Полиамиды (сокращенно PA, ПА) — это пластмассы, которые можно синтезировать и, таким образом, использовать для производства синтетических волокон.
Полиамиды — это термопласты. Они состоят из органических макромолекул (полимеров), мономерные звенья которых связаны поликонденсацией между карбоксильной группой и аминогруппой. Образовавшаяся связь называется пептидной связью. Полиамиды впервые были синтезированы в 1937 году.
Полиамид перерабатывается в волокна в очень больших количествах и является одними из самых важных термопластов. Это прочный материал с высокой прочностью и жесткостью, отличной ударной вязкостью и хорошей стойкостью к истиранию и износу.
Обозначение
Номенклатура полиамидов указана в DIN ISO 1043-1. В соответствии с этим PA — это сокращение для всех полиамидов. Далее следует количество атомов углерода в мономерах. Если это бифункциональный мономер, как в случае Perlon, который основан на ω-аминогексановой кислоте с шестью атомами углерода, название будет PA 6.
Если, с другой стороны, дикарбоновая кислота реагирует с диамином, как и в случае с нейлоном, атомы углерода двух мономеров подсчитываются и указываются один за другим. Таким образом, нейлон имеет официальное обозначение PA 6.6. Иногда, хотя и не в соответствии со стандартом DIN, этот пункт часто опускается и вместо него пишется PA 66. Реже заменяют точку косой чертой (PA 6/6).
Характеристики
Синтетические полиамиды обладают высокой прочностью, жесткостью и очень хорошей химической стойкостью. Также они обладают высокой износостойкостью и хорошими свойствами скольжения. Волокна из полиамида прочные, жесткие, эластичные и блестящие.
- Общая формула: (C6H11NO)n,
- Температура плавления: 215 C,
- Плотность: 1,13,
- Водопоглощение: всего 3,5-4,5% (овечья шерсть 14-15%).
Полиамиды имеют относительно низкую температуру стеклования и поэтому часто армируются стекловолокном. Помимо увеличения прочности и модуля упругости, это значительно увеличивает температуру использования.
В зависимости от структуры полиамидов пределы составляют от -30 C до более +100 C, допускается кратковременное повышение температуры до 180 C и выше.
Следует также отметить, что полиамид в абсолютно сухом виде имеет относительно низкую ударопрочность сразу после обработки (литье под давлением, экструзия) и приобретает высокую ударную вязкость только после того, как впитает воду. Добавки на основе полиолефинов были разработаны для обеспечения высокой ударной вязкости даже в сухом состоянии.
Применение
Эластичность и сопротивление разрыву — основные причины широкого использования полиамидов. Благодаря своей прочности и жесткости, а также устойчивости к органическим растворителям, таким как спирты, ацетон, бензол и топливо, они также представляют интерес для других промышленных секторов, особенно автомобильного.
Всем известные нейлоновые колготки производятся из полиамида.
Упаковочные пленки, изготовленные из полиамида, используются для вакуумной упаковки, например, сыра, колбасы или замороженных продуктов.
Поскольку полиамиды водонепроницаемы и очень быстро сохнут, вы найдете их в непромокаемой и спортивной одежде.
Полиамид также используется в автомобилестроении, например, для корпусов ламп, топливопроводов или педалей газа и сцепления.
Воздушные шары, воздушные змеи, парашюты и паруса — другие примеры широкого спектра использования этого материала.
Благодаря своей высокой механической прочности, полиамиды вытеснили многие металлические детали в автомобилестроении, что является их основной областью применения:
- кожухи ламп,
- топливопроводы и баки,
- педали газа и сцепления.
Полиамиды, армированные стекловолокном, обладают значительно более высокой термостойкостью, чем неармированные, и благодаря своей хорошей маслостойкости, используются в моторном отсеке автомобилей. Благодаря снижению веса и возможности эффективного производства деталей сложной формы, армированные стекловолокном полиамиды используются в гибридных конструкциях (комбинация различных материалов) со сталью и алюминием.
Еще одно типовое применение — кожухи для электроинструментов. Полиамиды также используются в качестве материала корпуса для электронных компонентов, поскольку они могут быть оснащены антипиренами, не содержащими галогенов, и выдерживают кратковременное повышение температуры выше 260 C без каких-либо значительных изменений формы.
Другими областями применения являются корпуса фильтров и насосов, специальные уплотнения и приводные ремни, а также подшипники скольжения.
В точном машиностроении полиамиды используются для изготовления шестерен, роликов, винтов и гаек. Полиамиды также используются в качестве материала для фильтровальных тканей, например, диализными фильтрами.
