Polyamides hay nylon là loại nhựa hiệu suất cao, khả năng chịu nhiệt và điện trở cao. Chúng được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp ô tô, giao thông, hàng tiêu dùng, điện và điện tử. Có rất nhiều loại polyamide trên thị trường, khiến cho người sử dụng khó chọn được loại thích hợp cho ứng dụng của mình.
Polyamide (Nylon) là gì
Polyamide hay nylon được viết tắt là nhựa PA. Đây là loại nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật hiệu suất cao. Nó chứa các liên kết amid lặp lại –CO-NH–. Nó được sản xuất bằng trùng ngưng các đơn vị giống nhau và copolyme các đơn vị khác nhau.
Nylon được Wallace Hume Carothers, nhà hóa học lãnh đạo bộ phận nghiên cứu polymer của DuPont de Nemours phát hiện ra năm 1928. Năm 1935, ông đã phát triển ra loại nhựa PA 66.
Cấu trúc nhựa PA 66
Polyamide có khả năng chịu nhiệt độ cao và điện trở lớn. Nhờ cấu trúc tinh thể crystalline, chúng có khả năng chịu hóa chất rất tốt. Ngoài ra chúng cũng có độ bền cơ học cao. Loại vật liệu này còn có khả năng chống cháy. PA là loại sợi tổng hợp đầu tiên được thương mại hóa.
Khi được gia cường bằng sợi thủy tinh thì độ cứng của PA tương đương kim loại. Các sợi thủy tinh gia cường có thể ngắn hoặc dài. Vì thế nên PA hay được dùng thay thế cho kim loại trong chế tạo.
Tất cả các polyamide có xu hướng hút ẩm do có nhóm hóa học amide. Độ ẩm sẽ làm dẻo vật liệu. Điều này làm giảm modun bền kéo, tăng khả năng chịu va đập và bộ dẻo vật liệu. Độ ẩm cũng ảnh hưởng lớn đến kích thước. Điều này cần tính đến khi thiết kế sản phẩm.
Sản xuất polyamides
Polyamide được sản xuất qua quá trình đa ngưng tụ (polycondensation) diacid với diamine.
- Nhựa cũng tạo ra bằng phản ứng trùng hợp mở vòng (ring-opening) lactam với nguyên tử Các bon 6, 11 hoặc 12.
- Các monome có thể là aliphatic, bán thơm hoặc thơm (aramid).
Có thể là vô định hình hoặc bán tinh thể có độ kết tin lớn hơn hoặc nhỏ hơn.
Polyamide thơm còn gọi là aramid. Chúng thu được từ quá trình đa trùng hợp axít terephthalic với diamines. PA 6-3-T là polyamide thơm điển hình. Nó vô định hình và trong suốt trong tự nhiên. Aramid xử lý được ở nhiệt độ 280-300°C nhưng rất tốn kém. So với polyamide béo, polyamide thơm có các đặc điểm sau:
- Khả năng ổn định kích thước tốt hơn.
- Khả năng chống cháy và chịu nhiệt tốt hơn.
- Độ bền lực cao hơn.
Các loại polyamide
Các monome dùng trong sản xuất các loại poyamide khác nhau như bảng dưới đây
| Polyamide | Monome |
| Polyamide 6 | Caprolactum |
| Polyamide 12 | Laurolactam |
| Polyamide 66 | Hexamethylene Diamine/ Adipic Acid |
| Polyamide 69 | Hexamethylene Diamine/ Azelaic Acid |
| Polyamide 6-10 | Hexamethylene Diamine/ 1,12-Dodecanedioic Acid |
| Polyamide 6-12 | Hexamethylene Diamine/ Sebacic Acid |
| Polyamide 46 | 1,4-Diaminobutane/ Adipic Acid |
| Polyamide 1212 | 1,12-Dodecanediamine/ 1,12-Dodecanedioic Acid |
Việc lựa chọn loại PA để sử dụng dựa theo tính chất và giá thành sản xuất.
- Hai loại nylon được dùng rộng rãi nhất là Nylon 6 (PA6) và Nylon 66 (PA 66). Chúng được sản xuất bằng phương pháp ép đùn dưới dạng sợi hoặc màng.
- Loại nhựa hiệu suất cao hơn là PPA và PA46. Chúng được sử dụng thay thế kim loại và cho các ứng dụng trong điều kiện khắc nghiệt.
- Hiện nay cũng có PA sinh học, ví dụ như PA11 là loại dựa trên hóa chất từ cây thầu dầu.
So sánh Nylon 6 với Nylon 66
Thuộc tính giống nhau
Nylon 6 và 66 đều có thuộc tính polyaidems giống nhau:
Độ bền cơ học, độ uốn, độ cứng và độ dẻo dai cao.
Chịu va đập tốt.
Khả năng giảm chấn cao.
Đặc tính trượt tốt.
Khả năng chống mòn tuyệt vời
Tính chất cách điện tốt
Khả năng chống bức xạ năng lượng cao (gamma & x-quang).
