مروری جامع بر مواد پلی آمید یا نایلون
پلی آمیده با مقاومت الکتریکی و حرارتی بالا، منجر شده تا این پلیمر یکی از پلاستیکهای با عملکرد بالا و با کاربرد گسترده در صنایع خودروسازی، حمل و نقل، مصارف خانگی و الکترونیکی شناخته شود. این نوع از پلاستیکها بسیار جالب و پرکاربرد بوده و دارای انواع مختلف است: پلی آمید با کدهای 11، 12، 46، 66 و پلی آمیدهای با عملکرد بالا وجود دارد.
پلی آمید (نایلون) چیست؟
پلی آمید یا نایلون با توجه به خواص فوقالعاده ای که دارد جزء دستهای از ترموپلاستیکهای با کیفیت مهندسی است. این پلیمر از ترکیب زنجیرههای تکرارشونده آمید –CO-NH– به وجود میآید. پلی آمیدها (نایلون) از پلیکاندنسیشن دیاسید با یک دیآمین یا با پلیمریزاسیون حلقه باز لاكتامها با 3، 11 یا 12 اتم کربن به وجود میآیند.
مونومرها ممکن است به شکل، آلفاتیک، نیمه آروماتیک یا آروماتیک (آرامیدها) باشند.
ممکن است به شکل غیرمتبلور، نیمه متبلور و یا کامل متبلور باشند.
پلی آمید | مونومر |
پلی آمید 6 | کاپرولاکتام |
پلی آمید 12 | لائرولاکتام |
پلی آمید 66 | هگزامتیلندیآمین/ آدیپیک اسید |
پلی آمید 69 | هگزامتیلندیآمین/ آزلاییک اسید |
پلی آمید 6-10 | هگزامتیلندیآمین/ دودکاندیوئیک اسید |
پلی آمید 6-12 | هگزامتیلندیآمین/ سباسیک اسید |
پلی آمید 46 | پوترسین/ آدیپیک اسید |
پلی آمید 1212 | دودکاندیآمین/ دودکاندیوئیک اسید |
پلی آمیدهای آروماتیک (آرامیدها) از پلی کاندنسیشن ترفتالیک اسید با دی آمین ها حاصل می شوند. پلی آمید 6-3-تی یکی از رایجترین نمونههای پلی آمید آروماتیک است که در طبیعت به شکل مات و غیرمتبلور است. این ماده تحت دمای 280 تا 300 درجه سانتیگراد قرار میگیرد. آرامیدها در مقایسه با پلی آمیدها گرانقیمت، دارا بودن پایداری ابعادی و مقاوم در برابر حرارت و گرما هستند. پلی آمیدها از خود مقاومت الکتریکی و حرارتی بالایی نشان میدهند. به لطف ساختار متبلورشان، مقاومت شیمیایی خوبی نیز دارند. همچنین خواص مکانیکی خیلی خوبی نیز دارند. علاوه براین این مواد به راحتی پیشگیرنده شعله نیز هستند. پلی آمیدها به عنوان اولین الیاف مصنوعی شناخته می شوند.
از کاربردهای آن میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
صنایع خودروسازی و انتقالات، صنایع الکترونیکی، مصارف خانگی، بستهبندی
هنگامی که با الیاف شیشه تقویت شوند (کوتاه یا بلند)، استحکام قابل توجهی پیدا خواهند کرد. به همین علت پلی آمیدها در مواردی جایگزین فلزات میشوند.
تاریخچه
نایلون توسط والاس هوم کاروترز شیمیدانی که در سال 1928 توسط شرکت دوپونت برای اجرای یک پروژه بزرگ به منظور طراحی مواد پلیمریک اورجینال استخدام شد کشف گردید. در سال 1935 وی فرمولاسیون پلی آمید 66 را توسعه داد.
انواع پلی آمید
در بین خانواده بزرگ پلیمرها، چندین مدل از پلی آمیدها هستند که کاملاً کاربردیاند. بهترین انتخاب به میزان نیاز و شرایط اقتصادی بستگی دارد.
پلی آمید 66 و 6 دو گونه بسیار پرکاربرد هستند. آنها اغلب به شکل الیاف (صنایع نساجی) یا فیلم (بسته بندی) یا تزریقی اکسترود میشوند.
پلی آمیدهایی که عملکرد بسیار بالایی دارند شامل پلی فتال آمید و پلی آمید 46 هستند که جایگزین مناسبی برای فلزات یا دیگر موارد بسیار خاصی که شرایط آن بسیار خاص است میباشند.
