Незаменимый полимер – изделия, детали, литье из полиамида
Полиамид – полимер, пластмасса. Получается она из искусственных высокомолекулярных соединений, обладающих литьевыми свойствами и имеющих в своем составе амидные группы.
Получение полиамидов проходит по реакции поликонденсации.
Свойства
Полиамиды отличаются прочностью. Они стойки к воздействию множества внешних факторов, обладают жесткостью, вязкостью. Большая часть – это термопластичные пластмассы, имеющие частично кристаллическое строение.
Свойства полимеров определяются:
Полиамиды вступают в реакцию с окружающей средой, обратимо поглощая воду. Данная влага собирается в аморфных зонах полимера. Способность поглощать воду определяет срок службы материала. Разные марки полиамида имеют разную способность к поглощению влаги, а также разную стойкость к ультрафиолету.
Изделия из полиамида
Из полиамида изготавливаются различные изделия. Они касаются практически всех сфер нашей жизни. Они произвели переворот в текстильной промышленности – первые искусственные волокна начали изготавливаться из полиамида.
Основная область использования в качестве конструкционного, изоляционного, антифрикционного материала в различных областях человеческой деятельности. Из них изготавливают корпусные детали различных инструментов и машин работающих в при высоких нагрузках и вибрациях, мебельные ролики, детали, втулки, строительные дюбеля и многое другое.
Свойства, которыми обладает полиамид передаются и материалам, изготовленным на его основе.
Так, к примеру, ролики из полиамида имеют высокую механическую прочность, минимальное сопротивление качанию, стойкость к коррозии и химическую стойкость. Их легко очищать и дезинфицировать, так как поверхность гладкая.
Кроме того, из полиамида изготавливают композиционные материалы. Как правило для этих целей используют полимер марки: «полиамид-6». Его модифицируют олеиновыми полимерами, эластомерами, различными добавками. Введение добавок улучшает литьевые характеристики исходного сырья и повышает характеристик полученных материалов.
Области применения
Мы уже узнали какие детали производят из полиамида и немного коснулись области их использования. Теперь подробнее узнаем в какой сфере и какие изделия применяются.
Первая и самая крупная область использования – это машиностроение. В ней полиамиды используются, как конструкционный материал, содержащий следующие добавки:
Медицина
В данной сфере волокна, на основе полиамида применяются для изготовления протезов, искусственно созданных кровеносных сосудов, нитей для хирургии, лаков для ортопедических изделий.
Текстильная промышленность
Из полиамида делают нити, канаты, ткани, веревки. Причем веревки применяются для альпинизма, при проведении спасательных операций.
Народное хозяйство
В обыденности мы встречаем такие изделия из полиамида, как пленки и клеи.
Пищевая промышленность
Различные оболочки для колбас, сосисок, укрывные пленки.
Автомобилестроение
Корпуса различных электроблоков, трубки топливные и гидравлические, ручки и многое другое изготавливается из полиамида.
Строительная область
Термобарьер, в оконных и фасадных алюминиевых профилях, позволяющий создать «теплые» алюминиевые конструкции сберегающие тепло.
Оружейная сфера
Всем известный автомат Калашникова производится с использованием полиамида. Из него производят магазин для патронов, приклад, цевье, накладка газовой трубки.
Литье деталей
Методом литья полимерных материалов под давлением – это один из способов получения различных изделий разных форм и целей использования. Основным элементом литьевого процесса является форма. От ее подготовки, правильности проектирования и изготовления зависит качество получаемых деталей.
В основной степени для литья используется полиамид 610. На его примере рассмотрим подробнее как протекает литьевой процесс.
Полиамид 610 перед своими собратьями обладает следующими преимуществами:
Процесс литья
Для осуществления литья используется автомат и специальная пресс-форма. Исходным сырьем служат гранулы термопластичного полимера. Перед началом работы данные гранулы просушивают и засыпают в специальный отсек термопластавтомата. Поле они отправляются в шнек станка, где плавятся и переливаются в форму. Расплавленный полимер проходит по каналам и заполняет форму. После того, как форма заполниться она охлаждается и полимер твердеет, образуя деталь нужной формы.
