Химическая промышленность - отрасль мировой экономики, развитие которой (по сравнению со многими другими отраслями) идет относительно медленно, но уверенно и непрерывно. Полиамиды (ПА) как химический класс заняли свое место в отрасли уже давно (разумеется, «давно» - для материала, появившегося немногим больше полувека назад). Еще в 1973 году мировое производство полиамидов конструкционного назначения составило около 300 тыс. т, в 2002 г. около 2 млн. т.
Полиамиды - это группа пластмасс с известными названиями: «капрон», «найлон», «анид» и др. В составе макромолекул полимера присутствует амидная связь и метиленовые группы, повторяющиеся от 2 до 10 раз. Полиамиды кристаллизующиеся полимеры. Свойства различных полиамидов довольно близки. Они являются жесткими материалами с высокой прочностью при разрыве и высокой стойкостью к износу, имеют высокую температуру размягчения и выдерживают стерилизацию паром до 140оС.
Полиамиды сохраняют эластичность при низких температурах, так что температурный интервал их использования очень широк. Однако полиамиды отличает довольно высокое водопоглощение. Однако после высушивания первоначальный уровень свойств восстанавливается. В этом отношении лучше ПА - 12, у которого водопоглощение меньше, чем у ПА - 6 и ПА - 66 .
Полиамиды обладает высокой прочностью при ударе и продавливании, легко свариваются высокочастотным методом. Полиамиды обладают очень высокой паропроницаемостью и низкой проницаемостью по отношению к газам, поэтому их применяют в вакуумной упаковке. На полиамиды легко наносится печать. Прозрачность ПА-пленок высока, особенно двуосно-ориентированных. Блеск также улучшается при ориентации.
Электрические и механические свойства материала зависят от влажности окружающей среды. Новейшей разработкой является получение аморфного полиамида. Он имеет меньшую паропроницаемость по сравнению с кристаллическими полиамидами.
Полиамид известен в химической (и не только химической) промышленности как полиамид-6 (в соответствии с количеством атомов углерода в мономерах -NH-(CH2)5-CO). Коммерческих же названий несравненно больше: на отсутствие фантазии производители полиамида-6 не жалуются. Чехи, например, предпочитают обозначать свой продукт в каталогах как MURYLON или JARID, в России тот же полиамид-6 (правда, не всякий, а только лучший) называют капролоном, а изготовленный по германской технологии гидролитический полиамид-6 имеет целый список наименований: силон, нейлон, силамид, ультрамид, грилон, зител.
Полиамид-6-блочный (он-то как раз и известен более как капролон или, иногда, капролон-В) определяется промышленными специалистами как многофункциональный конструкционный материал, выступающий в качестве заменителя цветных металлов и их сплавов.
Капролон сравнительно молод: в российской и зарубежной промышленности он применяется чуть больше тридцати лет, правда, все это время - исключительно эффективно.
Капролон очень прочен, имеет низкий коэффициент трения в паре с любыми металлами, хорошо и быстро прирабатывается, в 6-7 раз легче бронзы и стали, взамен которых, собственно говоря, он и применяется весьма и весьма успешно. При этом капролон не поддается воздействию углеводов, масел, спиртов, кетонов, эфиров, щелочей и слабых кислот, растворяясь в крезолах, фенолах, концентрированных минеральных кислотах, муравьиной и уксусной кислотах. Обрабатывать капролон можно практически любым способом: он достаточно легко поддается обработке фрезерованием, точением, сверлением и шлифованием.
В дополнение к перечисленным достоинствам, изделия из капролона позволяют устройствам и механизмам, в которых они используются, работать бесшумно и при этом вполне надежно. Износ пар трения при использовании капролоновых деталей снижается в 1,5-2 раза, и соответственно повышается их ресурс.
Наконец, к капролону трудно предъявить какие-либо экологические претензии. Предприятия, занимающиеся его производством, а также производством конечных продуктов из капролона, как правило, имеют гигиенический сертификат на контакт с пищевыми продуктами и питьевой водой.
Для транспортировки капролона можно использовать контейнеры любого типа или вообще любой вид крытого транспорта. Главное, чтобы материал транспортировался в условиях, исключающих прямое попадание влаги. Капролон поставляется в виде плит, брусков и стержней (свободное литье), втулок (центробежное литье) или готовых изделий по документации заказчика.
