معرفی پلی‌آمید 6 و کاربرد گسترده آن
معرفی محصول
به پلیمرهایی با وزن مولکولی زیاد اطلاق می‌شود که در زنجیر اصلی آنها گروه آمیدی وجود دارد و این گروه به عنوان جزء اصلی زنجیر پلیمر به شمار می‌آید. گروه آمیدی به‌شدت به یکدیگر می‌چسبد و استحکام زیاد را تضمین می‌کنند. گروه‌های آمیدی که در اثر کشش به شکل تقریباً خطی درآمده‌اند، پیوند هیدروژنی قوی با یکدیگر برقرار می‌کنند که استحکام زیادی دارند.
پلیآمیدها با توجه به مونومرهای سازنده آنها به دو گروه دسته‌بندی می‌شوند. 1) پلیآمیدهایی که از واکنش آمینواسیدها (AB) به روش پلیمر شدن افزایشی تهیه می‌شوند، این روش برای تهیه برخی پلیآمیدهای نوع AB به کار می‌رود که مونومرهای آنها لاکتام حلقوی مانند -کاپرولاکتام یا پیرولیدینون است. 2) پلیآمیدهایی که از تراکم دی‌آمین و دی‌اسیدهای دوعاملی به وجود می‌آیند، پلیآمیدهای نوع AABB (A نشان‌دهنده گروه آمینی و B نشان‌دهنده گروه اسیدی) نامیده می‌شوند.
پلیآمیدهای آلیفاتیک از شماره که نشان‌دهنده تعداد کربن در مونومرهای تشکیل‌دهنده آن‌هاست، نام‌گذاری می‌شوند. برای پلیآمیدهایی از نوع AABB از دو شماره استفاده می‌شود که اولی تعداد اتم‌های کربن دی‌آمین و دومی تعداد اتم‌های کربن دی‌اسید را نشان می‌دهد. پلی‌آمید مشتق شده از -آمینوکاپروئیک‌اسید (6-آمینوهگزانوئیک‌اسید) یا لاکتام مربوط به عنوان پلی‌آمید 6 شناخته می‌شود. اجزای دارای حلقه‌های بنزنی با حرف مشخص می‌شوند. مثلاً ترفتالیک و ایزوفتالیک اسید با T و I مشخص می‌شوند. برخی از نویسندگان از TA و IA نیز استفاده می‌کنند.
پلیآمیدهای خطی محصولات تراکمی مونومرهای دوعاملی هستند. بخش هیدروکربنی بین گروه‌های آمیدی ممکن است، دربرگیرنده هیدروکربن‌های تراکمی شاخه‌دار یا خطی، حلقه‌های آروماتیک یا حلقوی آلیفاتیک باشد که می‌توانند شامل ناجوراتم‌هایی نظیر اکسیژن، گوگرد و نیتروژن نیز باشند. بخش هیدروکربنی مورداستفاده در زنجیر، روی انعطاف‌پذیری زنجیر و نظم ساختاری آن اثر می‌گذارد که برای تشکیل فاز بلوری عامل مهمی به شمار می‌رود.
پلیآمیدهای آروماتیک به پلیمرهایی به پلیمرهایی اطلاق می‌شود که در آنها یک پیوند آمیدی بین دو حلقه آروماتیک قرار می‌گیرد. این پلیمرها از واکنش دی‌آمین‌های آروماتیک با دی‌اسیدهای آروماتیک در حلال آمیدی تهیه می‌شوند. از این پلیمرها، الیافی با مقاومت گرمایی خوب و استحکام کششی و مدول زیاد تهیه می‌شوند. به دلیل خواص فیزیکی غیرعادی پلیآمیدهای آروماتیک، در سال 1974 نام عمومی آرامید برای آنها برگزیده شد. بر طبق تعریف، آرامید الیاف سنتزی تهیه‌شده از پلی‌آمید با زنجیر طولانی است که در آن حداقل 85% پیوندهای آمیدی (CONH)، به‌طور مستقیم به دو حلقه آروماتیک متصل هستند.