Весь процесс производства управляется блоком ЧПУ. В котором имеется центральный контроллер, который задает станку все циклы.
Контроль производства деталей из полиамида литьевым методом осуществляется технологом и специальной службой качества.
Основные задачи специалистов отдела контроля:
Изготовление деталей методом литья – это довольно простой процесс, требующий внимания и точности создания формы. Основными опасностями при производстве является высокая температура, давление и шум. Но соблюдение техники безопасности, использование средств индивидуальной защиты, делает процесс безопасным для человека.
Масштабы производства деталей, изделий из полиамида поражает своими размерами. Он заменил в некоторых областях изделия из дерева, металла. Причем полиамидные изделия, по свойствам превышают используемые ранее «натуральные», а в некоторых случаях достойных конкурентов полиамидным изделиям нет вообще. Поэтому полиамид можно смело называть незаменимым материалом.
Стеклонаполненные ПА
О полиамидах
Полиамид – это гетероцепной полимер, имеющий в составе своей основной цепи атомы не только углерода, как многие полимеры общего назначения, но и азота и кислорода в составе повторяющихся амидных групп вида —C(O)—NH—. Изделия из полиамидов выпускаются прежде всего литьевые, а также пленки и волокна.
В современной промышленности производят и используют несколько основных видов полиамидов. В обозначении типа полимера, после непосредственно слова «полиамид» идут одна или несколько цифр, означающих сколько именно атомов углерода входит в состав мономеров, которые применялись в ходе синтеза этого конкретного вида полимера. Наиболее крупнотоннажным из которых – достаточно простой в производстве полиамид-6 (ПА-6 или PA6), выпускающийся из ε-капролактама. Реже применяется более прочный и дорогой полиамид-6,6 (ПА-66 или PA66), сырьем для которого служит гексаметилендиамин и адипиновая кислота.
Существует разнообразие прочих полиамидов с цифровыми индексами 12, 610, 612 и т.д. В быту чаще используют торговые обозначения полиамидных материалов, зарегистрированными в своё время теми или иными производителями: нейлон (nylon), перлон, капролон, капрон и так далее.
Свойства полиамида
Своё распространение полиамиды получили благодаря комплексу свойств, выгодно отличающих их от прочих полимеров и тем более от классических конструкционных материалов. ПА обладают высокими прочностными характеристиками, в частности прочностью на разрыв, также они более устойчивы к истиранию, чем другие крупнотоннажные пластики. Полиамиды стойки к действию химических агентов, теплостойки имеют относительно низкий коэффициент трения.
Полиамид-6, хотя и является более популярным из-за более низкой цены и широкого производства, тем не менее имеет ряд ценных свойств, не уступающих многим дорогим материалам. Он имеет высокую износостойкость, размягчается при больших температурах, может работать и сохранять эластичность при достаточно низких температурах, особенно в случае модификации эластомерами.
ПА-6 может применяться в широких диапазонах температур в условиях, когда температурный режим подвержен сильным колебаниям. Детали из полиамида обладают хорошей стойкостью к циклическим и ударным нагрузкам. Качественные характеристики PA6 дают возможность выпуска из него изделий конструктивного назначения, таких как втулок для подшипников, деталей передаточных механизмов и редукторов, элементов для компенсации вибраций, и т.д. Полиамид считается одним из лучших материалов для производства строительных дюбелей, шнуров и канатов.
Рис.1. Шнуры полиамидные
ПА-6,6 является более высоко конструкционным полимером, с лучшими физико-механическими характеристиками, чем ПА-6. Он обладает высокой прочностью и твердостью. Плотность полиамида-6,6 выше, чем у ПА-6, а влагопоглощение ниже, чем у PA6, однако при этом больше влагопоглощения PA12. Полиамид-6,6 имеет высокую текучесть и отлично подходит для литья под давлением.
