外的性能时，尼龙6/6通常用于与尼龙6的类似应用中，例如，高强度的机械零件，齿轮，外壳和汽车内部塑料组件，这些组件会看到升高的温度。它在工业机械，工具和电气组件中也很常见，它在宽温度范围内保持强度并提供良好的介电特性。
作为另一个短链脂肪族尼龙，PA4/6最与机械和热曲线中的PA66匹配。该聚合物具有高度结晶的结构 - 比PA6或PA66更重要，这是二胺的对称性和短长度。结果，PA4/6具有更高的熔点和较高的拉伸强度。在脂肪族尼龙中，在进入更专业的聚合物家族之前，它实际上是在机械性能的顶部附近。它还可以更快地结晶，从而实现较短的成型周期和潜在的较高的疲劳性耐药性。 PA4/6的冲击韧性可以超过PA66（尤其是在缺口测试中），这是值得注意的。
不利的一面是，PA4/6比PA66吸收更多的水分，并且生产（和购买）的成本更高。有人可能会说PA4/6以损失尼龙的性能提高了栏杆，而牺牲了水分稳定性和成本。
尼龙11是一种基于生物的长链聚酰胺，是通过11-氨基甲酸（来自蓖麻油）的自键合作产生的。它的长甲基段使它的极性远不及短链尼龙（例如PA6和PA66），因此它吸收的水分很少（在环境湿度下约0.2–0.3％），保持尺寸稳定，并保持潮湿环境中的电气。从机械上讲，它是坚硬且非常延展的（通常在200-300％的伸长率），即使在低温下也保持影响和疲劳性，因此实际上，它的行为更像是一种灵活的工程塑料，而不是坚固的塑料。
该长链结构的翻转侧是较低的拉伸强度/刚度和较低的耐热点（熔点〜185–190°C；适量的HDT），因此PA11通常不是通常指定PA66或PA66或PA4/6的高热，重载结构部件的理想选择。 PA11非常适合流体接触和室外服务：柔性燃料和气动制动线，软管/快速连接，有线夹克，密封件以及医疗或工业管。当需要坚硬的耐影零件时，它也是SLS 3D打印的主食粉末。与PA12相比，PA11提供了更高的熔点，通常会更好地紫外线/热空气老化，而PA12往往更柔软，更灵活。
PA12是一种著名的“长链”尼龙，通常与诸如vestamid或grilamid之类的商品名称有关。尼龙12在化学上与尼龙11非常相似，通常被认为在许多用途中可以互换，但是存在细微的差异。尼龙12完全是石化的（通常来自丁二烯），而尼龙11是基于生物的可再生蓖麻油，这可能是可持续性的重要性。 PA11通常具有更高的熔点，在升高温度下的性能更好，并且通常显示出更好的紫外线抗性。另一方面，PA12的灵活性稍微更灵活（延伸〜300–400％对PA11的〜200–300％），并且模量略低，因此感觉更柔软。为了吸收水分和耐化学性，它们几乎是相同的 - 两者都很棒。
值得注意的是：PA12通常是最昂贵的尼龙之一（由于其基于生物的原料，PA11上的PA11或更高）。因此，当真正需要其独特的好处时，请使用PA12 - 您不会选择PA1的PA6就足够了，因为PA6便宜得多。总而言之，PA12在尼龙家族中提供了一些最佳的尺寸稳定性和耐化学性，即使在冰冻条件下也保持延展性，使其非常适合软管，密封，快速连接，有线夹克以及其他在湿，寒冷，寒冷或化学侵略性环境中都不会失败的部分。但是，它不像PA6或PA66那样强或耐热，因此它是专家，而不是通用的替代品。
尼龙6/10（PA610）是早期的“低摩斯”尼龙之一，旨在解决PA66的湿度问题。每单位长度的酰胺组较少，它的极性较小，可吸收大约一半（或更少）PA6的水分，从而提供更好的尺寸稳定性。它还像其他长链尼龙一样显示出良好的伸长率，并保留在寒冷中的韧性，使其适用于室外或低温部分。与PA6/PA66相比，PA610的拉伸强度和刚度略低。总体而言，将PA610视为一种尼龙，可以进行一些强度和刚性，以提高水分稳定性和柔韧性。
