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Was ist Nylon und wofür wird es verwendet?

Nylon ist ein synthetisches, thermoplastisches, lineares Polyamid (ein großes Molekül, dessen Bestandteile durch eine bestimmte Art von Bindungen verbunden sind), das erstmals 1935 von dem amerikanischen Chemiker Wallace Carothers hergestellt wurde, der damals in der Forschungseinrichtung von DuPont in Delaware arbeitete. Wallace stellte das technisch als Nylon 66 bekannte Material her (noch immer eine der gängigsten Varianten). Die Nachfrage nach synthetischen Materialien im Allgemeinen und nach Nylon im Besonderen stieg während des Zweiten Weltkriegs, als natürliche Materialien wie Seide, Gummi und Latex deutlich knapper wurden.

Nylon wird für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter Kleidung, zur Verstärkung von Gummimaterialien wie Autoreifen, als Seil oder Faden und für viele Spritzgussteile für Fahrzeuge und mechanische Geräte. Es ist außergewöhnlich stark, relativ abriebfest und feuchtigkeitsabsorbierend, langlebig, chemikalienbeständig, elastisch und leicht zu waschen. Nylon wird häufig als Ersatz für Metalle mit geringer Festigkeit verwendet. Wegen seiner Festigkeit, Temperaturbeständigkeit und chemischen Verträglichkeit ist es der Kunststoff der Wahl für Bauteile im Motorraum von Fahrzeugen.

Nylon kann auch mit einer Vielzahl von Zusatzstoffen kombiniert werden, um verschiedene Varianten mit deutlich unterschiedlichen Materialeigenschaften herzustellen. Hier ein Blick auf ein Verbundzahnrad, das sowohl aus Nylon als auch aus Kohlenstoff besteht.

Nylon wird üblicherweise mit der chemischen Bezeichnung „PA“ bezeichnet (z. B. PA 6 oder PA 6/66) und ist in den Farben Schwarz, Weiß und in seiner natürlichen Farbe (gebrochenes Weiß oder Beige) erhältlich. Die für technische Anwendungen wohl am häufigsten verwendete Variante ist Nylon 6/6. Nylon 6/6 kann extrudiert (geschmolzen und durch eine Düse gepresst) werden und ist auch ein geeigneter Kunststoff für Spritzguss und 3D-Druck. Es hat eine hohe Schmelztemperatur und ist daher ein hervorragender Ersatz für Metalle in Umgebungen mit hohen Temperaturen (z. B. unter der Motorhaube eines Fahrzeugs). Der Nachteil des Materials ist seine relativ geringe Schlagzähigkeit (selbst im Vergleich zu anderen Kunststoffen; siehe nachstehende Tabelle). Das folgende Diagramm zeigt die relative Schlagzähigkeit von Nylon im Vergleich zur Schlagzähigkeit von anderen häufig verwendeten Kunststoffen wie ABS, Polystyrol (PS) oder Polycarbonat (PC). Es sei darauf hingewiesen, dass die Schlagzähigkeit von Nylon durch einen Prozess namens „Konditionierung“ verbessert werden kann. Aus diesem Grund sowie aufgrund der Tatsache, dass Nylon leicht mit anderen Materialien kombiniert werden kann, um seine Festigkeit zu erhöhen, ist es wichtig, die Materialeigenschaften des spezifischen Nylonmaterials, das Sie verwenden, zu überprüfen.

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Was sind die Merkmale von Nylon?

Nachdem wir nun wissen, wofür es verwendet wird, wollen wir einige der wichtigsten Eigenschaften von Nylon (PA) untersuchen. Nylon ist ein Kondensationscopolymer, das sich aus mehreren verschiedenen Monomertypen in Kombination miteinander zusammensetzt. Es kann auf verschiedene Weise hergestellt werden, in der Regel zunächst durch Destillation aus Rohöl, aber auch aus Biomasse. Nylon wird als „thermoplastisches“ (im Gegensatz zu „duroplastisches“) Material eingestuft, was sich auf die Art und Weise bezieht, wie der Kunststoff auf Wärme reagiert. Thermoplastische Materialien werden bei ihrem Schmelzpunkt flüssig – im Fall von Nylon sind das sehr hohe 220 Grad Celsius.

