何柏賢、陳孟歆、邱仁軍、劉弘仁、高信敬 / 工研院材化所
傳統脂肪族尼龍6及尼龍66工程塑膠的單體充沛、價格便宜，因而被廣泛使用；惟其單體主鏈短，尼龍吸水率過高，終端產品在常溫常濕的情境使用下，會造成尺寸安定性變差，剛性也有隨著尼龍材料吸濕而逐漸下降的問題。因此，業界推出了導入長碳鏈單體進行改質的低吸濕長碳鏈尼龍工程塑膠，如：PA612、PA1012、PA9T、PA10T、PA11T、PA12等，對於尼龍材料吸濕性改善尤顯重要。本文將簡介低吸濕長碳鏈尼龍工程塑膠的材料開發、市場與應用，預期對國內尼龍產業有所助益。
【內文精選】
脂肪族長碳鏈尼龍
脂肪族尼龍612同樣為尼龍系列聚合物，由十二烷二酸及己二胺經縮合聚合而成，是一種半透明、乳白色的結晶熱塑型聚合物，除了具有一般尼龍特性外，還具有較低的吸水率與密度、優良耐磨耗、自潤滑性及較高的力學強度。尼龍612可用於製作毛刷用鬃絲和其他工業用鬃絲及高檔牙刷，也可用於製作精密機械部件和電線電纜被覆塗層、輸油管、耐油繩索、傳送帶、軸承、襯墊等此外，尼龍612較尼龍6與尼龍66具有更低吸濕之特性，且價格落於350~400 NTD/kg，相較尼龍12與尼龍6T便宜。
目前全球尼龍612的生產製造主要於亞太地區，特別是中國及日本貢獻90%以上產能。其中包含東麗、杜邦、旭化成、BASF、Arkema、Evonik等國際大廠參與其中，2017~2019年全球年產約3.3萬噸。尼龍612在2019年全球販售市場中，中國及日本分別占41%及25%，北美及歐洲則分別占16%及18%，2016~2019年全球市場平均年增率約為5.5%，2022年全球尼龍612產值超過1.9億美元(圖一)。目前尼龍612應用以刷毛用單絲(如高檔牙刷、釣魚線、縫紉線、弦樂器、工業用絲等)與車材(如汽車燃油管、散熱器、油箱等)為大宗，分別約占69.8%及22.2%。
圖一、尼龍612全球市場變化
PA612材料之產品應用範圍包括：汽車水箱、儀錶盤、油門踏板、操縱桿套、導管等汽車零部件，尤其適合用於製造尺寸穩定性要求高的製品，如：汽車的剎車軟管、油管、離合的軟管、齒輪、軸承、襯墊、滑輪及要求耐磨的紡織機械精密部件；還可以用於輸油管、貯油容器、繩索、傳送帶及降落傘布等；在電子電器行業，尼龍612可用於製造電器設備部件、電子電器元件、鐘錶的傳動齒輪、立體聲傳動裝置、電線電纜的包覆層等。另外，在尼龍3D列印粉材、塗料及膠黏劑方面，尼龍612主要用於金屬塗層，具有耐磨、耐候、抗紫外線，附著力強等優點；用於汽車之高級轎車噴塗具有高光澤性裝飾性和耐光性；作為膠黏劑是金屬、皮帶等材料的理想黏結劑，還可用於服裝熱熔膠，耐水煮、不易起皺。在單絲方面，尼龍612亦具有廣泛的用途，可製作釣魚線、漁網線、縫紉線及各種規格的工業用絲，尤其在製作牙刷絲方面具有很好的應用前景，用尼龍612製作的牙刷絲和尼龍610牙刷絲相比，柔軟性好、回彈性高、耐磨性好、透明度高、使用壽命長，使尼龍612成為製作高檔牙刷絲的理想材料。
半芳香族長碳鏈尼龍
2023年全球半芳香族耐高溫尼龍市場價值為3.782億美元，預計到2030年將達到5.431億美元，在預測期(2023~2030年)內的年均增長率(CAGR)為6.1%。目前全球半芳香族尼龍樹脂產品之生產與供應仍由少數國際大廠如DuPont、EMS、Kuraray、Mitsui Chemicals與Solvay所掌握，國內加工廠與終端產品廠均以進口方式取得半芳香族尼龍材料。
1. 特性探討
PA9T屬半芳族長碳鏈(9個碳)的PA分子結構，透過導入芳香環TPA對苯二甲酸與壬二胺單體的聚縮合反應，展現出PA9T的耐熱剛性、力學性能及低吸水率。導入C9長碳鏈柔軟二胺單體的PA9T結構設計，使PA9T的熔點正好處於可兼顧易熔融加工與耐溫之區段，成為高性能長碳鏈耐溫低吸濕高階尼龍工程塑膠材料。
(2) 低溫柔軟性與高溫剛性
如圖五所示，由PA9T與其他尼龍系工程塑膠在低–高溫環境下的剛性比較來看，PA9T的長碳鏈壬二胺分子結構展現出柔軟的特色，因此耐寒性特優。在-50~140˚C的寬廣環境溫度下，由於其低吸濕特性，使PA9T在高溫剛性明顯優於其他尼龍系工程塑膠。而壬二胺的長碳鏈造成的低Tg效應，使PA9T的低溫柔軟性也優於其他尼龍系工程塑膠。因此適用於耐高低溫變化環境下之電子/汽車引擎室等部件---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖五、各種耐溫尼龍的低溫柔軟性與高溫剛性
★本文節錄自《工業材料雜誌》456期，更多資料請見下方附檔。