در آرامیدهای تجاری 100% پیوندهای آمیدی به حلقه‌های آروماتیک متصل‌اند. با به وجود آمدن واژه جدید آرامید، به الیاف سنتزی تهیه‌شده از پلی‌آمید با زنجیر طولانی که در آن کم‌تر از 85% پیوندهای آمیدی به‌طور مستقیم به حلقه آروماتیک متصل هستند، نایلون گفته شد.
مزایای پلی‌آمید
چقرمگی و مقاومت در برابر ضربه عالی مقاومت سایشی عالی، ضریب اصطکاک پایین، خواص استحکام کششی بالا، مقاومت خزشی در حد مطلوب و حفظ خواص مکانیکی و الکتریکی در گسترده وسیعی از دما، مقاومت عالی در برابر روغن‌ها، گریس‌ها، حلال‌ها و بازها، از طریق همه روش‌های ویژه ترموپلاستیک‌ها می‌توان این دسته از پلیمرها را فرآیند نمود.
پلی‌آمید 6
از پلیمریزاسیون (w-aminocaproic lactam) که با نام کاپرولاکتام شهرت بیش‌تری دارد، حاصل می‌شود. به همین دلیل با این پلاستیک پلی‌کاپرولاکتام نیز می‌گویند. نام شیمیایی دیگر این ترکیب (2-oxohexamethyleneimine) است. از باز شدن حلقه کاپرولاکتام و تشکیل مولکولی با دو سر بسیار فعال و به هم پیوستن این واحدهای ساختمانی با روش بین تراکمی و افزایشی، پلیمرازسیون پلی‌آمید 6 انجام می‌شود و درنهایت واکنش پلی‌آمیدی آلیفاتیک به دست می‌آید.
خواص حرارتی پلی‌آمید 6
خواص پلی‌آمید 6 خیلی شبیه پلی‌آمید 66 است، ولی تفاوت‌هایی نیز ازنظر خواص حرارتی و مکانیکی بین آنها دیده می‌شود، به این صورت که پلی‌آمید 66 ازلحاظ خواص کششی، سختی، ویژگی‌های حرارتی و چگالی نسبت به پلی‌آمید 6 برتری دارد، لاکن ازنظر چقرمگی و مقاومت در برابر ضربه پلی‌آمید 66 بالاتر است. پلی‌آمید 6 به علت ماهیت نیمه‌بلوری خود، دارای جمع شدگی پس از قالب‌گیری بالایی است. محدوده ذوب پلی‌آمید 6 در گستره حرارتی 222 درجه سانتی‌گراد قرار دارد و درجه حرارت انتقال شیشه‌ای آن 53 درجه سانتی‌گراد و دمای مجاز عمل‌کرد آن در درازمدت 90 درجه سانتی‌گراد است.
جرم مولکولی و درجه بالاتر بلورینگی پلی‌آمید 6 که درروش ریخته‌گری مورداستفاده قرار می‌گیرد باعث می‌شود که در مقایسه با روش‌های قالب‌گیری دیگر، خواص مکانیکی، حرارتی آن بهبود پیدا کند و جذب رطوبت آن نیز کاهش یابد و ویژگی‌های مثبت خود را در مقابل تغییر رطوبت بهتر حفظ می‌کند.
در جدول زیر مهم‌ترین ویژگی‌های حرارتی پلی‌آمید 6 نشان داده‌شده است.
