ساخت انواع قطعات صنایع نفت و گاز و پتروشیمی

پلی آمید (Polyamide – PA)

 

نايلون نام كلي براي خانواده اي از پليمرهاي مصنوعي است كه اولين بار در فوريه سال 1935 توسط والاس كاروترز در شركت DuPont توليد شد و به دليل آن كه اين پليمر از اتصال واحدهاي تكرار شونده پپتاميد (پيوند آميد) توليد مي گردد ، آن را پلي آميد نيز ناميدند. استفاده از نايلون ها به صورت تجاري اولين بار در سال 1938 و در توليد رشته هاي مسواك آغاز شد. سپس در سال 1940 الياف اين ماده در توليد جورابهاي زنانه مصرف گرديد. اگرچه توليد الياف از اين ماده داراي سابقه بيشتري است، اما از سال 1950 به بعد كاربردهاي آن در زمينه هاي توليد قطعات پلاستيكي گسترش بيشتري يافته است و به حدود 25% از كل مصرف پلي آميد ها در سال 2000 يا 1/65 ميليون تن در سال بالغ شده است. رشد سالانه 8 تا 9 درصد مصرف در حوزه توليد قطعات پلاستيكي نسبت به رشد 1/5 درصدي آن در كاربرد الياف حاكي از زمينه هاي كاربردي جديد اين دسته از مواد مي باشد.

اين مواد علاوه بر مقاومت حرارتي، داراي مقاومت الكتريكي بالايي نيز مي باشند و به دليل ساختار بلورين ،‌ مقاومت خوب شيميايي را از خود نشان مي دهند. از ديگر خواص ذكر شده براي نايلونها ،‌ خاصيت نفوذناپذيري می باشد؛ ضمن آن كه با آميزه سازي مي توان به راحتي مقاومت به اشتعال اين مواد را بالا برد. پلي آميد ها به طور گسترده اي در كاربردهايي در صنايع خودروسازي و حمل و نقل ،‌ برق و الكترونيك ، نساجي ، بسته بندي و محصولات خانگي استفاده مي شوند. با افزودن الياف شيشه و افزايش استحكام اين مواد ، ‌مي توان از آنها به عنوان جايگزينهاي مناسبي براي قطعات فلزي استفاده نمود و لذا پلي آميد ها را مي توان اولين و مهمترين پليمر مهندسي محسوب نمود.

تمامي پلي آميد ها كم يا بيش تمايل به جذب رطوبت دارند. به همين دليل در استفاده از اين مواد بايد به اطلاعات فني آنها ( اطلاعات مرتبط با حالت خشك و اطلاعات مرتبط با 50 درصد رطوبت) توجه گردد . جذب رطوبت همچنين در تغييرات ابعادي قطعات توليد شده با پلي آميد موثر مي‌باشد و لذا توجه به اين موضوع در مسايل طراحي مي بايد مد نظر قرار گيرد. لازم به ذكر است كه در عمل رطوبت به عنوان عامل نرم كننده (پلاستيسايزر) در پلي‌ آميد‌ها عمل مي‌نمايد و سبب كاهش مدول كششي‌ و افزايش مقاومت ضربه‌پذيري مي گردد. با توجه به حساسيت پلي آميدها در جذب رطوبت اين مواد قبل از فرآیند تزريق ، نيازمند رطوبت زدايي مي باشند. در صورتي كه عمليات رطوبت زدايي به خوبي صورت نگيرد، در سطح قطعات توليدي، اثر نامطلوب رگه هاي ناشي از رطوبت مشاهده مي گردد. ضمن آن كه به دليل افزايش نقطه اي دما در قالب و اثر آب در اكسيداسيون، قطعات توليدي داراي خواص مكانيكي ضعيفتري به دليل تخريب مواد خواهند بود.