Температура плавления полиамидов достаточно высока, если сравнивать с полиолефинами, у ПА-6 она составляет около 220 градусов Цельсия. Ненаполненный полиамид-6,6 плавится при еще более высокой температуре, она равна 252-265 градусов.
Другие виды наполненного ПА
Многие полимеры, и среди них полиамид являются связующим для большого количества полимерных композиционных материалов. Наполнители нужны как для удешевления пластмасс, так и для придания полимеры улучшенных физико-механических характеристик, например прочностных, магнитных, тепло- или электропродности и т.д. Исходя из этого наполнителями для пластмасс могут быть разнообразные химические вещества и природные материалы, находящиеся не только в виде порошка, но и волокна, ткани, микрогранул и т.д.
Стеклонаполненный полиамид, которому посвящен этот материал мы подробно рассмотрим ниже. Сейчас коснемся других типов наполненного полиамида.
Ударопрочный ПА наполняют модификаторами ударной вязкости, которые улучшают стойкость пластика к удару. Такой полиамид используют в машино- и авиастроительной промышленности. Повышение ударной вязкости также возможно при применении в качестве модификатора другого полимера с высоким показателем ударной вязкости.
Минералонаполненный полиамид характеризуется повышенной теплостойкостью, размерной стабильностью, изотропностью, меньшим короблением и усадкой, а также хорошим внешним видом. Обычно при компаундировании полиамидов применяют два основных типа неорганических наполнителей – тальк (буква Т в наименовании марки) и мел (соответственно, буква М).
Трудногорючий ПА получают путем добавления в рецептуру композита антипиренов, которые бывают галогеновые, безгалогеновые и фосфорные. Такие компаунды являются трудногорючими разной степени в зависимости от типа и количества наполнителя. Трудногорючий полиамид применяется в тех сферах, где критична пожаробезопасность – строительстве, электротехнике, радиоэлектронике, приборостроении.
Антифрикционный полиамид обладает основным особым свойством – пониженным коэффициентом трения. Его получают путем введения в матрицу специальных аддитивов – графита и сульфида молибдена. Антифрикционный полиамид применяют в изделиях, где необходимо снизить энергетические потери на трение: подшипниках, передаточных механизмах.
Экструзионный ПА обладает повышенной вязкостью (низким показателем текучести расплава) и перерабатывается на экструзионных линиях. Среди его свойств также высокая эластичность, хорошая морозостойкость, высокая ударная вязкость и бензо-маслостойкость.
Рис.2. Полиамидный корпус подшипника.
Кроме того, применяются более редкие композиции полиамида, например теплопроводные, электропроводные, термостойкие, УФ-стабилизированные, прочие. Были также эксперименты по наполнению этого полимера древесной мукой.
Что такое стеклонаполненный ПА
Полиамиды широко применяются несколько десятилетий, наполненный полимер – не так давно, порядка 30 лет. Наиболее современные и высокопрочные из полиамидов – это стеклонаполненные полиамиды. Как было сказано ранее, наполнение полиамида волокнами – действенный путь повышения его физико-механических свойств. Такие материалы отличаются от чистого полимера или смесей полимеров тем, что большой процент этого композитного материала составляет стекловолокно или стеклянные микро-шарики. Этот один из самых распространенных в мире наполнитель придает полимерам повышенные прочностные качества, причем чем больше волокна в составе, тем прочность выше. Однако, с другой стороны, пластик со стекловолокном в составе, гораздо труднее перерабатывается, чем без него.
