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¿Qué es el nylon y para qué se utiliza?

El nylon es una poliamida lineal termoplástica sintética (una molécula de gran tamaño cuyos componentes están unidos por un tipo particular de enlace) que fue producida por primera vez en 1935 por el químico estadounidense Wallace Carothers, que entonces trabajaba en las instalaciones de investigación de DuPont en Delaware. Wallace produjo lo que se conoce técnicamente como Nylon 66 (que sigue siendo una de las variantes más comunes). La demanda de materiales sintéticos en general, y de nylon en particular, creció durante la Segunda Guerra Mundial, cuando los artículos naturales como la seda, el caucho y el látex eran mucho más escasos.

El nylon se utiliza para una gran variedad de aplicaciones, incluyendo la ropa, el refuerzo en materiales de goma como los neumáticos de los coches, para su uso como cuerda o hilo, y para muchas piezas moldeadas por inyección para vehículos y equipos mecánicos. Es excepcionalmente fuerte, relativamente resistente a la abrasión y a la absorción de humedad, duradero, resistente a los productos químicos, elástico y fácil de lavar. El nylon se utiliza a menudo como sustituto de los metales de baja resistencia. Es el plástico preferido para los componentes del compartimento del motor de los vehículos debido a su fuerza, resistencia a la temperatura y compatibilidad química.

El nylon también puede combinarse con una gran variedad de aditivos para producir diferentes variantes con propiedades de material significativamente diferentes. A continuación se muestra un engranaje compuesto de nylon y carbono.

El nylon se conoce comúnmente utilizando la designación química «PA» (por ejemplo, PA 6 o PA 6/66) y está más ampliamente disponible en negro, blanco y su color natural (blanco roto o beige). Quizás la variante más común para aplicaciones de ingeniería es el Nylon 6/6. El Nylon 6/6 puede ser extruido (fundido y forzado a través de una matriz) y también es un plástico adecuado tanto para el moldeo por inyección como para la impresión 3D. Tiene una alta temperatura de fusión, lo que lo convierte en un excelente sustituto de los metales en entornos de alta temperatura (por ejemplo, bajo el capó de un vehículo). El inconveniente de este material es que tiene una resistencia al impacto relativamente baja (incluso en comparación con otros plásticos; véase el gráfico siguiente). El siguiente diagrama muestra la resistencia relativa al impacto del nylon en comparación con la de otros plásticos de uso común, como el ABS, el poliestireno (PS) o el policarbonato (PC). Cabe destacar que la resistencia al impacto del Nylon puede mejorarse mediante un proceso llamado «acondicionamiento». Por esta razón, así como por la facilidad con la que el Nylon puede combinarse con otros materiales para mejorar su resistencia, es importante comprobar las propiedades del material específico de Nylon que está utilizando.

Imagen de ptsllc.com

¿Cuáles son las características del Nylon?

Ahora que sabemos para qué se utiliza, examinemos algunas de las propiedades clave del Nylon (PA). El nylon es un copolímero de condensación que se compone de varios tipos de monómeros diferentes combinados entre sí. Puede producirse de varias maneras, normalmente empezando por la destilación del petróleo crudo, pero también puede producirse a partir de la biomasa. El nylon se clasifica como un material «termoplástico» (en contraposición a «termoestable»), lo que hace referencia a la forma en que el plástico responde al calor. Los materiales termoplásticos se vuelven líquidos en su punto de fusión, que en el caso del nailon es de 220 grados centígrados.

Un atributo útil de los termoplásticos es que pueden ser calentados hasta su punto de fusión, enfriados y recalentados de nuevo sin una degradación significativa. En lugar de arder, los termoplásticos como el nylon se licúan, lo que permite moldearlos fácilmente por inyección y reciclarlos posteriormente. En cambio, los plásticos termoestables sólo pueden calentarse una vez (normalmente durante el proceso de moldeo por inyección). El primer calentamiento hace que los materiales termoestables se fijen (de forma similar a un epoxi de dos componentes), lo que provoca un cambio químico que no puede revertirse. Si se intentara calentar un plástico termoestable a una temperatura alta por segunda vez, se quemaría. Esta característica hace que los materiales termoestables sean malos candidatos para el reciclaje.

¿Por qué se utiliza tanto el nylon?

El nylon se utiliza a menudo en engranajes, casquillos y cojinetes de plástico debido a sus propiedades inherentes de baja fricción. El nylon no es el plástico más resbaladizo disponible – normalmente, recomendamos el acetal si la baja fricción es la única consideración. Sin embargo, su alto rendimiento en otras propiedades mecánicas/químicas/térmicas lo convierten en una buena opción para las piezas que podrían sufrir mucho desgaste.