Eine nützliche Eigenschaft von Thermoplasten ist, dass sie bis zu ihrem Schmelzpunkt erwärmt, abgekühlt und wieder erwärmt werden können, ohne dass es zu einer wesentlichen Verschlechterung kommt. Anstatt zu verbrennen, verflüssigen sich Thermoplaste wie Nylon, wodurch sie leicht spritzgegossen und anschließend recycelt werden können. Im Gegensatz dazu können duroplastische Kunststoffe nur einmal erhitzt werden (in der Regel während des Spritzgießprozesses). Die erste Erwärmung führt dazu, dass duroplastische Materialien aushärten (ähnlich wie ein 2-Komponenten-Epoxid), was zu einer chemischen Veränderung führt, die nicht rückgängig gemacht werden kann. Würde man versuchen, einen duroplastischen Kunststoff ein zweites Mal auf eine hohe Temperatur zu erhitzen, würde er verbrennen. Diese Eigenschaft macht duroplastische Materialien zu schlechten Kandidaten für das Recycling.

Warum wird Nylon so häufig verwendet?

Nylon wird aufgrund seiner reibungsarmen Eigenschaften häufig für Zahnräder, Buchsen und Kunststofflager verwendet. Nylon ist nicht der gleitfreudigste Kunststoff auf dem Markt – wir empfehlen in der Regel Acetal, wenn geringe Reibung das einzige Kriterium ist. Aufgrund seiner hohen Leistungsfähigkeit in Bezug auf andere mechanische/chemische/thermische Eigenschaften ist es jedoch eine gute Wahl für Teile, die stark beansprucht werden können.

Nylon ist auch ein unglaublich nützlicher Kunststoff für Anwendungen, die sowohl ein Kunststoffmaterial als auch eine hohe Schmelztemperatur erfordern. Außerdem ist er unglaublich vielseitig. Aufgrund der vielen verschiedenen Varianten in der Produktion und der einstellbaren Materialeigenschaften dieser Varianten, die sich aus den verschiedenen Materialien ergeben, mit denen Nylon kombiniert werden kann, kann es für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Bei Creative Mechanisms haben wir Nylon in verschiedenen Anwendungen in einer Reihe von Branchen eingesetzt. Hier einige Beispiele:

• Konsumgüter (z. B. Spielzeug). Wir haben in der Vergangenheit an einem Roller gearbeitet, der schließlich aus glasgefülltem Nylon geformt wurde.
• Möbelaufschlagpunkte.
• 3D-gedruckte Modelle für Anwendungen mit großer Hitze, wenn ABS keine Option ist (obwohl dies eine Option ist, verwenden wir Nylon-Verbundwerkstoffe in der Regel eher wegen ihrer Festigkeit und weniger wegen ihrer Temperaturleistung beim 3D-Druck).
• Getriebe für Mechanismen.

Was sind die verschiedenen Arten von Nylon?

Obwohl Nylon von Wallace Carothers von Dupont entdeckt und zunächst patentiert wurde, wurde es (als Nylon 6) drei Jahre später (1938) mit einer anderen Methode von dem deutschen Forschungschemiker Paul Schlack hergestellt, der damals bei IG Farben arbeitete. In der heutigen Zeit wird es von einer Vielzahl von Firmen hergestellt, die in der Regel alle ihr eigenes Herstellungsverfahren, ihre eigene Formel und ihren eigenen Handelsnamen haben. Eine vollständige Liste der Materialhersteller können Sie hier einsehen.

Gängige Varianten sind Nylon 6, Nylon 6/6, Nylon 66 und Nylon 6/66. Die Zahlen geben die Anzahl der Kohlenstoffatome zwischen den Säure- und Amingruppen an. Einzelne Ziffern (wie „6“) bedeuten, dass das Material aus einem einzigen Monomer in Kombination mit sich selbst besteht (d. h. das Molekül als Ganzes ist ein Homopolymer). Zwei Ziffern (z. B. „66“) zeigen an, dass das Material aus mehreren Monomeren in Kombination miteinander (Comonomeren) besteht. Der Schrägstrich zeigt an, dass das Material aus verschiedenen Comonomergruppen in Verbindung miteinander besteht (d. h. es ist ein Copolymer).

