Kreatív mechanizmusok blog

Mi az a nejlon, és mire használják?

A nejlon egy szintetikus, hőre lágyuló, lineáris poliamid (egy nagy molekula, amelynek összetevőit egy bizonyos típusú kötés köti össze), amelyet először 1935-ben állított elő Wallace Carothers amerikai vegyész, aki akkor a DuPont delaware-i kutatóközpontjában dolgozott. Wallace a műszakilag Nylon 66 néven ismert anyagot állította elő (még mindig az egyik legelterjedtebb változat). A szintetikus anyagok iránti kereslet általában, és különösen a nejlon iránt a második világháború alatt nőtt meg, amikor az olyan természetes anyagok, mint a selyem, a gumi és a latex jelentősen szűkülő kínálatban voltak.

A nejlont számos felhasználási területen használják, többek között ruházati cikkek, gumi anyagok, például autógumik megerősítésére, kötélként vagy cérnaként, valamint járművek és gépészeti berendezések számos fröccsöntött alkatrészéhez. Rendkívül erős, viszonylag ellenálló a kopással és a nedvességfelvétellel szemben, hosszú élettartamú, ellenáll a vegyi anyagoknak, rugalmas és könnyen mosható. A nejlont gyakran használják az alacsony szilárdságú fémek helyettesítésére. Erőssége, hőmérséklet-ellenállósága és kémiai kompatibilitása miatt a járművek motortérben található alkatrészekhez választott műanyag.

A nejlon számos adalékanyaggal is kombinálható, így különböző, jelentősen eltérő anyagjellemzőkkel rendelkező változatok állíthatók elő. Íme egy Nylonból és szénből készült kompozit fogaskerék.

A nilont általában a “PA” kémiai jelöléssel jelölik (pl. PA 6 vagy PA 6/66), és leginkább fekete, fehér és természetes színében (törtfehér vagy bézs) kapható. A műszaki alkalmazásokban talán a legelterjedtebb változat a Nylon 6/6. A Nylon 6/6 extrudálható (megolvasztva és egy szerszámon keresztül préselve), és fröccsöntésre és 3D nyomtatásra is alkalmas műanyag. Magas olvadási hőmérséklettel rendelkezik, így kiválóan helyettesíti a fémeket magas hőmérsékletű környezetben (pl. egy jármű motorházteteje alatt). Az anyag hátránya, hogy viszonylag alacsony ütésállósággal rendelkezik (még más műanyagokkal összehasonlítva is; lásd az alábbi táblázatot). Az alábbi diagram a nejlon relatív ütésállóságát mutatja, összehasonlítva más általánosan használt műanyagok, például az ABS, a polisztirol (PS) vagy a polikarbonát (PC) ütésállóságával. Megjegyzendő, hogy a nejlon ütésállósága javítható egy “kondicionálásnak” nevezett eljárással. Emiatt, valamint azért, mert a nejlon könnyen kombinálható más anyagokkal a szilárdság növelése érdekében, fontos, hogy ellenőrizze az Ön által használt konkrét nejlon anyag anyagtulajdonságait.

Image From ptsllc.com

Melyek a Nylon jellemzői?

Most, hogy tudjuk, mire használják, vizsgáljuk meg a Nylon (PA) néhány kulcsfontosságú tulajdonságát. A nejlon egy kondenzációs kopolimer, amely több különböző monomertípusból áll egymással kombinálva. Sokféleképpen előállítható, jellemzően nyersolajból történő desztillációval kezdődően, de biomasszából is előállítható. A nejlon a “hőre lágyuló” (szemben a “hőre keményedő”) anyagokkal, ami arra utal, hogy a műanyag hogyan reagál a hőre. A hőre lágyuló anyagok olvadáspontjuknál válnak folyékonnyá – a nejlon esetében ez a hőmérséklet igen magas, 220 Celsius-fok.