|
Polyamide 6 |
Units |
Properties |
|
221 |
°C |
Melting Range |
|
53 |
°C |
Glass Transition Temperature |
|
1.383 |
J/(gr.K) |
Heat Capacity (at 0 ) |
|
188 |
J/gr |
Heat of Fusion |
|
80 |
°C |
HDT (1.8 MPa) |
|
170 |
°C |
Max.allowable service temperature in air for short time continuously for 5000/20000 hrs. |
|
-30 |
°C |
Min. allowable service temperature |
|
HB |
UL94 |
Flammability (3.6 mm thickness) |
|
25 |
% |
Limited Oxygen Index |
|
1.15 |
gr/cm3 |
Density |
|
0.29 |
w/(K.m ) |
Thermal Conductivity (at 25 ) |
خواص مکانیکی پلی‌آمید 6
پلی‌آمید 6 مجموعه‌ای است از استحکام و سفتی بالا، سختی زیاد، پایداری خوب در برابر خزش، مقاوم در برابر سایش که از قابلیت خوب مقاومت در مقابل فرسودگی حرارتی و خاصیت ماشین‌کاری برخوردار است. کاهش تعداد گروه‌های عاملی متیلن CH2 در مقابل یک گروه عاملی آمیدی در واحد ساختاری تشکیل‌دهنده زنجیر پلی‌آمید 6، باعث می‌شود این پلاستیک از گستره ذوب بالاتر 220، جذب رطوبت بیش‌تر و از خواص مکانیکی بالاتری در مقایسه با پلی‌آمید 11 و 12 بهره‌مند باشد. الیاف پلی‌آمید 6 دارای استحکام کششی و چقرمگی بالا، الاستیسیته زیاد و دارای جلای سطحی (Luster) هستند، این الیاف در برابر تاه و چروک شدن و سایش بسیار مقاوم هستند. جذب رطوبت پلیآمیدها خصوصاً پلی‌آمید 6 و 66 موجب کاهش شدید مدول آنها می‌شود زیرا حضور آب بین زنجیرهای پلی‌آمیدی که قابلیت جذب رطوبت بالا دارند، حالت نرم‌کننده را برای آنها به وجود می‌آورد. الیاف پلی‌آمید 6 در روبت نسبی 50% تا 7/2% جذب رطوبت می‌کنند که این مقدار آب روی خواص مکانیکی آن تأثیر کاهنده مطلوبی دارد. میزان جذب رطوبت الیاف پلی‌آمید 6 در رطوبت نسبی اشباع یا 100% برابر با (5/9-11)% است. افزایش جذب رطوبت باعث کاهش شدید خواص مکانیکی قطعه ساخته‌شده از پلی‌آمید 6 می‌شود. با بالا رفتن درجه حرارت مدول الاستیک قطعات ساخته‌شده پلی‌آمید 6 کاهش شدید پیدا می‌کنند.
در جدول زیر تعدادی از مهم‌ترین ویژگی‌های مکانیکی و الکتریکی پلی‌آمید 6 ارائه‌شده است.
|
Polyamide 6 |
Units |
Properties |
|
85 55 |
MPa |
Tensile strength at yield Dry 50% RH |
|
7 16 |
% |
Tensile strain at yield Dry 50% RH |
|
25 55-260 |
% |
Tensile strain at break Dry 50% RH |
|
3.50 1.70 |
GPa |
Tensile Modulus Dry 50% RH |
|
26/51/92 |
MPa |
Compressive stress at (1, 2 & 5)% nominal strain, dry |
|
22 10 |
MPa |
Creep in tension Stress to produce 1% strain in 1000 hrs., dry Stress to produce 1% strain in 1000 hrs., 50% RH |
|
3.5 No break |
kJ/m2 |
Charpy impact strength, notched, dry Charpy impact strength, unnotched, dry |
|
53.5 No break |
J/m |
Izod impact strength, notched, dry Izod impact strength, unnotched, 50% RH |
|
119 |
Scale R |
Rockwell hardness, dry |
|
87 |
Scale M |
Rockwell hardness, dry |
|
3.8 |
--- |
Dielectric constant, (at 60 Hz) |
|
16.5 |
MV/m |
Dielectric strength, (at 60 Hz) |
انواع گونه‌های پلی‌آمید 6
پلی‌آمید 6 همانند پلی‌آمید 66 دربردارنده مجموعه‌ای از خواص عالی است به همین خاطر توانایی دارد در مصارف گسترده و فرآیندهای متنوع، مورداستفاده قرار گیرد.
در اولین و مهم‌ترین طبقه‌بندی، انواع پلیآمیدهای 6 به شش گروه هموپلیمر، کوپلیمر، آلیاژ، بهبودیافته پرشده و تقویت‌شده تقسیم می‌شوند. گونه‌هایی از پلی‌آمید 6 هموپلیمر و جود دارد که در اثر آمیخته شدن با فلوئوروپلاستیک‌ها به نسبت وزنی 15%، 20%، 30% حالت روان شدگی و کاهش اصطکاک برای محصول نهایی ساخته‌شده از این آمیخته‌ها را پدید می‌آورد.
