Свойства полиамидов определяют сферу их применения

Многие конструкционные материалы хоть и объединяются в семейства, но имеют уникальные свойства. Так, например, сталь — это материал на основе железа. Однако этот широкий класс включает множество разных материалов с различными микроструктурами, которые могут по-разному термически обрабатываться и содержать разные компоненты (сплавы). К этому классу относятся как стандартные, так и высокоспециализированные стали, которые изготавливаются в малом количестве и используются в узких нишах.

Такая же ситуация характерна и для пластмасс. Например, рассмотрим нейлоны (или полиамиды). Существует множество различных типов полиамида:

• Полиамид-6
• Полиамид-6,6 (Полиамид-66, Полиамид-6/6)
• Полиамид-6,9
• Полиамид-6,10
• Полиамид-6,12
• Полиамид-4,6
• Полиамид-11
• Полиамид-12,12

Система обозначения материалов указывает на количество атомов углерода, содержащихся в материалах, из которых получается полиамид. Например, полиамид-6 получается из капролактама, который содержит 6 атомов углерода; полиамид-6,6 получается из гексаметилендиамина (6 атомов углерода) и адипиновой кислоты (также 6 атомов углерода).

Хотя свойства этих материалов отличаются не столь существенно, как в случае сталей, отличия в структуре и содержании в материале наполнителей и добавок в некоторых случаях все равно могут приводить к изменению свойств материалов в широком диапазоне. На базе этих материалов могут также получаться как стандартные, так и специализированные марки. Например, один из поставщиков предлагает почти 90 марок полиамида-11.

Высокие характеристики прочности и жесткости обуславливают тот факт, что это семейство материалов относится к конструкционным пластмассам. Материалы обычно используются при производстве мелких деталей механизмов, решеток, дверных ручек, велосипедных колес, подшипников, щеток, звездочек, корпусов электроприборов, клеммных колодок и роликов. Полиамиды также поставляются в виде волокон, характеризующихся повышенной прочностью.

Полиамидные пленки обладают высокой прочностью при растяжении и высоким относительным удлинением при разрыве, хорошей ударной прочностью и низкой газопроницаемостью. Они имеют хорошие характеристики при пониженных температурах (–70 °C), стойкость к растрескиванию при изгибании и высокую прозрачность. При увеличении содержания в материале влаги снижаются барьерные свойства полимера, однако увеличивается его гибкость и величина относительного удлинения при разрыве.

Важно также то, что полиамиды легко поглощают влагу, которая может влиять на их свойства и стабильность размеров. Армирующие добавки (обычно на основе стекла) снижают риск возникновения таких проблем и позволяют получать очень прочные материалы с высокой ударной вязкостью.

Полиамид-6,6
Полиамид-6 и полиамид-6,6 являются самыми дешевыми представителями семейства полиамидов. Полиамид-6,6 — наиболее широко использующийся полиамид, однако исторически в Германии наиболее широко используемым полиамидом является полиамид-6. В ненаполненном виде материал обладает высокой прочностью в самом широком диапазоне температур и относительной влажности из всех полиамидов. Материал имеет высокую стойкость к абразивному истиранию и самую низкую проницаемость к бензину, минеральным маслам и фторуглеродным хладагентам.

Однако полиамид-6,6 характеризуется высоким поглощением влаги и низкой ударной прочностью. В высушенном состоянии материал обладает хорошей пластичностью. Полиамид-6,6 из всех видов полиамидов характеризуется максимальной чувствительностью к деструкции под действием УФ-излучения и окислительной деструкции. Однако полиамид-6,6 и полиамид-6 обладают более низкой стойкостью к действию слабых кислот по сравнению с полиамидом-6,10, полиамидом-6,12, полиамидом-11 и полиамидом-12.

Помимо традиционных вариантов использования полиамидов полиамид-6,6 широко применяется при производстве электрических компонентов (благодаря своей огнестойкости). Материал обычно используется в качестве замены металла при производстве литьем корпусов ручных инструментов.

Полиамид-6
Одно из отличий полиамида-6 и полиамида-6,6 состоит в том, что во влажной среде первый имеет более высокую ударную прочность и стойкость к разрушению при изгибании. По сравнению с полиамидом-6,6 полиамид-6 перерабатывается при более низкой температуре и имеет меньшую степень кристалличности, что означает, что он усаживается в форме в меньшей степени. Это позволяет добиваться более высокой точности размеров формуемых из этого полиамида изделий. На рынке предлагаются в том числе прозрачные марки этого полимера.

Однако полиамид-6 из всех видов полиамидов обладает самым высоким водопоглощением. При поглощении влаги снижается стабильность размеров деталей и изменяются механические и электрические свойства материала. Некоторые такие негативные изменения можно компенсировать за счет получения сплава на базе полиамида-6 и полиэтилена низкой плотности (ПЭНП).

Учитывая эти свойства, материал используется при получении компонентов с более высокой ударной прочностью (по сравнению с компонентами из полиамида-6,6), которые не должны иметь высокий предел текучести.

Другие марки полиамида
Полиамид-6,10 и полиамид-6,12 используются для получения электрической изоляции. Высокая стоимость этих материалов объясняется тем, что они имеют более низкое значение влагопоглощения. Полиамид-6,10 имеет более низкое влагопоглощение и очень низкое значение температуры хрупкости. Полиамид-6,12 может заменять полиамид-6,10. Он имеет более низкую стоимость (хотя и более высокую по сравнению с ценой на полиамид-6 и полиамид-6,6) и характеризуется более высокой термостойкостью. По свойствам материал располагается между полиамидом-6 и полиамидом-6,6, а по ползучести в условиях высокой влажности материал немного превосходит полиамид-6,6.

Полиамид-11 и полиамид-12 имеют более низкое влагопоглощение — в ненаполненном состоянии по этому показателю полиамид-12 превосходит все другие полиамиды. Материалы имеют более высокую гибкость и ударную вязкость по сравнению с полиамидом-6, полиамидом-6,6, полиамидом-6,10 и полиамидом-6,12. Материалы имеют более высокую стоимость, более низкую прочность и более низкую максимальную температуру эксплуатации. По атмосферостойкости материалы превосходят все остальные полиамиды, хотя недавно были разработаны так называемые сверхпрочные полиамиды (фактически сплавы), которые имеют еще лучшую атмосферостойкость. У полиамида-12,12 более высокие характеристики по сравнению с полиамидом-6 и полиамидом-6,6, но и более низкая стоимость по сравнению с полиамидом-11 и полиамидом-12.

Полиамид-4,6 имеет высокую ударную прочность, низкую ползучесть и более высокую жесткость при повышенных температурах. У него более низкая усталостная прочность по сравнению с полиамидом-6,6. Этот полиамид имеет также более узкий диапазон перерабатываемости.

В отдельных случаях могут использоваться и другие материалы, такие как гибкие сополимеры полиамида-6 и полиамида-6,6, литьевой полиамид-6, прозрачные аморфные полиамиды, спекаемые марки, а также некоторые формы, подходящие для 3D-печати.