Полиамид - полимерный материал

Полиамид 6 (ПА 6) (найлон-6, поликапроамид, капрон, капролон) - нетоксичный конструкционный высокомолекулярный полимерный материал. Полимер обладает следующими физическими характеристиками: высокая твердость и механическая прочность, износостойкость, низкий коэффициент трения, малая плотность, хорошие антифрикционные и диэлектрические свойства. Полиамид 6 хорошо окрашивается, обладает хорошей способностью к склеиванию. Поверхность полиамидных материалов гладкая, устойчивая к выцветанию и изменению формы. Полимер не выделяет токсинов при контакте с пищевыми продуктами. Полиамид - один из самых дешевых и широко используемых полимеров.

Полиамид химически стоек к воздействию масел, смазок, эфиров, бензина, дизельного топлива, керосина, спиртов, слабых кислот, разбавленных и концентрированных щелочей, органических растворителей, морской воды и пр. Полимер растворяется в концентрированной серной кислоте, фторированных спиртах, муравьиной кислоте. Муравьиной кислотой его можно склеивать. Кислота растворяет кромку, и при присоединении двух кусков полиамида 6 получается прочное соединение.

Полиамид 6 (ПА 6), являясь чрезвычайно прочным материалом, имеет малую плотность. Он легче стали в 6 раз. Его используют для замены деталей из латуни и бронзы. Пластик одновременно прочный и эластичный в широком температурном диапазоне.

Полиамид 6 является продуктом гидролитической полимеризации капролактама и соответствует химической формуле (-NH-(CH2)5-CO-)n. Цифра 6 в названии обозначает число атомов углерода в исходном мономере.

Сферы использования

Полимер используется для изготовления изоляционных материалов, корпусных, уплотнительных, технических изделий, применяемых в автомобилестроении, судостроении, машиностроении и прочих отраслях. Полиамид ПА-6 находит применение в сильно нагруженных механизмах, деталях.

Отличается высокими прочностными свойствами, твердостью, деформационной стабильностью и теплостойкостью. Используется для изготовления деталей, работающих в условиях повышенных механических нагрузок (шестерни, вкладыши, сепараторы подшипников и другие детали).

Изделия из полиамида 6 позволяют устройствам и механизмам, в которых они используются, работать практически бесшумно. Износ пар трения при использовании полиамидных деталей снижается в 1,5–2 раза и, соответственно, повышается их ресурс.

В области производства колесных опор полиамид 6 используется для изготовления кронштейнов, колес целиком и их элементов, сепараторов подшипников, втулок, рычагов переключения в системах с центральным тормозом.

Недостатки полиамида

Полиамид имеет высокий уровень водопоглощения. Так, например, даже на воздухе, в зависимости от относительной влажности воздуха, полиамид-6 может впитывать в себя 2-3% влаги по массе. При выдерживании в воде продолжительное время полиамид-6 может впитать 6% воды, а для вторичного полиамида-6 этот показатель может иногда достигать 8%. Именно поэтому не рекомендуется использовать данный пластик для изделий, постоянно контактирующих с водой, ведь физико-механические свойства полиамида-6 насыщенного влагой заметно падают. Перед и после переработки полиамида-6 он должен быть тщательно высушен, иначе наличие влаги в экструдере (термопластавтомате) или хранение в неподготовленном месте может серьезным образом повлиять на качество конечной продукции не в лучшую сторону.

Полиамидимеет низкую стойкость к солнечной радиации, что объясняет недолговечность ПА 6 при использовании его вне помещений. После просушки все свойства материала восстанавливаются. Высокая температура плавления создает сложности в процессе производства изделий из полиамида и увеличивает их цену.

