پلی آمید چیست؟
پلی آمید یکی از مهم ترین و پرکاربرد ترین پلیمرهای مهندسی است که با نام تجاری نایلون (Nylon) نیز شناخته میشود. این ماده از واکنش پلیمریزاسیون تراکمی بین مونومرهایی حاوی گروههای آمین و اسید کربوکسیلیک تولید میشود و پیوندهای آمیدی (-CO-NH-) در زنجیره اصلی آن وجود دارد. پلی آمیدها به دلیل استحکام مکانیکی بالا، مقاومت سایشی عالی و خواص خودروانکاری، جایگزین مناسبی برای فلزات در بسیاری از کاربردهای صنعتی محسوب میشوند. این پلیمر در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، ماشین سازی، نساجی و صنایع غذایی کاربرد گسترده ای دارد.
تاریخچه پلی آمید
تاریخچه پلی آمید به سال 1935 میلادی بازمیگردد، زمانی که والاس کاروترز دانشمند شرکت دوپونت آمریکا، اولین پلی آمید مصنوعی را با نام نایلون 66 سنتز کرد. این اختراع انقلابی در صنعت پلیمر ایجاد کرد و به سرعت در تولید جوراب های زنانه و چتر نجات در جنگ جهانی دوم استفاده شد. چند سال بعد، شیمیدان آلمانی پاول شلاک نایلون 6 را از کاپرولاکتام تولید کرد که روش تولید سادهتری داشت. امروزه پلی آمیدها با گریدها و فرمولاسیونهای متنوع تولید میشوند و یکی از ارکان اصلی صنعت پلاستیک های مهندسی به شمار میروند.
ساختار شیمیایی پلی آمید
ساختار شیمیایی پلی آمیدها بر پایه پیوندهای آمیدی استوار است که از واکنش گروه کربوکسیل (-COOH) با گروه آمین (-NH₂) تشکیل میشود. این پیوندهای آمیدی قوی، باعث ایجاد پیوندهای هیدروژنی بین زنجیرههای پلیمری شده و استحکام مکانیکی و حرارتی بالای این مواد را تضمین میکنند. اعداد موجود در نام پلی آمیدها (مانند 6 یا 66) نشان دهنده تعداد اتم های کربن در مونومرهای سازنده هستند. برای مثال، PA6 از کاپرولاکتام با 6 کربن و PA66 از هگزامتیلن دیآمین و اسید آدیپیک تولید میشود. درجه کریستالی شدن پلی آمیدها معمولاً بین 35 تا 45 درصد است که بر خواص مکانیکی و حرارتی آنها تأثیر مستقیم دارد.
انواع پلی آمیدها
پلی آمیدها بر اساس ساختار شیمیایی، روش تولید و افزودنیها به انواع مختلفی تقسیم میشوند. در ادامه مهم ترین انواع پلی آمیدهای صنعتی را بررسی میکنیم:
پلی آمید 6 (PA6)
پلی آمید 6 یا نایلون 6 از پلیمریزاسیون حلقهگشایی کاپرولاکتام تولید میشود و یکی از رایجترین انواع پلی آمید در صنعت است. این نوع پلی آمید دارای انعطافپذیری بالا، مقاومت ضربه ای خوب و قابلیت جذب رطوبت نسبتاً بالا (حدود 2.5 تا 3 درصد) میباشد. دمای ذوب PA6 حدود 220 درجه سانتی گراد است و در محدوده دمایی گسترده ای قابل استفاده است. این گرید به دلیل سهولت فرآوری و قیمت مناسب، در تولید قطعات صنعتی، چرخ دندهها و بوش ها کاربرد فراوانی دارد.
محصولات مرتبط: ورق پلی آمید 6 ساده و میلگرد پلی آمید 6 ساده
پلی آمید 66 (PA66)
پلی آمید 66 از واکنش پلیکندانسیون هگزامتیلن دیآمین و اسید آدیپیک تولید میشود و استحکام مکانیکی و حرارتی بالاتری نسبت به PA6 دارد. نقطه ذوب این پلیمر حدود 260 درجه سانتی گراد است که آن را برای کاربردهای دمای بالا مناسب می سازد. PA66 سختی و سفتی بیشتری نسبت به PA6 داشته و جذب رطوبت کمتری (حدود 2.5 درصد) دارد که ثبات ابعادی بهتری را فراهم میکند. این نوع پلی آمید در صنایع خودروسازی، قطعات موتور و کاربردهای تحت بار حرارتی بالا استفاده می شود.