A hőre lágyuló műanyagok egyik hasznos tulajdonsága, hogy jelentős romlás nélkül az olvadáspontjukig melegíthetők, lehűthetők és újra felmelegíthetők. A hőre lágyuló műanyagok, mint például a nejlon, égés helyett elfolyósodnak, ami lehetővé teszi, hogy könnyen fröccsönthetőek legyenek, majd később újrahasznosíthatóak. Ezzel szemben a hőre keményedő műanyagokat csak egyszer lehet felmelegíteni (általában a fröccsöntési folyamat során). Az első melegítés hatására a hőre keményedő anyagok megszilárdulnak (hasonlóan a kétkomponensű epoxihoz), ami olyan kémiai változást eredményez, amelyet nem lehet visszafordítani. Ha egy hőre keményedő műanyagot másodszor is megpróbálnánk magas hőmérsékletre melegíteni, az elégne. Ez a tulajdonsága miatt a hőre keményedő anyagok rossz jelöltek az újrahasznosításra.

Miért használják olyan gyakran a nejlont?

A nejlont gyakran használják fogaskerekekben, perselyekben és műanyag csapágyakban a velejáró alacsony súrlódású tulajdonságai miatt. A nejlon nem a legcsúszósabb műanyag – jellemzően az acetált ajánljuk, ha az alacsony súrlódás az egyetlen szempont. Azonban más mechanikai/kémiai/hőmérsékleti tulajdonságok tekintetében nyújtott magas teljesítménye jó választássá teszi olyan alkatrészekhez, amelyek nagy kopásnak lehetnek kitéve.

A nejlon hihetetlenül hasznos műanyag olyan alkalmazásokban is, amelyekhez egyrészt műanyagra, másrészt magas olvadási hőmérsékletre van szükség. Emellett hihetetlenül változatos is. A nejlon a legkülönbözőbb felhasználási célokhoz igazítható, mivel számos különböző változatot gyártanak belőle, és e változatok anyagtulajdonságai a különböző anyagokkal kombinálható nejlonból adódnak. A Creative Mechanisms-nél számos iparágban számos alkalmazásban használtuk már a nejlont. Néhány példa a következőkre:

• Fogyasztói termékek (pl. játékok). A múltban egy robogón dolgoztunk, amelyet végül üveggel töltött nejlonból öntöttünk.
• Bútorok ütközési pontjai.
• 3D-nyomtatott modellek nagy hőhatású alkalmazásokhoz, amikor az ABS nem opció (bár ez is opció, jellemzően inkább a szilárdságuk és kevésbé a hőmérsékleti teljesítményük miatt használunk nejlon kompozit anyagokat 3D-nyomtatáskor).
• Hajtóművek a mechanizmusok átviteléhez.

Melyek a különböző nejlon típusok?

A nejlont ugyan a Dupont Wallace Carothers fedezte fel és szabadalmaztatta eredetileg, de három évvel később (1938-ban) más módszerrel állította elő (Nylon 6 néven) Paul Schlack német kutató vegyész, aki akkor az IG Farbennél dolgozott. A modern korban számos cég gyártja, jellemzően mindegyiknek saját gyártási eljárása, egyedi formulája és kereskedelmi neve van. Az anyaggyártók teljes listáját itt tekintheti meg.

Az általános változatok közé tartozik a Nylon 6, Nylon 6/6, Nylon 66 és Nylon 6/66. A számok a sav- és amincsoportok közötti szénatomok számát jelzik. Az egyes számjegyek (mint például a “6”) azt jelzik, hogy az anyagot egyetlen monomerrel önmagával kombinálva állították elő (azaz a molekula egésze homopolimer). Két számjegy (mint a “66”) azt jelzi, hogy az anyag több monomerrel kombinálva (komonomerek) jött létre. A kötőjel azt jelzi, hogy az anyag különböző komonomercsoportokból, egymással együttesen áll (azaz kopolimerről van szó).

Hogyan készül a nejlon?