Thuộc tính khác nhau
Nylon 6 & 66 là vật liệu rất giống nhau, nhưng chúng có điểm khác nhau riêng. Sự khác biệt chủ yếu là do sự khác biệt về cấu trúc hóa học. Nylon 6 được làm từ một monome có 6 nguyên tử cacbon trong khi Nylon 66 được làm từ 2 monome với mỗi monome có 6 nguyên tử cacbon, do đó gọi là Nylon 66.
| Nylon 6 | Nylon 66 |
| Kết tinh ít | Kết tinh nhiều |
| Co khuôn ít | Co khuôn nhiều |
| Điểm nóng chảy thấp | ĐIểm nóng chảy cao |
| Nhiệt độ gây biến dạng thấp | Nhiệt độ gây biến dạng cao |
| Độ thấm nước cao | Độ thấm nước thấp |
| Độ đề kháng hóa học với axit thấp | Độ đề kháng hóa học với axit tốt hơn |
| Chịu tốt tác động lực va đập, lực kéo | Chịu tốt lực uốn, module uốn và vặn xoắn |
| Bề mặt bóng,dễ pha màu | Khó để pha màu |
Một sự khác biệt quan trọng giữa Nylon 6 & 66 là độ co khuôn. Nylon 6 co khuôn thấp tăng thêm độ chính xác sản phẩm sau khi hoàn thiện, Nylon 66 co khuôn nhiều hơn, khi tiếp xúc với nhiệt độ nóng lạnh gây thay đổi bề mặt sản phẩm.
Sự khác biệt chính nữa giữa hai nylon là tỷ lệ thẩm thụ nước và biến dạng cho nhiệt độ chênh nhiệt. Vì Nylon 6 thấm thụ nhiều nước hơn Nylon 66 và có nhiệt độ biến dạng thấp hơn, nó không thích hợp với các ứng dụng tiếp xúc với nước và chịu nhiệt độ cao. Nylon 66 thích hợp hơn cho chịu nước và chịu nhiệt.
Ứng dụng sản xuất điển hình
Vòng bi trượt và vòng bi Nylon 6 Nylon 66
Bánh xe dẫn hướng và bánh xe chịu lực
Bánh xe ròng rọc (Cable sheaves)
Bánh răng
Vòng đệm
Thớt cắt
Lạt buộc cáp
Lựa chọn sử dụng
Việc lựa chọn chất liệu phụ thuộc quá trình sản xuất, tính thẩm mỹ và đặc tính cơ học.
Nylon 6 dùng cho các ứng dụng nhựa chịu va đập và nén lớn. Nó cho tính thẩm mỹ tốt hơn do độ bóng bề mặt và dễ nhuộm màu. Nó chủ yếu sử dụng trong công nghiệp ô tô, công nghiệp và quân sự. Bao gồm bánh răng, bộ phận vũ khí và khoang động cơ ô tô. Tuy nhiên nếu phải sử dụng chịu nước và chịu nhiệt thì nên sử dụng Nylon 66.
Nylon 66 sử dụng cho các ứng dụng chống nổ chống cháy chịu nhiệt độ cao. Độ uống, độ kéo dãn và chiu modun xoắn tốt thích hợp với ứng dụng sử dụng lâu dài. Ba gồm vòng bi ma sát, ống thoát nhiệt, nắp bình xăng, dây thừng.
Lựa chọn Nylon PA 11 (Polyamide 11) và Nylon PA12 (Polyamide 12)
Nylon PA11 là loại polyamide sinh học được làm từ nguyên liệu thô tái tạo được chiết suất từ dầu thực vật, chủ yếu là dầu thầu dầu (castor oil). Sản phẩm chỉ do Arkema sản xuất dưới thương hiệu Rilsan. Nylon PA12 là loại bột mịn màu trắng được tổng hợp từ dầu mỏ. Nylon PA12 có nhiều nhà sản xuất. Cả hai vật liệu này được dùng nhiều làm vật liệu trong in 3D, vật liệu thiêu kết laser chọn lọc (laser sintering).
Tính chất Nylon PA11
Nylon PA11 và PA12 có tính chất tương đối giống nhau. Tuy nhiên PA11:
- Nó có khả năng kháng hóa chất tuyệt vời bao gồm hydrocacbon, andehit, xeton, rượu, nhiên liệu, chất tẩy rửa, dầu, mỡ, gốc khoáng và muối. PA11 rất ổn định với ánh sáng, tia cực tím và thời tiết. Nó cũng có đặc tính độ đàn hồi tốt, độ kéo dãn và chống va đập cao.
- Hấp thụ nước thấp.
- Khả năng chịu nhiệt vượt trội.
- Tác động môi trường thấp hơn, tiêu tốn ít tài nguyên không thể tái tạo.
- Sử dụng chủ yếu trong các thành phần nội thất ô tô, bộ phận chuyển động, y tế ...
Tính chất Nylon PA12
Nylon PA12 thì lại cực bền khi nhiệt độ xuống thấp dưới mức đóng băng. Nó đặc trưng bởi:
- Có khả năng kháng hóa chất tuyệt vời bao gồm chất lỏng thủy lực, dầu, nhiên liệu, mỡ, nước muối và dung môi.
- Giảm tiếng ồn và độ rung.
- Chế tạo xử lý dễ dàng.
- Chống mài mòn cao. Độ bền cao, độ cứng, chống nứt mạnh khi chịu áp lực và hoạt động ổn định lâu dài.
- Hơn nữa, với nồng độ amit (hợp chất hữu cơ chứa nitơ) thấp hơn bất kỳ loại polyamit có sẵn trên thị trường nào khác, Nylon PA12 hấp thụ rất ít độ ẩm.
- Dùng chế tạo nhựa chức năng hoạt động đầy đủ như bánh răng ...
Bảng so sánh tính chất