Степень наполнения полиамида может составлять от 10 до 50 процентов (в редких случаях выше), при этом наиболее распространенная степень наполнения – 30 процентов стекловолокна. Основная цель ввода стекла в полиамид – это увеличение разрывной прочности. Стекловолокно в полиамидный пластик может быть введено как в рубленом виде, так и в виде длинного волокна, поставляемого в катушках (long glass fiber). Основные применяемые марки наполненного стеклом полиамида-6 на сегодняшний день это:
Марки отличаются между собой не только маркой используемого полиамида (ПА6, ПА6,6, ПА610 и т.д.), но и длиной стеклянной нити и размером гранулы. КС (ДС) – нормативное обозначение длины стеклонаполненной гранулы: КС – длина до 5 мм, ДС – длина от 5 до 7,5 мм; значение числа после СВ – это процент массового содержания стекловолокна, например 15, 30, 50 и т.д.
Волокна для полиамида
Стеклянное волокно (СВ) – один из наиболее часто применяемых армирующих наполнителей для пластмасс вообще и полиамидных компаундов в частности. Несмотря на то, что стекловолокно придает полимерам отличные физико-механические и тепловые свойства, оно также обладает некоторыми недостатками, например большой плотностью, что приводит к увеличению плотности композита, хрупкостью, гидрофильностью (относится и к самому полиамиду также), которая ставит зависимость свойств материала от условий окружающей среды. Но наиболее важным недостатком можно назвать абразивность как волокна, так и получающегося компаунда, свойство, которое вызывает повышенный износ оборудования для переработки пластмасс (как правило шнеков и материальных цилиндров) и формующего инструмента. Для литья и экструзии ПА-СВ в промышленных объемах нужно применять шнеки и цилиндры, обработанные для повышения абразивной стойкости (так называемые «бронированные»).
Для производства стекловолокна для использования в полиамидах применяют несколько основных марок стекла разного химического состава и с разными свойствами:
‐ Е (electrical) – со слабой электропроводностью;
‐ S (strength) – с повышенной прочностью;
‐ C (chemical) – с повышенной химстойкостью;
‐ M (modulus) – с высоким модулем упругости;
‐ А (alkali) – с большим содержанием щелочных металлов;
‐ D (dielectric) – с диэлектрической проницаемостью;
‐ AR (alkali resistant) – с высокой сопротивляемостью щелочам.
Большинство марок стекловолокна, производимого на сегодняшний день в разных регионах мира, относятся к разновидностям волокна типа Е. Можно сказать, что такие волокна относятся к недорогому материалу общего назначения, тогда как остальные типы – к специальным стеклянным волокнам.
Рис.3. Стекловолокно в бухте.
Для стекловолокна существует параметр «критическая длина», параметр равный наименьшей длине волокон, при которой работает передача усилия от матрицы полимера к стекловолокну. Как правило, значение критической длины для композитов лежит в пределах 300 до 600 мкм. Для получения еще более высоких механических свойств композита применяется так называемое «длинное стекловолокно» (long glass fiber), однако переработка таких компаундов задача непростая.
Применение стеклонаполненного ПА
Детали из ПА-СВ (полиамида, наполненного стекловолокном) применяются в многочисленных отраслях, например в авиационной, машиностроительной, электротехнической, автомобильной и железнодорожной промышленности. Отраслями, где такие полиамидные компаунды незаменимы, также можно назвать судостроение, оружейное дело, выпуск спецтехники, бытовой и оргтехники.
Наиболее сильно ПА-компаунды востребованы в автомобильной отрасли. Она потребляет почти половину всех производимых композиций ПА-6 и ПА-6,6. Все последние десятилетия идет процесс замещения металлических деталей авто на полимерные, львиную долю которых, не считая крупных интерьерных изделий и бамперов, составляют полиамидные детали. В последнее время драйвером роста потребления полиамидов в автомобилестроении стал выпуск из него подкапотных деталей.
Кроме того, из наполненного стеклом ПА производят компоненты приборов, корпусные детали электрооборудования и электроинструмента, прочие корпуса, элементы подшипников, конструкционные части трансформаторов, и т.п.
PA+GF применяется в производстве изоляционных материалов, техизделий, также из него выпускают сильно нагруженные детали и компоненты механизмов.
