Nos encontramos con nylon todos los días: se usó por primera vez como un sustituto de seda en telas, y durante la Segunda Guerra Mundial apareció en paracaídas, cables de ventaja e incluso revestimientos de chalecos a prueba de balas. Hoy, Nylon es uno de los más popularesIngeniería de plásticos, gracias a su alta relación de resistencia / peso, resistencia al desgaste de lubricación, estabilidad química y térmica y versatilidad de procesamiento.
¿Qué es el nylon?
El nylon es el nombre comercial de una familia de polímeros sintéticos conocidos como poliamidas, desarrollado por primera vez por DuPont entre 1935 y 1937. Sus cadenas moleculares consisten en repetir los enlaces –NH -Co– (amida), y los enlaces de hidrógeno entre estas cadenas crean una mayor cristalinidad. Esta estructura le da al nylon un alto punto de fusión, una excelente resistencia química y propiedades de insulación eléctrica superiores. Como termoplástico, el nylon se puede girar en fibras, fundir en películas o inyectarse en formas complejas, y se puede modificar con aditivos para lograr una amplia gama de propiedades. En las siguientes secciones, exploraremos varias de las calificaciones de nylon más comunes y cómo sus distintas propiedades se adaptan a diferentes aplicaciones.
Tabla de comparación de calificaciones de nylon
Antes de sumergirse en los detalles, la siguiente tabla ofrece una visión general concisa de las características clave de cada grado de nylon.
Calificación de nylon
Monómero utilizado
Estructura química (unidad de repetición)
- (CH₂) - Cuenta
Resistencia a la tracción (MPA)
Alargamiento en el descanso (%)
Módulo de flexión (GPA)
Resistencia al impacto
Absorción de humedad
Temperatura de fusión. (° C)
Resistencia química
Estabilidad dimensional
PA6
ε-caprolactam
- [NH– (CH₂) ₅ - CO]norte
5
80–90
50–300
~ 2.5
Alto (muy duro)
~ 2.8 (hasta ~ 9 en saturación)
~ 220
Muy bien; atacado por ácidos fuertes/álcalis
Feria (hincha en humedad)
PA6/6
Hexametilendiamina + ácido adipico
- [NH– (CH₂) ₆ - NH - CO– (CH₂) ₄ - CO]norte
6, 4
85–95
20–80
~ 3.0
Moderado (más frágil)
~ 2.5 (hasta ~ 8 en saturación)
255–265
Excelente resistencia de aceites/combustibles; baja permeabilidad a los gases
Feria (hincha en humedad)
PA4/6
1,4-diaminobutano + ácido adipico
- [NH– (CH₂) ₄ - NH - CO– (CH₂) ₄ - CO]norte
4, 4
90–100
~ 50
~ 3.2
Alto (muy duro)
~ 3.8 (más alto que PA6/6)
~ 295
Muy bien; Similar a PA6/6 (resiste los combustibles/aceites)
Fair -Poor (absorbe la mayor humedad)
PA11
Ácido 11-aminoundecanoico
- [NH– (CH₂) ₁₀ - CO]norte
10
50–60
200–300
~ 0.9
Moderado (flexible)
~ 0.25 (hasta ~ 2.5 en la saturación)
~ 188
Excelente; Excelente resistencia de hidrocarburos y químicos
Excelente (hinchazón mínima)
PA12
Laurolactam (o ácido dodecanediudo)
- [NH– (CH₂) ₁₁ - CO]norte
11
50–70
200–300
~ 1.4
Mod -alto (muy dúctil)
~ 0.25 (hasta ~ 1–2 en la saturación)
~ 178
Excelente; muy resistente a combustibles, solventes, clima
Excelente (más estable dimensionalmente)
PA6/10
Hexametilendiamina + ácido sebácico
- [NH– (CH₂) ₆ - NH - CO– (CH₂) ₈ - CO]norte
6, 8
60–70
~ 150
~ 2.1
Alto (duro en frío)
~ 1.5 (bajo)
220–225
Excelente resistencia química y sal
Bueno (absorción de baja humedad)
PA6/12
Hexametilendiamina + ácido dodecanediario
- [NH– (CH₂) ₆ - NH - CO– (CH₂) ₁₀ - CO]norte
6, 10
60–65
~ 200
~ 2.2
Mod -alto (duro)
~ 0.25 (muy bajo)
215–218
Excelente; muy resistente a los combustibles, aceites
Excelente (altamente estable en humedad)
Nota Los valores de tracción y alargamiento son para nylons no reforzados (rangos aproximados). La absorción de humedad se proporciona en un equilibrio por debajo de ~ 50% de humedad relativa (aproximada), con los valores de saturación de agua total más altos para la mayoría de los nylons. La "resistencia al impacto" se refiere al impacto con muescas (Izod/Charpy). Todos los nylon tienen buena resistencia química a los aceites, grasas e hidrocarburos; Las diferencias solo se observan cuando significan.