Волокна или гранулы
В хирургии мононити из перлона (PA 6) и нейлона (PA 6.6) используются в качестве неабсорбирующих швов из-за их прочности и физиологической безвредности. В медицинской технике для катетеризации используются трубки из полиамидов.
Полиамиды получают не только в форме волокон, но и в виде гранул, которые затем перерабатываются в готовые детали или полуфабрикаты с использованием методов, обычных для термопластов, таких как литье под давлением, выдувное формование или экструзия. Полуфабрикаты, такие как пластиковые листы или стержни, можно обрабатывать путем сверления, фрезерования или шлифования. Кроме того, можно постоянно соединять отдельные детали друг с другом, используя такие методы соединения, как сварка или склеивание.
Пластмассы, армированные стекловолокном (GRP), обладают существенно разными свойствами материала по сравнению с чистыми пластиками. Например, соединения полиамид-стекловолокно более жесткие и твердые, а также обладают лучшей химической стойкостью, чем чистые полиамиды. Кроме того, один из недостатков полиамидов — относительно высокое водопоглощение — можно значительно уменьшить, добавив стекловолокно.
Из-за их высокой износостойкости и хороших свойств скольжения полиамиды также используются для изготовления подшипников скольжения, приводных ремней, зубчатых колес и роликов.
Электроника
Второй по величине покупатель полиамидов — электронная промышленность. Полиамиды особенно подходят для корпусов и для изоляции электронных компонентов, поскольку они характеризуются высокой электрической изоляцией и трекинговым сопротивлением. С другой стороны, полиамиды могут быть электрически проводящими при добавлении металлов и графита, что открывает дополнительные возможности применения в области электротехники и электроники.
Характеристики
По сравнению с другими термопластами, полиамиды поглощают относительно большое количество воды (в зависимости от типа до 3,7%). Это связано с увеличением объема до 0,3% на 1% водопоглощения, что необходимо учитывать при проектировании деталей. Полиамиды полярны и устойчивы к разбавленным щелочам, алифатическим и ароматическим углеводородам, топливам и спиртам, сложным эфирам, кетонам, жирам и маслам. Они не устойчивы к сильным кислотам и основаниям, а также к хлорированным углеводородам.
Электроизоляционные свойства полиамидов умеренные. Они менее склонны к растрескиванию под напряжением. При использовании на открытом воздухе полиамиды должны быть защищены от воздействия УФ-излучения.
Содержание влаги, которое зависит от условий эксплуатации, влияет на механические свойства и химическую стойкость, равно как и степень кристаллизации в зависимости от производственного процесса, типа и количества используемых добавок.
Производство
Название полиамид происходит от типичной структуры карбоксамида. В биохимии такую же структуру можно найти у пептидов и белков. Пептиды — это органические соединения, состоящие из нескольких аминокислот. Большинство полиамидов производится на основе алифатических углеводородов. Их обозначение основано на количестве атомов углерода в используемом сырье.
Алифатические полиамиды производятся из одного или двух видов сырья. В первом случае исходными материалами являются лактамы (циклические карбоксамиды) или ω-аминокарбоновые кислоты (карбоновые кислоты с аминогруппой на атоме углерода, наиболее удаленном от функции карбоновой кислоты).
Линейные полиамиды образуются конденсационной полимеризацией. Группы CO и NH, выступающие из полимерных цепей, вызывают сильное притяжение молекул полимера через водородные связи, что вызывает повышение температуры плавления. Способность образовывать водородные связи и высокая полярность также являются причиной высокого влагопоглощения полиамидов.
Как и все термопласты, полиамиды необходимо тщательно высушить перед обработкой, чтобы избежать дефектов поверхности или вкраплений пара. Однако для оптимальной ударной вязкости и износостойкости требуется определенное содержание влаги (например, от 3 до 4%). Поэтому формованные детали и полуфабрикаты необходимо хранить в теплой воде или во влажной атмосфере. В зависимости от условий использования, водопоглощение может занимать от нескольких недель до нескольких месяцев.
Одежда из полиамида
Прочный, как деним, и тонкий, как шелк: полиамид широко известен потребителю, потому что из него изготавливаются всемирно известные нейлоновые колготки. Синтетические волокна стали неотъемлемой частью спортивной моды, изделий для работы и отдыха.
Прежде всего, полиамидные волокна характеризуются высокой прочностью: они очень стабильны в размерах, устойчивы к истиранию и водонепроницаемы. Кроме того, они эластичны и обладают высоким блеском.
