Il nylon, o le poliammidi, sono ampiamente utilizzate in molti settori industriali grazie alle loro vantaggiose qualità meccaniche. Tuttavia, ai materiali poliammidici vengono spesso aggiunte sostanze chimiche di irrobustimento per migliorarne ulteriormente le prestazioni nelle applicazioni più impegnative. Queste sostanze sono essenziali per migliorare le qualità meccaniche delle poliammidi, come la forza, la resistenza agli urti e la tenacità. L'obiettivo del COACE è quello di presentare una sintesi completa dei metodi con cui gli agenti tenacizzanti delle poliammidi migliorano le caratteristiche meccaniche dei materiali poliammidici.

Rinforzo a fase dispersa

Il rinforzo in fase dispersa è uno dei principali modi in cui gli agenti tenacizzanti migliorano le caratteristiche meccaniche delle poliammidi. Gli additivi tenacizzanti in gomma o in nanoparticelle sono dispersi nella matrice poliammidica. Come assorbitore di stress, questa fase dispersa rilascia energia e impedisce alle cricche di diffondersi. Formando un percorso contorto per la propagazione delle cricche, le sostanze chimiche tenacizzanti aumentano la tenacità e la resistenza agli urti delle poliammidi e incrementano la capacità del materiale di sopportare carichi meccanici.

I prodotti chimici indurenti hanno la capacità di provocare la deformazione plastica e di favorire la formazione di bande di taglio nei materiali poliammidici. Gli agenti indurenti assorbono energia e subiscono una deformazione plastica in risposta alle sollecitazioni esterne, evitando il collasso catastrofico. Distribuendo le sollecitazioni e bloccando la propagazione delle cricche, la deformazione plastica e i meccanismi di shear banding migliorano la tenacità delle poliammidi e aumentano la resistenza del materiale alla frattura.

Compatibilità di fase e adesione interfacciale

La matrice poliammidica e gli agenti tenacizzanti efficaci presentano una buona compatibilità di fase e una buona adesione interfacciale. Grazie alla loro compatibilità, gli agenti tenacizzanti e la matrice sono in grado di formare un legame forte che facilita l'efficace dissipazione dell'energia e il trasferimento delle sollecitazioni. Impedendo la delaminazione o il debonding tra gli agenti tenacizzanti e la matrice, una maggiore adesione interfacciale migliora le caratteristiche meccaniche delle poliammidi e aumenta la tenacità e la resistenza del materiale.

Assorbimento e smorzamento dell'energia

Le particelle di gomma e gli elastomeri termoplastici, due comuni agenti indurenti, possiedono naturalmente queste qualità. Questi composti, se aggiunti alle poliammidi, assorbono l'energia d'impatto e la rilasciano sotto forma di calore, riducendo la concentrazione delle sollecitazioni e impedendo la diffusione delle crepe. I materiali poliammidici hanno una migliore tenacità e resistenza agli urti grazie ai loro meccanismi di assorbimento e smorzamento dell'energia, che li rendono più adatti alle circostanze di carico dinamico.

Posizionamento e deflessione delle fessure

All'interno dei materiali poliammidici, specifici agenti tenacizzanti, come le fibre o le nanoparticelle, agiscono come agenti di deviazione e di bloccaggio delle cricche. Questi agenti impediscono la propagazione delle cricche bloccando o deviando il percorso delle cricche mentre si muovono attraverso la matrice. Aumentando l'energia necessaria per la propagazione delle cricche, questo meccanismo migliora la tenacità e la resistenza alla frattura delle poliammidi.

Rinforzo e trasferimento del carico

La matrice di poliammide viene rafforzata e il trasferimento del carico all'interno del materiale viene migliorato da agenti tenacizzanti come particelle metalliche o rinforzi in fibra. Disperdendo le sollecitazioni in modo più uniforme, questi composti riducono le tensioni concentrate e localizzate e impediscono la formazione o la diffusione di crepe. Le poliammidi possono sopportare carichi meccanici maggiori grazie alla loro maggiore resistenza, rigidità e tenacità, risultato dei processi di rinforzo e trasferimento del carico.

Modifiche microstrutturali

Il materiale può subire cambiamenti microstrutturali in seguito all'uso di prodotti chimici per la tempra delle poliammidi. Ad esempio, alcuni agenti tenacizzanti favoriscono lo sviluppo di strutture cristalline più omogenee e fini, migliorando le caratteristiche meccaniche delle poliammidi. Il miglioramento della cristallinità e la riduzione della formazione di vuoti sono esempi di alterazioni microstrutturali che portano a un aumento della resistenza, della tenacità e della stabilità dimensionale dei materiali poliammidici.

Effetti sinergici

Talvolta, la combinazione di più agenti tenacizzanti può avere un impatto sinergico che migliora le caratteristiche meccaniche delle poliammidi. Ad esempio, l'uso congiunto di particelle di gomma e nanoparticelle può migliorare la tenacità, la forza e la resistenza agli urti, combinando la capacità della gomma di assorbire energia con le proprietà di rinforzo delle nanoparticelle. L'aumento delle proprietà personalizzate nei materiali poliammidici è reso possibile da effetti sinergici.

In sintesi, le proprietà meccaniche dei materiali poliammidici sono migliorate da agenti indurenti della poliammide attraverso una serie di metodi, come l'assorbimento di energia, il crack pinning, il rinforzo della fase di dispersione, la deformazione plastica, la compatibilità di fase e gli effetti sinergici. La progettazione e la creazione di materiali poliammidici ad alte prestazioni per una varietà di usi, come i settori dei beni di consumo, automobilistico e aerospaziale, è resa possibile dalla comprensione di questi meccanismi. Le prestazioni meccaniche delle poliammidi possono essere notevolmente migliorate con l'aggiunta dei giusti agenti tenacizzanti, soddisfacendo le richieste di applicazioni e condizioni difficili.