Los números a nombre de un nylon le informan sobre sus bloques de construcción moleculares. Un número único (por ejemplo, nylon 6, 11 o 12) proviene de la polimerización de apertura de anillo de un lactama o aminoácido, donde ese número es igual a los átomos de carbono en el monómero. Dos números (por ejemplo, nylon 6/6, 6/12, 4/6 o 6/10) se refieren a una reacción de condensación entre una diamina (primer número = su recuento de carbono) y un diácido (segundo número = su recuento de carbono).
La longitud promedio de segmento (n) promedio controla tanto el espacio entre los enlaces de amida como el número de –NH ··· O = C– enlaces de hidrógeno que pueden formarse por unidad de longitud. Una N más grande significa segmentos de metileno más largos, lo que reduce la densidad de enlaces de hidrógeno y generalmente reduce la cristalinidad. Por ejemplo, PA12 (n = 11) tiene el espacio más largo y la cristalinidad más baja, mientras que PA4/6 (n = (4 + 4)/2 = 4) tiene los segmentos más cortos, la densidad de enlaces de hidrógeno más alta y la mayor cristalinidad. Si introduce anillos aromáticos, bloques de copolímeros, rellenos u otros modificadores especializados, estos cambios estructurales pueden alterar la regularidad y la cristalinidad de cambio, por lo que siempre consulte las hojas de datos específicas o los datos de prueba para comprender sus efectos.
Nylon 6 (PA6)
Composiciones químicas de PA6
El nylon 6 (PA6) es una poliamida semi-cristalina producida por la polimerización de apertura de anillo de ε-caprolactam. Una de sus características destacadas es la excelente resistencia al impacto; Puede absorber choques incluso a bajas temperaturas sin fracturarse. PA6 también ofrece alta resistencia a la tracción, propiedades de lubricantes y resistencia a la abrasión sobresaliente. Como resultado, PA6 es la opción para los componentes de ingeniería de uso general que exigen un equilibrio de resistencia, resistencia al desgaste y dureza, como engranajes, bujes de rodamiento y colectores de admisión automotriz. En el sector de la fibra, se usa ampliamente en alfombras, textiles y cable de neumáticos. Con un punto de fusión de alrededor de 220 ° C y más cristalización gradual, PA6 es más fácil de procesar que PA6/6 y nylons de cadena larga como PA11 y PA12, que ofrecen una contracción de moho más baja y acabados más suaves. Esta facilidad de moldeo hace que PA6 sea especialmente adecuado para piezas complejas o de paredes delgadas como asientos de estadio y marcos de armas de fuego.
PA6 tiene la mayor absorción de humedad entre los nylons comunes, por lo que puede no ser ideal para piezas de precisión expuestas a cambios de humedad. Para aplicaciones de tolerancia estricta, se recomienda el sellado o el seco previo al secado.