محصولات مرتبط: میلگرد پلی آمید 66
پلی آمید 6G (PA6G یا نایلون ریختگی)
پلی آمید 6G که با نام Castamide یا نایلون ریختگی نیز شناخته میشود، از طریق فرآیند پلیمریزاسیون آنیونی کاپرولاکتام در قالب تولید میشود. این روش تولید منحصر به فرد، امکان ساخت قطعات با ابعاد بزرگ و ضخامت های زیاد را بدون تنش داخلی فراهم میکند. PA6G دارای وزن مولکولی بالاتر، کریستالیته بیشتر و در نتیجه خواص مکانیکی برتر نسبت به PA6 اکسترود شده است. مقاومت سایشی عالی، ضریب اصطکاک پایین و ماشین کاری آسان از ویژگیهای برجسته این محصول محسوب میشود.
محصولات مرتبط: ورق پلی آمید 6G و میلگرد پلی آمید 6G
پلی آمید روغنی (Oil-Filled PA) یا زلامید
پلی آمید روغنی که با نام تجاری زلامید (Zelamid) نیز شناخته می شود، نوع خاصی از پلی آمید است که با افزودن روغن های روانکار به ماتریس پلیمری تولید میگردد. حضور روغن در ساختار مولکولی این پلیمر، خواص خودروانکاری آن را به طور چشمگیری افزایش داده و نیاز به روانکاری خارجی را کاهش می دهد. این نوع پلی آمید ضریب اصطکاک بسیار پایین و مقاومت سایشی فوق العاده دارد و برای کاربردهایی که دسترسی به روانکار مشکل است، ایده آل میباشد.
محصولات مرتبط: میلگرد پلی آمید روغنی و ورق پلی آمید روغنی
پلی آمید تقویت شده با الیاف شیشه (PA-GF)
پلی آمید تقویت شده با الیاف شیشه با افزودن 15 تا 50 درصد الیاف شیشه به پلی آمید پایه تولید میشود و استحکام کششی و خمشی آن چندین برابر افزایش مییابد. این نوع پلی آمید ماژول الاستیک بالاتر، پایداری ابعادی بهتر و مقاومت حرارتی بیشتری نسبت به انواع ساده دارد. همچنین جذب رطوبت کمتری داشته و خزش آن تحت بار مداوم کاهش می یابد. این محصول در قطعات سازه ای، براکت ها و قطعاتی که نیاز به استحکام بالا دارند استفاده میشود.
اشکال و فرم های پلی آمید
پلی آمیدهای صنعتی در فرم های مختلف تولید می شوند که هر کدام برای کاربرد خاصی مناسب هستند:
ورق پلی آمید
ورق های پلی آمید برای ماشین کاری و ساخت قطعات تخت مناسب هستند و قابلیت برش CNC، فرزکاری و سوراخ کاری دقیق را دارند. رنگ طبیعی ورق های پلی آمید معمولاً سفید مایل به کرم یا زرد روشن است و ورق های روغنی به رنگ زرد عرضه می شوند. این فرم برای ساخت صفحات سایشی، ریل های لغزشی و قالبهای صنعتی ایده آل است. انتخاب ضخامت مناسب بر اساس نیاز پروژه و با احتساب آلیانس ماشین کاری انجام می شود.
میلگرد پلی آمید
میلگردهای پلی آمید اصلی ترین فرم برای تراشکاری و ساخت قطعات دوار هستند و برای تولید چرخ دنده، بوش، غلتک، پولی و رولیک استفاده میشوند. میلگردهای PA6G به دلیل تولید به روش ریختگی، در قطرهای بزرگ تر و بدون تنش داخلی تولید میشوند. انتخاب قطر مناسب میلگرد با در نظر گرفتن قطر نهایی قطعه و آلیانس ماشین کاری انجام میشود. طول استاندارد میلگردها معمولاً 1000 یا 3000 میلی متر میباشد.
لوله پلی آمید
مزیت اصلی لوله پلی آمید کاهش زمان ماشین کاری برای ساخت قطعات توخالی است و هزینه تولید را به میزان قابل توجهی کاهش میدهند. این لوله ها برای تولید بوش ها، یاتاقان ها، آستین ها و قطعاتی که مرکز توخالی دارند ایده آل هستند. لوله های پلی آمید مقاومت فشاری داخلی و خارجی خوبی دارند و می توانند بارهای شعاعی قابل توجهی را تحمل کنند. این فرم در صنایع بسته بندی، نقاله ها و سیستم های انتقال مواد کاربرد فراوانی دارد.