هموپلیمرها: گونه‌هایی از هموپلیمر پلی‌آمید 6 وجود دارد که با داشتن گران‌روی پایین و سرعت جریان مذاب بالا، برای فرآیند تزریقی ساخته‌شده‌اند. گونه‌هایی دیگری از هموپلیمر پلی‌آمید 6 ساخته‌شده‌اند که با برخورداری از گران‌روی بالا، برای فرآیند اکستروژن مناسب هستند.
تقویت‌شده: گونه‌های متعددی از پلی‌آمید 6 تقویت‌شده با الیاف شیشه (با طول‌های بلند و کوتاه) به نسبت‌های وزنی 10%، 15%، 20%، 30%، 40% و 50% ساخته می‌شوند و قطعات کامپوزیتی محکمی ز آنها به دست می‌آید، درحالی‌که دارای ماتریس پلاستیکی گرمانرم هستند.
بهبودیافته: با کمک مواد افزودنی و باهدف بهبود خواص و افزایش کارایی پلی‌آمید 6 گونه‌های مختلفی از این پلاستیک به بازار عرضه‌شده است، مانند گونه مقاوم شده در برابر اشعه فرابنفش، نرم‌کننده، پایدارکننده حرارتی، افزاینده درجه بلوری و دارای عامل هسته ساز (شفاف کننده)، شایان‌ذکر است که عامل هسته ساز علاوه بر کدری و شفاف نمودن محصول موجب افزایش سرعت قالب‌گیر و به‌تبع ازدیاد راندمان تولید نیز می‌شود. گونه‌های متعددی از پلی‌آمید 6 ساخته‌شده‌اند که افزودنی دی‌سولفیدمولیبدن به آمیزه آنها اضافه‌شده است و می‌توانند در مقابل سایش به‌طور عالی از خود مقاومت نشان دهند.
پرشده: انواع دیگری از پلی‌آمید 6 وجود دارند که پرکننده‌های معدنی پودری مانند گچ یا آهک با نسبت‌های وزنی 20% و 30% به آمیزه آنها افزوده‌شده است.
کوپلیمرهای پلی‌آمید 6: کوپلیمرها و ترپلیمرهای متعددی از پلی‌آمید 6 ساخته‌شده‌اند که برخی از آنها سال‌هاست به‌صورت تجاری عرضه می‌شوند مهم‌ترین کوپلیمرهای پلی‌آمید 6 ازنظر تجاری پلی‌آمید 6/610 و پلی‌آمید 6/66 هستند مانند کوپلی‌آمید6/66 ساخت شرکت BASF آلمان که دو کومونومر آن نسبت 85:15 این کوپلیمر را تشکیل داده‌اند.
ترپلیمرهای پلی‌آمید 6/610/66: کوپلیمرهایی با انعطاف زیاد و قابلیت انحلال در آب و الکل (به‌صورت مخلوط) هستند نیز در دسترس می‌باشند که توانایی تحمل ضربه زیادی دارند. ترپلیمر ultramid 1c از پلی‌آمید 6 ساخته‌شده است. سازندگان این ترپلی‌آمید عبارت‌اند از مقادیر مساوی از پلی‌آمید 6 و پلی‌آمید 66 و ترکیب آمیدی دیگری با نام diaminodicyclohexylmethane، از این ترپلیمر به عنوان پوشش و عملیات تکمیل استفاده می‌شود.