Nylon 6/6 (PA6,6 o PA 66)
PA66 composiciones químicas
El nylon 6/6 (PA66) fue uno de los nylons originales y es muy similar al nylon 6 en muchos aspectos, pero tiene cadenas de polímeros más cristalinas. Como resultado, ofrece una mayor resistencia a la tracción y rigidez que el nylon 6. También es más difícil y más resistente al desgaste, lo que beneficia a las aplicaciones de alta carga o alta fricción. El punto de fusión de nylon 6/6 es de alrededor de 260 ° C (500 ° F), más grande que el nylon 6, por lo que puede resistir temperaturas de funcionamiento más altas antes de ablandarse y es adecuado para entornos térmicos más exigentes. La compensación es procesabilidad: el nylon 6/6 puede ser más difícil de moldear o extruir, lo que requiere mayores temperaturas de fusión y moho y tendiendo a mostrar una mayor contracción del moho que el nylon 6.
El nylon 6/6 también es ligeramente menos propenso a la absorción de humedad que el nylon 6, pero sigue siendo higroscópico, por lo que la humedad debe considerarse para piezas de tolerancia apretada. Generalmente es menos resistente al impacto que el nylon 6; En otras palabras, el nylon 6 es más adecuado para la resistencia al impacto o la resistencia a la vibración, mientras que el nylon 6/6 se prefiere cuando la mayor resistencia al rendimiento, rigidez y resistencia al calor importan más. En la práctica, el nylon 6/6 a menudo se usa en aplicaciones similares al nylon 6 cuando se necesita un rendimiento adicional, por ejemplo, piezas mecánicas de alta resistencia, engranajes, carcasas y componentes de bajo alojamiento automotrices que ven temperaturas elevadas. También es común en maquinaria industrial, herramientas y componentes eléctricos, donde conserva la resistencia en un amplio rango de temperatura y proporciona buenas propiedades dieléctricas.
Nylon 4/6 (PA4/6)
PA4/6 Composiciones químicas
Como otro nylon alifático de cadena corta, PA4/6 coincide con PA66 en perfil mecánico y térmico. Este polímero tiene una estructura altamente cristalina, más que PA6 o PA66, que se encuentra en la simetría y la longitud corta de la diamina. Como resultado, PA4/6 tiene un punto de fusión más alto y mayor resistencia a la tracción; Entre los nylons alifáticos está efectivamente cerca de la parte superior para el rendimiento mecánico antes de mudarse a familias de polímeros más especializadas. También cristaliza más rápido, lo que permite ciclos de moldeo más cortos y resistencia a la fatiga potencialmente más alta. La dureza de impacto de PA4/6 puede exceder la de PA66 (especialmente en las pruebas con muescas), lo cual es notable dado lo rígido que es.
En el lado negativo, PA4/6 absorbe más humedad que PA66 y es más costoso producir (y comprar). Se podría decir que PA4/6 eleva la barra en el rendimiento de nylon a expensas de la estabilidad y el costo de la humedad.
Nylon 11 (PA11)
PA11 Composiciones químicas
El nylon 11 es una poliamida biológica de cadena larga producida por la autocondensación de ácido 11-aminoundecanoico (del aceite de ricino). Sus largos segmentos de metileno lo hacen mucho menos polar que los nylones de cadena corta como PA6 y PA66, por lo que absorbe muy poca humedad (≈0.2–0.3% en humedad ambiental), permanece dimensionalmente estable y mantiene propiedades eléctricas en entornos húmedos. Mecánicamente es resistente y muy dúctil (alargamiento a menudo 200–300%), y conserva la resistencia al impacto y la fatiga incluso a bajas temperaturas, por lo que en la práctica se comporta más como un plástico de ingeniería flexible que uno rígido.
