El nailon es el nombre de la fibra de poliamida (nailon). El nailon es la primera fibra sintética del mundo. Fue desarrollado por el científico estadounidense Carothers y un equipo de investigación dirigido por él.
La aparición del nailon ha aportado una nueva imagen a los textiles. Su síntesis supone un gran avance en la industria de las fibras sintéticas y también un hito muy importante en la química de los polímeros.
Estructura
La poliamida, comúnmente conocida como nailon, es un término general para las resinas termoplásticas que contienen grupos amida repetitivos ([NHCO]) en la cadena principal de la molécula, incluyendo la poliamida alifática, la poliamida alifático-aromática y la poliamida aromática. Entre ellas, la poliamida alifática presenta numerosas variedades, una gran producción y una amplia gama de aplicaciones, y su nombre viene determinado por el número específico de átomos de carbono en el monómero sintético.
Estructura molecular
Las fibras de nailon comúnmente utilizadas se pueden dividir en dos categorías.
Un tipo es la diamina polidiácida obtenida por policondensación de diamina y diácido, y la estructura química de su molécula de cadena larga es:
H-[HN(CH2)xNHCO(CH2)yCO]-OH
El peso molecular relativo de este tipo de nailon es generalmente de 17000 a 23000. Se pueden obtener diferentes productos de nailon según los diferentes átomos de carbono de la diamina y el ácido dibásico utilizados, y se pueden distinguir por los números añadidos después del nailon, donde el primer número es el número de carbono de la diamina y el segundo número es el número de carbono del ácido dibásico. Por ejemplo, el nailon 66 significa que se fabrica mediante policondensación de hexametilendiamina y ácido adípico; el nailon 610 significa que se fabrica mediante hexametilendiamina y ácido sebácico.
El otro tipo se obtiene por policondensación de lactamas o polimerización por apertura de anillo, y la estructura química de su molécula de cadena larga es:
H-[NH(CH2)xCO]-OH
Los distintos tipos de fibras se denominan según el número de átomos de carbono que contienen sus estructuras unitarias. Por ejemplo, el nailon 6 significa que se obtiene mediante polimerización por apertura de anillo de caprolactama que contiene 6 átomos de carbono.
El nailon 6, el nailon 66 y otros nailon alifáticos están compuestos de macromoléculas lineales con enlaces amida (-NHCO-). Las moléculas de nailon contienen grupos -CO- y -NH-, que pueden formar enlaces de hidrógeno entre moléculas o dentro de ellas, y también pueden combinarse con otras moléculas, por lo que el nailon tiene una buena capacidad de absorción de humedad y puede formar una buena estructura cristalina.
El -CH2- (metileno) en la molécula de nailon solo puede producir fuerzas de van der Waals débiles, por lo que el grado de curvatura de la cadena molecular del segmento -CH2- es relativamente grande. Las diferentes cantidades de -CH2- en varios nailon hacen que las formas de enlace de hidrógeno entre las moléculas sean diferentes, y la probabilidad de curvatura molecular también es diferente. Además, algunas moléculas de nailon tienen direccionalidad. Las diferentes direcciones moleculares darán como resultado diferentes propiedades estructurales de las fibras.
Estructura morfológica
La estructura morfológica del nailon fabricado mediante hilado por fusión tiene una sección transversal redonda y no se observa ninguna estructura longitudinal especial al microscopio. Al microscopio electrónico, se puede observar tejido fibrilar filamentoso y el ancho de fibrilla del nailon 66 es de aproximadamente 10 a 15 nm. Si se utiliza una hilera de forma especial, se puede fabricar nailon con diversas formas especiales de sección transversal, como secciones transversales poligonales, multilobuladas, huecas y otras formas especiales. Su estructura de estado enfocado está estrechamente relacionada con el estiramiento y el tratamiento térmico del proceso de hilado. Las cadenas principales de las macromoléculas de diferentes nailon están conectadas por átomos de carbono y átomos de nitrógeno.
Las fibras de formas especiales pueden cambiar la elasticidad de las fibras, hacer que tengan un brillo y un volumen especiales, y mejorar la cohesión y la capacidad de cobertura de la fibra, así como las propiedades anti-pilling y antiestáticas. Por ejemplo, las fibras triangulares tienen un efecto destellante; las fibras pentaflobal tienen un brillo como el de la grasa, son agradables al tacto y son anti-pilling; las fibras huecas tienen una cavidad en el interior, baja densidad y buena retención del calor.
La poliamida (PA, comúnmente conocida como nailon) es una resina desarrollada por primera vez por DuPont en Estados Unidos para la fibra y que se industrializó en 1939. En la década de 1950, comenzó a desarrollar y producir productos moldeados por inyección para reemplazar los metales y cumplir con los requisitos de productos industriales más livianos y económicos. La cadena principal de poliamida contiene muchos grupos amida repetidos. Cuando se usa como plástico, se llama nailon. Cuando se usa como fibra sintética, la empresa lo llama nailon. La poliamida se puede preparar a partir de diaminas y ácidos dibásicos, o se puede sintetizar a partir de ω-aminoácidos o lactamas cíclicas. Dependiendo del número de átomos de carbono que contengan las diaminas, los ácidos dibásicos o los aminoácidos, se puede producir una variedad de poliamidas diferentes. Hay docenas de variedades de poliamida, entre las que la poliamida-6, la poliamida-66 y la poliamida-610 son las más utilizadas.
Las estructuras de cadena de poliamida-6, poliamida-66 y poliamida-610 son [NH(CH2)5CO], [NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO] y [NH(CH2)6NHCO(CH2)8CO] respectivamente. La poliamida-6 y la poliamida-66 se utilizan principalmente para hilar fibras sintéticas, llamadas nailon-6 y nailon-66. El nailon-610 es un plástico termoplástico de ingeniería con excelentes propiedades mecánicas.
