尼龍?jiān)趥鹘y(tǒng)工業(yè)是高性能的聚合物材料。在3D打印領(lǐng)域,尼龍也成為應(yīng)用最為廣泛的材料之一。PA6、PA11、PA12、PA66等經(jīng)常出現(xiàn)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(shù)的粉體材料,如選擇性激光燒結(jié)(SLS)和多噴射融合(MJF);或者可用于FDM 3D打印技術(shù)的線材。
聚酰胺品種繁多,尼龍PA12 脫穎而出尼龍性能優(yōu)異,應(yīng)用極為廣泛。聚酰胺(PA)又稱(chēng)尼龍(Nylon),是一種分子主鏈上的重復(fù)單元中含有酰胺基團(tuán)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(xué)、耐熱性、耐磨損性等性能,制品可廣泛應(yīng)用于服裝、工業(yè)用絲、汽車(chē)、機(jī)械、電子電氣、交通運(yùn)輸、包裝工業(yè)等諸多領(lǐng)域中。
尼龍歷史悠久,家族不斷壯大。1935 年 PA66 首次在實(shí)驗(yàn)室中合成,1938 年美國(guó)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(lái)的幾十年中,尼龍家族逐步發(fā)展壯大,PA6、PA610、PA11 等新品種不斷出現(xiàn)。PA6 和 PA66 具備成熟的生產(chǎn)工藝和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,依然是需求量最大的兩類(lèi)尼龍產(chǎn)品。
尼龍可按照主鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)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(guī)律交替鏈接而成,具有良好的韌性。在主鏈中引入芳香環(huán),可使分子鏈運(yùn)動(dòng)受限,提升玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,從而提升尼龍產(chǎn)品的耐熱性能和力學(xué)性能。當(dāng)聚酰胺的原料胺或酸中有一種含有苯環(huán)時(shí),可制得半芳香族聚酰胺,當(dāng)兩種原料中都含有苯環(huán)時(shí)可制得全芳香族聚酰胺。半芳香族聚酰胺的耐熱性能、力學(xué)性能都得到增強(qiáng),并具有良好的尺寸穩(wěn)定性和耐溶劑性,全芳香族聚酰胺具備超高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐酸耐堿、耐輻射性等優(yōu)異的性能,但由于其高度對(duì)稱(chēng)的主鏈結(jié)構(gòu)中含有密集的苯環(huán)和酰胺基團(tuán),因此加工性能上略遜一籌,難以實(shí)現(xiàn)注射成型,其成本也相對(duì)更高。
相較常規(guī)品種,引入新的合成單體的特種尼龍具備更為優(yōu)異的性能。常規(guī)尼龍(PA6、PA66 等)即使在經(jīng)增強(qiáng)、阻燃等改性后,仍存在諸如強(qiáng)親水性、不耐高溫、透明性差等缺點(diǎn),在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。因此,為了改善常規(guī)尼龍的缺點(diǎn),增加新的特性,一般通過(guò)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(yīng)更多的使用場(chǎng)景。這些特種尼龍包括高溫尼龍、長(zhǎng)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(zhǎng)碳鏈尼龍中 PA12 優(yōu)勢(shì)凸顯:
長(zhǎng)碳鏈尼龍性能優(yōu)良,尼龍 12 兼具性能及成本優(yōu)勢(shì)。尼龍分子主鏈中 2 個(gè)酰胺基團(tuán)之間的亞甲基長(zhǎng)度在 10 以上的尼龍稱(chēng)為長(zhǎng)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(yīng)用最為廣泛的長(zhǎng)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(wěn)定性、耐高溫、耐腐蝕、韌性好、易于加工等優(yōu)點(diǎn)。與另一長(zhǎng)碳鏈尼龍材料 PA11 相比,PA12 的原材料丁二烯的價(jià)格僅為 PA11 原料蓖麻油的三分之一,可代替 PA11 應(yīng)用于大部分場(chǎng)景,在汽車(chē)燃油管、氣制動(dòng)軟管、海底電纜、3D 打印等諸多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。
據(jù)統(tǒng)計(jì)2017年P(guān)A12是全球3D打印行業(yè)第四大材料,占比達(dá)到5.6%,2018年我國(guó)尼龍3D打印材料占比達(dá)到14.1%。未來(lái)國(guó)產(chǎn)尼龍12材料的發(fā)展將為我國(guó)3D打印行業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
尼龍12材料在 3D 打印中表現(xiàn)出色。相比其他材料,PA12 粉末具有高流動(dòng)性、低靜電、低吸水性、熔點(diǎn)適中及制品的高尺寸精度等優(yōu)異的特性,耐疲勞性和韌性也可滿足需要較高機(jī)械性能的工件,因此尼龍 12 逐步成為工程塑料 3D 打印的理想材料。