La otra cara de esa estructura de cadena larga es la menor resistencia/rigidez de la tracción y una menor resistencia al calor (punto de fusión ~ 185–190 ° C; HDT modesto), por lo que PA11 no es ideal para piezas estructurales calientes y muy cargadas, donde se especifica PA66 o PA4/6. PA11 es adecuado para el servicio de fluidos y al aire libre: líneas flexibles de combustible y freno neumático, mangueras/condiciones rápidas, chaquetas de cables, sellos y tubos médicos o industriales. También es un polvo básico para la impresión 3D SLS cuando se requieren piezas resistentes y resistentes al impacto. En comparación con PA12, PA11 ofrece un punto de fusión ligeramente más alto y típicamente mejor envejecimiento UV/aire caliente, mientras que PA12 tiende a ser un toque más suave y más flexible.
Nylon 12 (PA12)
PA12 Composiciones químicas
PA12 es un conocido nylon de "cadena larga", a menudo asociada con nombres comerciales como el vestamid o la grilamida. El nylon 12 es químicamente muy similar al nylon 11 y a menudo se considera intercambiable en muchos usos, pero existen diferencias sutiles. El nylon 12 es completamente petroquímico (típicamente de butadieno), mientras que el nylon 11 es de base biológica a partir de aceite de ricino renovable, lo que puede importar si la sostenibilidad es una preocupación. PA11 generalmente tiene un punto de fusión ligeramente más alto, funciona un poco mejor a temperaturas elevadas y a menudo muestra una mejor resistencia UV. PA12, por otro lado, es ligeramente más flexible (alargamiento ~ 300–400% vs. PA11 ~ 200–300%) y tiene un módulo ligeramente más bajo, por lo que se siente un poco más suave. Para la absorción de humedad y la resistencia química, son prácticamente las mismas, tanto son excelentes.
Vale la pena señalar el costo: PA12 generalmente se encuentra entre los nylons más caros (con PA11 a la par o un poco más alto debido a su materia prima a base de bio). Como tal, PA12 se usa cuando se requieren realmente sus beneficios únicos: no elegiría PA12 donde PA6 sería suficiente, porque PA6 es mucho más barato. En resumen, PA12 ofrece parte de la mejor estabilidad dimensional y resistencia química en la familia de nylon y permanece dúctil incluso en condiciones de congelación, lo que lo hace ideal para mangueras, sellos, conéctenes rápidos, chalecos de cables y otras partes que no deben fallar en entornos húmedos, fríos o químicamente agresivos. Sin embargo, no es tan fuerte o resistente al calor como PA6 o PA66, por lo que es un reemplazo especialista en lugar de universal.
Nylon 6/10 (PA6/10)
PA6/10 Composiciones químicas
Nylon 6/10 (PA610) fue uno de los primeros nylon de "baja humedad" desarrolladas para abordar los problemas de humedad de PA66. Con menos grupos de amida por unidad de longitud, es menos polar y absorbe aproximadamente la mitad (o menos) de la humedad de PA6, lo que ofrece una mejor estabilidad dimensional. También muestra un buen alargamiento como otros nylons de cadena larga y retiene la dureza en el frío, lo que lo hace adecuado para piezas al aire libre o de baja temperatura. En comparación con PA6/PA66, PA610 tiene resistencia y rigidez de tracción ligeramente más bajas; En general, piense en PA610 como un nylon que cambia un poco de resistencia y rigidez para una mejor estabilidad y flexibilidad de la humedad.
