پلی آمید، نایلون (Polyamide - PA) چیست؟

پلی آمید، نایلون (Polyamide - PA) چیست؟

پلی آمید یا نایلون (Polyamide - PA)  نام كلی برای خانواده ای از پلیمرهای مصنوعی است كه اولین بار در فوریه سال 1935 توسط والاس كاروترز در شركت DuPont تولید شد و به دلیل آن كه این پلیمر از اتصال واحدهای تكرار 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 مسواك آغاز شد. سپس در سال 1940 الیاف این ماده در تولید جورابهای زنانه مصرف گردید. اگرچه تولید الیاف از این ماده دارای سابقه بیشتری است، اما از سال 1950 به بعد كاربردهای آن در زمینه های تولید قطعات پلاستیكی گسترش بیشتری یافته است و به حدود 25% از كل 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 پلاستیكی نسبت به رشد 1/5 درصدی آن در كاربرد الیاف حاكی از زمینه های كاربردی جدید این دسته از مواد می باشد.

 

این مواد علاوه بر مقاومت حرارتی، دارای مقاومت الكتریكی بالایی نیز می باشند و به دلیل ساختار بلورین ،‌ مقاومت خوب شیمیایی را از خود نشان می دهند. از دیگر خواص ذكر شده برای نایلونها ،‌ خاصیت نفوذناپذیری می باشد؛ ضمن آن كه با آمیزه سازی می توان به راحتی مقاومت به اشتعال این مواد را بالا برد. پلی آمید ها به طور گسترده ای در كاربردهایی در صنایع خودروسازی و حمل و نقل،‌ برق و الكترونیك، نساجی، بسته بندی و محصولات خانگی استفاده می شوند. با افزودن الیاف شیشه و افزایش استحكام این مواد ، ‌می توان از آنها به عنوان جایگزینهای مناسبی برای قطعات فلزی استفاده نمود و لذا پلی آمید ها را می توان اولین و مهمترین پلیمر مهندسی محسوب نمود.

 

تمامی پلی آمید ها كم یا بیش تمایل به جذب رطوبت دارند. به همین دلیل در استفاده از این مواد باید به اطلاعات فنی آنها ( اطلاعات مرتبط با حالت خشك 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 ذكر است كه در عمل رطوبت به عنوان عامل نرم كننده (پلاستیسایزر) در پلی‌ آمید‌ها عمل می‌نماید و سبب كاهش مدول كششی‌ 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 كه عملیات رطوبت زدایی به خوبی صورت نگیرد، در سطح قطعات تولیدی، اثر نامطلوب رگه های ناشی از رطوبت مشاهده می گردد. ضمن آن كه به دلیل افزایش نقطه ای دما در قالب و اثر آب در اكسیداسیون، قطعات تولیدی دارای خواص مكانیكی 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 یكدیگر 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 كمتری نسبت به پلی آمید 66 برخوردار است. لذا از پلی آمید 66 زمانی استفاده می گردد كه محدوده دمایی یا پایداری كه از پلی آمید 6 بدست می‌آید پاسخگوی كاربرد 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 هیدرولیكی بهتر
هزینه های تولید كمتر
عملكرد بهتر در تست حرارتی پیر سازی
دمای انحنای تحت بار كمتر (HDT پلی آمید 6-6 در MPa 1/8 حدود C° 90-80 است)

 

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

خواص نایلون6 نایلون 6-6
دمای ذوب (C°) 210-220 255-265
دمای فرآیند C°
قالبگیری تزریقی
اکستروژن

225-290
225-275

260-325
دانسیته (gr/cm3) 1.14-1.12 1.15-1.13
استحکام کششی در نقطه تسلیم (%) در ۲۳ درجه سانتیگراد
در شرایط خشک برای قالبگیری (0/2% رطوبت)
در شرایط 50% رطوبت نسبی

11700
7400

8000
6500
ازدیاد طول (%) در ۲۳ درجه سانتیگراد
در شرایط خشک برای قالبگیری (0/2% رطوبت)
در شرایط 50% رطوبت نسبی

30-100
300

15-60
150-300
مدول کششی (103psi) در۲۳ درجه سانتیگراد
در شرایط خشک برای قالبگیری (0/2% رطوبت)
در شرایط 50% رطوبت نسبی

380
100

410
180
مدول خمشی (103psi) در۲۳ درجه سانتیگراد
در شرایط خشک برای قالبگیری (0/2% رطوبت)
در شرایط 50% رطوبت نسبی

