Мастерство нейлона: свойства, применения и преимущества в инженерии

Нейлоны — семейство прочных инженерных пластиков. Нейлоны — низкотриботехнические пластики, что делает их идеальными для замены металлических компонентов вроде подшипников или втулок. Кроме того, нейлоны создают меньше операционного шума и износа на сопряженных деталях, часто позволяя полностью убрать внешнюю смазку из применения компонента.

Нейлоны — термопластики (в отличие от термореактивных), или синтетические полимеры, которые экстремально обрабатываемы при нагревании до высоких температур, но твердо застывают при охлаждении. Многие нейлоны имеют как аморфные, так и кристаллические микроструктуры при охлаждении, давая материалу эластичность так же как жесткость и стержень.

Универсальный класс материалов, нейлоны также могут быть комбинированы с рядом добавок для создания специфических материальных и химических свойств, что привело к их широкому использованию в коммерческих применениях, от ткани до автомобильной и электрической формовки. Эта универсальность также расширяется на производство, так как нейлоны совместимы с обоими аддитивными и традиционными производственными методами.

Как делается нейлон?

Похоже на другие пластики, нейлоны создаются путем дистилляции углеводородных топлив, которые затем вводятся к катализаторам, производящим пластиковые полимеры. Нейлоны обычно создаются в одном из двух процессов: полимеризация и поликонденсация.

Полимеризация создает нейлоновый материал путем реакции аминовых мономеров (групп молекул NH2) с карбоксиловой кислотой (COOH), в то время как поликонденсация включает реакцию диамина (молекул с двумя группами NH2) с дикарбоксиловой кислотой (которая имеет две группы COOH).

Нейлоны, созданные через поликонденсацию, склонны быть более биоразлагаемыми, чем те, сделанные из аддитивных полимеров. Нейлоны также могут быть созданы из биомассы, что также может способствовать увеличению материальной биоразлагаемости.

Свойства и механические спецификации

Полукристаллическая микроструктура нейлоновых материалов обеспечивает и жесткость, и прочность, в дополнение к хорошей химической устойчивости. Нейлоны также устоивы к теплу и поэтому идеальны для применений, включающих трение. Как термопластики, нейлоны также могут быть повторно нагрет, сформированы и охлаждены множество раз.

Важно отметить, что нейлон поглощает влагу из своего окружения, что может негативно влиять на размерную стабильность компонента. Нейлоны, имеющие большую ударную устойчивость и гибкость, также склонны поглощать больше влаги, хотя это зависит от кристалличности материала, толщины детали и температуры окружения компонента.

Нейлоны также могут быть предкондиционированы для помощи в смягчении эффектов поглощения влаги. Кроме того, стоит отметить, что нейлон не изначально устоен к УФ-свету, хотя стабилизаторы могут быть включены в материал для снижения повреждений.

Химические и физические характеристики материала будут, конечно, варьироваться в зависимости от конкретного типа нейлона, но вот некоторые из ключевых механических спецификаций для неармированного Нейлона 6:

• Удельный вес: 1,13
• Поглощение воды: 1,900%, 24 ч @ 73,4°F (23°C)
• Типичная усадка формовки: 1,3%
• Предел прочности на разрыв: 76 МПа
• Модуль упругости на растяжение: 2758 МПа
• Предел прочности на изгиб: 110 МПа
• Модуль упругости на изгиб: 2965 МПа
• Твердость: 116, Rockwell R
• Ударная вязкость с надрезом: 5,0 кДж/м²
• Температура плавления: 428°F (220°C)
• Температура отхождения @ 1820 кПа (264 psi): 160°F (71°C)
• Температура отхождения @ 455 кПа (66 psi): 340 °F (171°C)

Распространенные типы нейлона

Нейлоны идентифицируются по номеру — такому как 6 или 66 — который относится к числу атомов углерода между аминовой и кислотной группами, а также как полимер был создан. Нейлон 6, например, создается полностью из единственного мономера, в то время как Нейлон 66 создается из комбинаций разных мономеров (называемых комономерами). Нейлоны также могут быть усилены добавками вроде стекла или комбинированы с другими инженерными пластиками для увеличенной производительности и материальных характеристик.