Su punto de fusión (~ 220–225 ° C) y la contracción moderada hacen condiciones de moldeo/extrusión cerca de PA6. Químicamente, PA610 es excelente: resiste la mayoría de los aceites y solventes y es notablemente resistente al agrietamiento del estrés ambiental en presencia de sales como el cloruro de zinc (que puede atacar agresivamente PA66). Debido a que parte de su contenido (ácido sebácico) proviene de fuentes renovables, a veces se comercializa como una opción de nylon más sostenible. Los usos clásicos incluyen cerdas y filamentos (por ejemplo, cepillo de dientes y cerdas industriales de cepillo, calificaciones históricamente de "Tynex"), monofilamento (línea de pesca, línea de malezas). En piezas moldeadas, PA610 se utiliza para aislantes/conectores eléctricos, componentes de precisión, elementos de la cremallera y algunos componentes del sistema de combustible automotriz (aunque PA12 y PA11 dominan las líneas de combustible continua). En comparación con PA12, PA610 es más barato y un poco más fuerte, por lo que puede reemplazar PA12 en roles menos exigentes. En resumen, PA610 llena un nicho como un nylon intermedio, que aumenta parte de la resistencia máxima de PA66 para ganar gran parte de la estabilidad de humedad de PA12, a menudo a un costo razonable; Es especialmente útil para entornos o piezas semi hhozas que deben mantener las propiedades en el frío.
Nylon 6/12 (PA6/12)
PA6/12 Composiciones químicas
PA612 (a veces llamado "Nylon 612") es muy similar a PA610: ambos tienen una baja absorción de humedad y una estabilidad dimensional mucho mejor que PA6/PA66, manténgase resistente al aire libre y a bajas temperaturas, y tienen un punto de fusión alrededor de 215–218 ° C, por lo que las condiciones de moldeo/extrusión están cerca de PA6. Ambos son adecuados para conectores de manejo de fluidos, conectores eléctricos de precisión y piezas expuestas a la humedad que deben contener dimensiones estrictas.
La absorción de humedad de equilibrio de PA612 es menor, su permeación de combustible/vapor de agua es menor y su propiedad de propiedad en estado húmedo es menor, pero generalmente cuesta más. Como regla general, elija PA612 para ambientes húmedos donde la estabilidad dimensional y eléctrica a largo plazo sea crítica; Elija PA610 cuando la resistencia extrema a baja temperatura o resistencia al agrietamiento del estrés en ambientes de cloruro de zinc sea más importante y la sensibilidad de los costos es mayor.
Cómo elegir la calificación de nylon adecuada para su proyecto
Cada grado de nylon, desde el nylon 6 y 6,6 hasta el nylon alifático de cadena corta 4,6 y el nylon de cadena larga 6,10, 6,12, 11 y 12, ofrece un equilibrio distinto de propiedades. El nylon 6 y 6,6 son caballos de batalla de uso general con alta resistencia y rigidez, adecuadas para muchas piezas de carga pero sensibles a la humedad. El nylon 4,6 aumenta la resistencia al calor y conserva la alta resistencia para usos de alta temperatura y alto estrés, aunque con mayor absorción y costo de humedad. Moviéndose a cadenas más largas, el nylon 6,10 y 6,12 reducen la absorción de humedad y mejoran la resistencia a costa de un poco de resistencia, excelente para las piezas que necesitan estabilidad en configuraciones húmedas o frías. Finalmente, el nylon 11 y 12 ofrecen entre las mejores humedad y resistencia química y dureza excepcional, lo que hace que ir a opciones para aplicaciones de contactos de fluido, exterior y flexible, aunque sus puntos de fusión más bajos y el precio más alto los limitan a nicho pero roles críticos.
Al seleccionar un nylon para el desarrollo de productos, considere el medio ambiente, las necesidades mecánicas y cualquier factor regulatorio/de sostenibilidad. Por ejemplo:
Alta resistencia y calor en un ambiente seco: elija PA66 o PA46 (Nylon 4,6).
Impacto y facilidad de moldeo: PA6 podría ser lo mejor.
Alta humedad o sumergido en fluidos: un nylon de cadena larga como PA612, PA11 o PA12 evitará la hinchazón y mantendrá propiedades.
Necesidades equilibradas con cierta estabilidad de la humedad pero aún una fuerza decente: considere PA610 o PA612 como compromisos.
Manguera/tubería flexible que contacta a los productos químicos: PA12 o PA11 (permanezca flexible y resista el agrietamiento/absorción).
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