El PA tiene buenas propiedades integrales, incluidas propiedades mecánicas, resistencia al calor, resistencia al desgaste, resistencia química y autolubricación, y tiene un bajo coeficiente de fricción, cierta resistencia al fuego y es fácil de procesar. Es adecuado para rellenar y reforzar modificaciones con fibra de vidrio y otros rellenos para mejorar el rendimiento y ampliar el ámbito de aplicación.
Existen muchas variedades de PA, incluyendo PA6, PA66, PA11, PA12, PA46, PA610, PA612, PA1010, etc., así como muchas variedades nuevas como el nylon semiaromático PA6T y nylons especiales desarrollados en los últimos años. Los productos plásticos de nylon-6 pueden usar sodio metálico, hidróxido de sodio, etc. como catalizador principal, N-acetil caprolactama como cocatalizador, y hacer δ-caprolactama directamente en el modelo a través de polimerización de apertura de anillo de iones negativos, lo que se denomina nylon fundido. Este método es conveniente para la fabricación de piezas de plástico grandes.
Usar
La poliamida se utiliza principalmente para fibras sintéticas. Su principal ventaja es que tiene una mayor resistencia al desgaste que todas las demás fibras. Es 10 veces más resistente al desgaste que el algodón y 20 veces más resistente al desgaste que la lana. Añadir un poco de fibra de poliamida a los tejidos mezclados puede mejorar enormemente su resistencia al desgaste. Cuando se estira al 3-6%, la tasa de recuperación elástica puede alcanzar el 100%; puede soportar decenas de miles de pliegues y dobleces sin romperse.
La resistencia de la fibra de poliamida es 1-2 veces mayor que la del algodón, 4-5 veces mayor que la de la lana y 3 veces mayor que la de la viscosa. Sin embargo, la fibra de poliamida tiene poca resistencia al calor y a la luz, y su retención no es buena. La ropa hecha con ella no es tan nítida como la del poliéster. Además, el nailon-66 y el nailon-6 utilizados para la ropa tienen las desventajas de una mala absorción de la humedad y una mala capacidad de teñido. Por este motivo, se han desarrollado nuevas variedades de fibras de poliamida: nailon-3 y nailon-4, nuevas fibras de poliamida, que son ligeras, resistentes a las arrugas, transpirables y tienen buena durabilidad, capacidad de teñido y fijación por calor, por lo que se considera que tienen grandes perspectivas de desarrollo.
Este tipo de producto tiene una amplia gama de usos. Es un buen material para reemplazar acero, hierro, cobre y otros metales con plásticos. Es un plástico de ingeniería importante. El nailon fundido reemplaza ampliamente las piezas resistentes al desgaste de los equipos mecánicos y reemplaza el cobre y las aleaciones como piezas resistentes al desgaste de los equipos. Es adecuado para fabricar piezas resistentes al desgaste, piezas estructurales de transmisión, piezas de electrodomésticos, piezas de fabricación de automóviles, varillas roscadas para prevenir piezas mecánicas, piezas de maquinaria química y equipos químicos. Como turbinas, engranajes, cojinetes, impulsores, manivelas, paneles de instrumentos, ejes de transmisión, válvulas, cuchillas, varillas roscadas, lavadoras de alta presión, tornillos, tuercas, sellos, lanzaderas, manguitos, conectores de manguitos, etc.
Reemplazar el cobre y otros metales
Dado que la poliamida no es tóxica, es liviana, tiene una excelente resistencia mecánica, resistencia al desgaste y buena resistencia a la corrosión, se usa ampliamente para reemplazar el cobre y otros metales en la fabricación de cojinetes, engranajes, álabes de bombas y otras piezas en las industrias de maquinaria, química, instrumentación, automotriz y otras. Después de que la poliamida se hila en fusión para formar hilo, tiene una alta resistencia y se usa principalmente como fibra sintética y sutura médica.
Se utiliza en diversos productos médicos y de punto.
En el uso civil, se puede mezclar o hilar para formar diversos productos médicos y de punto. Los filamentos de nailon se utilizan principalmente en las industrias del tejido de punto y de la seda, como medias individuales, medias elásticas y otras medias de nailon resistentes al desgaste, bufandas de nailon, mosquiteras, encajes de nailon, prendas exteriores de nailon elástico, diversas sedas de nailon o productos de seda entretejidos. Las fibras cortas de nailon se utilizan principalmente para mezclarlas con lana u otros productos de lana de fibra química para fabricar diversos materiales de ropa resistentes al desgaste y duraderos.
En la industria, el nailon se utiliza en grandes cantidades para fabricar cuerdas, tejidos industriales, cables, cintas transportadoras, tiendas de campaña, redes de pesca, etc. En defensa nacional, se utiliza principalmente como paracaídas y otros tejidos militares.
Historial de I+D
En 1927, la mayor empresa de la industria química de Estados Unidos decidió pagar 250,000 dólares al año en gastos de investigación y comenzó a contratar investigadores químicos.
En 1928, la empresa fundó el Instituto de Química Básica, y el Dr. Carothers, que tenía sólo 32 años, fue contratado como director del instituto. Se dedicó principalmente a la investigación sobre reacciones de polimerización. Primero estudió la reacción de policondensación de moléculas bifuncionales y sintetizó poliésteres de cadena larga con alto peso molecular mediante la condensación por esterificación de dioles y ácidos dicarboxílicos. En menos de dos años, Carothers hizo importantes avances en la preparación de polímeros lineales, especialmente poliésteres, y aumentó el peso molecular relativo de los polímeros a 10,000-25,000. Llamó superpolímeros a los polímeros con un peso molecular relativo superior a 10,000.
En 1930, el asistente de Carothers descubrió que el poliéster fundido, fabricado a partir de dioles y ácidos dicarboxílicos mediante una reacción de policondensación, podía estirarse hasta formar hilos como el algodón de azúcar y que los filamentos fibrosos podían seguir estirándose incluso después de enfriarse, alcanzando una longitud de estiramiento varias veces superior a la original. Después del enfriamiento y el estiramiento, la resistencia, la elasticidad, la transparencia y el brillo de las fibras aumentaron considerablemente.