Три самых распространенных типа нейлона — Нейлон 6, Нейлон 66 и PA 12. Нити Нейлона 6 — высокоэластичные волокна, часто используемые в текстиле и высокопрочных промышленных применениях, включая одежду, веревки и промышленные шнуры. Эти волокна имеют гладкую, стеклянную поверхность, предлагающую выдающуюся абразивную устойчивость. Нейлон 6 обычно дает более надежные конечные размеры детали.

Нейлон 66 — более кристаллический материал, чем Нейлон 6, и поэтому обеспечивает большую жесткость, модуль упругости на растяжение и модуль упругости на изгиб. Это делает его идеальным материалом для применений, требующих прочности, жесткости и химической устойчивости, таких как ковры, подушки безопасности и багаж. Пока более обрабатываемый материал, чем Нейлон 6, Нейлон 66 имеет более высокую температуру плавления, что делает его более восприимчивым к усадке формовки. Нейлон 66 часто используется в литье под давлением.

PA 12 (также известный как Нейлон 12) — хороший универсальный пластик с широкими аддитивными применениями и известный своей вязкостью, предельной прочностью на разрыв, ударной прочностью и способностью гибнуться без фрактуры. PA 12 давно использовался литейщиками под давлением из-за этих механических свойств. И недавно PA 12 был принят как распространенный материал в аддитивных производственных процессах для создания функциональных деталей и прототипов.

Почему нейлон?

Нейлон высоко ценится за его комбинацию естественных низкотриботехнических свойств и сильных механических, химических и термических свойств. Это универсальный и высокопроизводительный семейство материалов, хорошо подходящий для применений, получающих много износа и порчи, таких как компоненты топливных систем, коллекторы, кронштейны, шестерни и другие применения, требующие пластиковых материалов с высокими температурами плавления. Нейлоны также могут быть комбинированы с добавками и стабилизаторами, что позволяет большую степень специфичности и контроля при оптимизации материальных свойств различных компонентов.

Более того, поскольку нейлоны могут быть сформированы в филаменты, волокна, пленки, листы и также могут использоваться в конъюнкции с рядом производственных процессов — включая литье под давлением, ЧПУ-обработку и 3D-печать — эти материалы часто используются для прототипирования целей.

Популярные применения

Нейлон широко используется по многим рыночным секторам. Текстиль и ковры часто включают нейлоновые нити, и FDA-соответствующая нейлоновая пленка часто используется в пищевой упаковке, потому что она обеспечивает долговечность, низкую газопроницаемость и термоустойчивость.

Нейлоновые детали часто заменяют алюминиевые компоненты в двигателях, так как они и менее дорогие (кроме затрат на оснастку) и легче. Нейлон предлагает хорошую электрическую изоляцию и коррозионную устойчивость, что — особенно в паре с естественной вязкостью нейлона — делает его полезным материалом для электрических применений вроде стяжек, изоляторов и корпусов переключателей.

Начало работы с нейлоном

Нейлоны — универсальное семейство термопластичных материалов, предоставляющих уникальную комбинацию трения устойчивости, химической и термической устойчивости, прочности и гибкости. Эти свойства сделали нейлон популярным выбором для применений через широкий спектр отраслей. Однако, пока нейлоны делят некоторые характеристики, они невероятно модифицируемые материалы, поэтому существенно, что продуктовые команды знают точные материальные свойства, нужные для данной детали. Надежный производственный партнер может помочь упростить этот процесс.

Fast Radius — по-запрос цифровой производитель, предлагающий оба традиционных и аддитивных производственных услуг, и наш опыт работы с широкой широтой материалов — включая нейлоны — делает нас производственным партнером выбора для продуктовых команд везде.

Наша команда преданных инженеров и дизайнеров предоставляет непрерывную поддержку на каждом этапе производственного жизненного цикла, гарантируя, что клиенты получают превосходное качество деталей по конкурентоспособным ценам, доставленных вовремя, каждый раз. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать, как мы можем помочь сделать ваше видение реальностью.

Вы можете посетить наш сайт, чтобы узнать больше об услугах, которые мы предлагаем. Ресурсный центр Fast Radius также предоставляет инсайт на все — от того, как цифровое производство меняет глобальную поставку, до других особенностей на разных материалах, с которыми мы работаем.

Готовы изготовить свои детали с Fast Radius?

Начните расчет стоимости