Creative Mechanisms Blog

Vad är nylon och vad används det till?

Nylon är en syntetisk termoplastisk linjär polyamid (en stor molekyl vars beståndsdelar är bundna med en viss typ av bindning) som tillverkades för första gången 1935 av den amerikanske kemisten Wallace Carothers, som då arbetade vid DuPonts forskningsanläggning i Delaware. Wallace tillverkade det som tekniskt sett kallas Nylon 66 (fortfarande en av de vanligaste varianterna). Efterfrågan på syntetiska material i allmänhet, och nylon i synnerhet, ökade under andra världskriget då naturmaterial som silke, gummi och latex var betydligt mer sällsynta.

Nylon används för en mängd olika tillämpningar, bl.a. för kläder, som förstärkning i gummimaterial som bildäck, som rep eller tråd och för många formsprutade delar till fordon och mekanisk utrustning. Det är exceptionellt starkt, relativt motståndskraftigt mot nötning och fuktupptagningsförmåga, långvarigt, motståndskraftigt mot kemikalier, elastiskt och lätt att tvätta. Nylon används ofta som ersättning för metaller med låg hållfasthet. Det är den plast som väljs för komponenter i motorrummet i fordon på grund av dess styrka, temperaturbeständighet och kemiska kompatibilitet.

Nylon kan också kombineras med ett stort antal tillsatser för att framställa olika varianter med betydligt olika materialegenskaper. Här är en titt på en kompositväxel tillverkad av både nylon och kol.

Nylon benämns vanligen med den kemiska beteckningen ”PA” (t.ex. PA 6 eller PA 6/66) och finns i de flesta fall i svart, vitt och i sin naturliga färg (off-white eller beige). Den kanske vanligaste varianten för tekniska tillämpningar är Nylon 6/6. Nylon 6/6 kan extruderas (smält och tvingas genom en form) och är också en lämplig plast för både formsprutning och 3D-utskrift. Den har en hög smälttemperatur, vilket gör den till ett utmärkt substitut för metaller i högtemperaturmiljöer (t.ex. under motorhuven på ett fordon). Materialets nackdel är att det har en relativt låg slaghållfasthet (även jämfört med andra plaster, se diagrammet nedan). Följande diagram visar den relativa slagstyrkan hos nylon jämfört med slagstyrkan hos andra vanliga plaster som ABS, polystyren (PS) eller polykarbonat (PC). Det är värt att notera att slagstyrkan hos nylon kan förbättras genom en process som kallas ”konditionering”. Av denna anledning, liksom av den lätthet med vilken Nylon kan kombineras med andra material för att öka dess styrka, är det viktigt att kontrollera materialegenskaperna för det specifika Nylonmaterial som du använder.

Bild från ptsllc.com

Vad är egenskaperna hos Nylon?

Nu när vi vet vad det används till ska vi undersöka några av de viktigaste egenskaperna hos Nylon (PA). Nylon är en kondensationssampolymer som består av flera olika monomertyper i kombination med varandra. Den kan framställas på olika sätt, vanligtvis börjar den med destillation från råolja, men den kan också framställas från biomassa. Nylon klassificeras som ett ”termoplastiskt” (i motsats till ”härdplast”) material, vilket hänvisar till hur plasten reagerar på värme. Termoplastiska material blir flytande vid sin smältpunkt – en mycket hög temperatur på 220 grader Celsius när det gäller nylon.

En användbar egenskap hos termoplaster är att de kan värmas upp till smältpunkten, kylas och värmas upp igen utan att försämras nämnvärt. I stället för att brinna blir termoplaster som nylon flytande, vilket gör att de lätt kan formsprutas och sedan återvinnas. Däremot kan härdplaster endast upphettas en gång (vanligtvis under formsprutningsprocessen). Den första uppvärmningen gör att härdade material stelnar (liknande en 2-komponents epoxi), vilket resulterar i en kemisk förändring som inte kan återställas. Om man försökte värma en härdplast till en hög temperatur en andra gång skulle den brinna. Denna egenskap gör att härdplastmaterial är dåliga kandidater för återvinning.

Varför används nylon så ofta?

Nylon används ofta i kugghjul, bussningar och plastlager på grund av dess inneboende lågfriktionsegenskaper. Nylon är inte den mest hala plasten som finns tillgänglig – vanligtvis rekommenderar vi acetal om låg friktion är det enda som är viktigt. Dess höga prestanda när det gäller andra mekaniska/kemiska/termiska egenskaper gör den dock till ett bra val för delar som kan utsättas för mycket slitage.

