همه چیز درباره پلی آمید (نالون)

پلی آمید، نایلون (Polyamide - PA) چیست؟

پلی آمید یا نایلون (Polyamide - PA)  نام کلی برای خانواده ای از پلیمرهای مصنوعی است که اولین بار در فوریه سال 1935 توسط والاس کاروترز در شرکت DuPont تولید شد و به دلیل آن که این پلیمر از اتصال واحدهای تکرار شونده پپتامید (پیوند آمید) تولید می گردد ، آن را پلی آمید نیز نامیدند. استفاده از نایلون ها به صورت تجاری اولین بار در سال 1938 و در تولید رشته های مسواک آغاز شد. سپس در سال 1940 الیاف این ماده در تولید جورابهای نه مصرف گردید. اگرچه تولید الیاف از این ماده دارای سابقه بیشتری است، اما از سال 1950 به بعد کاربردهای آن در زمینه های تولید قطعات پلاستیکی گسترش بیشتری یافته است و به حدود 25% از کل مصرف پلی آمید ها در سال 2000 یا 1/65 میلیون تن در سال بالغ شده است. رشد سالانه 8 تا 9 درصد مصرف در حوزه تولید قطعات پلاستیکی نسبت به رشد 1/5 درصدی آن در کاربرد الیاف حاکی از زمینه های کاربردی جدید این دسته از مواد می باشد.

 

این مواد علاوه بر مقاومت حرارتی، دارای مقاومت الکتریکی بالایی نیز می باشند و به دلیل ساختار بلورین ،‌ مقاومت خوب شیمیایی را از خود نشان می دهند. از دیگر خواص ذکر شده برای نایلونها ،‌ خاصیت نفوذناپذیری می باشد؛ ضمن آن که با آمیزه سازی می توان به راحتی مقاومت به اشتعال این مواد را بالا برد. پلی آمید ها به طور گسترده ای در کاربردهایی در صنایع

خودروسازی و حمل و نقل،‌ برق و الکترونیک، نساجی،

بسته بندی و محصولات

خانگی استفاده می شوند. با افزودن الیاف شیشه و افزایش استحکام این مواد ، ‌می توان از آنها به عنوان جایگزینهای مناسبی برای قطعات فی استفاده نمود و لذا پلی آمید ها را می توان اولین و مهمترین پلیمر مهندسی محسوب نمود.

 

تمامی پلی آمید ها کم یا بیش تمایل به جذب رطوبت دارند. به همین دلیل در استفاده از این مواد باید به اطلاعات فنی آنها ( اطلاعات مرتبط با حالت خشک و اطلاعات مرتبط با 50 درصد رطوبت) توجه گردد . جذب رطوبت همچنین در تغییرات ابعادی قطعات تولید شده با پلی آمید موثر می‌باشد و لذا توجه به این موضوع در مسایل طراحی می باید مد نظر قرار گیرد. لازم به ذکر است که در عمل رطوبت به عنوان عامل نرم کننده (پلاستیسایزر) در پلی‌ آمید‌ها عمل می‌نماید و سبب کاهش مدول کششی‌ و افزایش مقاومت ضربه‌پذیری می گردد. با توجه به حساسیت پلی آمیدها در جذب رطوبت این مواد قبل از فرآیند تزریق ، نیازمند رطوبت زدایی می باشند. در صورتی که عملیات رطوبت زدایی به خوبی صورت نگیرد، در سطح قطعات تولیدی، اثر نامطلوب رگه های ناشی از رطوبت مشاهده می گردد. ضمن آن که به دلیل افزایش نقطه ای دما در قالب و اثر آب در اکسیداسیون، قطعات تولیدی دارای خواص مکانیکی ضعیفتری به دلیل تخریب مواد خواهند بود.