Las propiedades únicas de este poliéster les hicieron pensar que podría tener un gran valor comercial y que podría ser posible hilar fibras a partir del polímero fundido. Sin embargo, investigaciones posteriores demostraron que la obtención de fibras a partir del poliéster solo tenía importancia teórica. Debido a que el poliéster de alta temperatura se funde por debajo de los 100 °C y es particularmente soluble en varios solventes orgánicos, solo es ligeramente más estable en agua, por lo que no es adecuado para uso textil.
Carothers realizó entonces una investigación en profundidad sobre una serie de compuestos de poliéster y poliamida. Después de muchas comparaciones, seleccionó la poliamida-66 (los primeros 6 representan el número de átomos de carbono en la diamina y los segundos 6 representan el número de átomos de carbono en el diácido) que sintetizó por primera vez a partir de hexametilendiamina y ácido adípico el 28 de febrero de 1935. Esta poliamida es insoluble en disolventes comunes y tiene un punto de fusión de 263 °C, que es más alto que la temperatura de planchado comúnmente utilizada. La fibra estirada tiene la apariencia y el brillo de la seda, y también es cercana a la seda natural en estructura y propiedades. Su resistencia al desgaste y fuerza superan a cualquier fibra en ese momento. Considerando sus propiedades y costos de fabricación, es la mejor opción entre las poliamidas conocidas. Entonces, se resolvió el problema de las fuentes industriales de materias primas para la producción de poliamida 66.
El 27 de octubre de 1938 se anunció oficialmente la primera fibra sintética del mundo, y la fibra sintética poliamida 66 recibió el nombre de nailon. Posteriormente, el nailon se convirtió en el nombre general de todas las poliamidas sintetizadas a partir de carbón, aire, agua u otras sustancias, con resistencia al desgaste y flexibilidad y una estructura química similar a la de las proteínas.
Después de su industrialización en 1939, se denominó nailon y fue la primera variedad de fibra sintética en industrializarse.
La síntesis del nailon sentó las bases de la industria de las fibras sintéticas y su aparición dio a los textiles un nuevo aspecto. Las medias de nailon tejidas con esta fibra son transparentes y más duraderas que las de seda.
Cuando las medias de nailon se pusieron a la venta el 24 de octubre de 1939, causaron sensación y se las consideró artículos raros y valiosos. Muchas mujeres de la parte baja de la sociedad no podían comprar medias, por lo que tenían que dibujar patrones en sus piernas con bolígrafos para simular que eran medias. La gente elogiaba esta fibra como "fina como la seda de araña, fuerte como el alambre de acero y hermosa como la seda". En mayo de 1940, las telas de fibra de nailon se vendían en todo Estados Unidos.
Desde el estallido de la Segunda Guerra Mundial hasta 1945, la industria del nailon se dedicó a la fabricación de paracaídas, tejidos para cuerdas de neumáticos de aviones, uniformes militares y otros productos militares. Debido a las características y la amplia gama de usos del nailon, se desarrolló muy rápidamente después de la Segunda Guerra Mundial y aparecieron diversos productos de nailon de innumerables formas, desde medias y ropa hasta alfombras, cuerdas, redes de pesca, etc. El nailon es una de las tres principales fibras sintéticas.
En abril de 1958, el primer lote de muestras de prueba de caprolactama china se produjo finalmente con éxito en la planta química de Jinxi en la provincia de Liaoning (ahora Huludao, provincia de Liaoning). El producto se envió a la fábrica de fibras de Beijing y se hiló con éxito de inmediato, lo que marcó el comienzo de la industria de fibras sintéticas de China. Debido a que nació en la planta química de Jinxi (ahora Huludao, provincia de Liaoning), esta fibra sintética más tarde se denominó "nailon". Dado que el nailon tenía importantes usos militares y de defensa nacional en los primeros días de la fundación de la empobrecida Nueva China, la importancia de su nacimiento es evidente.
La fibra de nailon es la materia prima de muchos tipos de fibras sintéticas. El nailon duro se utiliza en la industria de la construcción. Los globos aerostáticos hechos de nailon pueden fabricarse con un tamaño muy grande.
Parámetros técnicos
Propiedades de limpieza y antiincrustantes
Las dos propiedades se ven afectadas por la forma de la sección transversal de la fibra y el tratamiento antiincrustante posterior, mientras que la resistencia y la dureza de la fibra en sí tienen poco efecto sobre las propiedades de limpieza y antiincrustantes.
Punto de fusión y elasticidad
El punto de fusión del nailon 6 es de 220 ℃ y el del nailon 66 es de 260 ℃. Sin embargo, esto no supone una diferencia en cuanto a las condiciones de temperatura de uso de la alfombra. El punto de fusión más bajo hace que el nailon 6 tenga una mejor resiliencia, resistencia a la fatiga y estabilidad térmica que el nailon 66.
Rapidez del color
La solidez del color no es una propiedad del nailon; es el tinte del nailon, no el nailon en sí, el que se desvanece cuando se expone a la luz.
Resistencia al desgaste y al polvo.
La Universidad de Clemson, en Estados Unidos, llevó a cabo un experimento de dos años y medio en el Aeropuerto Internacional de Tampa utilizando alfombras de nailon 500 Zeftron 6 y de nailon 66 Antron XL. Las alfombras estuvieron sujetas a un tráfico extremadamente intenso y los resultados mostraron que el nailon Zeftron 500 de BASF era ligeramente mejor que el Antron XL en términos de retención del color y resistencia al desgaste del pelo. No hubo diferencias en la resistencia al polvo de los dos hilos.