390
140

410-450
185
ضربه پذیری نمونه شکافدار در دمای اطاق ( ft-lb/in) در۲۳ درجه سانتیگراد
در شرایط خشک برای قالبگیری (0/2% رطوبت)
در شرایط 50% رطوبت نسبی

1.0-0.6
3.0

1.0-0.55
2.1-0.85
سخنی راکول در شرایط خشک برای قالبگیری (0/2% رطوبت) 119 120
دمای انحنای تحت بار در شرایط خشک برای قالبگیری
66 psi
264 psi

185-190
68-85

230-245
75-88

با توجه به چرخه قالبگیری سریع ،‌ انگیزه های اقتصادی زیادی برای استفاده از این مواد در كاربرد های متعدد وجود دارد كه 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 فلزی ، در فضای موتور استفاده می شوند. خواص مكانیكی خوبی نظیر (سختی ،‌مقاومت به خزش و ...) ‌در طراحی قطعات خودرویی ، ایمنی و راحتی بیشتر را بدست خواهد داد.

 

صنایع برق و الكترونیك :

در صنایع برق و الكترونیك كه تستهای GWIT و UL94 الزامی است،‌ پلی آمید های 6 و 66 به راحتی می توانند شرایط تست اشتعال را بگذرانند و به دلیل فرآیند پذیری مطلوب، كاندیدای خوبی برای تولید قطعات كوچك مقاوم به حرارت با جداره نازك به حساب آیند.

 

كالاهای مصرفی و صنعتی :

پلی آمید 66 به دلیل قالبگیری سریع ،‌ رنگ پذیری ،‌زیبایی سطحی ،‌مقاومت مكانیكی عالی راه حل مناسبی برای تولید كالاهای 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 شكل (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 66

 

پلی آمید 11 و پلی آمید 12

پلی آمید 11 و پلی آمید 12 از جمله مواد پلاستیكی با منشاء گیاهی می باشند كه از منابع تجدید پذیر (روغن كرچك) مشتق شده اند و اگرچه مقاومت حرارتی (HDT ،‌ ماكزیمم دما و ...) بالایی ندارند، اما می توانند كارایی خود را در طولانی مدت حفظ نموده ،‌ ثبات عملكرد 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 كه دارای كاربردهای ایمنی ، با ماندگاری بالا و قابلیت اطمینان بالا می باشند ، مصرف می گردند. گرید شفاف این مواد نیز به بازار عرضه شده اند كه در طراحی ها و تكوین قطعات، انعطاف پذیری خوبی را به طراحان می دهد. این مواد در كاربردهای زیر مصرف می گردند:

منحنی مقایسه کارایی نایلون های 11 و 12 نسبت به نایلون 6 در شكل (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.

 
6مقایسه منحنی های کارایی خواص فیزیکی مکانیکی نایلون 11 و نایلون 12 نسبت به نایلون
 

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

 

پلی آمید 46

پلی آمید 46 برای كاربردهای دمای بالا در محدوده وسیعی از صنایع از قبیل خودروسازی ، برق و الكترونیك و كالاهای مصرفی استفاده می شود. PA46 پلی آمیدی است كه 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 مكانیكی 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 فلزات در كاربردهای با دمای بالا می باشد.   با توجه به مقاومت سایشی مناسب این پلیمر ، عمدتا از آن در تولید چرخدنده ها استفاده می شود كه لازمه آن داشتن خواص مكانیكی و ثبات ابعادی در دمای بالا و رفتار سطحی خوب و مقاومت به خستگی بالاست. پلی‌آمید 46را می توان روكش فلز( متالایز) نمود. همچنین قطعات ساخته شده از PA46 قابلیت رنگ كاری دارند. اگرچه مقاومت رنگ بستگی به رفتار رنگدانه در درجه حرارت بالا دارد. با توجه به سیالیت بالا، PA46 می تواند برای قطعات با شكلهای پیچیده و دیواره های نازك ، 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.


6 مقایسه منحنی های کارایی خواص فیزیکی مکانیکی پلی آمید 46 نسبت به نایلون

شكل (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 آروماتیك است. با توجه به جذب رطوبت پایین ، PPA برای محدوده وسیعی از كاربردها از جمله محیطهای شیمیایی و مصارفی با درجه حرارت بالا كاندید می باشد. این ماده همچنین دارای صلبیت و مقاومت عالی در برابر خزش می باشد. با توجه به داشتن ساختار آروماتیكی ، 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 مكانیكی بهتر در دمای بالا
این پلیمر در مقایسه با PA46 ‌دارای مزیت صرفه اقتصادی بوده و در بسیاری از كاربردها نظیر صنایع خودرو در قطعات محفظه موتور (روكش تزئینی روی سیلندر ، شیر حرارتی ،‌ ژاكت آب موتور) مصرف می گردد. همچنین این ماده اگر با الیاف شیشه تقویت شود می تواند به عنوان آلترناتیو فلزات مصرف گردد.

