01 Giustificazione della tempra del nylon
Il nylon, noto anche con il nome tecnico di poliammide, è un polimero molto diffuso che può essere utilizzato per creare tessuti o materie plastiche artificiali.
Sono passati oltre 80 anni da quando il Dr. Carothers di DuPont ha sviluppato il nylon, utilizzato per la prima volta nel 1935. A partire dai primi nylon 6 e 66, si è sviluppata un'enorme famiglia che comprende nylon alifatici, semiaromatici e aromatici, con un minimo di 20 specie in tutto. Questo valore A è in continua crescita, poiché vengono sintetizzati continuamente nuovi monomeri di nylon.
Il nylon 6 e 66 sono i più utilizzati tra i vari membri della famiglia del nylon. Le cause sono la semplicità, l'economicità, la facilità d'uso e l'economicità.
Vantaggi del nylon
Il nylon 6 e 66, i tecnopolimeri più utilizzati, offrono una serie di vantaggi, tra cui:
Elevata tenacità meccanica
semplice da elaborare
eccellente resistenza al calore
durevole
in grado di resistere ai reagenti chimici
autolubrificante
eccellente resistenza alla fiamma
Assenza di nylon
Nonostante le eccellenti prestazioni del nylon, ci sono due svantaggi significativi:
significativo assorbimento di acqua
scarsa resistenza alle basse temperature
Il nylon è tristemente noto nel settore per la sua inadeguata resistenza alle basse temperature: a meno 20-30 gradi è fragile come il vetro.
DuPont ha creato un composto indurente per aumentare la resistenza del nylon alle basse temperature e ridurre l'assorbimento d'acqua, al fine di risolvere l'inconveniente della scarsa resistenza del nylon alle basse temperature.
02 Quali sono gli agenti indurenti del nylon?
valutazione del concetto
Molti termini simili, tra cui tenacizzatori, modificatori d'impatto, agenti resistenti al freddo e compatibilizzanti, vengono fraintesi quando si parla di tenacizzatori di nylon.
Perché il nylon diventa fragile con il freddo? Solo perché è troppo impegnativo. In teoria, il problema può essere risolto combinando il nylon con alcuni materiali morbidi (la morbidezza e la durezza in questo contesto possono essere rappresentate dalla resistenza allo snervamento del materiale), cioè combinando il nylon con un materiale polimerico la cui resistenza allo snervamento è inferiore a quella del nylon.
Tougheners, modificatori d'impatto e composti resistenti al freddo sono tutti nomi utilizzati per descrivere la tempra del nylon, anche se i compatibilizzanti sono fondamentalmente distinti da loro in termini di struttura e funzione (saranno descritti in dettaglio più avanti).
Quali sostanze sono adatte all'uso come indurenti?
La tenacità del nylon può essere aumentata a condizione che il carico di snervamento sia inferiore a quello del nylon, anche se si presume che debbano essere in qualche modo compatibili. Quindi, in varia misura, gomma, polietilene, polipropilene, elastomeri termoplastici, plastificanti e persino acqua possono aumentare la tenacità del nylon a bassa temperatura.
La gomma e gli elastomeri termoplastici sono oggi i due materiali più utilizzati nell'industria per irrobustire il nylon. Ma ora il problema si ripresenta. Queste due sostanze sono del tutto incompatibili tra loro, poiché sono costituite per lo più da atomi non polari di carbonio e idrogeno, mentre il nylon è una sostanza fortemente polare.
Come si fa? Semplice: basta rendere più polare il tenace non polare e il gioco è fatto. Per modificare la gomma e gli elastomeri termoplastici tradizionalmente si utilizzano monomeri polari come l'anidride maleica (MAH), il glicidilmetacrilato (GMA), l'acido itaconico (ITA), ecc. Il monomero utilizzato da DuPont e quello più frequentemente impiegato è il MAH.
Quali sono i tenaci più utilizzati?
Il copolimero etilene-ottene innestato con anidride maleica (POE-g-MAH) e la gomma etilene-propilene-diene (EPDM-g-MAH) sono oggi i due tenacizzanti per nylon più utilizzati.
POE-g-MAH
L'azienda statunitense DOW Chemical Company ha creato il POE, noto anche come copolimero etilene-1-ottene, un elastomero poliolefinico dalle prestazioni eccezionali. Presenta una ramificazione omogenea a catena corta nella catena principale e un intervallo di peso molecolare limitato.
Il POE ha un'eccellente resistenza all'invecchiamento, una forte resistenza all'ozono, una buona resistenza ai solventi e un'elevata resistenza allo strappo.
