長鎖ポリアミド｜PA12 PA612 PA1012 有用な比較例

短鎖ポリアミドと長鎖ポリアミドとは？

ポリアミド6（PA6）、ポリアミド66（PA66）、ポリアミド46（PA46）など、鎖中に炭素原子が10個未満のポリアミドは一般に短鎖ポリアミド（または短鎖ナイロン）と呼ばれる。ポリアミド610（PA610）、ポリアミド612（PA612）、ポリアミド1012（PA1012）、ポリアミド12（PA12）など、鎖中に10個以上の炭素原子を持つポリアミドは長鎖ポリアミド（または長鎖ナイロン）と呼ばれる。長鎖ポリアミドはアミド結合の含有量が少ないため、短鎖ポリアミドに比べて吸水性が低く、寸法安定性や延性が優れています。

PA12 用途と代替案

長鎖ポリアミドの一種であるPA12は、主に自動車部品、3Dプリンティング、機械、航空宇宙分野で使用されている。自動車部品では、ガラス繊維（GF）強化PA12が主に燃料ラインシステム、自動車用蒸発システム、クイックコネクターに使用されている。現在、PA12およびその改質材料の射出成形技術は、フランスのアルケマ、ドイツのエボニック、日本の宇部興産など、主に海外の改質企業が保有している。PA12樹脂とその改質材料に関する研究は国内で行われているが、中国ではまだPA12樹脂の工業生産は行われていない。したがって、中国におけるPA12材料の価格はまだ非常に高く、PA12代替材料の研究開発は実用上重要な意味を持つ。さらに、PA610、PA612、PA1012のような、部分的または完全にバイオベースの材料から作られた長鎖ポリアミドは、再生不可能な化石燃料に由来するPA12よりも環境面で有利である。

福建新材料リサーチ

Fuchen新材料は、3つの材料の特性を比較した：GF30強化PA612、PA1012、PA12で、いずれもガラス繊維含有量は30%である。また、これらの材料の性能を比較するために、大量生産される自動車用燃料ラインクイックコネクターの金型で試作を行った。この研究は、その後、他のタイプの強化長鎖ポリアミドを使用してPA12/GF30材料の代替品を開発するための基礎となる。

要点まとめ

(1)引張強さ、曲げ強さ、曲げ弾性率はPA612/GF30材が最も良く、次いでPA1012/GF30材、最も悪いのはPA12/GF30材である。しかし、室温または低温でのノッチ衝撃強さは、PA1012/GF30材が最も良く、PA12/GF30材が2番目、PA612/GF30材が最も悪い。

(2)材料密度、熱変形温度、融点の高い方から低い方への順序は、PA612/GF30、PA1012/GF30、PA12/GF30である：PA612/GF30、PA1012/GF30、PA12/GF30。3つのGF強化長鎖ポリアミドの収縮率は同じで、吸水率は低く、大差はないが、PA1012/GF30材料から射出された製品の外観はPA612/GF30より優れている。

(3) 材料の性能と射出成形の状況を考慮すると、PA1012/GF30材料はPA12/GF30材料に代わる最も経済的な材料である。

材料の準備

原料のPA612およびPA1012を100℃で4時間乾燥し、樹脂マトリックス、GFおよび酸化防止剤の質量分率がそれぞれ69.8%および30%の0.2%となるように関連材料を秤量した。樹脂と酸化防止剤をまず縦型ミキサーに添加し、均一に混合した後、同方向二軸押出機に添加した。押出機の供給部の温度は230~250℃、溶融部の温度は210~230℃、ヘッド部の温度は230~250℃、ホストスクリューの回転数は350~380r/hである。

温度230～260℃、減圧度80mpa、時間35s。P12/GF30を100℃で4時間かけて滴下する。

主な成績

(1) 機械的特性

PA612/GF30材の引張強さ、曲げ強さ、曲げ弾性率は、PA12/GF30材の引張強さ、曲げ強さ、曲げ弾性率より、それぞれ50、50MPa、1200MPa高い。PA1012/GF30材の引張強さ、曲げ強さ、曲げ弾性率は、それぞれPA12/GF30材の引張強さ、曲げ強さ、曲げ弾性率より16MPa、15MPa、400MPa高い。しかし、室温または低温でのノッチ衝撃強さでは、PA1012/GF30材が最も良く、PA12/GF30材が2番目、PA612/GF30材が最も悪い。

曲げ弾性率の比較

曲げ強さの比較

ノッチ衝撃強度の比較

引張強さの比較

アミド基の含有量が増加すると、分子鎖の対称性が高まり、結晶化度が高くなるため、強度も高くなります。逆に、アミド基の含有量が減少（ポリアミド分子鎖中のメチル基の増加）すると、強度は徐々に低下し、コンプライアンスが高くなります。

a—PA12；b—PA1012；c—PA612

(2)エンジニアリングプラスチック、特に自動車エンジン部品の周辺材料の実用化においては、材料の熱変形温度に特に注意を払う必要があります。下の図は、GF強化の異なる長鎖ポリアミドの熱変形温度を示しています。これは、PA612がアミド含有量が最も多く、結晶化度が最も大きいため、熱変形温度が最も高くなるためと考えられます。

熱変形温度の比較

(3）実際の射出成形品との比較

自動車用蒸発装置のクイックカップリング射出成形品を例として、射出成形機で3種類のGF強化長鎖ポリアミド材料の成形品質を比較した。表2からわかるように、PA612/GF30とPA1012/GF30の寸法は顧客の要求を満たしていますが、PA1012/GF30の外観はPA612/GF30より優れています。これは、PA612/GF30材料の融点がPA1012/GF30より高いためと考えられます。さらに、PA1012/GF30で作られた製品はPA12/GF30で作られた製品より0.1g重く、PA612/GF30で作られた製品はPA12/GF30で作られた製品より0.5g重い。材料の性能と実際の射出成形の状況から判断すると、PA1012/GF30はPA12/GF30を置き換える最も経済的な材料である。