Wie wird Nylon hergestellt?

Nylon beginnt wie andere Kunststoffe in der Regel mit der Destillation von Kohlenwasserstoffbrennstoffen in leichtere Gruppen, die als „Fraktionen“ bezeichnet werden, von denen einige mit anderen Katalysatoren kombiniert werden, um Kunststoffe herzustellen (gewöhnlich durch Polymerisation oder Polykondensation). Nylon kann auch aus Biomasse hergestellt werden. Aufgrund der Beschaffenheit von Biomasse kann dies zu einem biologisch besser abbaubaren Material führen. Das eigentliche Verfahren zur Herstellung von Nylon lässt sich in zwei Methoden einteilen. Die erste besteht in der Reaktion von Monomeren mit Amingruppen (NH2), die mit Carbonsäure (COOH) reagieren. Die zweite besteht aus der Reaktion von Diamin (einem Molekül mit 2 x NH2-Gruppen) mit Dicarbonsäure (einem Molekül mit 2 x COOH-Gruppen).

Nylon für die Entwicklung von Prototypen auf CNC-Maschinen, 3D-Druckern, & Spritzgussmaschinen

Nylon lässt sich leicht zu Filamenten (nützlich für den 3D-Druck), Fasern (nützlich für Textilien), Folien (nützlich für Verpackungen) und Plattenmaterial (nützlich für den CNC-Maschinenbau) schmelzen. Es ist auch ein leicht spritzgießbares Material. Natürliches Nylon ist in der Regel cremefarben, aber auch in Weiß und Schwarz erhältlich. Nylon kann jedoch in praktisch jeder Farbe eingefärbt werden. Das Material ist in Form von Filamenten für den 3D-Druck erhältlich, wobei es erhitzt und das geschmolzene Filament in die gewünschte 3D-Form gebracht wird.

Wenn unser Unternehmen Prototyp-Teile aus Nylon entwirft, werden diese CNC-gefertigt. Vor einigen Jahren begann unser Unternehmen mit der Herstellung von Prototypen für Kunststoffhaken, die für Bungee-Seilsysteme verwendet werden. Wir beginnen mit einem ABS-FDM-Prototyp, um Größe/Form/Ästhetik/Funktion zu bestätigen. Dann bearbeiten wir den Haken mit einer CNC-Maschine aus Nylon, um die Festigkeit zu testen. Der letzte Schritt ist das Spritzgießen der Produktionsteile.

Beim Spritzgießen wird Nylon manchmal mit einem bestimmten Prozentsatz an Glasfasern gefüllt, um seine Zugfestigkeit zu erhöhen. Der Glasanteil liegt in der Regel zwischen 10 und 40 %. Die Haken, die wir spritzgießen, liegen sogar über 40 %. Die Glasfasern erhöhen zwar die Festigkeit, aber sie haben auch Auswirkungen auf die Art und Weise, wie ein Teil versagt. Ohne Glasfüllung wird sich das Nylon biegen und nachgeben, bevor es bricht. Mit dem Zusatz von Glasfasern (insbesondere bei höheren Anteilen) wird das Versagen zu einem sofortigen Sprödbruch mit minimaler Biegung. Wenn Nylon mit Glasfasern gefüllt ist, wird es z. B. als 30% GF-Nylon bezeichnet. (GF steht für „glass filled“).

Was sind die Nachteile von Nylon?

Obwohl Nylon eine hohe Schmelztemperatur hat, hält es einer offenen Flamme nicht stand. Es ist ein brennbares Material und brennt schnell, wenn es einer offenen Flamme ausgesetzt wird. Dem Nylon können Flammschutzmittel zugesetzt werden, um die Entflammbarkeit zu verbessern. Das Nylon, das für den Verteiler in einem unserer neuen Projekte verwendet wird, hat beispielsweise die höchste Flammschutzklasse (V-0).=

Nylon kann auch durch UV-Strahlung, vor allem durch direktes Sonnenlicht, negativ beeinflusst werden. Aus diesem Grund wird dem Material vor dem Spritzgießen häufig ein UV-Stabilisator zugesetzt.

Alle Daten für unverstärktes Nylon 6. *Im Normzustand (bei 25 °C (77 °F), 100 kPa). ** Source data . *** Source data