Le polyamide est le terme général pour tous les polymères qui contiennent des liaisons amides. Nylon était à l'origine la marque de Dupont pour les polyamides synthétiques PA6 et PA66 développés pour les applications industrielles et grand public. Bien que le nylon soit un sous-ensemble de polyamides, les deux termes ne sont pas entièrement interchangeables. Dans cet article, nous explorerons la relation entre le polyamide et le nylon et offrirons une comparaison détaillée de leurs propriétés et performances clés.
Qu'est-ce que le polyamide?
Le polyamide (PA) est une classe de polymères de poids moléculaire élevé dont les unités répétitives sont liées par des liaisons amide (-co-nh-). Les polyamides peuvent être naturels ou synthétiques. Les polyamides naturels comprennent la laine, la soie, le collagène et la kératine. Les polyamides synthétiques peuvent être classés en trois catégories:
Polyamides aliphatiques (PA6, PA66, PA11, PA12):Un bon ajustement pour l'ingénierie générale. Ils équilibrent la force, la ténacité, la résistance à l'usure et le traitement facile à un coût raisonnable.
Polyamides aromatiques (aramides tels que Kevlar® et Nomex®):Meilleur pour des performances extrêmes. Les para-aramides comme Kevlar® offrent une résistance à la traction exceptionnelle et une résistance aux coupes, tandis que les méta-aramides comme Nomex® sont précieux pour une résistance inhérente à la flamme et une stabilité thermique. Ils sont chers et ne sont pas propices à la fonte, donc les formes de partie et les itinéraires de fabrication sont plus limitées.
Polyamides semi-aromatiques (PPA, PA6T, PA6 / 12T):Ciblé en ingénierie à haute température. Ils gardent la rigidité et les dimensions à des températures élevées et gérent bien de nombreux fluides automobiles. Ils peuvent être transformés par la fonte (injection / extrusion) mais fonctionner à des températures de fusion plus élevées et ont besoin de séchage soigneux. Le coût se situe entre le PAS aliphatique et les aramids.
Ils ont augmenté la cristallinité, une bonne résistance thermique et chimique, et une tendance à l'absorption d'humidité due à la liaison hydrogène entre les chaînes moléculaires - bien que l'étendue de ces propriétés varie considérablement par type. Leurs propriétés mécaniques (résistance à la traction, module élastique, allongement à la pause) sont étroitement liés à la rigidité de la chaîne et à la cristallinité: plus ceux-ci sont élevés, plus le matériau est plus rigide et plus fort, mais aussi plus fragile; Des valeurs plus faibles entraînent des matériaux plus doux et plus durs.
Grades communs de polyamides
Vous trouverez ci-dessous un résumé des niveaux de polyamide synthétiques les plus courants, de leurs propriétés clés et des applications typiques.
Grade
Nom commun
Monomère (s)
Nombre de carbones
Polymérisation
Résistance à la traction (MPA)
Module élastique (GPA)
Température de fusion (° C)
THAD (° C, sec, 1,8 MPa)
Absorption d'humidité (%) à 50% Rh
Résistance chimique
PA6
Nylon 6 (synthétique)
Caprolactam (ε-caprolactam)
6
Polymérisation d'ouverture de la bague
60–75
1.6–2,5
220–225
65–75
2,4–3,2 (~ 9–11% saturé)
Bonne résistance à l'huile / carburant; sensible aux acides / bases forts
PA66
Nylon 6,6
Hexaméthylène diamine + acide adipique
6 + 6
Polymérisation de la condensation
70–85
2,5 à 3,0
255–265
75–85
2,5–3,5 (~ 8–9% saturé)
Semblable à PA6, une résistance au solvant légèrement meilleure
PA11
Polyamide à base de bio
11-aminounounsecanoïque
11
Conondation
50–65
1.2–1.8
185–190
55–65
1,5 à 2,0
Excellente résistance chimique, pulvérisation saline, résistance au carburant
PA12
Polyamide à longue chaîne
Lactam
12
Polymérisation d'ouverture de la bague
45–55
1.6–1.8
178–180
50–60
0,5–1,0
Similaire à PA11; Résistance chimique exceptionnelle
PA46
Polyamide à haute température
Tétraméthylène diamine + acide adipique
4 + 6
Polymérisation de la condensation
80–100
3,0–3,5
~ 295
160–170
2,0–3,0 (plus élevé lorsqu'il est saturé)
Excellente résistance à haut tempête, à l'huile et à l'usure
Kevlar
Para-aramide
p-phénylènediamine + chlorure téréphthaloyl
-
Polymérisation de la condensation
3000-3600
70–130
Pas de fusion; Décompose> 500 ° C
Conserve des propriétés jusqu'à ~ 300 ° C; Décompose> 500 ° C
3–7 (Humiture Regain @ 65% rh)
Résistant à la plupart des produits chimiques; Sensible aux UV
Comment identifier les polyamides
Vous pouvez rapidement filtrer les polyamides avec des tests pratiques simples - prendre un test avec un test de brûlure (ils fondent puis brûler avec une flamme bleue inclinée dans le jaune, dégager une odeur de céleri et laisser une perle noire dure) ou un test d'aiguilles à chaud (ils adoucissent proprement avec la même odeur). Notez que PA6 / PA66 (densité ≈1,13–1,15 g / cm³) dans l'eau, tandis que les grades à longue chaîne comme PA11 / PA12 (≈1,01–1,03 g / cm³) peuvent flotter dans l'eau ou un alcool dilué. Pour un ID de laboratoire définitif, utilisez la spectroscopie FTIR pour détecter l'étirement N - H caractéristique (~ 3300 cm⁻¹) et C = O Stretch (~ 1630 cm⁻¹), et utilisez DSC pour confirmer les points de fusion (PA12 ≈178 ° C, PA6 ≈215 ° C, PA66 ≈260 ° C).
