پلی آمید (Polyamide) از جمله پلیمرها یا ترموپلاست های نیمه کریستالی است که با نام نایلون نیز شناخته می شود. این ماده به دلیل مقاومت بالا در برابر آسیب های مختلف در صنایع بسیاری مورد استفاده قرار می گیرد. بطور کلی می توان پلی آمیدها را از نظر مولکولی به دو دسته ی کلی پلی آمیدهای آلیفاتیک و آروماتیک تقسیم بندی کرد. از جمله پر مصرف ترین پلی آمید ها می توان به پلی آمید 6 و پلی آمید 66 اشاره کرد.

پلی آمید چیست؟

پلی آمیدها (نایلون) با مقاومت بالا در برابر حرارت و الکتریسیته، به عنوان پلاستیک هایی با کارایی بالا در نظر گرفته می شوند و به طور گسترده در بازارها و صنایع مختلفی مانند خودروسازی و حمل و نقل، کالاهای مصرفی و... اشاره کرد. لوازم و کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی از جمله موارد دیگر استفاده از پلی آمیدها است. در ادامه به خواص کلیدی آنها مانند شرایط مکانیکی، حرارتی، الکتریکی و... برای پردازش این پلیمر می پردازیم تا مشخص شود که چه چیزی پلی آمیدها را به یک انتخاب ایده آل در کاربردهای مهندسی پیشرفته تبدیل می کند.

پلی آمید یک کلاس گرمانرم مهندسی است که به دلیل تعادل خوب خواص آن، کارایی بسیاری دارد. پلی آمیدها حاوی پیوندهای آمیدی تکرار شونده یعنی -CO-NH- هستند. از تراکم واحدهای یکسان، کوپلیمرهایی با واحدهای مختلف تشکیل می شود.

پلی آمید توسط والاس هیوم کاروترز، شیمیدانی که در سال 1928 کشف شد. در سال 1935، او فرمول معروف به PA 66 را توسعه داد.

پلی آمیدها در برابر حرارت و الکتریسیته مقاومت بالایی از خود نشان می دهند. همچنین به لطف ساختار کریستالی، مقاومت شیمیایی عالی از خود نشان می دهند. آنها خواص مکانیکی و بازدارندگی بسیار خوبی دارند. علاوه بر این، از این مواد می توان به راحتی به عنوان پیشگیرنده شعله استفاده کرد. پلی آمید اولین الیاف مصنوعی واقعی بود که تجاری شد.

پلی آمیدها هنگامی که با الیاف شیشه (کوتاه یا بلند) تقویت شوند، قادر خواهند بود از نظر سختی با فلزات رقابت کنند. به همین دلیل است که اغلب از پلی آمید در پروژه هایی که نیاز به جایگزینی فلزات وجود دارد استفاده می شود. همه پلی آمیدها به دلیل گروه شیمیایی آمیدی تمایل به جذب رطوبت دارند. رطوبت به عنوان یک نرم کننده بر روی پلی آمیدها عمل می کند. بنابراین مدول کششی را کاهش می دهد و مقاومت در برابر ضربه و انعطاف پذیری را افزایش می دهد. جذب رطوبت نیز تأثیر زیادی بر تغییرات ابعادی دارد. این موضوع باید در هنگام طراحی قطعات در نظر گرفته شود.

انواع پلی آمید به طور گسترده در صنایعی مانند خودروسازی، حمل و نقل، برق و الکترونیک، کالاهای مصرفی و بسیاری موارد دیگر مورد استفاده قرار می گیرد.

انواع پلی آمید چیست؟

به طور معمول، پلی آمیدها (یا نایلون) از بسپارش تراکمی دی اسید با یک دی آمین یا با پلیمریزاسیون حلقه باز لاکتام ها با 6، 11 یا 12 اتم کربن ساخته می شوند.

• مونومرها ممکن است آلیفاتیک، نیمه آروماتیک یا آروماتیک (آرامیدها) باشند.
• آنها ممکن است آمورف، نیمه کریستالی و دارای بلورینگی بیشتر یا کمتر باشند.

پلی آمیدهای آروماتیک (یا آرامیدها) از بسپارش تراکمی اسید ترفتالیک با دی آمین ها به دست می آیند. پلی آمید  6-3-T یکی از نمونه های رایج پلی آمید آروماتیک است که ماهیت شفاف آمورف دارد. مواد را می توان در دمای 280 تا 300 درجه سانتیگراد پردازش کرد. آرامیدها گران هستند، اما در مقایسه با پلی آمیدهای آلیفاتیک، پایداری ابعادی، مقاومت در برابر شعله و حرارت و استحکام بالاتری دارند.