Productos y tipos
Con la aceleración de la miniaturización de los automóviles, el alto rendimiento de los equipos electrónicos y eléctricos y el aligeramiento de los equipos mecánicos, la demanda de nailon será cada vez mayor. En particular, como material estructural, el nailon tiene altos requisitos en cuanto a su resistencia, resistencia al calor, resistencia al frío, etc. Las deficiencias inherentes del nailon también son un factor importante que limita su aplicación, especialmente para las dos variedades principales de PA6 y PA66, que tienen una fuerte ventaja de precio en comparación con variedades como PA46 y PAl2, aunque algunas de sus prestaciones no pueden satisfacer los requisitos del desarrollo de las industrias relacionadas.
Por lo tanto, es necesario ampliar su campo de aplicación modificando y mejorando algunas de sus propiedades para un campo de aplicación determinado. Debido a la fuerte polaridad del PA, tiene una fuerte higroscopicidad y una mala estabilidad dimensional, pero esto se puede mejorar mediante modificaciones.
PA mejorado
Añadir un 30% de fibra de vidrio al PA puede mejorar significativamente sus propiedades mecánicas, estabilidad dimensional, resistencia al calor y al envejecimiento, y su resistencia a la fatiga es 2.5 veces superior a la del PA sin refuerzo. El proceso de moldeo del PA reforzado con fibra de vidrio es prácticamente igual al del PA sin refuerzo, pero dado que el flujo es inferior al anterior al refuerzo, se deben aumentar adecuadamente la presión y la velocidad de inyección, así como la temperatura del cilindro entre 10 y 40 °C. Dado que la fibra de vidrio se orientará en la dirección del flujo durante el proceso de moldeo por inyección, las propiedades mecánicas y la tasa de contracción aumentarán en la dirección de la orientación, lo que provocará deformación y alabeo del producto. Por lo tanto, al diseñar el molde, la posición y la forma de la compuerta deben ser razonables. La temperatura del molde puede aumentarse durante el proceso, y el producto puede extraerse y colocarse en agua caliente para enfriarse lentamente. Además, cuanto mayor sea la proporción de fibra de vidrio añadida, mayor será el desgaste de los componentes plastificantes de la máquina de moldeo por inyección. Se recomienda utilizar un tornillo y un cilindro bimetálicos.
PA retardante de llama
Dado que se añaden retardantes de llama a la PA, la mayoría de ellos se descomponen fácilmente a altas temperaturas, liberando sustancias ácidas que son corrosivas para los metales. Por lo tanto, los componentes plastificantes (tornillos, cabezas de goma, anillos de goma, arandelas de goma, bridas, etc.) deben estar cromados. En términos de tecnología, trate de controlar la temperatura del barril no demasiado alta y la velocidad de inyección no demasiado rápida para evitar la decoloración del producto y la degradación de las propiedades mecánicas debido a la descomposición del material de caucho debido a una temperatura excesivamente alta.
PA transparente
Tiene buena resistencia a la tracción, resistencia al impacto, rigidez, resistencia al desgaste, resistencia química, dureza superficial y otras propiedades, alta transmitancia de luz, similar al vidrio óptico, la temperatura de procesamiento es de 300-315 ℃, durante el moldeo, la temperatura del barril debe ser estrictamente controlada, una temperatura de fusión demasiado alta causará decoloración del producto debido a la degradación, una temperatura demasiado baja afectará la transparencia del producto debido a una mala plastificación. La temperatura del molde debe ser lo más baja posible, una temperatura alta del molde reducirá la transparencia del producto debido a la cristalización.
PA resistente a la intemperie
La adición de negro de carbón y otros aditivos que absorben los rayos UV a la PA mejora en gran medida la autolubricidad y el desgaste de la PA sobre los metales, lo que afectará la alimentación del material y las piezas de desgaste durante el moldeo. Por lo tanto, es necesario utilizar una combinación de tornillo, cilindro, cabezal de goma, anillo de goma y junta de goma con una gran capacidad de alimentación y una alta resistencia al desgaste. La unidad estructural repetitiva en la cadena molecular de poliamida es un tipo de polímero con un grupo amida.
En resumen, las modificaciones se realizan principalmente en los siguientes aspectos:
- Mejora la absorción de agua del nailon y mejora la estabilidad dimensional del producto.
- Mejore la resistencia al fuego del nailon para cumplir con los requisitos de las industrias electrónica, eléctrica, de comunicaciones y otras.
- Mejorar la resistencia mecánica del nailon para lograr la resistencia de los materiales metálicos y reemplazar el metal.
- Mejora la resistencia del nailon a las bajas temperaturas y aumenta su capacidad para soportar la tensión ambiental.
- Mejore la resistencia al desgaste del nailon para cumplir con las ocasiones con requisitos de alta resistencia al desgaste.
- Mejorar la propiedad antiestática del nailon para cumplir con los requisitos de las minas y sus aplicaciones mecánicas.
- Mejora la resistencia al calor del nailon para adaptarse a campos resistentes a altas temperaturas, como los motores de automóviles.
- Reducir el coste del nailon y mejorar la competitividad del producto.
En resumen, a través de las mejoras anteriores, se puede lograr el alto rendimiento y la funcionalización de los materiales compuestos de nailon, promoviendo así el desarrollo de productos industriales relacionados hacia un alto rendimiento y una alta calidad.
Nailon nano
Según Toray Chemical Co., Ltd. de Japón, la empresa ha desarrollado con éxito una nueva tecnología de “nanofibras” con una estructura de monofilamento a escala nanométrica cuyo diámetro es dos dígitos menor que el de las fibras ultrafinas anteriores, y ha alcanzado el límite de finura de la fibra controlando la tecnología de nanoestructura. Toray Chemical Co., Ltd. dijo que la empresa ha utilizado esta nueva tecnología para desarrollar nanofibras de nailon compuestas por más de 1.4 millones de monofilamentos con un diámetro de 10 μm. En comparación con los productos anteriores, esta fibra tiene una superficie de aproximadamente 1,000 veces la de los productos anteriores y tiene una alta actividad superficial.