 

پلی آمید 6 و پلی آمید 66

پلی‌آمید 6 و پلی‌آمید ‌66 پر مصرف‌ ترین نوع از انواع پلی آمیدها می باشند و علیرغم تشابه خواص ، با یکدیگر تفاوتهایی را نیز دارند. به دلیل آن که پلی آمید 6 دارای مرکز تقارن نمی باشد ، علیرغم داشتن دانسیته مشابه با پلی آمید 66 ، نقطه ذوب آن 40 درجه سانتیگراد کمتر بوده و از مقاومت حرارتی نسبتا کمتری نسبت به پلی آمید 66 برخوردار است. لذا از پلی آمید 66 زمانی استفاده می گردد که محدوده دمایی یا پایداری که از پلی آمید 6 بدست می‌آید پاسخگوی کاربرد مورد نظر نباشد. با این اوصاف برخی از مزایا و مشخصات پلی آمید 6 در مقابل پلی آمید 66 به شرح زیر می باشد:

ثبات هیدرولیکی بهتر
هزینه های تولید کمتر
عملکرد بهتر در تست حرارتی پیر سازی
دمای انحنای تحت بار کمتر (HDT پلی آمید 6-6 در MPa 1/8 حدود C 90-80 است)

 

جدول (1) خواص فیزیکی مکانیکی نایلون 6 و نایلون 6-6 را با هم مقایسه نموده است.

با توجه به چرخه قالبگیری سریع ،‌ انگیزه های اقتصادی زیادی برای استفاده از این مواد در کاربرد های متعدد وجود دارد که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره نمود:

 

صنایع خودروسازی:

نظر به فرآیند پذیری ، مقاومت حرارتی و شیمیایی خوب پلی آمید های 6 و 66 و انعطاف پذیری آنها در طراحی ، این مواد معمولا به عنوان آلترناتیو قطعات فی ، در فضای موتور استفاده می شوند. خواص مکانیکی خوبی نظیر (سختی ،‌مقاومت به خزش و .) ‌در طراحی قطعات خودرویی ، ایمنی و راحتی بیشتر را بدست خواهد داد.

 

صنایع برق و الکترونیک :

در صنایع برق و الکترونیک که تستهای GWIT و UL94 اامی است،‌ پلی آمید های 6 و 66 به راحتی می توانند شرایط تست اشتعال را بگذرانند و به دلیل فرآیند پذیری مطلوب، کاندیدای خوبی برای تولید قطعات کوچک مقاوم به حرارت با جداره نازک به حساب آیند.

 

کالاهای مصرفی و صنعتی :

پلی آمید 66 به دلیل قالبگیری سریع ،‌ رنگ پذیری ،‌زیبایی سطحی ،‌مقاومت مکانیکی عالی راه حل مناسبی برای تولید کالاهای خانگی و صنعتی برای طراحی های پیچیده محسوب می گردد.

 

منحنی مقایسه کارایی خواص فیزیکی مکانیکی پلی آمید 6 ، پلی آمید 66 و پلی آمید 6/66 در شکل (1) نشان داده شده است. این منحنی نشان می دهد که به طور متوسط نایلون 66 دارای دانسیته، نقطه ذوب ، استحکام کششی ، سختی و مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به دو نایلون دیگر مورد مقایسه است. در مقابل چقرمگی ، مقاومت ضربه پذیری نایلون 6 بیشترین مقدار را دارد. آمیزه پلی آمید 6/66 حد واسطه ای از این دو را نشان می دهد.

 

پلی آمید 11 و پلی آمید 12

پلی آمید 11 و پلی آمید 12 از جمله مواد پلاستیکی با منشاء گیاهی می باشند که از منابع تجدید پذیر (روغن کرچک) مشتق شده اند و اگرچه مقاومت حرارتی (HDT ،‌ ماکزیمم دما و .) بالایی ندارند، اما می توانند کارایی خود را در طولانی مدت حفظ نموده ،‌ ثبات عملکرد داشته باشند و در دامنه وسیعی از شرایط (دما، فشار و شرایط شیمیایی و .) مورد استفاده قرار گیرند. این مواد دارای مزایای زیر نسبت به سایر پلی آمیدها می باشند:

PA11 و PA12 در تولید قطعاتی که دارای کاربردهای ایمنی ، با ماندگاری بالا و قابلیت اطمینان بالا می باشند ، مصرف می گردند. گرید شفاف این مواد نیز به بازار عرضه شده اند که در طراحی ها و تکوین قطعات، انعطاف پذیری خوبی را به طراحان می دهد. این مواد در کاربردهای زیر مصرف می گردند:

منحنی مقایسه کارایی نایلون های 11 و 12 نسبت به نایلون 6 در شکل (2) رسم شده اند. ملاحظه می گردد که گریدهای نایلونهای 11 و 12 دارای دانسیته کمتری نسبت به نایلون 6 بوده و از نقطه ذوب کمتری نیز برخوردارند. خواص استحکامی نایلون 11 از نایلون 12 ضعیفتر بوده ولی از ضربه پذیری و چقرمگی بهتری برخوردار است.