در میان این خانواده بزرگ پلیمری، چندین نوع پلی آمید بطور ویژه برای برخی کاربردهای خاص مناسب هستند. بهترین انتخاب از میان آنها به مجموعه عملکردهای مورد نیاز و همچنین محدودیت های اقتصادی بستگی دارد.

دو پلی آمید که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند، پلی آمید 6 و پلی آمید 66  هستند. آنها اغلب برای تولید الیاف (صنایع نساجی) یا فیلم (بسته بندی) یا قالب گیری تزریقی اکسترود می شوند.

 PPA و PA46 پلی آمیدهایی با بالاترین عملکرد هستند که گزینه های مناسبی برای جایگزینی فلز یا کاربردهای بسیار خاص در معرض شرایط شدید هستند.

پلی آمید زیست پایه نیز وجود دارد. به عنوان مثال، PA11 بر اساس شیمی روغن کرچک تولید می شود.

در زیر به برخی از انواع پلی آمید خواهیم پرداخت.

پلی آمید 6 (PA6) و پلی آمید 66 (PA66)

پلی آمید 6  (PA6) با نام نایلون 6 یا پلی کاپرولاکتام نیز شناخته می شود. PA6 یکی از پرکاربردترین پلی آمیدها در سطح جهان است. با پلیمریزاسیون حلقه باز کاپرولاکتام سنتز می شود. نقطه ذوب پلی آمید 6، 223 درجه سانتی گراد است. در زیر ساختار مولکولی پلی آمید 6 را مشاهده می کنید.

در حالی که پلی آمید 66 (PA66) یا نایلون 66 یکی از محبوب ترین ترموپلاستیک های مهندسی است و عمدتاً به عنوان جایگزینی برای فلز در کاربردهای مختلف استفاده می شود. نایلون 66 با بسپارش تراکمی هگزامتیلن دی آمین و اسید آدیپیک (دو مونومر که هر کدام حاوی 6 اتم کربن هستند) سنتز می شود. نقطه ذوب پلی آمید 66، 255 درجه سانتی گراد است. در زیر ساختار مولکولی پلی آمید 66 را مشاهده می کنید.

ویژگی های پلی آمید 6 و پلی آمید 66

می توان گفت پلی آمیدهای PA6 و PA66 تقریبا پرمصرف ترین پلی آمیدها در سطح جهان هستند. هر دو پلی آمید به دلیل نسبت عملکرد به هزینه ی بسیار عالی به طور گسترده در بسیاری از صنایع و کاربردهای مختلف استفاده می شوند. خواص کلیدی این پلی آمیدها در زیر ذکر شده است.

• استحکام و سفتی بالا در دمای بالا
• قدرت ضربه خوب، حتی در دمای پایین
• جریان بسیار خوب برای پردازش آسان
• مقاومت خوب در برابر سایش و خراشیدگی
• مقاومت عالی در برابر سوخت و روغن
• مقاومت بالا در برابر فرسودگی
• پلی آمید 6 ظاهر سطحی عالی و پردازش پذیری بهتری نسبت به پلی آمید 66 دارد (به دلیل ویسکوزیته بسیار کم)
• عایق الکتریکی خوب
• جذب آب و رطوبت بالا
• پایداری ابعادی پایین
• توسط اسیدهای معدنی قوی مورد حمله قرار می گیرد و حلال های قطبی را جذب می کند
• پیش از پردازش نیاز است خشک شود

اگرچه این دو پلی آمید خواص مشابهی را نشان می دهند، با این حال تفاوت های جزئی با یکدیگر دارند. PA6 نسبت به PA66 مقاومت دمایی کمی کمتر دارد و همچنین کمی انبساط کمتری دارد.

در حالی که در مقایسه با PA6، PA66  دارای موارد زیر است:

 توانایی جذب رطوبت کمی کمتر

مدول بالاتر

مقاومت در برابر سایش بهتر

مقاومت حرارتی کوتاه مدت بهتر

قالب گیری تزریقی و شرایط پردازش اکستروژن

پیش از پردازش پلی آمید 6  و پلی آمید 66 توصیه می شود که فرایند خشک کردن آنها انجام شود. رطوبت باید حداکثر 2/0% باشد. حداکثر دمای مجاز خشک کردن در محدوده حدود 80 تا 110 درجه سانتیگراد قرار دارد. پلی آمید 6 و پلی آمید 66 تا دمای 310 درجه سانتیگراد از نظر حرارتی پایدار هستند. دماهای بالاتر از این منجر به تجزیه مواد می شود. محصولات اولیه تشکیل شده عمدتا مونوکسید کربن و آمونیاک و کاپرولاکتام است.