Nylon är också en otroligt användbar plast för tillämpningar som kräver både ett plastmaterial och en hög smälttemperatur. Den är också otroligt mångsidig. Nylon kan anpassas till en mängd olika användningsområden på grund av de många olika varianter som tillverkas och de justerbara materialegenskaperna hos dessa varianter som är resultatet av de olika material som Nylon kan kombineras med. På Creative Mechanisms har vi använt Nylon i flera tillämpningar inom en rad olika branscher. Några exempel är följande:

• Konsumentprodukter (t.ex. leksaker). Vi arbetade tidigare med en skoter som så småningom formades i glasfylld nylon.
• Möbler med nedslagspunkter.
• 3D-utskrivna modeller för tillämpningar med hög värme när ABS inte är ett alternativ (även om detta är ett alternativ använder vi vanligtvis nylonkompositmaterial mer för deras styrka och mindre för deras temperaturprestanda när vi 3D-utskriver).
• Kugghjul för mekaniköverföringar.

Vad är de olika typerna av nylon?

Och även om nylon upptäcktes och ursprungligen patenterades av Duponts Wallace Carothers, så tillverkades det (som Nylon 6) tre år senare (1938) med hjälp av en annan metodik av den tyske forskningskemisten Paul Schlack, som då arbetade på IG Farben. I modern tid tillverkas den av ett stort antal företag, som alla har sin egen produktionsprocess, sin unika formel och sina egna handelsnamn. Du kan se en fullständig lista över materialtillverkare här.

De vanligaste varianterna är Nylon 6, Nylon 6/6, Nylon 66 och Nylon 6/66. Siffrorna anger antalet kolatomer mellan syra- och amingrupperna. Enstaka siffror (som ”6”) anger att materialet är framtaget av en enda monomer i kombination med sig själv (dvs. molekylen som helhet är en homopolymer). Två siffror (t.ex. ”66”) anger att materialet är framställt av flera monomerer i kombination med varandra (comonomerer). Snedstrecket anger att materialet består av olika komonomergrupper i kombination med varandra (dvs. det är en sampolymer).

Hur tillverkas nylon?

Nylon, liksom andra plaster, börjar vanligtvis med destillation av kolvätebränslen till lättare grupper som kallas ”fraktioner”, varav en del kombineras med andra katalysatorer för att framställa plaster (vanligen via polymerisering eller polykondensering). Nylon kan också framställas av biomassa. Baserat på biomassans natur kan det potentiellt resultera i ett mer biologiskt nedbrytbart material. Själva processen för nylontillverkning faller in i en av två metoder. Den första innebär att monomerer med amingrupper (NH2) reagerar med karboxylsyra (COOH). Den andra består av reaktionen av diamin (en molekyl med 2 x NH2-grupper) med dikarboxylsyra (en molekyl med 2 x COOH-grupper).

Nylon för utveckling av prototyper på CNC-maskiner, 3D-skrivare, & formsprutmaskiner

Nylon kan lätt smältas till filament (användbart för 3D-utskrift), fibrer (användbara för tyger), filmer (användbara för förpackningar) och plåtmaterial (användbart för tillverkning med CNC-maskiner). Det är också ett lätt formsprutningsbart material. Naturligt nylonmaterial har oftast en off-white färg, och det finns också ofta i vitt och svart. Nylon kan dock färgas i praktiskt taget vilken färg som helst. Materialet är lätt tillgängligt i filamentform för 3D-utskrift där det värms upp och det smälta filamentet tillverkas i önskad 3D-form.

När vårt företag utformar prototyper av nylondelar, CNC-maskinerar vi dem. För några år sedan började vårt företag ta fram prototyper av plastkrokar för användning med bungee-snören. Vi börjar med en ABS FDM-prototyp för att bekräfta storlek/form/estetik/funktion. Sedan CNC-maskinerar vi kroken i nylon för att testa hållfastheten. Det sista steget är formsprutning av produktionsdelarna.

Vid formsprutning fylls Nylon ibland med en viss procentandel glasfibrer för att öka draghållfastheten. Procentandelen glas är vanligtvis mellan 10 och 40 %. De krokar som vi formsprutar är faktiskt över 40 %. Glasfibrerna ökar visserligen styrkan, men de påverkar också hur en del misslyckas. Utan glasfyllning kommer nylon att böjas och ge efter innan det går sönder. Med tillsats av glasfibrer (särskilt vid högre procentandelar) blir felet ett ögonblickligt sprött brott med minimal böjning. När nylon har en glasfiberfyllning kallas det till exempel 30 % GF Nylon. (GF står för ”glasfylld”).

Vad är nackdelarna med nylon?

Trots att nylon har en hög smälttemperatur klarar det sig inte så bra i öppen eld. Det är ett brännbart material och brinner snabbt när och om det utsätts för en öppen låga. Flamskyddsmedel kan tillsättas till nylonet för att förbättra brännbarheten. Till exempel har den nylon som används för grenröret i ett av våra nya designprojekt den högsta flamskyddsklassificeringen (V-0).=

Nylon kan också påverkas negativt av UV-exponering, främst från direkt solljus. På grund av detta tillsätts ofta en UV-stabilisator till materialet innan det formsprutas.

Alla data för oförstärkt nylon 6. *I standardtillstånd (vid 25 °C (77 °F), 100 kPa). ** Source data . *** Source data