مقایسه خاصیت فیزیکی و مکانیکی پلی آمیدها

مزایا و مشخصات پلی آمید 6 در مقابل پلی آمید 66 به شرح زیر می باشد:

عملکرد بهتر در تست حرارتی پیر سازی

هزینه های تولید کمتر

ثبات هیدرولیکی بهتر

دمای انحنای تحت بار کمتر (HDT پلی آمید 6-6 در MPa 1/8 حدود C° 90-80 است)

صلبیت مشابه در دمای زیر C° 180

جدول زیر خواص فیزیکی مکانیکی نایلون 6 و نایلون 6-6 را با هم مقایسه نموده است.

مقایسه برخی خاصیت های فیزیکی مکانیکی نایلون 6 و نایلون 6-6

خواص	نایلون6	نایلون 6-6
دمای ذوب С○	210-220	255-265
دمای فرآیند С○ 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 (103 psi) در ۲۳ درجه سانتیگراد در شرایط خشک برای قالبگیری (0/2% رطوبت) در شرایط 50% رطوبت نسبی	380 100	410 180
مدول خمشی(103 psi) در ۲۳ 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

02432464407-09

ضربه پذیری و بهینه سازی کامپوزیت نایلون 6-بخش دوم

به علت عدم چقرمگی و شکننده بودن پلی آمید6، دارای فرایند پذیری مشکلی است. بدیهی است که با افزودن 30% الیاف شیشه به ماتریس، شکنندگی کامپوزیت حاصل شده بیشتر خواهد شد. آنچه که برای بهبود فرایند پذیری صنعتی کامپوزیت پلی آمید و الیاف شیشه موثر است، تقویت سطح مشترک کامپوزیت و نیز اضافه کردن مقداری نرم کننده برای کم کردن شکنندگی مواد سرد شده می باشد. یکی از روش هایی که در صنعت برای تقویت سطح مشترک و در عین حال بهبود ضربه پذیری کامپوزیت پلی آمید 6 و الیاف شیشه مورد استفاده قرار میگیرد، استفاده از یک کوپلیمر یا ترپلیمر بر پایه اتیلن است که در هنگام پلیمریزاسیون این ماده گروه های قطبی بر روی زنجیره نشانده شده اند. همچنین یک افزودنی دیگری نیز برای ایجاد پایداری حرارتی این پلیمر در واکنش پلیمریزاسیون به آن اضافه می شود. این روش خواص نهایی کامپوزیت را با محدودیت روبرو می کند در عین حال هزینه تمام شده را بالا می برد. 

02432464407-09

ضربه پذیری و بهینه سازی کامپوزیت نایلون 6-بخش اول

چالش دیگر در تهیه آمیزه های پلی آمید6 – پلی پروپیلن ماهیت متفاوت این دو ماده از نظر سازگاری در فرآیند اختلاط است. پلی آمید6 پلیمری با گروه های عاملی قطبی و پلی‌پروپیلن یک پلیمر غیرقطبی است بنابراین این دو پلیمر از نظر ترمودینامکی امتزاج ناپذیر می‌باشند. برای غلبه بر این مشکل معمولا از مواد سازگارکننده در فرمولاسیون آمیزه مورد نظر استفاده می شود. سازگارکننده ها عموما به عنوان الیگومرها یا پلیمرهای دارای ماهیت دوگانه دوستی شناخته می‌شوند. عمده این مواد به صورت زنجیرهای پلی الفینی یا ترموپلاستیک الاستومر های عامل دار شده با مالئیک انیدرید به عنوان بخش قطبی سازگارکننده مورد استفاده قرار می‌گیرند(Chow, W. S., 2003:7427).  

پلی آمید 6 یکی از پلیمرهای مهندسی است که خواص مکانیکی و حرارتی خوب این پلیمر استفاده از آن را در شرایط ویژه ممکن ساخته است. در کاربردهایی که به یک پلیمر مستحکم و در عین حال دارای پایداری حرارتی و ابعادی مطلوب دردمای بالا نیاز است، پلی آمید6 یکی از انتخاب های اصلی است(Meincke, 2004:739). علیرغم اینکه پلی‌آمید 6 دارای خواص مکانیکی بسیارخوب مانند مدول و استحکام بالا است، نقطه ضعف عمده این پلیمر چقرمگی کم و مقاومت به ضربه پایین آن است. به همین دلیل، به منظور افزایش چقرمگی در آمیزه های ساخته شده بر پایه پلی آمید 6  معمولا از یک پلیمر ضربه پذیرتر همانند کوپلیمرهای پلی‌پروپلین استفاده می شود(Gonzalez-Montiel, 1995:4587). با وجود اینکه آلیاژ پلی‌آمید 6 با پلی‌پروپیلن باعث افزایش مقاومت به ضربه محصول نهایی می‌شود اما در عین حال ممکن است تاثیر منفی بر سایر خواص مکانیکی مانند مدول و استحکام خمشی و کششی آمیزه نهایی بگذارد. به همین دلیل، معمولا در اهداف طراحی برقرار نمودن تعادل مناسب بین چقرمگی و استحکام کافی در آمیزه نهایی، بسته به کاربردهای مورد انتظار، یکی از چالش‌های بنیادی است(Bai, 2004:3063).   