 
6 مقایسه منحنی های کارایی خواص فیزیکی مکانیکی پلی فتال آمید نسبت به نایلون

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 كه به صورت تجاری عرضه می‌گردند را ارائه می‌دهد.

خواص Nylon6 Nylon6/ 30%
شیشه
Nylon6/ 30%
کربن
Nylon66 Nylon66/ 30%
شیشه
Nylon66/ 30%
کربن
Nylon66/ 40% clay Nylon66/ 50% میکا
نقطه ذوب (C°) 226 215 215 265 265 265 265 215
دمای انحناء تحت بار در Mpa1/82، C° 78 210 215 75 250 260 190 230
حداکثر مقاومت به حرارت مداومC° 65 190 205 100 225 240 150 170
ضریب انبساط خطی
cm/cm/oc ˟ 10-5
8 4 5 8 2 2 3 3
استحكام كششی MPa 62 138 205 82 180 227 75 90
درصد ازدیاد طول 30 5 3 60 4 3 9 9
استحكام خمشی MPa 96 275 315 103 275 330 205 400
استحكام فشردگی MPa 96 150 135 103 180 170 160 150
استحكام ضربه‌پذیری Izod شكافدار J/m 55 130 155 55 110 88 50 85
سختی (راكول) R119 M85 M80 M85 M85 R120 M80 M80
دانسیته 1.13 1.38 1.28 1.14 1.37 1.35 1.4 1.4

ادامه جدول (2) خواص فیزیكی مکانیکی انواع مختلف نایلون

خواص Nylon69 Nylon610 Nylon612 Nylon612/ 35%
شیشه
Nylon11 Nylon12 Aramid
نقطه ذوب (C°) 205 220 210 210 192 177 275
دمای انحناء تحت بار در Mpa1/82، C° 55 60 69 216 150 146 260
حداکثر مقاومت به حرارت مداومC° 60 70 75 200 140 135 150
ضریب انبساط خطی
cm/cm/oc ˟ 10-5
8 8 8 6 10 8 3
استحكام كششی MPa 58 60 50 145 55 55 120
درصد ازدیاد طول 80 125 200 4 200 225 5
استحكام خمشی MPa 40 40 44 80 40 42 172
استحكام فشردگی MPa 100 90 90 150 80 80 207
استحكام ضربه‌پذیری Izod شكافدار J/m 60 60 60 96 96 110 75
سختی (راكول) R111 R105 M78 M93 R108 R105 E90
دانسیته 1.09 1.08 1.08 1035 1.04 1.01 0.5
 

مطالب مرتبط

مواد پلیمری دسته‌ای ازمواد شامل پلاستیک‌ها، لاستیک‌ها، چسب‌ها، رنگ‌ها، فوم‌ها، رزین‌ها و بسیاری دیگر از موادی که در زندگی روزمره کاربرد دارند، می‌باشد.
مواد پلیمری چیست؟

مواد پلیمری دسته‌ای ازمواد شامل پلاستیک‌ها، لاستیک‌ها، چسب‌ها، رنگ‌ها، فوم‌ها، رزین‌ها و بسیاری دیگر از موادی که در زندگی روزمره کاربرد دارند، می‌باشد.

پلی‌وینیل کلراید (Polyvinyl chloride) یا پی‌وی‌سی (PVC) نوعی پلاستیک بسیار پرکاربرد است. در شرایط حاضر یکی از ارزشمندترین محصولات صنعت پتروشیمی است.
پلی‌وینیل کلراید (PVC) چیست؟

پلی‌وینیل کلراید (Polyvinyl chloride) یا پی‌وی‌سی (PVC) نوعی پلاستیک بسیار پرکاربرد است. در شرایط حاضر یکی از ارزشمندترین محصولات صنعت پتروشیمی است.

پلی متیل متاکریلات (Polymethyl methacrylate - PMMA) یکی از پلاستیکهای مهندسی پرکاربرد در صنعت پلیمر می باشد. کاربرد اصلی این پلیمر به دلیل شفافیت بالای آن است.
پلی متیل متاکریلات (Polymethyl methacrylate - PMMA) چیست؟

پلی متیل متاکریلات (Polymethyl methacrylate - PMMA) یکی از پلاستیکهای مهندسی پرکاربرد در صنعت پلیمر می باشد. کاربرد اصلی این پلیمر به دلیل شفافیت بالای آن است.