A nejlon, mint a többi műanyag, általában szénhidrogén-üzemanyagok desztillációjával kezdődik, amelynek során könnyebb csoportokat, úgynevezett “frakciókat” képeznek, amelyek közül néhányat más katalizátorokkal kombinálva műanyagot állítanak elő (általában polimerizáció vagy polikondenzáció útján). A nejlon biomasszából is előállítható. A biomassza természete alapján potenciálisan biológiailag jobban lebomló anyagot eredményezhet. A nejlon előállításának tényleges folyamata két módszer egyikébe tartozik. Az elsőben a monomerek amin (NH2) csoportjai karbonsavval (COOH) reagálnak. A második a diamin (2 x NH2 csoportot tartalmazó molekula) és dikarbonsav (2 x COOH csoportot tartalmazó molekula) reakciójából áll.

Nylon prototípusok fejlesztéséhez CNC-gépeken, 3D-nyomtatókon, & fröccsöntőgépeken

A neylon könnyen olvasztható szálakká (hasznos a 3D-nyomtatáshoz), szálakká (hasznos a szövetekhez), fóliákká (hasznos a csomagoláshoz) és lemezanyagokká (hasznos a CNC-gépes gyártáshoz). Emellett könnyen fröccsönthető anyag. A természetes nejlon alapanyag leggyakrabban törtfehér színű, és általában fehér és fekete színben is kapható. A nejlon azonban gyakorlatilag bármilyen színűre festhető. Az anyag könnyen elérhető a 3D nyomtatáshoz szükséges filamentum formájában, ahol felmelegítik, és az olvadt filamentumot a kívánt 3D alakra gyártják.

Amikor cégünk Nylon alkatrészek prototípusát tervezi, azokat CNC megmunkáljuk. Néhány évvel ezelőtt cégünk elkezdte a bungee-zsinórokhoz használható műanyag kampók prototípusának gyártását. Egy ABS FDM prototípussal kezdünk, hogy megerősítsük a méretet/alakot/esztétikát/funkciót. Ezután CNC-gépen megmunkáljuk a kampót nejlonból, hogy teszteljük a szilárdságot. Az utolsó lépés a gyártási alkatrészek fröccsöntése.

A fröccsöntés során a nejlont néha bizonyos százalékban üvegszálakkal töltjük fel a szakítószilárdság növelése érdekében. Az üveg százalékos aránya általában 10% és 40% között van. Az általunk fröccsöntött horgok valójában 40% felett vannak. Az üvegszálak valóban növelik a szilárdságot, de hatással vannak az alkatrész tönkremenetelére is. Üvegszálak nélkül a nejlon elhajlik és meghajlik, mielőtt eltörne. Az üvegszálak hozzáadásával (különösen a magasabb százalékos arányoknál) a meghibásodás azonnali rideg töréssé válik, minimális hajlítással. Ha a nejlon üvegszálas töltettel rendelkezik, akkor azt például 30%-os GF nejlonnak nevezik. (A GF az “üvegszállal töltött” rövidítése).

Melyek a nejlon hátrányai?

Noha a nejlon magas olvadási hőmérsékletű, nyílt lánggal szemben nem áll jól. Gyúlékony anyag, és gyorsan ég, ha és amennyiben nyílt lángnak van kitéve. A nejlonhoz égésgátló anyagokat lehet hozzáadni a gyúlékonyság javítása érdekében. Például az egyik új tervezési projektünkben az elosztóhoz használt nejlon a legmagasabb lángminősítéssel rendelkezik (V-0).=

A nejlonra negatív hatással lehet az UV-expozíció is, elsősorban a közvetlen napfény. Emiatt gyakran UV-stabilizátort adnak az anyaghoz a fröccsöntés előtt.

Az összes adat a nem erősített Nylon 6-ra vonatkozik. *Normálállapotban (25 °C (77 °F), 100 kPa). ** Source data . *** Source data