Nailon superresistente
Las fibras de nailon Triangle-Raleigh se utilizan en todo tipo de productos, desde ropa y alfombras hasta cuerdas y cables de datos informáticos. Los investigadores de la Facultad de Textiles de la Universidad de Carolina del Norte están trabajando para mejorar las fibras y han informado de que han desarrollado las fibras de nailon alifático más resistentes.
Los científicos Dr. Tonelli, profesor de polímeros, y Dr. Richard Cuttack, profesor adjunto de ingeniería textil, química y ciencias naturales, están trabajando en una forma de crear fibras de nailon más resistentes sin necesidad de procesos costosos y complejos. Están trabajando con nailon alifático, o nailon, que tiene fibras de carbono que están conectadas en cadenas rectas o abiertas, en lugar de grandes cadenas en forma de anillo.
Los nailon alifáticos más resistentes podrían utilizarse en cuerdas, correas de carga, paracaídas y neumáticos de automóviles, o para crear materiales sintéticos adecuados para aplicaciones a altas temperaturas. El descubrimiento fue presentado en la reunión anual de la American Chemical Society en Filadelfia y publicado en la revista Polymer Journal.
Las fibras están hechas de polímeros, o largas cadenas de moléculas formadas por muchas unidades. Cuando estas cadenas de polímeros se alinean, el polímero se vuelve cristalino.
Estos polímeros enrollados deben estirarse y su elasticidad debe eliminarse para que se conviertan en fibras más fuertes. Agregar hidrógeno a las cadenas de nailon evita el estiramiento, por lo que superar esta unión es un factor clave para crear fibras de nailon más fuertes.
Las fibras superresistentes, como el kevlar, están hechas de polímeros de nailon aromático. Son muy rígidas y tienen largas cadenas que contienen anillos. El nailon aromático es difícil de fabricar y, por lo tanto, muy caro.
El profesor Tonelli y el doctor Cuttack utilizaron poliamida 66 (nailon 66), un termoplástico comercial que es fácil de fabricar pero difícil de estirar y alinear. También es difícil eliminar la elasticidad del nailon 66.
Este descubrimiento podría resolver el problema de que el nailon 66 pueda disolverse en tricloruro de galio, rompiendo efectivamente los enlaces de hidrógeno y permitiendo que la cadena de polímero se extienda.
Nailon PA
Las propiedades mecánicas de la PA, como la resistencia a la tracción y a la compresión, cambian con la temperatura y la absorción de humedad, por lo que el agua es relativamente un plastificante para la PA. Después de agregar fibra de vidrio, su resistencia a la tracción y a la compresión se puede aumentar aproximadamente dos veces, y su resistencia a la temperatura también se mejora en consecuencia. La PA en sí tiene una resistencia al desgaste muy alta, por lo que puede funcionar de forma continua sin lubricación. Si desea obtener un efecto de lubricación especial, puede agregar sulfuro a la PA.
Productos plásticos adecuados: diversos engranajes, turbinas, cremalleras, levas, cojinetes, hélices, correas de transmisión.
Otros: La tasa de contracción es del 1-2%. Preste atención a los cambios dimensionales debido a la absorción de humedad después del moldeo.
Tasa de absorción de agua: la saturación de absorción de humedad relativa del 100% puede absorber el 8%.
Espesor de pared adecuado: 2-3.5 mm
PA66
Tiene alta resistencia a la fatiga y rigidez, buena resistencia al calor, bajo coeficiente de fricción y buena resistencia al desgaste, pero tiene alta higroscopicidad y estabilidad dimensional insuficiente.
Aplicación: carga media, temperatura de funcionamiento ≈100-120 grados, piezas de transmisión resistentes al desgaste que funcionan en condiciones de poca o nula lubricación.
PA6
La resistencia a la fatiga y al calor son menores que las del nailon 66, pero tiene buena elasticidad y buenas capacidades de reducción de vibraciones y ruido. Blanco
Aplicación: Piezas de transmisión resistentes al desgaste que trabajan bajo carga ligera, temperatura media (80-100°C), sin lubricación o poca lubricación y bajo nivel de ruido.
PA610
La resistencia, la rigidez y la resistencia al calor son menores que las del nailon 66, pero tiene baja absorción de humedad y buena resistencia al desgaste.
Aplicación: Igual que el nailon 6, adecuado para engranajes que requieren una precisión relativamente alta y piezas con grandes cambios de humedad en las condiciones de trabajo.
PA1010
La resistencia, la rigidez y la resistencia al calor son menores que las del nailon 66, la absorción de humedad es menor que la del nailon 610, el proceso de moldeo es bueno y la resistencia al desgaste es buena.
Aplicación: Piezas que trabajan sin lubricación o con poca lubricación bajo cargas ligeras, bajas temperaturas, grandes cambios de humedad y otras condiciones.
MCPA
La resistencia, la resistencia a la fatiga, la resistencia al calor y la rigidez son mejores que las de PA6 y PA66, la higroscopicidad es menor que la de PA6 y PA66, la resistencia al desgaste es buena, se puede polimerizar directamente en el modelo, es adecuado para fundir piezas grandes. Aplicación: carga elevada, temperatura de funcionamiento elevada (por debajo de 120) sin lubricación o con poca lubricación. Blanco lechoso
Nylon fundido
El nailon fundido (nailon MC), también conocido como nailon fundido monomérico, es un producto obtenido mediante la polimerización directa del monómero de caprolactama en un molde bajo la acción de una base fuerte (como NaOH) y algunos cocatalizadores. Dado que los procesos de polimerización y moldeo se combinan entre sí, es fácil de moldear, requiere una menor inversión en equipos y es fácil fabricar piezas de maquinaria de gran tamaño. Sus propiedades mecánicas y físicas son superiores a las del nailon 6. Puede fabricar engranajes, turbinas, cojinetes, etc. con un peso de decenas de kilogramos.