خواص و ویژگیهای پلی آمید
خواص مکانیکی
پلی آمیدها از نظر خواص مکانیکی در بین پلاستیک های مهندسی جایگاه ممتازی دارند و استحکام کششی آنها معمولاً بین 70 تا 85 مگاپاسکال است. ماژول الاستیک (سفتی) پلی آمیدها حدود 3000 مگاپاسکال می باشد که با افزودن الیاف شیشه تا 10000 مگاپاسکال قابل افزایش است. مقاومت ضربهای این پلیمرها عالی بوده و حتی در دماهای پایین نیز شکنندگی نشان نمیدهند. سختی سطحی پلی آمیدها معمولاً بین 80 تا 85 Shore D است که برای کاربردهای سایشی مناسب می باشد.
خواص حرارتی
پلی آمیدها مقاومت حرارتی مناسبی دارند و بسته به نوع، میتوانند در محدوده دمایی 40- تا 120+ درجه سانتیگراد (برای PA6) یا تا +150 درجه (برای PA66) کار کنند. دمای انحراف حرارتی تحت بار (HDT) برای PA6 حدود 75 درجه و برای PA66 حدود 100 درجه سانتی گراد است. این پلیمرها خود خاموش شونده هستند و رتبه اشتعال پذیری UL94 V-2 دارند که با افزودنی های ضد شعله قابل بهبود است. ضریب انبساط حرارتی پلی آمید حدود 80-100 × 10⁻⁶ بر درجه کلوین است که باید در طراحی قطعات دقیق لحاظ شود.
خواص تریبولوژیکی (سایش و اصطکاک)
پلی آمیدها یکی از بهترین پلاستیکهای مهندسی از نظر خواص تریبولوژیکی هستند و ضریب اصطکاک آنها بین 0.2 تا 0.4 متغیر است. مقاومت سایشی پلی آمید در مقایسه با فلزات و سایر پلاستیک ها بسیار بالاست و عمر مفید قطعات را افزایش میدهد. خاصیت خودروانکاری پلی آمید امکان استفاده از آن در کاربردهای خشک و بدون روغن را فراهم میکند، هرچند در پلی آمید روغنی (زلامید) این خاصیت تقویت شده است. این ویژگی ها پلی آمید را برای ساخت چرخ دنده، یاتاقان، بوش و سطوح لغزشی ایده آل میسازد.
خواص شیمیایی
پلی آمیدها مقاومت شیمیایی خوبی در برابر روغن ها، گریس ها، حلال های هیدروکربنی، قلیاها و بسیاری از مواد شیمیایی صنعتی دارند. این پلیمرها در برابر اسیدهای رقیق و غلیظ و اکسید کننده های قوی حساس هستند و مقاومت کمتری نشان میدهند. جذب رطوبت یکی از ضعف های پلی آمیدهاست که بسته به نوع، بین 1.5 تا 3 درصد متغیر است و بر ابعاد و خواص مکانیکی تأثیر می گذارد. برای کاربردهای خاص، گریدهای مقاوم به هیدرولیز و UV تولید می شوند.
جدول مقایسه خواص انواع پلی آمید
|
PA روغنی (زلامید) |
PA6G | PA66 | PA6 ساده |
ویژگی |
|
70-80 |
85-95 | 80-90 | 75-85 |
استحکام کششی (MPa) |
|
80-100 |
80-100 | 100-120 | 80-100 |
دمای کاری مداوم (°C) |
|
0.15-0.25 |
0.35-0.40 | 0.30-0.35 | 0.35-0.40 |
ضریب اصطکاک |
|
1.5-2.0 |
2.0-2.5 | 2.0-2.5 | 2.5-3.0 |
جذب رطوبت (%) |
|
عالی |
عالی | بسیار خوب | خوب |
مقاومت سایشی |
|
عالی |
عالی | خوب | خوب |
قابلیت ماشین کاری |
کاربردهای پلی آمید
صنایع خودروسازی
پلی آمید در صنعت خودرو برای ساخت قطعات مختلف از جمله چرخ دندههای سیستم فرمان، یاتاقان های پدال، بوش های تعلیق و قطعات سیستم سوخت استفاده میشود. مقاومت حرارتی و شیمیایی میلگرد پلی آمید 66 آن را برای قطعات نزدیک به موتور مناسب میسازد و جایگزین قطعات فلزی میشود. کاهش وزن قطعات پلی آمیدی نسبت به فلزات حدود 7 برابر است که به بهبود مصرف سوخت کمک می کند. همچنین کاهش سروصدا و لرزش از مزایای استفاده از پلی آمید در قطعات خودرو می باشد.