کاربردهای نوعی پلی‌آمید
حمل‌ونقل:
این بخش به‌تنهایی، بزرگ‌ترین بازار پلی‌آمید ها را نشان می‌دهد. کاربردهای مواد تقویت‌شده عبارت‌اند از رابط‌ها یا اتصال کننده‌های الکتریکی، پوشش‌های سیم و چرخ‌دنده‌های سبک، برای برف‌پاک‌کن‌های شیشه جلوی اتومبیل و سرعت سنج‌ها. پلیآمیدهای چقرمه محافظ ضد سنگ‌ریزه (که از برخورد سنگ‌های ریز در حین حرکت اتومبیل به شیشه جلوی خودرو جلوگیری می‌کند) (Stone Guards) و تزئینات داخلی اتومبیل (Trim Clips) به‌کاررفته‌اند. پلیآمیدهای تقویت‌شده با شیشه در پرده‌های فن موتور، سرپوش‌های رادیاتور (Radiator Heads)، مخازن روغن فرمان و ترمز در سوپاپ، حس‌گرها و تزریق کننده‌های سوخت مورداستفاده قرارگرفته‌اند. از رزین‌های تقویت‌شده با مواد معدنی، در ابزارآلات آیینه و قالپاق‌های رینگ تایر (Tire hub Covers) استفاده‌شده است. ترکیبی از شیشه و مواد معدنی در قطعات بیرونی همانند گلگیرهای یا سپرهای ضربه‌گیر اضافی (Fender Extensions) به کار گرفته‌شده است.
کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی:
پلیآمیدهای به تأخیر انداز شعله، ازجمله پلیآمیدهایی که در توافق با شرایط UL-94V0 عمل می‌کنند، نقش اصلی را در بازارهای کالاهای الکتریکی (دوشاخه، بست‌ها یا رابط‌ها، بوبین‌ها، وسایل سیم‌کشی، بلوک‌های ترمینال، ابزارهای نصب آنتن) ایفا می‌کنند.
لوازم‌خانگی:
پلیآمیدها، نه‌فقط برای اجزای تشکیل‌دهنده کالاهای الکتریکی، بلکه برای قطعات مکانیکی، ابزارآلات و کاربردهای دیگر در ابزارهای برقی، ماشین‌های لباس‌شویی و لوازم‌خانگی کوچک گوناگون نیز از آنها استفاده می‌شود.
کاربردهای ویژه در مخابرات: دستگاه‌های تقویت نیروی برق یا رادیو یا تلگراف، ایستگاه‌های تقویت، اتصالات و رابط‌ها یا متصل‌کننده‌ها.
کاربردهای صنعتی:
شامل دستگیره‌های چکش یا پتک، قطعات ماشین چمن‌زنی، چرخ‌دنده‌های گریس کاری نشده، یاتاقان‌ها، قطعات ضد اصطکاک و دامنه گوناگونی از کاربردهایی که به گیره‌های فنری یا قزن‌های قفل‌های دارای نر-مادگی یا سوار کردن بار روی فنر نیاز دارند، می‌باشند.
تجهیزات مربوط به فرآیند نمودن مواد غذایی و منسوجات:
شامل پمپ‌ها، شیرها، وسایل اندازه‌گیری، وسایل کشاورزی و چاپ، ماشین‌های اداری و فروش.
محصولات مصرفی:
کاربردهای پلی‌آمید سخت و چقرمه شده عبارت‌اند از چکمه‌های اسکی، پایه‌های اسکیت غلتک‌دار و اسکیت روی یخ، تجهیزات مربوط به راکت‌های ورزشی، چرخ‌های دوچرخه، لوازم آشپزخانه، اسباب‌بازی‌ها و تجهیزات عکاسی.
فیلم‌های پلی‌آمیدی:
از این فیلم‌ها، در حد گسترده‌ای برای بسته‌بندی انواع گوشت‌ها و پنیرها و نیز در کیسه‌های نچسب ویژه پخت و سرخ کردن مواد غذایی و همچنین کیسه‌های کوچک با کاربردهای مشابه در صنایع غذایی، فیلم‌های پلی‌آمیدی. همچنین به عنوان یک پوشش احاطه‌کننده برای ساخت بال‌های کوچک هواپیما از جنس پلیمرهای گرماسخت می‌باشند، مورداستفاده قرار می‌گیرند.
پوشش سیم و کابل:
از پلیآمیدها، غالباً به عنوان یک‌لایه محافظ بر روی لایه عایق اولیه استفاده می‌شود.