Nylon 1010
El nylon 1010 es un tipo de plástico de ingeniería creado en China. Se fabrica a partir de aceite de ricino, decanediamina y ácido sebácico, y posteriormente se condensa. Posee bajo costo, buen rendimiento económico, excelente autolubricación y resistencia al desgaste, buena resistencia al aceite, baja temperatura de transición vítrea (aproximadamente -60 °C), alta resistencia mecánica y se utiliza ampliamente en componentes mecánicos, químicos y eléctricos.
Nailon modificado
El nailon modificado es un tipo de plástico de ingeniería. Es un producto granular que se forma modificando las propiedades físicas de las materias primas de nailon. El resultado de este tipo de producto se modifica según los diferentes requisitos de algunos fabricantes.
El nailon modificado generalmente incluye: nailon reforzado, nailon endurecido, nailon resistente al desgaste, nailon retardante de llama sin halógenos, nailon conductor, nailon retardante de llama, etc.
- Propiedades térmicas: alta temperatura de transición vítrea (Tg), punto de fusión (Tm), temperatura de deformación térmica (HDT); alta temperatura de uso a largo plazo (UL-746B); amplio rango de temperatura de uso; pequeño coeficiente de expansión térmica.
- Propiedades mecánicas: alta resistencia, alto módulo mecánico, baja deformación latente, fuerte resistencia al desgaste y resistencia a la fatiga.
- Otros: Buena resistencia química, resistencia eléctrica, resistencia a la llama, resistencia a la intemperie y estabilidad dimensional.
Nailon aromático
El nailon aromático, también conocido como amida poliaromática, es un nuevo tipo de nailon que se desarrolló con éxito en la década de 1960. Es resistente a altas temperaturas, radiación y corrosión. Todas las moléculas de nailon que contienen estructuras de anillo aromático pertenecen al nailon aromático. Si solo se reemplaza la diamina o el ácido dibásico del nailon sintético por diamina aromática o diácido aromático, el nailon obtenido es nailon semiaromático, y el nailon sintetizado por diácido aromático y diamina aromática es nailon completamente aromático. La temperatura de fragilización del nailon aromático puede alcanzar los -70 ℃ y la temperatura de ablandamiento Vicat puede alcanzar los 270 ℃. Es resistente a altas temperaturas, radiación, corrosión y desgaste, tiene propiedades autoextinguibles y puede mantener altas propiedades eléctricas en estado húmedo. El nailon aromático se puede extruir, moldear, laminar e impregnar. Se puede utilizar para fabricar fibras, películas, películas impregnadas, laminados decorativos, laminados reforzados con fibra de vidrio, tubos de radiación de alta temperatura, cortafuegos, etc. Los nylons semiaromáticos que se han comercializado incluyen principalmente MXD6, PA6T y PA9T, y los nylons totalmente aromáticos incluyen principalmente poli(p-fenileno tereftalamida) (PPTA), poli(m-fenileno isoftalamida) (MPIA) y poli(p-fenileno tereftalamida) (PBA).
El nailon totalmente aromático se desarrolló e industrializó con éxito en los años 1960 y 1970. El nailon totalmente aromático se utiliza ampliamente en la producción de fibras sintéticas debido a su alto punto de fusión, alto módulo y alta resistencia. El PPTA se fabrica a partir de p-fenilendiamina y cloruro de tereftaloilo mediante polimerización en solución a baja temperatura. El PPTA tiene excelentes propiedades como alta resistencia, alto módulo, resistencia a altas temperaturas y baja densidad. Se utiliza principalmente como materia prima para el hilado de fibras sintéticas; la fibra PPTA también se puede utilizar como agente de refuerzo para el refuerzo de caucho y plásticos. Sin embargo, el PPTA tiene deficiencias en la resistencia a la fatiga y la resistencia a la presión, y el PPTA no se puede extruir por fusión.
MXD6
MXD6 es una resina de nailon cristalina sintetizada por Lum et al. en la década de 1950 utilizando m-fenilendiamina y ácido adípico como materias primas mediante reacción de policondensación. Mitsubishi Gas Chemical Company de Japón sintetizó MXD6 mediante el método de policondensación directa y Toyobo Co., Ltd. lo hizo mediante el método de sales de nailon. Los usos de MXD6 obtenido por estos dos métodos de polimerización también son diferentes: MXD6 sintetizado por el método de policondensación directa se puede utilizar para fabricar materiales de barrera o materiales estructurales de ingeniería; MXD6 sintetizado por el método de sales de nailon se puede utilizar para producir resina MXD6 de grado fibra. Como nailon semiaromático cristalino, MXD6 presenta características como baja absorción de agua, alta temperatura de deformación térmica, alta resistencia a la tracción y a la flexión, baja contracción de moldeo y buenas propiedades de barrera frente a gases como O2 y CO2. Debido a su amplio rango de temperatura de procesamiento, el MXD6 se puede coextruir con polipropileno (PP) y con polietileno de alta densidad ( HDPE ) para moldeo por soplado. En la industria, el MXD6 se utiliza principalmente como material de embalaje y como material estructural de ingeniería para reemplazar el metal. Entre sus aplicaciones se incluyen el embalaje de alimentos y bebidas, el embalaje de instrumentos y equipos (a prueba de humedad, amortiguadores de vibraciones y materiales espumados); entre sus aplicaciones se incluyen el Reny de alta resistencia al calor, la aleación MXD6/PPO, el Reny resistente a las vibraciones, etc. Además, el MXD6 también se utiliza en plásticos magnéticos, adhesivos transparentes, etc.
PA6T
El PA6T es un nailon semiaromático sintetizado a partir de diácidos aromáticos y diaminas alifáticas. El PA6T tiene una excelente resistencia al calor y estabilidad dimensional. Dado que el PA6T tiene un alto punto de fusión, se puede preparar mediante polimerización en fase sólida o polimerización interfacial. Se puede utilizar para la fabricación de fibras, piezas mecánicas y productos de película. El PA6T modificado desarrollado por Mitsui Chemicals de Japón tiene las características de alta rigidez, alta resistencia y baja absorción de agua. Se utiliza principalmente para piezas de motores de combustión interna de automóviles, piezas eléctricas resistentes al calor, piezas de transmisión y conjuntos electrónicos. Es precisamente debido al alto punto de fusión del PA6T que no se puede moldear por inyección como el nailon alifático común, lo que limita la aplicación del PA6T hasta cierto punto.
