尼龙66(PA66)性能卓越，尤其是出色的耐高温性能，使其成为众多应用中的关键材料。在过去10年中，PA66的需求率每年增长3%~4%，未来这种增长势头预计将会持续。由于需求持续增长以及其他市场因素，PA66的供应在2017年和2018年收紧。一个主要原因是PA66的关键前体己二腈(ADN)供应紧张。一些下游客户对PA66的短期供应紧张和成本上升有所顾虑，开始寻找一些替代材料。然而，替代材料中没有一款能够与PA66卓越的综合性能相匹配。
替代材料选择的考量
材料选择的考量因素包括性能、可加工性及其价值等。寻找替代材料将需投入大量精力和资源，对替代材料的性能和加工特性等进行全面测试评估。能否真正找到一种替代材料，不仅在长期使用中性能表现良好，注塑成型效率高且保持性能稳定，而且其带来的经济价值远超自身成本，这无疑是一项巨大挑战。
目前业内人士建议了一些不同类型的工程塑料，最常见的有尼龙6(PA6)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和聚甲醛(POM)等。将这些替代材料与PA66作一下直观的对比，差别一目了然，比如熔点和可燃性。如图1所示，如果单独比较，有些性能看起来相当近似于PA66在指定应用中的性能表现。一些业内人士据此建议针对替代材料的不足进行设计。
以高热环境下的汽车零部件应用为例。PA66已成为首选材料，因为随着汽车制造商创造的车辆更为高效，发动机舱的热负荷急剧增加。为了能够承受瞬时和长期高温接触，30%玻纤填充的PA66被用于制造需要在苛刻条件下保持稳定运行的部件，例如增压空气冷却器、管道和气缸盖罩等。难能可贵的是，PA66在车辆完整使用寿命周期可以保持稳定可靠的性能。这些应用中被建议的次优材料是PA6和PBT，但与PA66相比，这两种次优材料的热变形温度低了近50℃。如果换用这些材料中的任一种，则汽车制造商需要设计全新的系统以减少发动机舱的热量。
基于某项单一性能的替换材料不可取
一些在热塑性塑料中添加其他组分，对材料进行改性的方法，事实上并不奏效。因为部件性能很少依赖于某项单一性能。例如，电缆扎带注塑商不仅关注成品电缆扎带的抗冲击性或耐候性，也关注原材料在注塑成型过程中的表现，以及如何高效生产出无缺陷的电缆扎带。基于某项单一性能而替换材料通常是不可取的。
选择PA66的主要原因是其能够在承受瞬时和长时间高温和高压后保持完整性；其强度、密度、耐热性和耐化学性、电气性能和可加工性等综合性能，使其成为众多应用（例如电缆扎带和电子接插件）中最合适的材料。
如此广泛多样的应用正是基于PA66卓越的综合性能。PA66为客户实现了综合性能和成本之间的最佳平衡。仍以汽车为例，消费者对性能和舒适度的期望，以及法规对燃油效率的要求，促使汽车制造商纷纷采用涡轮增压内燃发动机、混合动力传动系统和车身轻量化等解决方案。所有这些解决方案都需要依靠能够承受苛刻条件的可靠材料得以实现。
这一点在涡轮增压内燃发动机车辆上表现最为明显。为了在不牺牲性能的情况下提高燃油效率，许多汽车制造商都要缩小发动机尺寸，并加装涡轮增压器。结果导致发动机舱的工作温度升高。金属虽能够有效地控制热负荷，但如果金属过重，则会降低燃油效率。使用PA66可在减轻重量的同时，也具备出色的高温表现和机械应力，因而成为越来越多汽车制造商的首选材料。PA66的强度比其他次优材料高很多。例如，选择30％玻纤填充PA6时，可能需要增加约21％的材料，才可匹配60℃时的PA66强度要求，而60℃只是发动机舱的一般温度而已。PBT和POM则不及PA6，分别需要增加56％和59％的材料。如果增加材料用量以期达到同等强度，就会抵消使用热塑性塑料所节省的大部分重量的初衷。
次优于PA66的材料如果要达到PA66的强度，需要使用更多该材料，由此降低了节省整体重量的可能性。即使人们愿意放弃部分减重的可能性，但次优替代材料制造的部件在可靠性上通常也不如PA66。从蠕变和疲劳性能考虑，很明显PA66比其他材料能更好地处理恒定和周期性应力，在车辆使用寿命期间提供更可靠的性能。120℃的条件下PA66的蠕变性能优于PA6或PBT，该温度完全符合三种材料的热变形温度范围。蠕变是在恒定负荷下材料变形的长期量度值。40MPa负荷时，PBT在10小时后的蠕变模量约为1900MPa，PA6实现该蠕变模量值需要100小时出头，而PA66需要10000小时以上才会达到相同蠕变模量。这意味着，采用PA66制作的部件保持稳定形态的时间是PA6的100倍、PBT的1000倍。对于油底壳或气缸盖罩等应用，这种较高的抗蠕变性可以降低漏油或其他关键部件故障的可能性。
同样，PA66在循环应力或疲劳下的性能优于PA6或PBT。例如，交变应力为25 MPa时，PA6的循环次数为30000次。相同应力条件下，PA66可承受100000次循环，使用寿命几乎是PA6的3倍。120℃条件下时，PBT已无法完全满足应力负荷。
因此，对于以坚固、可靠和轻量为重要特征的汽车零部件，选择PA66材料的原因显而易见。PA66制作的部件可承受更多应力、持续时间更长，故障率优于次优材料。
奥升德功能材料(Ascend Performance Materials)正通过增加投资以扩大己二腈(ADN)和PA66的产能来解决这一问题。作为全球知名的一体化PA66树脂生产商，奥升德对PA66的整个生产链进行了产能投资。2017年和2018年，奥升德扩大了ADN、己二胺 (HMD)、PA66树脂及混合改性料的产能。到2022年，奥升德PA66产能将再增加10万吨。这些扩建项目完成后，将成为自20世纪60年代以来对PA66产能进行的最大投资。奥升德正持续加大投入，旨在把握市场的增长步伐，以期在两年内缓解PA66供应紧张的情况。
本文摘选自《切莫退而求其次：尼龙66与次优树脂的性能对比》一书