它的熔点（〜220–225°C）和中等收缩使成型/挤出条件接近PA6。从化学上讲，PA610非常好：它可以抵抗大多数油和溶剂，并且在存在诸如氯化锌（可以积极攻击PA66）的盐的存在下对环境应力开裂具有明显抵抗力。由于其含量的一部分（脂肪酸）来自可再生能源，因此有时以更可持续的尼龙选择销售。经典用途包括刷毛和细丝（例如，牙刷和工业刷刷毛 - 历史上的杜邦“ Tynex”等级），单丝（钓线，杂草制成线）。在模制零件中，PA610用于电绝缘体/连接器，精密组件，拉链元件以及一些汽车燃油系统组件（尽管PA12和PA11占据了连续燃油管线）。与PA12相比，PA610更便宜且更强大，因此它可以替代少少的角色。简而言之，PA610作为中级尼龙填充了一个利基市场，以达到PA66的一些峰值强度，以获得PA12的大部分水分稳定性，通常以合理的成本；对于半湿环境或必须将特性保持寒冷的零件特别方便。
PA612（有时称为“ 612尼龙”）与PA610非常相似：与PA6/PA66相比，两者的水分吸收率低，尺寸稳定性差得多，在户外和低温下保持坚固，并且在215–218°C附近具有熔点，因此成型/挤出条件接近PA6。两者都非常适合流体处理连接器，精密电连接器和湿度暴露的零件，必须保持紧密的尺寸。
PA612的平衡水分吸收较低，其燃料/水蒸气渗透率较低，并且其湿状态的漂移较小，但通常成本更高。根据经验，请选择长期尺寸和电稳定性至关重要的湿环境中的PA612；当极度低温韧性或抵抗力在氯化锌 - 氯化物环境中的压力裂纹更重要，而成本敏感性更高时，请选择PA610。
每个尼龙等级 - 从尼龙6和6,6到短链脂肪族尼龙4,6和长链尼龙6,10、6,12、11和12-取得了独特的特性平衡。尼龙6和6,6是具有高强度和刚度的通用工作试义，适用于许多承重零件，但对水分敏感。尼龙4,6增加了耐热性，并保留了高温，高应力用途的高强度，尽管水分吸收和成本较高。转向更长的链条，尼龙6,10和6,12减少了水分的吸收，并以一点点强度为代价改善了韧性 - 对于需要在潮湿或冷设置中需要稳定性的零件。最后，尼龙11和12提供了最佳的水分和化学弹性和出色的韧性，使它们可以选择流体接触，户外和灵活的应用，尽管它们的较低熔点和更高的价格将它们限制在利基市场上，但关键的角色也关键了。
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类似于所有其他3D打印过程（例如聚合物3D打印），Metal 3D打印机通过基于数字3D设计的一次添加材料来构建零件，因此添加了添加剂制造。仅此一次，该过程使用金属粉末，电线或聚合物结合丝而不是塑料。
剪切模量，有时称为刚性模量，是一种基本材料特性，可在受剪切力时测量材料的刚性。用日常的话来说，它描述了一种物质在与另一部分平行滑动时塑造变化的耐药性。在本文中，我们将解释什么是剪切模量，计算方式以及与其他弹性模量的比较以及现实世界工程示例的比较。 什么是剪切模量？ 在图中，将块固定在底部，同时平行于顶表面施加力F。该力导致水平位移ΔX，块变形为倾斜的形状。倾斜角θ表示剪切应变（γ），它描述了形状的变形程度。 剪切应力（τ）是施加的力除以表面积A的作用：力的作用： τ= f / a 剪切应变（γ）是水平位移与块高度的比率： γ=ΔX / L（对于小角度，弧度中的θ≈γ） 剪切模量（g）有时用μ或s表示，可以测量材料对这种类型的失真的耐药性。