صنایع ماشین سازی و تجهیزات صنعتی
در ماشین آلات صنعتی، پلی آمید برای تولید چرخ دنده های کم صدا، بوش های خود روان، غلتک های نقاله، ریل های لغزشی و قطعات یاتاقان استفاده می شود. ورق پلی آمید 6G و میلگرد پلی آمید 6G امکان ماشین کاری دقیق و تولید قطعات سفارشی بزرگ را فراهم میکند و نیاز به قالب سازی پرهزینه را حذف میکند. میلگرد پلی آمید روغنی (زلامید) به دلیل خواص خودروانکاری عالی، در یاتاقان ها و بوش هایی که دسترسی به روانکاری ندارند ایده آل است. کاهش هزینه های نگهداری و افزایش عمر قطعات از مزایای استفاده از پلی آمید در این صنایع است.
صنایع غذایی و دارویی
پلی آمیدهای مخصوص صنایع غذایی (Food Grade) برای ساخت قطعاتی مانند چرخ دندههای دستگاه های بسته بندی، غلتک های نقاله مواد غذایی و قطعات دستگاهه ای پردازش استفاده میشوند. این گریدها دارای تأییدیه های بهداشتی مانند FDA و EU 10/2011 هستند و مهاجرت مواد به غذا در حد مجاز است. مقاومت در برابر شستشو با مواد ضدعفونی و استریل سازی از ویژگیهای مهم پلی آمیدهای بهداشتی است. رنگ های آبی قابل ردیابی (Detectable) نیز برای صنایع غذایی تولید می شوند.
صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
در صنایع نفت و گاز، پلی آمیدها به دلیل مقاومت در برابر هیدروکربنها و روغنها برای ساخت آبب ندها، واشرها، بوش های پمپ و قطعات شیرآلات استفاده میشوند. PA11 و PA12 به دلیل مقاومت شیمیایی عالی و انعطاف پذیری بالا، در لوله های انتقال سوخت و گاز کاربرد دارند. پلی آمید تقویت شده با الیاف شیشه برای قطعات سازه ای و براکت های تجهیزات مناسب است. مقاومت در برابر خوردگی و طول عمر بالا از مزایای پلی آمید در این صنایع محسوب میشود.
مزایا و معایب پلی آمید
مزایای پلی آمید
- استحکام مکانیکی بالا: پلی آمیدها یکی از قوی ترین پلاستیک های مهندسی هستند و میتوانند بارهای سنگین را تحمل کنند و جایگزین مناسبی برای فلزات در بسیاری کاربردها باشند.
- مقاومت سایشی عالی: خواص تریبولوژیکی برجسته پلی آمید باعث افزایش عمر قطعات در کاربردهای سایشی میشود و هزینه های تعمیر و تعویض را کاهش میدهد.
- خودروانکاری: پلی آمیدها نیاز به روانکاری خارجی را کاهش میدهند که این ویژگی در پلی آمید روغنی (زلامید) به حداکثر میرسد و در محیط های تمیز قابل استفاده است.
- کاهش وزن: چگالی پلی آمید حدود 1.14 گرم بر سانتی متر مکعب است که تقریباً 7 برابر سبکتر از فولاد و 3 برابر سبک تر از آلومینیوم می باشد.
- کاهش سروصدا: چرخ دنده ها و قطعات متحرک پلی آمیدی سروصدای کمتری نسبت به قطعات فلزی تولید میکنند و محیط کار آرام تری ایجاد میکنند.
- مقاومت شیمیایی: مقاومت خوب در برابر روغنها، حلالها و بسیاری از مواد شیمیایی صنعتی از ویژگی های مهم پلی آمیدها است.
- قابلیت ماشین کاری آسان: پلی آمید به راحتی با دستگاه های CNC، تراش و فرز ماشین کاری میشود و تولید قطعات سفارشی را امکان پذیر میسازد.
معایب پلی آمید
- جذب رطوبت: پلی آمیدها رطوبت جذب میکنند که میتواند بر ابعاد و خواص مکانیکی تأثیر بگذارد و در محیطهای مرطوب باید این موضوع لحاظ شود.
- حساسیت به اسیدها: مقاومت کم در برابر اسیدهای معدنی غلیظ و برخی اکسید کننده ها از محدودیتهای شیمیایی پلی آمید است.