کاربردهای پلی آمید

هر دو پلی آمید 66 و پلی آمید 6 استحکام کششی بالایی دارند اما پلی آمید 66 قادر به جذب آب است و پلی آمید 6 خاصیت ارتجاعی بیشتری دارد. هر دو سخت هستند و در برابر سایش مقاومت دارند.

آنها هم به صورت جامد و هم به صورت الیاف تولید می شوند. الیافی که بیش از نیمی از پلی آمیدهای تولید شده را تشکیل می دهند، به اشکال مختلف، به عنوان رشته نساجی (برای لباس)، به عنوان رشته فرش و به عنوان رشته صنعتی (به عنوان مثال، برای طناب) تولید می شوند.

با این حال، برای رشته های پیوسته یا الیاف اصلی، که از چرخاندن پلیمر مذاب با سرعت های بسیار بالا (حدود 6 کیلومتر در دقیقه) بدست می آید، تاکید زیادی بر کنترل شیمی پلیمر و نحوه تولید نخ به منظور اطمینان از تولید مواد با کیفیت بالا است. به عنوان مثال، نخ برای استفاده در جوراب ساق بلند باید قوی و همچنین بسیار ظریف باشد. بنابراین جرم مولکولی و در نتیجه خواص کششی پلیمر باید به دقت کنترل شود.

اگرچه پلی آمیدهای 6 و 66، %95 از مواد مورد استفاده در جوراب ها را تشکیل می دهند، اما تنها حدود 5 درصد از کل الیاف مورد استفاده در تولید لباس از پلی آمید است.

پلی آمیدها (نایلون ها)، به ویژه PA6 و PA66 در پلاستیک های مهندسی و خودروها استفاده می شوند. از پلی آمیدهای 11 و 12 نیز برای این منظور استفاده می شود.

رشد استفاده از پلی آمیدها در سال های اخیر ناشی از استفاده روزافزون آنها در صنعت خودروسازی است (به عنوان مثال در ساخت پوشش باتری، شیلنگ ترمز، مخزن روغن و گلگیر). استفاده از پلی آمید وزن خودرو را کاهش می دهد که به نوبه خود باعث کاهش مصرف سوخت و در نتیجه کاهش آلودگی هوا می شود.

هنگامی که پلی آمیدها به عنوان یک پلاستیک مهندسی استفاده می شوند، اغلب به عنوان کوپلیمر (به عنوان مثال کوپلیمرهای 6 و 66) و ترکیب با مواد دیگر استفاده می شوند. این پرکننده ها شامل دانه های شیشه ای، الیاف شیشه و الیاف کربن هستند. رنگدانه ها و مواد پیشگیرنده آتش نیز اضافه می شود.

در سال‌های اخیر طیف وسیعی از این مخلوط‌ های پلی‌آمید توسعه یافته و به بازار عرضه شده‌اند که به تولیدکنندگان امکان بهره گیری از طیف وسیع‌تری از مواد را می‌دهد. کوپلیمرهای و پرکننده ‌های مختلفی با غلظت‌ های متفاوت، بسته به خاصیت مورد نیاز در دسترس هستند.

از پلی آمیدها برای بسته بندی مواد غذایی نیز استفاده می شوند.

استفاده از پلی آمید در چاپ سه بعدی

پلی آمیدها همچنین به طور گسترده برای تولید قطعات سه بعدی چاپ شده توسط تف‌جوشی لیزری انتخابی استفاده می شوند. تکنیک پرینت سه بعدی که برای تولید نمونه های اولیه پلاستیکی استفاده می شود مزایای متعددی مانند تولید قطعات پیچیده، طرح های فردی، مقرون به صرفه بودن در تولید در مقیاس کوچک را ارائه می دهد.

نحوه پردازش پلی آمید

پلی آمیدها را می توان با تمام تکنیک های رایج فرایند ذوب، پردازش کرد. اگرچه پلی آمیدهای با ویسکوزیته مذاب پایین نیاز به توجه خاصی دارند و مطمئنا پردازش نیمه کریستالی آنها باید برای بهینه سازی خواص فیزیکی جزء نهایی کنترل شود.

به لطف ساختار کریستالی، پلی آمیدها به راحتی تزریق می شوند و سیالیت بالایی از خود نشان می دهند. این امر به ویژه هنگام تزریق قطعات جدار نازک مورد توجه قرار می گیرد.

به دلیل حساسیت به رطوبت، پلی آمیدها نیازمند فرآیند خشک کردن کارآمدی هستند. خشک شدن ناکافی منجر به ایجاد لکه ها و علائم ناخوشایند بر روی سطوح قطعات و همچنین خواص مکانیکی پایین تر به دلیل تخریب مواد (گرما و آب که منجر به اکسیداسیون می شود) خواهد شد.