它被定义为剪切应力与剪切应变的比率： g =τ /γ=（f / a） /（Δx / l）=（f·l） /（a·Δx） 在SI系统中，剪切模量的单位是Pascal（PA），它等于每平方米牛顿一个（N/m²）。由于Pascal是一个很小的单元，因此实心材料的剪切模量通常很大。因此，工程师和科学家通常在Gigapascals（GPA）中表达G，其中1 GPA =10⁹PA。 剪切模量值 下表显示了常见材料的典型剪切模量值： 材料剪切模量（GPA）铝26–27黄铜35–41碳钢79–82铜44–48带领5–6不锈钢74–79锡〜18钛（纯）41–45具体的8–12玻璃（苏打石）26–30木材（道格拉斯冷杉）0.6–1.2尼龙（未填充）0.7–1.1聚碳酸酯0.8–0.9聚乙烯0.1–0.3橡皮0.0003–0.001钻石480–520 这些数字显示了刚性有多少材料。金属倾向于在数十千兆内的剪切模量。陶瓷和玻璃的范围相似，而混凝土却低一些。塑料通常大约1 GPA或更少。甚至更柔软的是橡胶和弹性体，仅在巨型范围内具有剪切模量。在最顶部，钻石达到了数百个千斤顶，是最僵硬的材料之一。 具有高剪切模量的材料强烈抵抗变形或扭曲。这就是为什么钢和钛合金在桥梁，建筑物和飞机框架等结构中至关重要的原因。它们的刚度可防止横梁和紧固件在重载下弯曲或剪切。玻璃和陶瓷虽然脆弱，但也受益于相对较高的模量。它可以帮助他们在镜头和半导体晶圆等应用中保持精确的形状。钻石具有很高的剪切模量，即使在大力下，也几乎没有弹性应变。这就是为什么钻石切割工具保持锋利的原因。 另一方面，当灵活性是一个优势时，选择具有低剪切模量的材料。橡胶和其他弹性体用于振动阻尼器，密封件和地震底座隔离器，因为它们的柔软度使它们可以轻松剪切并吸收能量。聚合物（例如聚乙烯或尼龙）在柔韧性和强度之间取得了平衡，这就是为什么它们被广泛用于轻质结构和耐冲击的部分。即使是木材等天然材料也会显示出强烈的方向差异：在整个谷物上，其剪切模量也远低于其沿谷物，并且建筑商需要考虑到这一点，以免在剪切力下裂开。 剪切模量计算 可以使用不同的测试方法来确定剪切模量G，并且选择取决于材料以及您是否需要静态还是动态值。对于金属和其他各向同性固体，一种常见的方法是在杆上或薄壁管上进行静态扭转测试。扭转角与施加扭矩的斜率给出了G。ASTME143指定了结构材料的室温程序。 对于动态测量，可以使用扭转摆：测量样品 - 质量系统的振荡周期，并将其与（复杂的）剪切模量相关联。 ASTM D2236是描述这种塑料方法的旧标准。 对于纤维增强的复合材料，使用V-网状方法（例如ASTM D5379（iosipescu））和ASTM D7078（V-Notched Rail剪切）获得了平面内剪切模量。 ASTM D4255（轨道剪切）也广泛用于聚合物矩阵复合材料。 请注意，ASTM A938是用于评估扭转性能的金属线的扭转测试（例如延性）；它不是确定G的标准方法。 有时G不会直接测量G，而是根据其他数据计算得出的。用于各向同性材料杨的模量e和泊松的比例ν， g = e 2 （（ 1 + […]
在工业应用中，塑料与金属相比具有多种优势，包括轻质、耐腐蚀、设计灵活性、优异的电绝缘性以及较低的加工和维护成本。随着改性和高性能工程塑料的不断发展，许多传统的以金属为主的应用现已部分或完全被塑料取代。其中，ABS 因其均衡的机械强度、韧性、加工性能、表面光洁度潜力和成本效益而脱颖而出。它在塑料家族中占有重要地位，充当商品塑料和工程塑料之间的桥梁。
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