پلی آمید 6 (نایلون 6) و پلی آمید 66
پلی آمید 6 که به نایلون 6 یا پلی کاپرولاکتام معروف است، یکی از پرکاربردترین پلی آمیدهای موجود است. این ماده توسط پلیمریزاسیون حلقه باز کاپرولاکتام به وجود میآید. نقطه دوب آن 223 درجه سانتیگراد است. این پلیمر یکی از محبوبترین ترموپلاستیکهای مهندسی و بسیار زیاد به عنوان جایگزین فلز استفاده میگردد. نایلون 66 از از پلی کاندنسیشن هگزامتیلندیآمین و آدیپیک اسید به وجود میآید (دو مونومر که هر کدام 6 اتم کربن دارند). نقطه ذوب پلی آمید 66 عدد 255 درجه سانتیگراد است.
با اینحال کلیه پلی آمیدها تمایل به جذب رطوبت به واسطه گروه شیمیایی آمید دارند. رطوبت پلیآمید را نرم کرده در نتیجه مدول کششی کاهش یافته و مقاومت و انعطاف پذیری افزایش مییابد. باید در حین طراحی به این نکته توجه داشت که جذب رطوبت بر روی ابعاد ماده نیز تاثیر دارد.
خواص پلی آمید 6 و پلی آمید 66
- سفتی و استحکام بالا هنگام حرارت زیاد
- مقاومت در برابر ضربه حتی در دمای پایین
- فرآیند پذیری قابل قبول
- جذب رطوبت و مقاوم در برابر سائیدگی
- مقاوم در برابر انواع سوخت
- مقاومت خستگی خوب
- سطح بسیار قابل قبول پلی آمید 6 و فرآیندپذیری بهتر از پلی آمید 66 (به علت گرانروی کم)
- عایق الکتریکی
- جذب آب بالا
- پایداری ابعادی پایین
- ضعیف در برابر اسیدهای معدنی قوی و جذب حلال های پروتونی
- نیازمند عمل خشک کردن قبل از انجام فرآیند
پلی آمید 6 و پلی آمید 66 هر دو با توجه به عملکرد و قیمت خوب در بسیاری از صنایع بکار گرفته میشوند. باید یادآور شد که با توجه به مشابه بودن خواص، تفاوتهای ناچیزی نیز دارند. پلی آمید 6 مقاومت حرارتی کمتری نسبت به پلی آمید 66 دارد و نیز کمی ارزانتر است.
کاربرد پلی آمید 6 و پلی آمید 66
قطعات پلاستیکی به کمک این پلی آمیدها در صنایع مختلفی بکار گرفته میشود:
- حمل و نقل
- الکترونیکی
- مصارف خانگی
- ساخت و ساز
- بسته بندی
پلی آمید 66 هنگامی بکار گرفته میشود که پلی آمید 6 در محدودیت حرارتی خود قرار گرفته یا وقتی که پایداری آبکافت پلی آمید 6 دیگر کافی نیست. سطح ظاهری و مقاومت جوشکاری قابل قبول آن منجر به افزایش مقاومت فشاری آن میشود. سیکلهای قالبگیری سریع بوده بطوری که از نظر اقتصادی قابل قبول است. پلی آمید 6 و پلی آمید 66 پاسخگوی احتیاجات گسترده در صنایع مختلف میباشند.
کاربرد | توضیحات |
جایگزینی پلی آمید 6 و پلی آمید 66 با فلز در صنایع خودروسازی | |
به لطف فرآیندپذیری خوب، این دو پلیمر اغلب جایگزین فلز در صنایع خودروسازی و در جایی که به انعطافپذیری، مقاومت حرارتی و شیمیایی نیاز است بکار گرفته میشود.