PA9T
El PA9T se obtiene por policondensación en estado fundido de nonanediamina y ácido tereftálico. El PA9T tiene buena resistencia al calor y procesabilidad en estado fundido, y su tasa de absorción de agua es de solo el 0.17 %, que es 1/10 del PA46 (1.8 %). Tiene buena estabilidad dimensional y otras características, y se ha utilizado ampliamente en equipos electrónicos y eléctricos, de información, piezas de automoción, etc. Cuando el número de átomos de carbono de la diamina en la cadena de unidades repetidas es 6, el punto de fusión del PA6T es 370 ℃, que supera su temperatura de descomposición térmica de aproximadamente 350 ℃. Por lo tanto, si no se añade el tercer o incluso el cuarto componente para reducir el punto de fusión, el nailon no se puede utilizar en aplicaciones prácticas (la temperatura de procesamiento en estado fundido del nailon suele ser inferior a 320 ℃). Sin embargo, si se añaden otros componentes para reducir el punto de fusión, conducirá inevitablemente a una disminución de las propiedades del PA6T, como la cristalinidad, la estabilidad dimensional y la resistencia química. Por lo tanto, aumentar el número de átomos de carbono de la diamina se ha convertido en otro foco de investigación, y la estructura de PA9T se ha convertido en una estructura ideal con resistencia al calor y capacidad de procesamiento en estado fundido. Sin embargo, la ruta de síntesis de la nonanediamina, la principal materia prima para sintetizar PA9T, es relativamente complicada: el butadieno sufre reacciones químicas como hidratación, transposición, hidroxilación y reducción por aminación para finalmente obtener nonanediamina. Esto da como resultado altos costos de producción para PA9T, lo que a su vez limita la producción y aplicación a gran escala de PA9T.
Poliftalamida
La poliftalamida (PPA) es una mezcla de polímeros formada por la policondensación de ácido isoftálico, ácido tereftálico, ácido adípico y hexametilendiamina. Es un nailon semicristalino y semiaromático. La resina de PPA se produce generalmente en lotes. La PPA posee buena resistencia al calor, excelentes propiedades mecánicas y estabilidad dimensional, baja absorción de agua y excelente procesabilidad en moldeo, así como buenas propiedades eléctricas y resistencia química. La PPA se puede procesar mediante moldeo por inyección y moldeo por extrusión . Se utiliza ampliamente en los sectores de la automoción, los electrodomésticos y la maquinaria industrial en general.
Poli(m-fenilenisoftalamida)
La poliisoftalamida (MPIA) es un nuevo tipo de amida poliaromática desarrollada con éxito en la década de 1960. Está hecha de metafenilendiamina y cloruro de isoftaloilo y se puede sintetizar mediante policondensación en solución a baja temperatura y polimerización interfacial. La característica sobresaliente de la MPIA es su larga vida útil resistente al calor. Además, también tiene las ventajas de un alto módulo, resistencia al desgaste, retardancia de llama y estabilidad dimensional a alta temperatura. Sin embargo, la resistencia a la luz de la MPIA es ligeramente pobre y es necesario agregar un agente anti-ultravioleta. La MPIA se utiliza principalmente para ropa de trabajo en entornos industriales y de alta temperatura inflamables y explosivos, materiales de filtrado industriales resistentes a altas temperaturas, paracaídas, cintas transportadoras de alta temperatura, materiales de aislamiento eléctrico, etc. La MPIA también se puede procesar en varillas, placas y fibras. Con su excelente resistencia al calor, al deslizamiento y a la radioactividad, se utiliza en la industria aeroespacial, la industria de la energía atómica, la industria eléctrica y la automotriz.
Poliparabeno
La poli-p-benzamida (PBA) se desarrolló con éxito en la década de 1970. Su ruta de síntesis es: el p-nitrotolueno se oxida con aire en la fase líquida para obtener ácido p-nitrofórmico, el ácido p-nitrofórmico se somete a una reacción de reducción por aminación para obtener ácido p-aminofórmico, el ácido p-aminobenzoico se convierte en clorhidrato de cloruro de p-aminobenzoilo o cloruro de p-sulfinamidabenzoilo y, finalmente, se obtiene PBA por policondensación. El PBA tiene las características de alto módulo y alta resistencia, y se puede utilizar en carcasas de motores de cohetes, contenedores de alta presión, artículos deportivos y telas revestidas en la industria.
Tendencia de desarrollo
El último desarrollo de productos PA modificados
El PA reforzado con fibra de vidrio se estudió en la década de 1950, pero no se industrializó hasta la década de 1970. Desde el desarrollo del PA66 superresistente en 1976, importantes empresas de varios países han desarrollado nuevos productos de PA modificados. Estados Unidos, Europa occidental, Japón, los Países Bajos, Italia y otros países han desarrollado vigorosamente el PA reforzado, el PA retardante de llama y el PA relleno, y se ha comercializado una gran cantidad de PA modificados.
En la década de 1980, el desarrollo exitoso de la tecnología de compatibilización promovió el desarrollo de aleaciones de PA. Países de todo el mundo han desarrollado sucesivamente miles de aleaciones como PA/PE, PA/PP, PA/ABS, PA/PC, PA/PBT, PA/PET, PA/PPO, PA/PPS, PA/PA, etc., que se utilizan ampliamente en automóviles, locomotoras, electrónica, maquinaria eléctrica, textiles, artículos deportivos, suministros de oficina, piezas de electrodomésticos y otras industrias.