EPDM-g-MAH
Il copolimero noto come EPDM, conosciuto anche con il nome tecnico di gomma EPDM, è composto da etilene, propilene e una traccia di diene non coniugato. I doppi legami insaturi sono presenti nella catena laterale, mentre i doppi legami saturi costituiscono la catena principale. Sebbene abbia un'eccezionale resistenza agli agenti atmosferici e all'invecchiamento, non è paragonabile al POE con segmenti completamente saturi in termini di resistenza.
Dato che i materiali in nylon hanno una resistenza allo snervamento sostanzialmente superiore a quella del POE e dell'EPDM, ciò può aumentare notevolmente la tenacità del nylon alle basse temperature. La loro polarità aumenta con l'alterazione dell'innesto MAH, migliorando la compatibilità con il nylon.
03 Nylon di rinforzo
Il principio di tempra del nylon
Il doppio legame C=C e l'anidride acida sono i due gruppi importanti della molecola MAH. Questi due gruppi lavorano insieme per raggiungere l'obiettivo di aumentare la tenacità del nylon, pur svolgendo i loro compiti individuali nel processo di tempra.
Discutiamo innanzitutto la funzione del doppio legame C=C. La catena principale inerte della gomma o dell'elastomero deve prima essere attivata con un iniziatore di radicali liberi per creare un sito attivo di radicali liberi sulla catena principale. Ciò consente di rompere il doppio legame C=C e di attaccare i rami innestati alla catena principale del tenace.
Parliamo poi del gruppo anidride. Nel MAH è presente un gruppo anidride che è stato innestato sull'agente indurente. Quando il nylon e l'agente indurente vengono combinati, l'anidride reagisce con il gruppo amminico per creare un complesso che contiene sia il nylon che i segmenti dell'agente indurente. Questo particolare tipo di copolimero d'innesto viene definito "compatibilizzante", poiché svolge una funzione completamente diversa da quella del tenacizzante e ha una struttura completamente diversa. Il processo può essere illustrato in termini di reazioni chimiche utilizzando il seguente diagramma.
I compatibilizzanti sono essenziali per rendere il nylon più resistente. Funziona come tensioattivo nelle miscele di nylon e indurente perché comprende segmenti di entrambi i materiali e ha un'attrazione sia per il nylon che per l'indurente. Pertanto, si disperderà uniformemente nel materiale di nylon dopo essersi distribuito preferenzialmente nel punto in cui i due componenti del nylon e dell'agente indurente si incontrano.
La dimensione delle particelle sparse dell'agente indurente nel nylon determina il grado di tempra del nylon a basse temperature. La dimensione delle particelle di agente tenacizzante diminuisce con l'aumentare della concentrazione di compatibilizzante. Le particelle di agente indurente hanno in genere dimensioni di 200-500 nanometri quando il nylon è stato temprato al livello super-duro.
Processo di tempra del nylon
La fusione in un estrusore bivite è la tecnica più utilizzata per combinare il nylon con un agente indurente. L'agente indurente e il nylon interagiscono chimicamente durante il processo di miscelazione per creare un compatibilizzante. L'originale espansione Bit è un altro nome per questa procedura.
Quando si mescola il nylon 6 con un agente indurente in un estrusore, la temperatura è tipicamente compresa tra 220°C e 250°C e la velocità della vite serve a controllare la durata del processo. Quando il tempo è troppo breve, la scarsa tenacità del nylon deriva da una concentrazione insufficiente di compatibilizzante; se si lascia passare del tempo, si può creare una quantità sufficiente di compatibilizzante, ma il nylon si degrada in misura maggiore.
04 Sintesi
La tempra è uno dei metodi più diffusi per modificare il nylon, poiché il nylon puro ha una tenacità relativamente bassa a basse temperature. Il POE-g-MAH e l'EPDM-g-MAH sono gli agenti di tempra del nylon più utilizzati per la loro efficacia di tempra e per la loro praticità d'uso. Durante il processo di miscelazione, il nylon e l'agente indurente producono un compatibilizzante in situ sfruttando la reattività del gruppo MAH sul segmento di catena dell'agente indurente. Il livello di tempra del nylon dipende dal contenuto di compatibilizzante ed è legato alla procedura di tempra. close.
Quando il nylon viene combinato con un agente indurente, l'assorbimento dell'acqua e la tenacità a bassa temperatura del materiale possono essere notevolmente migliorati, ma la resistenza alla trazione diminuisce drasticamente. L'obiettivo della ricerca sulla tempra del nylon è sempre stato quello di raggiungere un equilibrio tra resistenza e tenacità, in modo che, mentre la tenacità del nylon aumenta, la sua resistenza alla trazione rimanga la stessa o diminuisca leggermente.
