PA

Poliamid (PA) to grupa polimerów heterołańcuchowych zawierających w głównym łańcuchu makrocząsteczki powtarzające się ugrupowania amidowe –CO–NH–. Do poliamidów należą zarówno materiały włóknotwórcze znane pod nazwą nylon, jak i liczne tworzywa konstrukcyjne stosowane w przemyśle.

Historia i nazewnictwo

Pierwszy syntetyczny poliamid, który odniósł sukces komercyjny, został opracowany w 1935 r. przez Wallace’a Carothersa w laboratorium DuPont, a w 1938 r. wprowadzony do masowej produkcji pod nazwą handlową nylon. Początkowo materiał kojarzono głównie z włóknami, m.in. do pończoch, szczoteczek do zębów, spadochronów i innych zastosowań tekstylnych. W kolejnych latach rozwijano także poliamidy do wytłaczania, wtrysku i produkcji folii.

W oznaczeniach typu PA 6, PA 66 lub PA 610 cyfry odnoszą się do budowy monomerów. Jedna cyfra oznacza poliamid otrzymywany z aminokwasu lub laktamu i wskazuje liczbę atomów węgla w łańcuchu monomeru, np. PA 6 z kaprolaktamu. Dwie cyfry oznaczają poliamid otrzymywany z diaminy i dikwasu; pierwsza odnosi się do diaminy, druga do dikwasu.

Rodzaje

Poliamidy tworzą szeroką rodzinę materiałów, których właściwości zależą od użytych monomerów, struktury łańcucha oraz stopnia krystaliczności. Do najważniejszych odmian przemysłowych należą PA 6 i PA 66, które stanowią dominującą część rynku nylonów. Stosowane są również m.in. PA 11, PA 12 oraz inne odmiany specjalne.

Osobną grupą są aramidy, czyli poliamidy zawierające w łańcuchu głównym ugrupowania aromatyczne. W porównaniu z typowymi poliamidami alifatycznymi wyróżniają się one bardzo wysoką odpornością mechaniczną, termiczną i pożarową, ale są trudniejsze w przetwarzaniu.

Właściwości

• duża wytrzymałość mechaniczna, sztywność i twardość,
• dobra przetwarzalność,
• wysoka odporność na ścieranie i dobre właściwości ślizgowe,
• dobra zdolność tłumienia drgań,
• dobra udarność, także w niskich temperaturach, zwłaszcza w przypadku PA 6,
• dobre właściwości antyfrykcyjne i dielektryczne, przy czym właściwości elektryczne zależą od zawartości wilgoci,
• właściwości silnie zależne od wilgotności, krystaliczności, temperatury i sposobu przygotowania wyrobu,
• możliwość modyfikacji przez napełniacze mineralne, grafit, talk, biel tytanową oraz włókno szklane,
• w odmianach wzmocnionych włóknem szklanym: większa sztywność, stabilność wymiarowa i odporność cieplna.

Poliamidy są materiałami higroskopijnymi. Woda działa w nich jak plastyfikator: może zwiększać ciągliwość i elastyczność, ale zmniejszać sztywność oraz wytrzymałość. Zawartość wilgoci wpływa również na stabilność wymiarową, przetwarzalność, właściwości akustyczne, mechaniczne, chemiczne, elektryczne i optyczne wyrobów.

Przetwórstwo i suszenie

Poliamidy są przetwarzane m.in. metodą formowania wtryskowego i wytłaczania. Ze względu na higroskopijność wymagają kontroli wilgotności granulatu przed przetwórstwem. Nadmierna wilgoć może powodować pęcherze, srebrne smugi, zmiany barwy, kruchość, pogorszenie właściwości mechanicznych, problemy z wypełnieniem formy oraz niestabilność wymiarową wyprasek.

W przypadku tworzyw silnie chłonących wilgoć, takich jak PA, zaleca się suszenie w suszarkach z nadmuchem suchego gorącego powietrza, np. z sitem molekularnym; skuteczne może być również suszenie próżniowe. Parametry suszenia zależą od konkretnego gatunku, zawartości wilgoci, opakowania, warunków magazynowania i geometrii granulatu. Przegrzewanie materiału nie zastępuje suszenia i może prowadzić do degradacji lub utleniania polimeru.

Modyfikacje i materiały specjalne

Właściwości poliamidów można dostosowywać przez modyfikację fizyczną i chemiczną. Powszechne jest wzmacnianie włóknem szklanym, które zwiększa moduł sprężystości, sztywność i stabilność wymiarową. Przykładem nowoczesnych zastosowań są poliamidy wzmocnione włóknem szklanym dla elementów układów chłodzenia pojazdów elektrycznych, gdzie wymagana jest odporność na hydrolizę i długotrwały kontakt z mieszaninami woda–glikol w podwyższonej temperaturze.

Rozwijane są także poliamidy cyrkularne i recyklowane. Przykłady obejmują PA 6 wytwarzany z odpadów tekstylnych oraz kompozyty PA 6 o wysokim udziale surowców cyrkularnych, stosowane m.in. w elementach elektroinstalacyjnych formowanych wtryskowo.

Zastosowanie

• włókna tekstylne, pończochy, odzież, dywany, liny, szczecina i żyłki,
• folie i wyroby wytłaczane,
• kształtki i elementy formowane wtryskowo,
• części maszyn i elementy konstrukcyjne wymagające odporności na ścieranie oraz dobrych właściwości ślizgowych,
• izolacje przewodów elektrycznych i obudowy elektrotechniczne,
• motoryzacja: kolektory ssące, obudowy poduszek powietrznych, pompy, zawory i inne komponenty techniczne,
• opakowania żywności, elementy wyposażenia domu i sprzęt sportowy,
• w przypadku aramidów: kamizelki kuloodporne, odzież ochronna, laminaty i elementy o bardzo wysokiej wytrzymałości względem masy.