Qu'est-ce que le nylon?
Le nylon est le sous-ensemble le plus célèbre de polyamides synthétiques. Dans la pratique, lorsque les gens disent «polyamide» dans les plastiques ou les textiles, ils font presque toujours référence aux matériaux de type nylon.
Commercial le plus utilisénylons- comme le nylon 6, le nylon 6/6, le nylon 11 et le nylon 12 - sont des polyamides aliphatiques. Leur microstructure semi-cristalline et leur forte liaison à l'hydrogène leur donnent une excellente combinaison de résistance, de ténacité, de résistance à l'usure et d'une bonne résistance à la chaleur et aux produits chimiques pour l'ingénierie générale. Polyvalent et fiable, ils peuvent être traités à travers un large éventail de techniques de fabrication et d'additive conventionnelles, ce qui en fait un aliment de base dans la famille deplastiques d'ingénierie.
Comment identifier le nylon
Dans l'ensemble, les méthodes utilisées pour identifier le nylon et le polyamide - à la fois sur le terrain et dans le laboratoire - sont essentiellement les mêmes. La principale différence est que les classes en nylon nécessitent des critères plus précis pour une distinction précise. En laboratoire, la calorimétrie de balayage différentiel (DSC) est couramment utilisée pour mesurer les points de fusion et les notes spécifiques. Les tests de densité fournissent un moyen rapide de séparer les nylons à longue chaîne (PA11 / PA12) des nylons à chaîne courte (PA6 / PA66). Lorsque une confirmation supplémentaire est nécessaire, des techniques telles que la diffraction des rayons X (XRD) ou l'analyse du débit de fusion (MFR) peuvent être appliquées pour distinguer la série 6 des matériaux de la série 11/12 avec une plus grande précision.
Propriétés communes des polyamides et du nylon
Le «polyamide» et le «nylon» sont souvent utilisés de manière interchangeable, bien que le nylon ne soit qu'un type de polyamide. Cette section détaille leurs propriétés communes.
Composition et structure
Les polyamides sont caractérisés par la répétition des liaisons amide (-co-nh-) dans leur squelette mais peuvent être synthétisées à partir de nombreux monomères. Les polyamides aliphatiques sont construits à partir d'unités à chaîne droite telles que la ε-caprolactame, l'hexaméthylènediamine avec de l'acide adipique, ou l'acide d'aminounoncanoïque, tandis que les aramides aromatiques incorporent des boucs de benzène rigides dans la chaîne. Le choix du monomère et de la méthode de polymérisation déterminent la flexibilité de la chaîne, la cristallinité et la densité de liaison hydrogène - des facteurs qui à leur tour influencent la résistance mécanique, la stabilité thermique et la résistance aux huiles, aux carburants et à de nombreux produits chimiques.
Le nylon est le sous-ensemble de polyamides aliphatiques fabriqués à partir d'un ensemble de monomère étroit. Les niveaux de nylon communs comprennent le PA6, fabriqué à partir de ε-caprolactame, et PA6,6, produit par condensation de l'hexaméthylènelélédiamine avec de l'acide adipique. Leurs segments de chaîne uniformes et leur forte liaison hydrogène créent un réseau semi-cristallin qui offre un mélange équilibré de résistance à la traction, de ténacité, de résistance à l'usure et de résistance à la chaleur modérée.