Изделия из полиамида можно переработать, что также делает этот материал интересным с экологической точки зрения. Вторичные полиамиды смешиваются с различными добавками, такими как наполнители, красители или усиливающие агенты, чтобы восстановить или усилить положительные свойства ПА. В этой форме полиамид может снова использоваться для технических компонентов, таких как уплотнения, катушки или винты. Он также используется при производстве упаковки, бытовой техники, стержнях, шлангах, подошвах и лыжных ботинках.
Синтетический полимер на замену шелку
Американский химик Уоллес Хьюм Карозерс (1896-1937) в 1935 году впервые использовал нейлон для производства синтетического волокна из полиамида. Ранее он работал над разработкой Neoprene, синтетического каучука, который не только используется для теплоизоляции спортивного текстиля, но также нашел свое применение во многих технических областях в виде оболочки кабелей, шлангов и уплотнений.
Еще в 1938 году новый материал (нейлон) был представлен на рынке США компанией DuPont под девизом: «Лучшая нить для лучшей жизни».
В годы войны в США он был доступен только для военных, а нейлон использовался для изготовления парашютов, парашютных веревок и летных костюмов, заменив шелк, который в основном поступал из Японии.
Ткани из полиамида
Хорошо известными (торговыми) названиями являются нейлон, перлон, энкалон или кевлар.
Нейлон — самый важный представитель семейства, в основном используется для изготовления чулочно-носочных изделий, которые должны быть тонкими, эластичными и в то же время прочными на разрыв. Волокно используется не только для изготовления одежды, но и в других областях. Ткани, подвергающиеся сильным нагрузкам, такие как парашюты или веревки, сделаны из нейлона и впечатляют своей прочностью на разрыв.
Материалы из полиамида настолько атмосферо, ветро и водостойкие, что их часто используют в куртках для сложных погодных условий.
Смесь полиамида с шерстью часто используется для создания высококачественной функциональной одежды для бега и езды на велосипеде, триатлона и т.п.
Для спортивной моды полиамид смешивается с дышащими тканями, такими как хлопок. Прочность и легкость материала в сочетании с оптимальным регулированием влажности натурального волокна, являются идеальной основой для функциональной, прочной и гигиеничной спортивной моды.
Полиамид с пониженным содержанием натуральных волокон является популярным материалом для изготовления купальных костюмов. Полиамид также часто используется в качестве подкладочного материала для зимних курток и пальто.
Два родственных полимера: нейлон и перлон
Карозерс сделал свой новый пластик из двух компонентов — адипиновой кислоты и гексаметилендиамина. Адипиновая кислота — это дикарбоновая кислота (гексадикарбоновая кислота), гексаметилендиамин, как следует из названия, представляет собой диамин. Карбоксильная группа (-COOH) реагирует с аминогруппой (-NH 2) с образованием пептидной связи (-NH-CO-), основного строительного блока всех полиамидов.
Вместо адипиновой кислоты и гексаметилендиамина, используемых Карозерсом, можно использовать другие мономеры. В 1938 году немецкому химику Паулю Шлаку (1897-1987) удалось получить нейлон из ε-капролактама. При повышении температуры кольцевой ε-капролактам превращается в ω-аминокапроновую кислоту (химически ω-аминогексановую кислоту), которая имеет карбоксильную группу на одном конце и аминогруппу на другом конце.
Оба пластика являются термопластами и имеют аналогичные свойства. Их можно растянуть в длинные эластичные волокна, они устойчивы к разрыву, легки и отличаются только температурой плавления, которая составляет около 220 C для перлона и 260 C для нейлона.
Свойства изделий из полиамида
Полиамид — это идеальный выбор для одежды, которая должна быть непроницаемой и водоотталкивающей. Однако без добавления других тканей это становится серьезным недостатком, поскольку полиамид абсолютно воздухонепроницаемый. По сравнению с альтернативным синтетическим волокном, полиэфиром, полиамид более эластичен, но при этом остается стабильным и прочным.
Преимущества:
- водонепроницаемый;
- прочный и стабильный по размерам;
- очень прочный на разрыв;
- тонкий и легкий;
- быстро высыхает:
- эластичный.
Недостатки:
- не пропускает воздух;
- создает электростатический заряд;
- обладает низкой теплоизоляцией;
- может обесцветиться при взаимодействии с химикатами и ультрафиолетом.
Уход за изделиями из полиамида
За одеждой из полиамида легко ухаживать, ее можно стирать при температуре не выше 40 C в режиме деликатной стирки. Используйте моющее средство без хлора и не добавляйте отбеливатель. Белье можно повесить мокрым, полиамид быстро сохнет. Его нельзя сушить в сушилке при температуре выше 40 С.
Текстильные изделия из полиамида в основном не содержат железа, при необходимости их можно гладить на 1 уровне, но не подвергать чрезмерному нагреванию (максимум 90 C).