Что же касается конечного продукта, то полученный материал используют для изготовления:
- подшипников скольжения, направляющих и вкладышей узлов трения, работающих при нагрузке до 20 МПа при смазке маслом, водой или всухую;
- шкивов, блоков и роликов грузоподъемных механизмов с тяговым усилием до 30 тонн;
- корпусов, кронштейнов, ступиц колес и других деталей, к которым предъявляются повышенные требования по ударостойкости;
- шестерен, звездочек и червячных колес различных устройств и механизмов с целью снижения уровня шума и вибрации (до 15 ДБ);
- деталей уплотнения и манжет для систем высокого давления (до 500 атм.).
И это не самый полный список конечных изделий, если учесть, что используют полиамид-6 (капролон), по меньшей мере, в семи промышленных отраслях: пищевой, станкостроительной, химической (целлюлозо-бумажной, нефтехимической), судостроительной, металлургической, при изготовлении подъемно-транспортных механизмов и сельскохозяйственной техники.
Максимальной популярностью полиамид-6 (вернее, одна из его производных) пользуется у производителей комплектующих для автомобилей, которые изготавливают на основе капролона кордную ткань - текстильный армирующий материал для покрышек пневматических шин. Как правило, в качестве армирующего материала полиамидную кордную ткань используют при производстве шин самого широкого спектра: для автомобилей легковых, легкогрузовых и грузовых; общественного транспорта, сельскохозяйственных машин, также в шасси самолетов и другой авиационной техники.
Кордная ткань из полиамидных нитей обладает всеми теми же качествами, что и обычная, но плюс к этому превосходит ее по таким критериям, как прочность, термостабилизированность, и некоторым другим показателям. Плюс к этому выпускающие полиамидную кордную ткань производства стараются выпускать в основном "высокопрочные марки ткани и ткани облегченной структуры при сохранении прочностных показателей полоски (полотна)", применение которых дает автомобилестроителям возможность существенно увеличить грузоподъемность, скорость, надежность и безопасность своей продукции, снизив при этом расход топлива отчасти за счет снижения массы шин.
Получают полиамидную кордную ткань посредством переработки полиамидной нити технического назначения, которая, в свою очередь, выпускаются двух видов: не окрашенной и окрашенной в массе в различные цвета и оттенки. Помимо термостабилизированности (т.е. сохранения прочности при высоких температурах), эта нить отличается светотермостабилизированностью, позволяющей сохранять физико-механические свойства при интенсивном ультрафиолетовом облучении.
В силу своих физико-механических качеств кордная ткань из полиамида-6 служит гораздо дольше обычной, а потому позволяет потребителям экономить на затратах на комплектующие, что и объясняет быстро растущую популярность относительно нового материала в "машинных" отраслях.
Буквально в последние годы полиамид-6 стал использоваться как базовый полимер при изготовлении нового биоразлагаемого упаковочного материала. Производят экологически чистую новинку итальянцы, которые и дали ей название Mater-Bi. В химический состав упаковки с большим будущем входит не только полиамид-6, но и несколько добавок природного происхождения. Третий элемент Mater-Bi — синтетические нетоксичные полимеры, имеющие допуск к непосредственному контакту с пищевыми продуктами. Все они, как правило, обладают хорошей гидрофильностью и достаточно быстро разлагаются в естественных природных условиях. Производители утверждают, что упаковки из их материала, вывезенные на свалки, полностью разлагаются практически без остатка, не нанося ущерба окружающей среде.
Предприятия, занимающиеся производством полиамида-6 (капролона), различают несколько разновидностей этого материала. Во-первых, так называемый "полиамид-6-блестящий", иначе говоря - первичный (ОСТ 6-06-С9-93). Это продукт гидролитической полимеризации Е-капролактама, который выпускается в виде гранул от белого до светло-желтого цвета.