این مواد منجر به کاهش وزن سازه شده که در نتیجه کاهش گازهای CO2 را در پی خواهد داشت. خواص مکانیکی پلی آمید 66 (سفتی، مقاومت خزش) به امنیت و راحتی در بکارگیری اجزای ماشین کمک میکند. |
|
کاربردهای الکترونیکی- پیشگیرنده عالی شعله | |
این دو پلیمر کاندیداهای مناسبی در مواد الکترونیکی هستند که باید تست های التراسونیک موج هدایت شده و قابلیت اشتعال عمودی را پاس کنند. هر دو پیشگیرنده عالی شعله، هالوژنه و غیرهالوژنه هستند. علاوه براین آنها هنگامی که به ماده با مقاومت در برابر حرارت بالا نیاز است نیز بکار گرفته میشوند (به علت فرآیندپذیری ساده) |
|
ظاهر قابل قبول در مصارف کاربردی | |
پلی آمید 66 با توجه به راحتی قالبگیری، ظاهر قابل قبول و خواص مکانیکی عالی در بسیاری از مصارف کاربردی بکار گرفته میشود. این پلیمر همچنین در جاهایی که به طراحی دقیق نیاز است و نیز میزان بودجه پایین است استفاده میشود. | |
بستهبندی مواد غذایی با پلی آمید 6 و پلی آمید 66 | |
هر دو پلیمر در برابر پارگی، نفوذ اکسیژن، کربن دی اکسید، بو و نقل انتقال بسیار مقاوم هستند. این خواص منجر به استفاده از این دو پلیمر در صنایع بسته بندی مواد غذایی میشود (تک لایه یا چندلایه). | |
پلی آمید جایگزین پلیپروپیلن در مبلمان | |
در صنعت مبلمان، از پلی آمید 6 و پلی آمید 66 به لطف سطح برق و مقاومت در برابر کثیفی جایگزین بسیار مناسبی برای پلیپروپیلن در مبلمان است. | |
ورزش |
|
خواص خستگی فوقالعاده و مقاومت بالای پلی آمید 6 و پلی آمید 66 در برابر ضربه، منجر شده تا از این دو پلیمر در تولید بایندینگ اسکی استفاده شود. |
کاربرد پلی آمید 11
پلی آمید 11 یا نایلون 11 یک پلاستیک مهندسی کمیاب است که از منابع تجدیدپذیر بهدست میآید (گیاه کرچک) و با پلیمریزاسیون آندسیلیک اسید تولید میشود. ریلسان یا پلی آمید 11 یکی از اولین پلیمرهای طبیعی شناخته میشود. نقطه ذوب آن 190 درجه سانتیگراد است. خواص این پلیمر نیز مشابه پلی آمید 12 بوده اما مقاومت حرارتی آن بالاتر، میزان جذب آب آن کمتر و اثر کمتری بر روی محیط زیست دارد. همچنین مقاومت آن در برابر ضربه و پایداری ابعادی نیز خوب است.
مزایا | محدودیتها |
جذب آب پایین نسبت به دیگر پلی آمیدها | هزینه بالا نسبت به دیگر پلی آمیدها |
مقاومت در برابر ضربه فوقالعاده حتی در دمای زیر صفر | سفتی ضعیفتر و مثقاومت حرارتی کمتر نسبت به دیگر پلی آمیدها |
مقاومت در برابر مواد شیمیایی، انواع سوخت و حلال ها | مقاومت پایین در برابر آبجوش و اشعه یووی |
مقاومت بینظیر در برابر ترک و ساییدگی | نیاز به خشکزدایی قبل از فرآیند |
ضریب اصطکاک پایین | ضعف در برابر اسیدهای معدنی قوی، اسید آستیک و حل شدن در فنلها |
قابلیت کاهش میزان صدا و ارتعاش | وابستگی خواص الکترونیکی به رطوبت جذبشده |
مقاومت خستگی تحت بارگذاری سیکلی با فرکانس بالا | |
توانایی بالا در بکارگیری فیلرها | |
مقاومت بالا در برابر پرتو تابش |
پلی آمید 12
پلی آمید 12 یا نایلون 12 یک ترموپلاستیک نیمه متبلور است که خواص آن مشابه با پلی آمید 11 است. این ماده از منابع تجدیدپذیر و نفتی استخراج میشود. در مقایسه با دیگر پلی آمیدها گرانتر است.
خواص پلی آمید 12
- در برابر ضربه از مقاومت کمتری برخوردار بوده اما در برابر ساییدگی و اشعه یووی مقاوم است.
- نسبت به پلی آمید 6 و پلی آمید 66 و دیگر انواع پلی آمید از جذب آب کمتری برخوردار است.
- پایداری ابعادی آن خوب و خواص الکتریکی آن معقول است.
- مناسب برای بکارگیری در مواردی که امنیت و پایداری بسیار حیاتی است.
- گریدهای شفاف آن نیز در دسترس بوده و از انعطافپذیری قابل توجهی برخوردار بوده که برای تولید و طراحی مناسب است
مزایا | محدودیتها |
جذب آب پایین نسبت به دیگر پلی آمیدها | هزینه بالا نسبت به دیگر پلی آمیدها |
مقاومت در برابر ضربه فوقالعاده حتی در دمای پایین | سفتی ضعیفتر و مقاومت حرارتی کمتر نسبت به دیگر پلی آمیدها |
مقاومت در برابر مواد شیمیایی، انواع سوخت و حلالها | مقاومت پایین در برابر اشعه یووی |
مقاومت بینظیر در برابر ترک | نیاز به خشکزدایی قبل از فرآیند |
مقاومت بینظیر در برابر ساییدگی | وابستگی خواص الکترونیکی به رطوبت جذب شده |
ضریب اصطکاک پایین | |
قابلیت کاهش میزان صدا و ارتعاش | |
مقاومت خستگی تحت بارگذاری سیکلی با فرکانس بالا |
خواص بینظیر پلی آمید 11 یا نایلون 11 و پل یآمید 12، منجر به استفاده کاربردی آنها در موارد زیر شده است:
پلی آمید 10-6
پلی آمید 10-6 یک پلی آمید نیمه متبلور است. این پلیمر توسط پلیمریزانسیون هگزا متيلندیآمین و یک دیبازیک اسید مانند سباسیک اسید تولید میشود. نقطه ذوب آن 223 درجه سانتیگراد است.