Физико-механические свойства полиамида 6 (ПА 6)

Показатель	Данные
Плотность кг/м3	1150-1160 кг/м3
Поглощение воды за 24 часа (или 1 час кипячения), % Поглощение воды максимальное, %	3,5 10-11
Температура плавления^оС	+215-225
Морозостойкость, ^оС	-30
Температура размягчения при напряжении изгиба 1,85 МПа, ^оС, не менее	45
Температура воспламенения, ^оС	395
Температура самовоспламенения, ^оС	424
Предел рабочих температур (верхний/нижний), ^оС	-40 /+80
Разрушающее напряжение МПа, при: - растяжении - изгибе - сжатии	66-80 90-100 85-100
Относительное удлинение при разрыве, %	80-150
Ударная вязкость кДж/м²(без надреза)	100-120
Твердость по Бринеллю, МПа	150
Твердость, МПа	100-120
Твердость по Shore A (для чистого пластика)	96^о±2
Твердость по Shore D (с наполнителями)	45 - 84
Теплостойкость по Мартенсу, ^оС	55
Модуль упругости при изгибе, ГПа	1,9 - 2,0
Разрушающее напряжение при изгибе, МПа	60 - 70
Коэффициент трения по стали	0,14-0,25
Диэлектрическая проницаемость при 10⁶ Гц	3,6
Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом	10¹⁴
Тангенс угла диэлектрических потерь при 10⁶Гц	0,03
Коэффициент теплопроводности при 20-150 °С, Вт/м·К	0,28
Средний коэффициент линейного теплового расширения *10^-⁵, 1/К в интервале температур от -70 до +20 °C от 20 до 160 °C	1 - 8 8 - 10
Предел прочности, МПа	55-77
Модуль упругости, МПа	1,2-1,5
Влияние влажности σ и-прочность при изгибе Е-модуль упругости материала	1,3-1,45 2-3,3
Усадка литьевая, %	1,5 - 2,5
Теплостойкость по Вика, °C при нагрузке 9,8 Н	205 - 215

Использование наполнителей для улучшение физико-химических свойств пластика

Полиамид прекрасно совмещаются с самыми разными наполнителями, а это открывает неисчерпаемые возможности для создания на их основе композиционных материалов и модифицированных пластиков с заданными характеристиками. В качестве наполнителей применяют стекловолокно, асбест, графит, кварц, тальк и другие материалы. Это обстоятельство обеспечило появление огромного количества марок полиамида на международном рынке.

Количество наполнителя, в зависимости от поставленной задачи, может достигать 60%. При этом каждый вид наполнителя придает пластику особые свойства:

стекловолокно — армирующий материал, увеличивает прочность на разрыв, повышает стойкость к изгибающим нагрузкам, снижает стойкость к ударным нагрузкам;
графитовое волокно — легкий армирующий материал, добавляет полимеру свойства электропроводности и способность рассеивать статическое электричество;
тальк — увеличивает прочность на разрыв и изгиб, снижает коэффициент трения, снижает ударную вязкость;
графит — повышает теплопроводность, значительно снижает коэффициент трения;
дисульфид молибдена — снижает коэффициент трения, в отличие от графита хорошо удерживается в массе полиамида;
масло — применяется при производстве капролона со сниженным коэффициентом трения.
антипрены галогенового, безгалогенового и фосфорного типа обеспечивают невосприимчивость полиамида к горению. Трудногорючий ПА6 востребован в электротехнике, радиоэлектронике, приборостроении, а так же в изделиях с повышенными требованиями к пожаробезопасности.
Для увеличения влагостойкости полиамида используют неорганические (слюда, кварц и т.д.) и органические добавки (полиолефины, сополимеры и т.д.).

Полиамид 6 (ПА6) можно окрашивать в любые цвета, изделия из него имеют хороший внешний вид, что немаловажно для конкурентоспособности на рынке.

Покупая дешевые китайские изделия из полиамида покупатель должен понимать, что в этих изделиях наполнители использовались не для улучшения свойств материала, а для уменьшения их цены.

История открытия

Впервые полиамид 6 как полимер для формования полиамидного волокна (под названием перлон) был синтезирован в 1938 году во Франкфурте в Германии немецким химиком Паулем Шлаком. Пауль Шлак – известный специалист в области химии амидов, доктор наук. В то время он работал в г. Людвигсхафене в печально известном немецком концерне IG Farben. Промышленное производство полиамидных волокон мощностью 3,5 тысячи тонн в год было создано в Германии в 1943 году.