استفاده از پلی‌آمید در مصالح لوله‌سازی و لوله‌کشی و لوله‌گذاری: از آنها برای انتقال سیالات ویژه ترمز، سیالات ویژه یخچال‌ها، یا به عنوان آستر داخلی برای کابل‌های انعطاف‌پذیر استفاده می‌شود.
اکستروژن: ورقه‌ها، میله‌ها، و شکل‌های دسته مانند در ماشین‌کاری.
در مواد مقاوم گرمایی:
این کاربرد شامل کیسه‌های صافی برای گازهای داغ خروجی از دودکش، پارچه‌های زیر پرس در پرس‌های صنعتی، مثل کاربرد در پرس دائم مرحله نهایی بافت کتان و لباس‌های پلی‌استر کتان، پوشش تخته اتو و نخ خیاطی برای خیاطی بسیار سریع، عایق کردن کاغذ برای موتورهای الکتریکی و مبدل‌ها، لوله‌های ساخته‌شده برای عایق‌کاری سیم‌ها، تسمه‌های خشک‌کن برای کاغذسازی است. کاربرد یکی از انواع آنها به عنوان حس‌گرهای فشار در مخازن سوخت است.
در مواد مقاوم در برابر اشتعال:
این کاربرد شامل لباس‌های محافظ صنعتی مثل لباس جوش‌کاران و سایر لباس‌های محافظ، لباس آتش‌نشان‌ها، لباس‌های پرواز برای خلبانان نظامی و کیسه‌های پست، قالی‌ها، پرده، مبل، پارچه و پوشش‌های باربری، پوشش‌های قایق‌ها و چادرهاست.
در مواد پایداری ابعادی
لوله‌های آتش‌نشانی، تسمه‌های V شکل، تسمه‌های انتقال نیرو که به‌وسیله الیاف آرامید با مدول زیاد مانند نامکس تهیه می‌شوند، نمونه‌هایی از این کاربرد هستند.
در موارد استحکام بسیار زیاد و مدول زیاد
این مواد در تسمه‌های V شکل کابل‌ها، چترهای پرواز، جلیقه‌های ضدگلوله، پلاستیک‌های تقویت‌شده صلب، اجزای آنتن، برد مدارهای الکتریکی، وسایل ورزشی، ریسمان‌های طناب کشتی، کابل‌های تلفن و خطوط نیرو و کابل‌های لیف نوری به کار می‌روند. کاربرد دیگر آنها به عنوان جانشینی برای پنبه نسوز است.
کاربرد در موارد خواص ویژه
این کاربرد شامل ساخت غشاهای جداسازی تراوایی الیاف توخالی است که برای خالص‌سازی آب دریا و آب‌شور استفاده می‌شود.
کاربرد در صنایع اتومبیل‌سازی
پلی‌آمید 6 و پلی‌آمید 6 و 6 در صنعت اتومبیل‌سازی مصرف دارند. این صنعت 25% مصرف جهانی پلیآمیدها را به خود اختصاص داده است.
از پلی‌آمید 6 علاوه برساخت قطعه، در تولید حجم بسیار بالایی از انواع الیاف نساجی و غیر نساجی نیز استفاده می‌کنند، از این رزین به دلیل داشتن ساختار خطی، الیاف خوبی حاصل می‌شود.
پلی‌آمید 6 کاربردهای وسیعی در ساخت محصولاتی دارد که در نظر است موادی با استحکام زیاد، مقاوم در برابر سایش، سفتی و سختی بالا و مقاوم در مقابل فرسودگی حرارتی باشند و یا قطعه از قابلیت ماشین‌کاری بهره‌مند باشد.
این پلاستیک در ساخت چرخ‌دنده‌ها، بلبرینگ، اتصالات، الیاف، قطعات اتومبیل، انواع فیلم‌ها، فیلم‌هایی که برای بسته‌بندی مواد غذایی استفاده می‌شوند.
پلی‌آمید 6 در ساخت طوقه صندلی‌های چرخ‌دار، پروانه‌ها، سیم‌های آلات موسیقی مانند ویالون، گیتار، ویولن، سلو، ستار و... نیز به‌کاربرده می‌شود.