El nailon también es un plástico increíblemente útil para las aplicaciones que requieren tanto un material plástico como una alta temperatura de fusión. También es increíblemente diverso. El nylon puede adaptarse a una gran variedad de usos debido a las numerosas variantes que se producen y a las propiedades de material ajustables de estas variantes resultantes de los diferentes materiales con los que se puede combinar el nylon. En Creative Mechanisms, hemos utilizado el nylon en varias aplicaciones de diversos sectores. Algunos ejemplos son los siguientes:

• Productos de consumo (por ejemplo, juguetes). En el pasado trabajamos en un patinete que finalmente se moldeó en Nylon relleno de vidrio.
• Puntos de impacto en muebles.
• Modelos impresos en 3D para aplicaciones de alta temperatura cuando el ABS no es una opción (aunque es una opción, normalmente utilizamos materiales compuestos de Nylon más por su resistencia y menos por su rendimiento de temperatura al imprimir en 3D).
• Engranajes para transmisiones de mecanismos.

¿Cuáles son los diferentes tipos de Nylon?

Aunque el Nylon fue descubierto y patentado inicialmente por Wallace Carothers de Dupont, fue producido (como Nylon 6) tres años más tarde (en 1938) utilizando una metodología diferente por el químico investigador alemán Paul Schlack, que entonces trabajaba en IG Farben. En la era moderna, es fabricado por un gran número de empresas, cada una de ellas con su propio proceso de producción, fórmula única y nombres comerciales. Puede ver una lista completa de fabricantes de materiales aquí.

Las variantes más comunes son el Nylon 6, el Nylon 6/6, el Nylon 66 y el Nylon 6/66. Los números indican el número de átomos de carbono entre los grupos ácido y amino. Los dígitos simples (como «6») indican que el material está concebido a partir de un único monómero en combinación consigo mismo (es decir, la molécula en su conjunto es un homopolímero). Dos dígitos (como «66») indican que el material está concebido a partir de múltiples monómeros combinados entre sí (comonómeros). La barra oblicua indica que el material está formado por diferentes grupos de comonómeros en combinación entre sí (es decir, es un copolímero).

¿Cómo se fabrica el nylon?

El nylon, al igual que otros plásticos, suele comenzar con la destilación de combustibles de hidrocarburos en grupos más ligeros llamados «fracciones», algunos de los cuales se combinan con otros catalizadores para producir plásticos (normalmente mediante polimerización o policondensación). El nylon también puede producirse a partir de la biomasa. Basado en la naturaleza de la biomasa, puede resultar potencialmente en un material más biodegradable. El proceso actual de producción de nylon se divide en dos metodologías. La primera consiste en la reacción de monómeros con grupos amina (NH2) que reaccionan con ácido carboxílico (COOH). La segunda consiste en la reacción de la diamina (una molécula con 2 x grupos NH2) con el ácido dicarboxílico (una molécula con 2 x grupos COOH).

El nailon para el desarrollo de prototipos en máquinas CNC, impresoras 3D, & máquinas de moldeo por inyección

El nailon puede fundirse fácilmente en filamentos (útiles para la impresión 3D), fibras (útiles para tejidos), películas (útiles para embalajes) y láminas (útiles para la fabricación en máquinas CNC). También es un material fácilmente moldeable por inyección. El nylon natural suele ser de color blanquecino, y también suele estar disponible en blanco y negro. Sin embargo, el nylon puede teñirse en prácticamente cualquier color. El material está fácilmente disponible en forma de filamento para la impresión 3D, donde se calienta y el filamento fundido se fabrica en la forma 3D deseada.

Cuando nuestra empresa diseña prototipos de piezas de Nylon, los mecanizamos por CNC. Hace unos años, nuestra empresa empezó a crear prototipos de ganchos de plástico para usar con cuerdas elásticas. Empezamos con un prototipo de ABS FDM para confirmar el tamaño/forma/estética/función. A continuación, mecanizamos el gancho con CNC en nylon para comprobar su resistencia. El paso final es el moldeo por inyección de las piezas de producción.

Con el moldeo por inyección, el Nylon se rellena a veces con un cierto porcentaje de fibras de vidrio para aumentar su resistencia a la tracción. El porcentaje de vidrio suele estar entre el 10% y el 40%. Los ganchos que estamos moldeando por inyección están realmente por encima del 40%. Las fibras de vidrio aumentan la resistencia, pero también influyen en la forma en que falla la pieza. Sin relleno de vidrio, el nylon se doblará y cederá antes de romperse. Con la adición de las fibras de vidrio (especialmente en los porcentajes más altos), el fallo se convierte en una rotura frágil instantánea con una flexión mínima. Cuando el nylon tiene un relleno de fibra de vidrio, se denomina, por ejemplo, nylon 30% GF. (GF significa «glass filled»).

¿Cuáles son las desventajas del Nylon?

Aunque el Nylon tiene una alta temperatura de fusión, no resiste bien una llama abierta. Es un material inflamable y se quema rápidamente si se expone a una llama abierta. Se pueden añadir retardantes de llama al nylon para mejorar su inflamabilidad. Por ejemplo, el nylon que se utiliza para el colector en uno de nuestros nuevos proyectos de diseño tiene la más alta calificación de llama (V-0).=

El nylon también puede verse afectado negativamente por la exposición a los rayos UV, principalmente por la luz solar directa. Por ello, a menudo se añade un estabilizador de rayos UV al material antes de moldearlo por inyección.

Todos los datos del Nylon 6 no reforzado. *En estado estándar (a 25 °C (77 °F), 100 kPa). ** Source data . *** Source data