پلی آمید 6 و پلی آمید 66

پلي‌آميد 6 و پلي‌آميد ‌66 پر مصرف‌ ترين نوع از انواع پلي آميدها مي باشند و عليرغم تشابه خواص ، با يكديگر تفاوتهايي را نيز دارند. به دلیل آن که پلی آمید 6 دارای مرکز تقارن نمی باشد ، علیرغم داشتن دانسیته مشابه با پلی آمید 66 ، نقطه ذوب آن 40 درجه سانتیگراد کمتر بوده و از مقاومت حرارتي نسبتا كمتري نسبت به پلی آمید 66 برخوردار است. لذا از پلي آميد 66 زماني استفاده مي گردد كه محدوده دمايي يا پايداري كه از پلي آميد 6 بدست مي‌آيد پاسخگوي كاربرد مورد نظر نباشد. با اين اوصاف برخي از مزايا و مشخصات پلي آميد 6 در مقابل پلي آميد 66 به شرح زير مي باشد:

  • ثبات هيدروليكي بهتر
  • هزينه هاي توليد كمتر
  • عملكرد بهتر در تست حرارتي پير سازي
  • دماي انحنای تحت بار كمتر (HDT پلي آميد 6-6 در MPa 1/8 حدود C° 90-80 است)
  • صلبيت مشابه در دماي زير C° 180

جدول (1) خواص فيزيكي مکانیکی نایلون 6 و نایلون 6-6 را با هم مقایسه نموده است.

جدول (1) مقايسه برخی خواص فیزیکی مکانیکی نایلون 6 و نایلون 6-6

خواص

نایلون6

نایلون 6-6

دمای ذوب С○

210-220

255-265

دمای فرآیند С○

قالبگیری تزریقی

اکستروژن

225-290

225-275

260-325

دانسیته ( gr/cm3)

1.14-1.12

1.15-1.13

استحکام کششی در نقطه تسلیم (%) در ۲۳ درجه سانتیگراد

در شرایط خشک برای قالبگیری (0/2% رطوبت)

در شرایط 50% رطوبت نسبی

11700

7400

8000

6500

ازدیاد طول (%) در ۲۳ درجه سانتیگراد

در شرایط خشک برای قالبگیری (0/2% رطوبت)

در شرایط 50% رطوبت نسبی

30-100

300

15-60

150-300

مدول کششی (103 psi) در ۲۳ درجه سانتیگراد

در شرایط خشک برای قالبگیری (0/2% رطوبت)

در شرایط 50% رطوبت نسبی

380

100

410

180

مدول خمشی(103 psi) در ۲۳ درجه سانتیگراد

در شرایط خشک برای قالبگیری (0/2% رطوبت)

در شرایط 50% رطوبت نسبی

390

140

410-450

185

ضربه پذیری نمونه شکافدار در دمای اطاق ( ft-lb/in) در۲۳ درجه سانتیگراد

در شرایط خشک برای قالبگیری (0/2% رطوبت)

در شرایط 50% رطوبت نسبی

1.0-0.6

3.0

1.0-0.55

2.1-0.85

سخنی راکول در شرایط خشک برای قالبگیری (0/2% رطوبت)

119

120

دمای انحنای تحت بار در شرایط خشک برای قالبگیری

66 psi

264 psi

185-190

68-85

230-245

75-88

با توجه به چرخه قالبگيري سريع ،‌ انگيزه هاي اقتصادي زيادي براي استفاده از اين مواد در كاربرد هاي متعدد وجود دارد كه از آن جمله مي توان به موارد زير اشاره نمود:

صنایع خودروسازي: نظر به فرآیند پذيري ، مقاومت حرارتي و شيميايي خوب پلي آميد هاي 6 و 66 و انعطاف پذيري آنها در طراحي ، اين مواد معمولا به عنوان آلترناتيو قطعات فلزي ، در فضاي موتور استفاده مي شوند. خواص مكانيكي خوبي نظير (سختي ،‌مقاومت به خزش و …) ‌در طراحي قطعات خودرويي ، ايمني و راحتي بيشتر را بدست خواهد داد.