خواص پلی آمید 10-6
- در مقایسه با پلی آمید 6 یا پلی آمید 66 میزان جذب آب آن کمتر است.
- میزان تحمل حرارت آن در مقایسه با پلی آمید 6 یا پلی آمید 66 کمتر است.
- مقاومت سایشی و شیمیایی آن خوب است
- برعکس پلی آمید 66 سفتی و استحکام آن کمتر است
- عملیات رطوبتزدایی پلی آمید 10-6 قبل از فرآیند ضروری است.
- پلیآمید 10-6 از دیگر پلیمرها قویتر است
- استهلاک آن پایین است
- عایق الکتریکی خوبی است
- در برابر اشعه گاما و اکسری مقاوم است
- از محدودیت این پلیمر میتوان به این موارد اشاره کرد:
- میزان بالای آبرفتگی بالای قالب- قیمت بالا در مقایسه با پلی آمیدهایی که جذب آب آنها پایین است و در برابر اسیدهای معدنی و حلالهای پروتونی را جذب میکند.
- با توجه به خواص مقاوم در برابر حرارت و شعله، از این پلیمر برای ساخت عایق در مارکت الکترونیکی استفاده میشود.
پلی آمید 46 (نایلون 46)
پلی آمید 46 از پلیکندانسیون آدیپیک اسید و پوترسین به وجود میآید. پوترسین از ترکیب آکریلونیتریل و هیدروژن سیانید به وجود میآید. دمای ذوب پلیآمید 46 مقدار 295 درجه سانتیگراد است.
این ماده یک پلیمر با قابلیت تحمل درجه حرارت بسیار بالاست به طوریکه در بسیاری از جاها مورد استفاده قرار میگیرد:
در بسیاری از قطعات خودرو مانند جعبه دنده، کاور موتور، فیلتر روغن، چراغ جلو، تراست واشر، پخش سوخت و آمپر میزان سرعت استفاده میشود.
همچنین در ساخت مدارهای الکتریکی، متصلکنندهها، لمینیتهای موتور الکتریکی، جا ذغالی در موتورهای الکترونیکی نیز استفاده میشود.
در مصارف خانگی مانند کتری و اجاق گاز نیز کاربرد دارد.
مقاومت این پلیمر در برابر حرارت بسیار بالاست. درجه حرارت خمیدگی در فشار 8/1 مگاپاسکال مقدار 160 درجه سانتیگراد و هنگامی که با 30 درصد الیاف شیشه تقویت شود مقدار آن به 285 درجه سانتیگراد میرسد. خواص مکانیکی این پلیمر بسیار برتر از پلیآمید 66 است. مقاومت خستگی آن 50 برابر بیشتر از پلی آمید 66 است.
خواص پلی آمید 46
پلی آمید 46 اغلب وقتی که درجه حرارت بالاست جایگزین فلز میشود. با توجه به مقاومت سایشی آن، مخصوصاً در چرخدندهها بکار گرفته میشود زیرا مقاومت خستگی آن بالاست. این پلیمر قادر است تا به شکل پوشش اسپری شود. بسته به کیفیت رنگدانهها قادر است تا در حرارت بالا مقاومت کند. با توجه به میزان روان بودن بالای آن، در شکلهای پیچیده و قطعات با دیواره نازک استفاده میشود.
مزایا | محدودیتها |
سفتی و خستگی فوقالعاده، مقاومت در برابر خزش تا دمای 220 درجه سانتیگراد | جذب آب بسیار بالا |
رفتار سایشی و استهلاکی بینظیر | نیاز به دمای بالا در حین فرآیند با توجه به نقطه ذوب بالا |
روان بودن در نتیجه سادگی فرآیندپذیری | پایداری پایین ابعادی |
کم بودن زمان سیکل تزریق با توجه به نرخ متبلور بودن بالا | ضعف در برابر اسیدهای معدنی قوی، اسید آستیک و حل شدن در فنلها |
مقاوم در برابر انواع سوخت | نیاز به خشکزدایی قبل از فرآیند |
مقاوم در برابر ضربه | سیاه شدن سطح ماده در هنگام قرار گرفتن در حرارت بالا |
میزان بسیار پایین درخشش | |
خواص عایق الکتریکی مناسب | |
مقاومت بالا در برابر پرتو گاما و ایکسری |