از سویی دیگر معمولا در مواردی که به دست آوردن مدول بالاتر در کنار حفظ خواص دیگر اهمیت دارد، از تقویت کننده هایی نظیر الیاف شیشه(GF) استفاده می شود و یا پرکننده های معدنی به کامپوزیت افزوده می شوند. با این وجود، بهینه کردن خواص مکانیکی در سامانه‌های سه جزئی بر پایه PA6/PP/GF به منظور تولید یک کامپوزیت با سفتی بالا و چقرمگی کافی با چالش همراه بوده است(Laura, 2003:3347).

02432464407-09 

خاصیت اشتعال پذیری پلی آمید

خاصیت اشتعال پذیری

بیشتر نایلون ها در دسته V-2تحت استاندارد تست UL 94 اشتعال پذیری می باشند که این به معنی آن است که نایلون ها در زمان وشرایط مشخص تست خود خاموش شونده هستند که این نشان می دهد خاموش شدن قطره های شعله که برزمین می افتد به راحتی اتفاق می افتد. اضافه شدن الیاف شیشه به پلیمر باعث می شود تست شعله به سمت HB برود دراین شرایط نمونه به سوختن ادامه می دهد تا زمانی که قطعه در شعله نگه داشته شود شرایط اشتعال پذیری بوسیله افزایش افزودنی تاخیر انداز شعله بهبود می یابد و مواد دارای الیاف شیشه نیز به سطح V-0برسند در تست  UL94 مواد دارای سطح V-0 دارای قطرات آتش گیر نیستند و یا قطعه در اثر سوختن ترکیبات آتش گیر تولید نخواهد کرد.

02432464407-09

خاصیت الکتریکی پلی آمید

خاصیت الکتریکی

در صنایع الکتریکی پلی آمیدها به دلیل دارا بودن خواص میکانیکی، حرارتی و شیمیایی و الکتریکی کاربرد ویژه ای دارند پلی آمیدها دارای مقاومت الکتریکی قابل قبول در دمای پایین و رطوبت کم هستند و معمولا برای کاربرد فرکانس پایین و ولتاژمتوسط بسیار مناسب می باشند البته رسانایی گرمایی کم پلی آمید ها باعث ایجاد مشکل در شرایط تنش الکتریکی بالا می شود.

نایلون خشک مقاومت حجمی 1014تا1015 دارد که این مقدار با افزایش رطوبت و دما کاهش می یابد ثابت دی الکتریک افزایش زیادی را با تغیر دما و رطوبت نشان می دهد برای نایلونی که در معرض رطوبت قرار دارد این مقدار ثابت دی الکتریک باافزایش فرکانس کاهش می یابد زیرا مولکولهای آب توانایی کمتری برای پاسخگویی در فرکانس بالاتر دارند.

02432464407-09

خاصیت جذب رطوبت پلی آمید

خاصیت جذب رطوبت 

ازویژگی های مهم پلی آمیدها جذب آب بالای این پلیمر می باشد و این به دلیل احاطه شدن مولکولهای آب در ساختار پلیمر توسط گروه آمید قطبی است جذب آب در نواحی آمورف پلیمر بیشتر اتفاق می افتد آب به نوعی نقش روان کننده را در ساختار پلیمر ایجاد می کند و باعث قطع شدن پیوندهای هیدروژنی شده و پلیمر را انعطاف پذیرتر می کند در عین حال مقاومت کششی آن را کاهش می دهد و مقاومت ضربه را افزایش می دهد باقطع شدن پیوندهای هیدروژنی Tg نیز کاهش می یابد جذب رطوبت یا بوسیله درصد بلورینگی و یا با تعیین دانسیته گروه آمید ارزیابی می شود مونومرهای آروماتیک جذب آب را کاهش می دهد نایلون 6 جذب رطوبت بیشتری به نایلون 66 دارد زیرا درصد بلورینگی کمتری نسبت به آن دارد.