صنایع برق و الكترونيك : در صنايع برق و الكترونيك كه تستهاي GWIT و UL94 الزامي است،‌ پلي آميد هاي 6 و 66 به راحتي مي توانند شرايط تست اشتعال را بگذرانند و به دليل فرآیند پذيري مطلوب، كانديداي خوبي براي توليد قطعات كوچك مقاوم به حرارت با جداره نازك به حساب آيند.

كالاهاي مصرفي و صنعتي : پلي آميد 66 به دليل قالبگيري سريع ،‌ رنگ پذيري ،‌زيبايي سطحي ،‌مقاومت مكانيكي عالي راه حل مناسبي براي توليد كالاهاي خانگي و صنعتي براي طراحي هاي پيچيده محسوب مي گردد.

منحنی مقایسه کارایی خواص فیزیکی مکانیکی پلی آمید 6 ، پلی آمید 66 و پلی آمید 6/66 در شكل (1) نشان داده شده است. این منحنی نشان می دهد که به طور متوسط نایلون 66 دارای دانسیته، نقطه ذوب ، استحکام کششی ، سختی و مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به دو نایلون دیگر مورد مقایسه است. در مقابل چقرمگی ، مقاومت ضربه پذیری نایلون 6 بیشترین مقدار را دارد. آمیزه پلی آمید 6/66 حد واسطه ای از این دو را نشان می دهد.

پلي آميد 11 و پلي آميد 12

پلي آميد 11 و پلي آميد 12 از جمله مواد پلاستيكي با منشاء گياهي مي باشند كه از منابع تجديد پذير (روغن كرچك) مشتق شده اند و اگرچه مقاومت حرارتي (HDT ،‌ ماكزيمم دما و …) بالايي ندارند، اما مي توانند كارايي خود را در طولاني مدت حفظ نموده ،‌ ثبات عملكرد داشته باشند و در دامنه وسيعي از شرايط (دما، فشار و شرایط شيميايي و …) مورد استفاده قرار گيرند. اين مواد داراي مزاياي زير نسبت به ساير پلي آميدها مي باشند:

PA11 و PA12 در توليد قطعاتي كه داراي كاربردهاي ايمني ، با ماندگاري بالا و قابليت اطمينان بالا مي باشند ، مصرف مي گردند. گريد شفاف اين مواد نيز به بازار عرضه شده اند كه در طراحي ها و تكوين قطعات، انعطاف پذيري خوبي را به طراحان مي دهد. اين مواد در كاربردهاي زير مصرف مي گردند:

منحنی مقایسه کارایی نایلون های 11 و 12 نسبت به نایلون 6 در شكل (2) رسم شده اند. ملاحظه می گردد که گریدهای نایلونهای 11 و 12 دارای دانسیته کمتری نسبت به نایلون 6 بوده و از نقطه ذوب کمتری نیز برخوردارند. خواص استحکامی نایلون 11 از نایلون 12 ضعیفتر بوده ولی از ضربه پذیری و چقرمگی بهتری برخوردار است.

شكل (2)مقایسه منحنی های کارایی خواص فیزیکی مکانیکی نایلون 11 و نایلون 12 نسبت به نایلون 6

پلی آمید 46

پلي آميد 46 براي كاربردهاي دماي بالا در محدوده وسيعي از صنايع از قبيل خودروسازي ، برق و الكترونيك و كالاهاي مصرفي استفاده مي شود. PA46 پلي آميدي است كه داراي بالاترين مقاومت حرارتي است و دماي انحنای تحت بار آن در MPa 1/8 برابر 160 درجه سانتيگراد مي باشد. همچنین براي پليمر تقويت شده با 30% الياف شيشه ، این دما برابر C° 258 است. مقاومت مكانيكي PA46 از PA66 بیشتر و مقاومت به خستگي آن 50 بار از PA66 بهتر است. PA46 داراي ویژگی هايي به شرح زير است:

پلي‌آميد 46 اغلب جايگزين خوبي براي فلزات در كاربردهاي با دماي بالا مي باشد.