Во-вторых, есть еще и полиамид-6-литьевой (вторичный) (ТУ 6-13-00203967-61-99) - продукт, получаемый методом плавления отходов. Он предназначен для изготовления "изделий культурно-бытового назначения и неответственных деталей технического назначения". Выпускается в виде гранул от белого до черно-коричневого цвета. Чехи (доминирующие производители полиамида-6 в Центральной Европе) предпочитают заниматься производством более качественного литого полиамида-6-блочного (РА - 6), который используется в основном в машиностроении (ЉKODA auto, ЉKODA PLZEТ), сельском хозяйстве и полиграфическом производстве.
Однако, пока промышленники выбирают, какая разновидность материала-новичка им больше подходит, полиамид-6 как класс материалов уверенно занимает лидирующее место, все более оттесняя цветные металлы.
Полиамид 6.6 (ПА 66) - продукт поликонденсации адипиновой кислоты (adiponitrile, ADN, АДН) и гексаметилендиамина. Отличается наиболее высокими прочностными свойствами, высокой твердостью, деформационной стабильностью, повышенной теплостойкостью. Используется для изготовления деталей, работающих в условиях повышенных механических нагрузок (шестерни, вкладыши, сепараторы подшипников, корпуса и другие детали).
Сополиамиды АК - 93/7, АК - 80/20 - продукты сополиконденсации капролактама, адипиновой кислоты и гексамителендиамина. Обладают высокими физико-механическими и антифрикционными свойствами, хорошей технологичностью при переработке литьем под давлением. Изделия из сополиамидов применяются в машино- и приборостроении ( корпуса, шпули, каркасы вкладыши, бегунки и т.д.).
Полиамид 12 (ПА 12) - продукт гидролитической полимеризации додекалактама. Отличается от других полиамидов повышенной водо- и морозостойкостью, что дает возможность эксплуатировать изделия из него в средах переменной и высокой влажности. Из ПА 12 изготавливают детали шахтного крепежа, турбины турбобуров, рабочие органы погружных насосов, переключатели, изоляцию электрических проводов, микроконтакты, релейные детали, клапаны, трамблеры для автомобилей, трубопроводы для подачи горючего.
Полиамид (ПА 610) - продукт поликонденсации себациновой кислоты и гексамитилендиамина. Характеризуется большой упругостью и меньшей адсорбцией влаги, чем ПА 6 и ПА 66, хорошими электроизоляционными свойствами, повышенной размерной стабильностью. ПА 610 применяется для изготовления деталей конструкционного и антифрикционного назначения, прецизионных изделий точной механики (втулок, вкладышей, мелкомодульных шестерней, деталей клеммных колодок, золотников, манжет уплотнения), а также для деталей электроизоляционного назначения.
Для улучшения эксплуатационных свойств и теплостойкости полиамидов в них вводят различные наполнители волокнистой и мелкодисперсной структуры и другие добавки.
Композиционные и модифицированные материалы на основе полиамидов
Введение в полиамиды стекловолокнистого наполнителя позволяет получить материал с увеличенной прочностью, жесткостью, теплостойкостью, менее растрескивающийся в условиях повышенных и пониженных температур. При этом значительно снижается усадка и коэффициент линейного расширения. Эластичность материала и сопротивление к истиранию у стеклонаполненного материала меньше, чем у ненаполненного.
Из стеклонаполненного полиамида изготавливают детали точных приборов, кулачковые диски, корпуса электроинструментов, например дрелей, кожухи малогабаритных насосов, сепараторы подшипников, несущие детали трансформаторов, игольчатые роликовые подшипники и т.д. Для уменьшения коэффициента трения и улучшения износостойкости используют в качестве наполнителя графит и дисульфид молибдена. Наполнение полиамида тальком позволяет получить деформационные марки с увеличенной размерной стабильностью.
Модификация полиамидов радиационным облучением готовых изделий приводит к образованию в полимере трехмерной пространственной сетки. Это позволяет увеличить прочность без потери стойкости к ударным нагрузкам, а также повысить теплостойкость. Полиамиды могут выпускаться окрашенными в широкую цветовую гамму для изготовления деталей конструкционного, радио- и электротехнического назначения и оборудования интерьера салонов автомобилей. Окрашенные полиамиды отличаются большей жесткостью и несколько меньшей ударной прочностью и эластичностью по сравнению с неокрашенными.
Производители полиамида