Point de fusion
Le point de fusion d'un polyamide (y compris du nylon) est décidé par quatre facteurs principaux: structure chimique monomère, degré de cristallinité, densité de liaison à l'hydrogène et flexibilité de la chaîne. En général, des liaisons hydrogène plus nombreuses et régulièrement espacées et une cristallinité plus élevée augmentent la température de fusion; À l'inverse, des segments de chaîne flexibles qui perturbent la formation de cristals abaissent les points de fusion. Par exemple, des polyamides à longue chaîne à faible cristallinité tels que PA11 et PA12 fondent autour de 178–180 ° C, des nylons communs comme PA6 et PA6 / 6 entrent entre environ 215 ° C et 265 ° C, et des polyamides aromatiques rigides tels que le kevlar ne fondent pas sous pression atmosphérique, au lieu de 500 ° C.
Force de traction et ténacité
En général, les nylons offrent une combinaison équilibrée de force et de ténacité, tandis que d'autres polyamides offrent une gamme plus large de réglage des performances. À l'extrémité haute résistance, les aramides aromatiques tels que Kevlar® atteignent des résistances à la traction en fibre jusqu'à environ 3,6 GPa (~ 3600 MPa) et excellent dans l'absorption d'énergie sous un impact balistique. À l'autre extrémité, les polyamides aliphatiques à longue chaîne comme PA11 et PA12 échangent une certaine résistance à la traction (~ 45–60 MPa) pour une ductilité supérieure et une forte résistance à l'impact. Les nylons courants (PA6 et PA6,6) se trouvent carrément au milieu, offrant des résistances à traction sèches d'environ 60 à 85 MPa et une résistance à l'impact équilibré, ce qui en fait un choix populaire pour les pièces moulées à charge et tolérantes à impact.
Se résistance à l'usure
La famille des polyamides dans son ensemble offre une bonne résistance à l'abrasion. Les polyamides aromatiques tels que Kevlar® combinent une dureté et un module de surface très élevés avec une usure exceptionnelle et une résistance coupée. Les nylons courants (PA6 et PA6,6) présentent une dureté moyenne mais un faible coefficient de frottement (≈0,2–0,3), ce qui leur donne une excellente résistance à l'abrasion dans des conditions sèches et lubrifiées. Les polyamides aliphatiques à longue chaîne (PA11 et PA12) ont des segments de chaîne plus doux et plus flexibles, entraînant une résistance à la dureté et à l'usure légèrement plus faible que PA6 / PA6,6; Cependant, leur ténacité élevée leur permet de maintenir d'excellentes performances d'usure dans des applications à faible charge et à fort impact.
Résistance à l'impact
La résistance à l'impact des polyamides dépend en grande partie de la flexibilité de la chaîne, de la température de transition du verre (TG) et de l'absorption d'humidité. Les notes à longue chaîne comme PA11 et PA12 offrent une excellente ténacité même à basse température grâce à leur épine dorsale flexible et leur faible TG. Les nylons courants (PA6 et PA6,6) fournissent une résistance à l'impact équilibré, ce qui est encore amélioré par une absorption d'humidité modérée car l'eau agit comme un plastifiant, abaissant le TG. Les polyamides aromatiques tels que Kevlar®, bien que extrêmement forts en tension, sont plus rigides et moins indulgents sous des impacts transversaux ou à taux de déformation élevés lorsqu'ils sont utilisés sous des formes en vrac ou composites plutôt que comme fibres.
Résistance chimique
La résistance chimique varie considérablement entre les différents polyamides. Les nylons courants (PA6 et PA6 / 6) fournissent de bonnes barrières contre les hydrocarbures légers, les huiles et la plupart des solvants non polaires, mais ils sont sujets à l'hydrolyse ou à la dégradation lorsqu'ils sont exposés à de forts acides, de fortes bases ou des agents oxydants tels que l'acide nitrique, le blanchiment et les solvants chlorés. Les polyamides aliphatiques à longue chaîne (PA11 et PA12) peuvent résister au pétrole, aux carburants, à de nombreux solvants organiques et aux huiles, ce qui en fait un choix préféré pour les conduites de carburant, les composants du réservoir de carburant, les engrenages et les pièces coulissantes.
Les polyamides aromatiques (par exemple, Kevlar, Nomex) sont très résistants à pratiquement tous les solvants et carburants courants. Cependant, des températures élevées, une immersion prolongée ou une usure dynamique peuvent rendre les microvoïdes et le réseau d'hydrogène dans les polyamides plus sensibles à la pénétration chimique, conduisant à une dégradation des performances.
Résistance à l'eau
À 23 ° C et 50% RH, les nylons typiques (PA6 et PA6 / 6) ont un taux d'absorption d'humidité d'environ 2 à 3%, tandis que les polyamides à longue chaîne (PA11 et PA12) n'absorbent qu'environ 0,5 à 1%, et les polyamides aromatiques absorbent encore moins. L'absorption d'humidité plastise légèrement le matériau, augmentant la ténacité et réduisant le risque de fracture fragile. Dans les applications optiques ou de dissimulation, l'hydratation rapproche également l'indice de réfraction du nylon de celle de l'eau, améliorant «l'invisibilité» - le principe derrière les lignes de pêche en nylon.