 

 

شکل (2)مقایسه منحنی های کارایی خواص فیزیکی مکانیکی نایلون 11 و نایلون 12 نسبت به نایلون 6

 

پلی آمید 46

پلی آمید 46 برای کاربردهای دمای بالا در محدوده وسیعی از صنایع از قبیل خودروسازی ، برق و الکترونیک و کالاهای مصرفی استفاده می شود. PA46 پلی آمیدی است که دارای بالاترین مقاومت حرارتی است و دمای انحنای تحت بار آن در MPa 1/8 برابر 160 درجه سانتیگراد می باشد. همچنین برای پلیمر تقویت شده با 30% الیاف شیشه ، این دما برابر C 258 است. مقاومت مکانیکی PA46 از PA66 بیشتر و مقاومت به خستگی آن 50 بار از PA66 بهتر است. PA46 دارای ویژگی هایی به شرح زیر است: پلی‌آمید 46 اغلب جایگزین خوبی برای فات در کاربردهای با دمای بالا می باشد.   با توجه به مقاومت سایشی مناسب این پلیمر ، عمدتا از آن در تولید چرخدنده ها استفاده می شود که لازمه آن داشتن خواص مکانیکی و ثبات ابعادی در دمای بالا و رفتار سطحی خوب و مقاومت به خستگی بالاست. پلی‌آمید 46را می توان روکش ف( متالایز) نمود. همچنین قطعات ساخته شده از PA46 قابلیت رنگ کاری دارند. اگرچه مقاومت رنگ بستگی به رفتار رنگدانه در درجه حرارت بالا دارد. با توجه به سیالیت بالا، PA46 می تواند برای قطعات با شکلهای پیچیده و دیواره های نازک ، ماده مناسبی به شمار رود. شکل (3) منحنی مقایسه ای PA46 را نسبت به نایلون 6 نشان می دهد و مزایای بر شمرده شده برای این پلی آمید را به تصویر می کشد.

شکل (3) مقایسه منحنی های کارایی خواص فیزیکی مکانیکی پلی آمید 46 نسبت به نایلون 6

 

پلی فتال آمید PPA

پلی فتال آمید (PPA) پلی‌آمیدی با مقاومت حرارتی بالا و نیمه آروماتیک است. با توجه به جذب رطوبت پایین ، PPA برای محدوده وسیعی از کاربردها از جمله محیطهای شیمیایی و مصارفی با درجه حرارت بالا کاندید می باشد. این ماده همچنین دارای صلبیت و مقاومت عالی در برابر خزش می باشد. با توجه به داشتن ساختار آروماتیکی ، قطعات تولید شده از PPA نسبت به دیگر انواع پلی آمید دارای ویژگیهای زیر می باشند:

  ثبات ابعادی بهبود یافته

مقاومت بهتر نسبت به حلالها و هیدرولیز
برآورده نمودن خواص مکانیکی بهتر در دمای بالا
این پلیمر در مقایسه با PA46 ‌دارای مزیت صرفه اقتصادی بوده و در بسیاری از کاربردها نظیر صنایع خودرو در قطعات محفظه موتور (روکش تزئینی روی سیلندر ، شیر حرارتی ،‌ ژاکت آب موتور) مصرف می گردد. همچنین این ماده اگر با الیاف شیشه تقویت شود می تواند به عنوان آلترناتیو فات مصرف گردد.

 

شکل (4) مقایسه منحنی های کارایی خواص فیزیکی مکانیکی پلی فتال آمید نسبت به نایلون 6

 

جدول (2) خلاصه‌ای از خواص انواع عمومی نایلونها را که به صورت تجاری عرضه می‌گردند را ارائه می‌دهد.

ادامه جدول (2) خواص فیزیکی مکانیکی انواع مختلف نایلون