Стоит отметить, что полиамидные изделия со стекловолокном, изготовленные литьем на термопластавтоматах обладаю довольно плохой эластичностью (выглядят при высоком наполнении «как каменные») и ударной прочностью. Их вторичная переработка затруднена необходимостью сильного измельчения стеклянных волокон и высоким износом оборудования для вторичной переработки пластмасс. Прежде всего это касается ножей для дробилок, использующихся для измельчения перерабатываемых деталей, и, как уже было сказано выше, шнеков и цилиндров экструдеров, работающих в составе грануляторов.
Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на
Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на
Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий
Армированный полиамид что это
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
Glass filled polyamides. Specifications
Дата введения 1984-01-01
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством химической промышленности СССР
Трофимов Н.Н., Островская Л.С., Косолапова T.Я., Ермоленко В.П.
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 18.02.83 N 848
5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Обозначение НТД, на который дана ссылка
Номер пункта, приложения
6. Ограничение срока действия снято Постановлением Госстандарта СССР от 23.09.91 N 1470
7. ПЕРЕИЗДАНИЕ (июнь 1997 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, утвержденными в ноябре 1987 г., сентябре 1991 г., феврале 1993 г. (ИУС 1-88, 12-91, 8-93)
Настоящий стандарт распространяется на стеклонаполненные полиамиды, представляющие собой композиционный материал, состоящий из полиамидов, наполненных длинными отрезками стеклянных нитей.
Стеклонаполненные полиамиды предназначаются для изготовления литьем под давлением изделий конструкционного, электротехнического и общего назначения, обладающих повышенной теплостойкостью и повышенными механическими свойствами, применяемых для нужд народного хозяйства и экспорта.
Требования настоящего стандарта являются обязательными.
Обязательные требования к стеклонаполненному полиамиду, направленные на обеспечение его безопасности для жизни, здоровья и имущества населения и охраны окружающей среды, изложены в табл.2, пп.11-16.
(Измененная редакция, Изм. N 1, 2, 3).
1. МАРКИ
1.1. В зависимости от марки исходного полиамида стеклонаполненные полиамиды выпускаются марок, указанных в табл.1.
Марка стеклонаполненного полиамида
Марка исходного полиамида
ПА 6-210/310 или ПА 6-210/311 по нормативно-технической документации
ПА 6-211-14, ПА 6-211-15 или ПА 6-211-17 по нормативно-технической документации
66 по нормативно-технической документации
(Измененная редакция, Изм. N 3).
1.2. Для изготовления всех марок стеклонаполненных полиамидов используются стеклянные комплексные нити структуры БС 10-80 или БС 10-84 или ровинг на их основе.
Для стеклонаполненного полиамида марки ПА 6-211-ДС комплексные стеклянные нити изготовляются на прямом замасливателе.
(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).
1.3. Стеклонаполненные полиамиды изготовляются в виде гранул неокрашенными или окрашенными. Цвет неокрашенных стеклонаполненных полиамидов определяется цветом исходных полиамидов.
Стеклонаполненный полиамид марки ПА 6-211-ДС изготовляется неокрашенным или окрашенным в коричневый цвет порошкообразным красителем «Капрозоль коричневый 4К» или полиэтиленовым концентратом на его основе.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
1.4. По Общесоюзному классификатору промышленной и сельскохозяйственной продукции коды ОКП для каждой марки стеклонаполненного полиамида приведены в приложении 1.
Примеры условного обозначения
ПА 6-210-ДС, черный, сорт высший, ГОСТ 17648-83
ПА 6-211-ДС-К (стабилин 10), сорт высший, ГОСТ 17648-83
(Измененная редакция, Изм. N 1).
1.6. Соответствие обозначений марок стеклонаполненных полиамидов по настоящему стандарту и ранее действовавшей нормативно-технической документации, приведено в приложении 2.