Cependant, l'absorption de l'humidité peut également provoquer un gonflement dimensionnel, une rigidité et une résistance réduites et, dans certains cas, l'hydrolyse, finalement raccourcir la durée de vie du matériau.
Polyamide et nylon pour l'impression 3D: matériaux et utilisations clés
Le polyamide et le nylon sont d'excellents matériaux d'impression 3D car ils offrent une résistance mécanique exceptionnelle, une stabilité thermique et une résistance chimique. Ces polymères sont également compatibles avec une large gamme de processus de fabrication additifs, recyclables et prennent en charge le post-traitement polyvalent. Il y a quelques-uns des matériaux en nylon et en polyamide d'impression 3D les plus courants et leurs utilisations.
1. PA12
L'un des polyamides les plus courants dans l'impression 3D, le PA12 offre une faible absorption d'humidité (~ 0,5 à 1,0%), une précision dimensionnelle élevée et une excellente résistance aux hydrocarbures aliphatiques (carburants, huiles), de nombreux alcools et alcalis dilués. De plus, il a une meilleure résistance à l'impact et la durée de vie de la fatigue par rapport aux autres poudres en nylon.
PA12 est renforcé avec environ 40% en poids de perles de verre pour améliorer la rigidité, la stabilité dimensionnelle et une finition de surface à texture fine.
Processus:MJF
Meilleur pour:Assaleurs, outils, supports, gabarits et pièces marines.
3. Fibres de verre PA12 (PA12 GF)
Semblable à PA12 Go mais renforcé avec des fibres de verre hachées (~ 35–40% en poids), PA12 GF offre une rigidité et une résistance à la traction beaucoup plus élevées, mais offre généralement une tendance de déformation plus élevée et un comportement de fracture plus fragile.
Processus:SLS
Meilleur pour:Des luminaires porteurs, des boîtiers de qualité grand public et des engrenages élevés.
4. PA6
Le nylon de qualité FDM est considéré comme l'un des matériaux FDM courants les plus forts et les plus résistants à l'impact. Il offre une excellente usure et une résistance à la chaleur, mais son absorption d'humidité plus élevée (~ 2-3%) et le rétrécissement le rendent plus sujet à la déformation par rapport à PA12.
Processus:FDM
Meilleur pour:Engrenages, roulements, pièces structurelles, prototypes fonctionnels; Également facilement usiné pour le post-traitement.
5. PA11
Le PA11 est un nylon bio-basé, offrant une flexibilité supérieure, une résistance à l'impact et une stabilité environnementale.
Processus:MJF
Meilleur pour:Connecteurs, prothèses, conduites de carburant et snap ats.
6. Pa11 Flame ignifuge (FR)
PA11 modifié avec des charges ignifuges à la flamme ajoutée comme le trioxyde de molybdène ou le trihydrate d'alumine pour une utilisation dans des environnements de chaleur élevée ou électronique.
Processus:SLS
Meilleur pour:Pootage d'interrupteur, composants de la pompe et connecteurs électriques.
Conclusion
Le polyamide est le terme parapluie pour tous les polymères avec des liaisons amide, le nylon étant la variante synthétique la plus connue et la plus utilisée. Grâce à leur résistance exceptionnelle, leur flexibilité, leur résistance chimique et leur polyvalence, ces matériaux sont devenus un choix remarquable dans le monde de l'impression 3D. Que vous travailliez avec PA12 pour les boîtiers de précision, PA11 pour les pièces bio-basées sur l'impact ou les variantes renforcées en verre pour les applications structurelles, ces matériaux continuent de débloquer de nouvelles possibilités entre les industries - de l'aérospatiale et de l'automobile à l'électronique médicale et grand public.
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FAQ
Que représente «PA» dans PA6 ou PA12?
«PA» signifie polyamide. Le nombre indique le nombre d'atomes de carbone dans le ou les monomères utilisés - par exemple, PA6 provient de Caprolactam (6 carbones), PA12 de lactame lactame lauryl (12 carbones).
Le polyamide est-il sain à porter?
Oui, le polyamide est généralement considéré comme sûr et sain à porter pour la plupart des gens lorsqu'il est utilisé dans les vêtements et les textiles. Il est largement utilisé dans les vêtements de sport, les sous-vêtements, les bonnets, les maillots de bain et les vêtements d'extérieur en raison de sa nature légère, extensible et durable.
