Полиамиды (найлоны)

Найлоны — это линейные алифатические полиамиды, получаемые в процессе поликонденсации. Название найлон изначально было просто торговой маркой ПА, но часто его используют в качестве общего родового названия материалов данного класса. Наиболее распространенными являются ПА 6 и ПА 6.6, которые составляют свыше 90 % всего производства данного полимерного материала. Другие полиамиды производятся в небольших количествах для специальных приложений. Полиамиды могут быть получены по реакциям поликонденсации двух типов. ПА 6.6 — пример поликонденсации с двумя дифункциональными мономерами, а именно адипиновой кислотой и гексаметилендиамином (ГМД). Оба мономера имеют по шесть углеродных атомов, что отражено в названии. Этот тип реакции носит название реакция ЛАВВ. Механизм другой реакции (называемой ЛВ) включает поликонденсацию одного дифункционального мономера. Эти полиамиды обычно производятся полимеризацией с открытием цикла циклического лактама. ПА 6 получается полимеризацией капролактама, который содержит шесть атомов углерода. Характеристики наиболее распространенных полиамидов приведены в табл. 1.10.

Коммерческий успех ПА связан с его замечательными свойствами и тем фактом, что это дешевый сырьевой материал. Полиамиды очень поляриы и имеют ак области высокой кристалличности со связанными водородной связью линейными секциями, так и аморфные области, придающие полимеру гибкость. Такая структура дает высокую прочность при растяжении, жесткость, твердость, теплостойкость при изгибе, абразивную стойкость и низкий коэффициент теплового расширения Число атомов углерода между амидными группами существенно влияет на физические и механические свойства. Небольшое число атомов углерода поднимает точку плавления (см. табл. 1.10) и плотность, но также увеличивает поглощение воды. Более высокое число углеродных атомов обеспечивает повышенную гибкость и ударную прочность. Полиамиды обладают очень низким коэффициентом трения, который в присутствии воды ниже, чем у графита. Степень кристалличности в ПА можно регулировать условиями производства. Быстро охлажденный ПА имеет кристалличность 10 %, а при медленном охлаждении можно достичь 50-60 %. ПА устойчив к большинству растворителей и растворим в концентрированной кислоте.

К нежелательным свойствам ПА следует отнести ухудшение механических свойств и потерю окраски в естественных природных условиях (вне помещения). Поэтому в него вводятся стабилизаторы против действия УФ-света. Полиамиды, в особенности те, в состав которых входят короткие алифатические секции, по природе гигроскопичны (ПА 6.6 поглощает 8 % воды). Поглощенная вода действует как пластификатор и отрицательно влияет на свойства полимера, а также вызывает набухание. Как и другие частично кристаллические полимеры, полиамиды со временем стареют и их свойства ухудшаются.

Подобно ПК, полиамиды имеют технологическую температуру, близкую к температуре термодеструкции, что затрудняет их переработку. Деструкция ПА происходит при температуре свыше 300 °С, и она зависит от конкретной марки материала (310 °С у ПА 6.6 и 305 °С у ПА 6). Продукты деструкции ПА 6 состоят, главным образом, из воды, диоксида углерода и циклопентанона, а также включают следы насыщенных углеводородов. ПА 6.6 дает ряд углеводородов, а также циклический мономер, воду, диоксид углерода и аммиак. Свойства двух основных типов ПА представлены в табл. 1.11.

Основное применение полиамидов — это волокна, на которые падает три четверти всего производства этого полимера. Полиамидные волокна преимущественно используются в материалах для автомобильного и домашнего интерьера, поскольку они обладают хорошей износостойкостью и легко подвергаются окраске. Полиамидные волокна также применяются для изготовления одежных тканей, в особенности в чулочном производстве. Кроме того, ПА находит множество применений в машиностроительной промышленности. Относительно высокая стоимость ПА (по сравнению с другими полимерами) ограничивает их использование областями с повышенными требованиями. Сюда входят детали для автомобилей и подшипники, где требуется низкий коэффициент трения.

Отходы ПА могут перерабатываться в определенном количестве до мономера, а твердый ПА, как правило, гранулируется. Основными видами отходов являются волокна, которые преимущественно перерабатываются в ходе химических процессов с высоким выходом мономера.

Многие коммерческие ПА содержат армирующие наполнители, улучшающие их свойства. Основными наполнителями служат стеклянные и углеродные волокна, с помощью которых создаются материалы с исключительными механическими свойствами. Полимерами, подобными ПА, являются ароматические полиамиды (арамиды). Среди них выделяются кевлар и номекс, проявляющие очень хорошие механические свойства и очень высокую теплостойкость.