2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
2.1. Стеклонаполненные полиамиды изготовляются в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке.
2.2. В зависимости от показателей качества стеклонаполненные полиамиды выпускаются высшего и первого сортов.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
2.4. В стеклонаполненных полиамидах не допускаются свободные стекловолокна в виде пучков и скоплений.
2.5. Массовая доля влаги в стеклонаполненном полиамиде должна быть не более 0,5%.
2.6. По цвету окрашенный стеклонаполненный полиамид должен соответствовать образцу, утвержденному в установленном порядке.
2.7. Стеклонаполненные полиамиды по показателям качества должны соответствовать требованиям табл.2.
Полиамид
Полиамид свойства имеет в соответствии с большим разнообразием его видов. Прочность ПА высока, и все его марки довольно жесткие. К примеру, полиамид стеклонаполненный помимо высокой прочности обладает бензо- и маслостойкостью.
Плотность полиамида равна 1.15-1.16 г/см3, она зависит от его природы, а так же от степени кристалличности. В России большой популярностью пользуется полиамид листовой, который чаще всего производится из марки Полиамид-6. Полиамид вторичный применяется для неотвественных изделий, чаще всего вторично перерабатываются популярные марки ПА6-12, и ПА6-21.
2. Основные марки Полиамидов, выпускаемые на сегодняшний день:
3. Стеклонаполненные Полиамиды (Полиамиды КС и Полиамиды ДС)
Полиамиды стеклонаполненные относятся к композиционным материалам, состоящим из полиамидной смолы, наполненной отрезками стеклянных комплексных нитей.
Преимущества: полиамиды стеклонаполненные обладают небольшой плотностью, высокой прочностью, высокой прочностью к ударным нагрузкам, хорошей масло- и бензостойкостью, низким коэффициентом трения и неплохими диэлектрическими показателями.
Применение: стеклонаполненные полиамиды перерабатываются в изделия различными методами: простым литьем, литьем под давлением, прессованием и др. методами. Предназначены для изготовления различных изделий конструкционного, электротехнического и общего назначения.
Стеклонаполненные полиамиды нетоксичны и при нормальных условиях не оказывают вредного воздействия на организм человека.
4. Примеры получения полиамидов
Аналоги полипептидов можно получить синтетически из w-аминокислот, причем практическое применение находят соединения этого типа, начиная с «полипептида» w-аминокапроновой кислоты. Эти полипептиды (полиамиды) получаются нагреванием циклических лактомов, образующих посредством бекмановской перегруппировки оксидов циклических кетонов.
Из расплава этого полимера капроновой смолы вытягиванием формуют волокно капрон. В принципе этот метод применим для получения гомологов капрона.
Полиамиды можно получать и поликонденсацией самих аминокислот (с отщеплением воды):
Полиамиды указанного типа идут для изготовления синтетического волокна, искусственного меха, кожи и пластмассовых изделий, обладающих большой прочностью и упругостью (типа слоновой кости). Наибольшее распространение получил капрон, в следствии доступности сырья и наличие давно разработанного пути синтеза. Энтант и рильсан обладают преимуществом большой прочности и легкости.
Стеклонаполненная термостабилизированная, ударопрочная полиамидная композиция, стойкая к действию масел и бензина. ПА6-ЛТ-СВУ4 рекомендуется для изготовления корпусных деталей электро- и пневмоинструментов, строительно-отделочных и других машин, работающих в условиях ударных нагрузок и вибраций.
5. Технические характеристики некоторых полиамидов ПА6-ЛПО-Т18 ПА6-ЛПО-Т18
Тальконаполненный окрашенный пластифицированный композиционный материал ПА6-ЛПО-Т18 отличается повышенной стабильностью размеров, стойкостью к деформации, износостойкостью. Рекомендуется для изготовления деталей конструкционного, антифрикционного и электротехнического назначения, требующих повышенной размерной точности. При переработке обеспечивает низкий износ литьевых машин и оснастки.