02432464407-09

خاصیت حرارتی پلی آمید

خاصیت حرارتی

اضافه کردن عوامل دیگر مانند تقویت کننده هایی مانند الیاف شیشه به کامپوزیت باعث افزایش مقاومت قطعه در برابر تغییر شکل در دمای بالا می شود و مشخصآ تست HDT آن افزایش می یابد ساختار فضایی و مولکولی پلیمر باعث ایجاد یک محدوده کوچک برای نقطه ذوب پلیمر شده است و این به دلیل شکستن سریع پیوندهای هیدروژنی در یک دما و کاهش سریع ویسکوزیته پلیمر می باشد دمای ذوب مستقیمآ وابسته به میزان پیوندهای هیدروژنی در زنجیرها است و میزان این پیوندها نیز به دانسیته گروهای آمیدی در ساختار پلیمر وابسته است.

دمای ذوب بالای پلی آمیدها مانند نایلون 66 به دلیل وجود پیوند قوی هیدروژنی در ساختار آن و همچنین ساختار بلوری آن می باشد این موارد باعث استحکام بالای پلیمر در بالای دمای انتقال شیشه ای پلیمر شده و باعث افزایش دمای ذوب آن می شود.

دمای ذوب با افزایش طول زنجیره آلیفاتیک پلیمر کاهش می یابد. مانند نایلون 66 که دمای ذوب آن 264 درجه است و پلی آمید 6  که در دمای  212 درجه ذوب می شود تآثیر ساختار پلیمر در دمای ذوب آن بسیار پیچیده تر از اثر ساختار بلوری می باشد در مورد نایلون های با ساختار زوج-زوج مانند نایلون 6،6 ونایلون 12،6 مونومر در مرکز ساختار متقارن و گروه آمید به راحتی منظم شده و پیوندهای هیدروژنی از هر دو سمت می تواند تشکیل شود و به صورت موازی زنجیره ها قرار گرفته و پیوند هیدروژنی برقرار می شود اما در مورد نایلون 6 که یک گروه زوج دارد به دلیل نبود مرکز تقارن در صورتی که زنجیر در یک جهت خاص قرار بگیرند می تواند روی هم سوار شده و بینشان پیوند هیدروژنی تشکیل شود به همین دلیل نایلون 6 دمای ذوبی 40 درجه کمتر از نایلون 66 دارد با وجود آنکه دارای همان چگالی گروه آمیدی می باشد به همین دلیل دارای نرخ تبلور کندتر و در نتیجه فرآیند پذیری راحت تر می باشد.

02432464407-09

خاصیت بلورینگی پلی آمید

خاصیت بلورینگی

حضور گروه قطبی آمید باعث ایجاد پیوند هیدروژنی بین گروه کربونیل وگروه NH در زنجیره پلی آمید می شود در مورد پلی آمید های تجاری 6،6 و 6 چینش فضایی مشخص گروه آمید اجازه پیوند زیاد هیدروژنی در ساختار را می دهد که باعث ساختار بلوری در بسیاری از نقاط می شود همین باعث ساختار نیمه بلوری در کل پلیمر خواهد شد که در قسمتی دارای پیوند هیدروژنی بوده و بلوری هستند ودر قسمت دیگر پیوندها کمتر است وساختار غیر بلوری دارند این قسمت ها و ساختار نیمه کریستالی تعادل خوبی از خواص را در پلیمر ایجاد می کند نواحی بلوری سبب مقاومت شیمیایی استحکام وپایداری بالای پلیمر و پایداری حرارتی و خواص الکتریکی خوب پلیمر می شود نواحی آمورف سبب افزایش مقاومت ضربه و ازدیاد طول پلیمر می شود.

02432464407-09

خاصیت فیزیکال پلی آمید

 خاصیت فیزیکال و مکانیکی 

   پلی آمیدها به دلیل مقاومت کششی بالا، استحکام و همچنین دمای ذوب بالا و مقاومت شیمیایی خوب کاربردهای گسترده ایی پیدا کرده اند نوع مونومر هر پلی آمید می تواند نوع کاربرد پلیمر را مشخص کند نوع مونومر باعث ایجاد تفاوت در انواع پلی آمیدها می شود به عنوان مثال قسمت های آلیفاتیک بلند در بین گروهای آمید باعث جذب آب کمتر پلی آمید می شود و همچنین باعث کاهش مقاومت کششی و خمشی خواهد شد مانند نایلون 11 و 12 نسبت به نایلون 6،6

 02432464407-09

مزیت ها و ایرادات الیاف شیشه

مزیت ها:

قیمت نسبتا پایین

استحکام کششی بالا

مقاومت شیمیایی بالا و خواص عایق مناسب

ایرادات:

شکنندگی

مقاومت خستگی نسبتا پایین

مدول نسبتا پایین درمقایسه با دیگر الیاف

حساسیت به سایش و سختی بالا

02432464407-09