- تغییرات ابعادی: به دلیل جذب رطوبت و ضریب انبساط حرارتی نسبتاً بالا، تلرانسهای دقیق در شرایط متغیر چالش برانگیز است.
- محدودیت دمایی: دمای کاری مداوم پلی آمیدهای معمولی حداکثر 100-120 درجه است که برای کاربردهای دمای بالا محدود کننده است.
- قیمت نسبتاً بالا: پلی آمید نسبت به پلاستیکهای عمومی مانند PE و PP گران تر است، اگرچه نسبت به PEEK و POM مقرون به صرفه تر میباشد.
نکات مهم در خرید پلی آمید
- ابعاد مناسب: همیشه با در نظر گرفتن آلیانس ماشینکاری (5-10 میلیمتر بیشتر از قطعه نهایی) خرید کنید تا امکان پرداختکاری نهایی وجود داشته باشد.
- نوع گرید: برای کاربردهای سایشی از PA روغنی (زلامید)، برای استحکام بالا از PA66 و برای قطعات بزرگ از PA6G استفاده کنید تا بهترین عملکرد را داشته باشید.
- شرایط محیطی: در محیط های مرطوب، پلی آمید روغنی یا گریدهای با جذب رطوبت کم انتخاب بهتری هستند و ثبات ابعادی بهتری دارند.
- گواهی نامه ها: برای صنایع غذایی حتماً از گریدهای دارای تأییدیه FDA یا اتحادیه اروپا استفاده کنید تا استانداردهای بهداشتی رعایت شود.
- نگهداری: پلی آمید را در محیط خشک و دور از نور مستقیم خورشید نگهداری کنید تا از جذب رطوبت و زرد شدن جلوگیری شود.
سوالات متداول درباره پلی آمید
تفاوت PA6 و PA66 چیست؟
PA66 استحکام و مقاومت حرارتی بالاتری دارد ولی گران تر است. PA6 انعطاف پذیری بیشتر و قیمت مناسب تری دارد. میلگرد PA66 برای دمای بالا و میلگرد PA6 برای کاربردهای عمومی مناسب است.
پلی آمید روغنی (زلامید) برای چه کاربردهایی مناسب است؟
برای یاتاقان ها، بوش ها و قطعاتی که نیاز به روانکاری دارند ولی دسترسی به روغن مشکل است. میلگرد پلی آمید روغنی و ورق پلی آمید روغنی این نیاز را برطرف میکنند.
برای قطعات بزرگ کدام نوع پلی آمید بهتر است؟
پلی آمید 6G به دلیل تولید ریختگی، برای قطعات بزرگ ایدهآل است. میلگرد آن تا قطر 500mm و ورق آن تا ضخامت 120mm موجود است.
آیا پلی آمید در صنایع غذایی قابل استفاده است؟
بله، گریدهای مخصوص با تأییدیه FDA و EU 10/2011 برای تماس با مواد غذایی مناسب هستند.
چگونه پلی آمید را ماشین کاری کنیم؟
با ابزارهای تیز کاربیدی، سرعت برش متوسط تا بالا و خنککاری با هوا یا روغن محلول در آب.
چگالی پلی آمید چقدر است؟
چگالی پلی آمید بسته به نوع آن متفاوت است. PA6 و PA66 دارای چگالی حدود 1.13 تا 1.15 گرم بر سانتی متر مکعب هستند. PA6G به دلیل کریستالیته بالاتر، چگالی حدود 1.15 تا 1.16 g/cm³ دارد. پلی آمید روغنی (زلامید) به دلیل وجود روغن در ساختار، کمی سبکتر بوده و چگالی آن حدود 1.05 تا 1.10 g/cm³ است. این چگالی پایین باعث میشود پلی آمید حدود 7 برابر سبکتر از فولاد (7.8 g/cm³) و 3 برابر سبکتر از آلومینیوم (2.7 g/cm³) باشد.
پلی آمید Polyamide پلی آمید چیست؟ پلی آمیدها واحدهای تکرار شوندهای هستند که توسط پیوندهای آمیدی -CO-NH- به هم متصل میشوند. پلی آمید ها ترموپلاستیک های مهندسی با کارایی بالا هستند که به صورت طبیعی یا مصنوعی ساخته میشوند. پلی آمیدهای مصنوعی در ساخت خودرو، حمل و نقل، برق و الکترونیک و... کاربرد دارند.