En la década de 1990, las nuevas variedades de nailon modificado continuaron aumentando. Durante este período, el nailon modificado se comercializó, lo que formó una nueva industria y se desarrolló rápidamente. A fines de la década de 1990, la producción mundial de aleaciones de nailon alcanzó 1.1 millones de toneladas/año.
En términos de desarrollo de productos, las principales direcciones son el nailon de alto rendimiento PPO/PA6, PPS/PA66, el nailon endurecido, el nailon nano y el nailon retardante de llama sin halógenos; en términos de aplicación, se han logrado importantes avances en el desarrollo de componentes automotrices y componentes eléctricos. Por ejemplo, se ha comercializado nailon modificado de alto flujo para colectores de admisión de automóviles. La plastificación de estos complejos componentes estructurales no solo es de gran importancia en la aplicación, sino que, lo que es más importante, prolonga la vida útil de los componentes y promueve el desarrollo de la tecnología de procesamiento de plásticos de ingeniería.
Tendencia de desarrollo del nailon modificado
Como la variedad más grande e importante de plásticos de ingeniería, el nailon tiene una fuerte vitalidad, principalmente porque puede lograr un alto rendimiento después de la modificación. En segundo lugar, las industrias automotriz, eléctrica, de comunicaciones, electrónica, de maquinaria y otras tienen requisitos cada vez más fuertes para el alto rendimiento de sus productos. El rápido desarrollo de las industrias relacionadas ha promovido el proceso de alto rendimiento de los plásticos de ingeniería. Las futuras tendencias de desarrollo del nailon modificado son las siguientes.
- La demanda del mercado de nailon de alta resistencia y alta rigidez está aumentando, y nuevos materiales de refuerzo como el PA reforzado con bigotes inorgánicos y reforzado con fibra de carbono se convertirán en variedades importantes, utilizadas principalmente en piezas de motores de automóviles, piezas mecánicas y piezas de equipos de aviación.
- La aleación de nailon se convertirá en la corriente principal del desarrollo de plásticos de ingeniería modificados. La aleación de nailon es una forma importante de lograr un alto rendimiento del nailon y también es el principal medio para fabricar materiales de nailon especiales y mejorar el rendimiento del nailon. Al mezclarlo con otros polímeros, se puede mejorar la absorción de agua del nailon y la estabilidad dimensional, la fragilidad a baja temperatura, la resistencia al calor y la resistencia al desgaste del producto. Por lo tanto, es adecuado para el uso de diferentes requisitos de tipos de vehículos.
- La tecnología de fabricación y la aplicación del nano-nailon se desarrollarán rápidamente. Las ventajas del nano-nailon son que sus propiedades térmicas, mecánicas, ignífugas y de barrera son superiores a las del nailon puro, mientras que su coste de fabricación es comparable al del nailon común. Por tanto, tiene una gran competitividad.
- El nailon ignífugo utilizado en productos electrónicos, electrodomésticos y aparatos eléctricos aumenta día a día, y el nailon ignífugo verde recibe cada vez más atención del mercado.
- El nailon antiestático, el nailon conductor y el nailon magnético se convertirán en los materiales preferidos para equipos electrónicos, maquinaria minera y maquinaria textil.
- La investigación y aplicación de coadyuvantes de procesamiento promoverán la funcionalización y el alto rendimiento del nailon modificado.
- La aplicación de tecnologías integrales y el refinamiento de los productos son la fuerza impulsora del desarrollo de la industria.
La fibra de poliamida es un término general para un tipo de fibra con grupos -CO-NH- en la cadena macromolecular. Las fibras de poliamida alifáticas más utilizadas son principalmente la poliamida 6 y la poliamida 66, y los nombres comerciales en China son nylon 6 y nylon 66. La fibra de nylon es principalmente filamento, y una pequeña cantidad de fibra corta se utiliza principalmente para mezclar con algodón, lana u otras fibras químicas. El filamento de nylon se utiliza ampliamente para el procesamiento por deformación para hacer hilo elástico como materia prima para tejer o tricotar. La fibra de nylon generalmente se hila por hilado en fusión. La resistencia de las fibras de nylon 6 y nylon 66 es de 4-5.3 cN/dtex, y el poliéster de alta resistencia puede alcanzar más de 7.9 cN/dtex, con una elongación del 18%-45%, y una tasa de recuperación elástica de más del 90% a una elongación del 10%. Según las mediciones, la resistencia al desgaste de la fibra de nailon es 20 veces mayor que la de la fibra de algodón, 20 veces mayor que la de la lana y 50 veces mayor que la de la viscosa. Su resistencia a la fatiga ocupa el primer lugar entre todos los tipos de fibras. En uso civil, se utiliza ampliamente para procesar calcetines y otros productos mezclados para mejorar la resistencia al desgaste de los tejidos. Sin embargo, la fibra de nailon tiene un módulo bajo y su resistencia a las arrugas no es tan buena como la del poliéster, lo que limita su aplicación en el sector textil. La vida útil del cordón de nailon es 3 veces mayor que la de la viscosa, y su capacidad de absorción de impactos es alta, por lo que el neumático puede circular por carreteras en mal estado. Sin embargo, debido a la gran elongación del cordón de nailon, cuando el vehículo se detiene, el neumático se deforma y produce puntos planos, y el vehículo da un tirón brusco al arrancar. Por lo tanto, solo puede utilizarse para neumáticos de camiones y no es adecuado para los cordones de neumáticos de turismos.
La superficie de la fibra de nailon es lisa y el coeficiente de fricción de la fibra sin aceite es muy alto. El aceite de nailon pierde fácilmente su eficacia después de un almacenamiento prolongado y es necesario volver a añadir aceite durante el procesamiento textil.
La fibra de nailon tiene una mayor absorción de humedad que el poliéster. La recuperación de humedad del nailon 6 y el nailon 66 en condiciones estándar es del 4.5 %, lo que la sitúa en segundo lugar entre las fibras sintéticas, después del vinilón. Tiene un buen rendimiento de teñido y se puede teñir con tintes ácidos, tintes dispersos y otros tintes.