با توجه به مقاومت سايشي مناسب اين پليمر ، عمدتا از آن در توليد چرخدنده ها استفاده مي شود كه لازمه آن داشتن خواص مكانيكي و ثبات ابعادي در دماي بالا و رفتار سطحي خوب و مقاومت به خستگي بالاست.

پلي‌آميد 46را مي توان روكش فلز( متالايز) نمود. همچنين قطعات ساخته شده از PA46 قابليت رنگ كاري دارند. اگرچه مقاومت رنگ بستگي به رفتار رنگدانه در درجه حرارت بالا دارد.

با توجه به سياليت بالا، PA46 مي تواند براي قطعات با شكلهاي پيچيده و ديواره هاي نازك ، ماده مناسبي به شمار رود. شکل (3) منحنی مقایسه ای PA46 را نسبت به نایلون 6 نشان می دهد و مزایای بر شمرده شده برای این پلی آمید را به تصویر می کشد.

شكل (3) مقایسه منحنی های کارایی خواص فیزیکی مکانیکی پلی آمید 46 نسبت به نایلون 6

پلی فتال آمید PPA

پلي فتال آميد (PPA) پلي‌آميدي با مقاومت حرارتي بالا و نيمه آروماتيك است. با توجه به جذب رطوبت پايين ، PPA براي محدوده وسيعي از كاربردها از جمله محيطهاي شيميايي و مصارفي با درجه حرارت بالا كانديد مي باشد. اين ماده همچنين داراي صلبيت و مقاومت عالي در برابر خزش مي باشد. با توجه به داشتن ساختار آروماتيكي ، قطعات تولید شده از PPA نسبت به ديگر انواع پلي آميد داراي ويژگيهاي زير مي باشند:

  • ثبات ابعادي بهبود یافته
  • مقاومت بهتر نسبت به حلالها و هيدروليز
  • برآورده نمودن خواص مكانيكي بهتر در دماي بالا

اين پليمر در مقايسه با PA46 ‌داراي مزيت صرفه اقتصادي بوده و در بسياري از كاربردها نظير صنايع خودرو در قطعات محفظه موتور (روكش تزئيني روي سيلندر ، شير حرارتي ،‌ ژاكت آب موتور) مصرف مي گردد. همچنين اين ماده اگر با الياف شيشه تقويت شود مي تواند به عنوان آلترناتيو فلزات مصرف گردد.

شکل (4) مقایسه منحنی های کارایی خواص فیزیکی مکانیکی پلی فتال آمید نسبت به نایلون 6

جدول (2) خلاصه‌اي از خواص انواع عمومي نايلونها را كه به صورت تجاري عرضه مي‌گردند را ارائه مي‌دهد.

جدول (2) خواص فيزيكي مکانیکی انواع مختلف نايلون

خواص

Nylon6

Nylon6/ 30% شیشه

Nylon/ 30% کربن

Nylon66

Nylon66/ 30% شیشه

Nylon66/ 30%کربن

Nylon66/ 40% clay

Nylon66/ 50% میکا

نقطه ذوب (oc)

226

215

215

265

265

265

265

215

دماي انحناء تحت بار در Mpa1/82، oc

78

210

215

75

250

260

190

230

حداکثر مقاومت به حرارت مداومoc

65

190

205

100

225

240

150

170

ضريب انبساط خطي cm/cm/oc ˟ 10-5

8

4

5

8

2

2

3

3

استحكام كششي MPa

62

138

205

82

180

227

75

90

درصد ازدياد طول

30

5

3

60

4

3

9

9

استحكام خمشي MPa

96

275

315

103

275

330

205

400

استحكام فشردگي MPa

96

150

135

103

180

170

160

150

استحكام ضربه‌پذيري Izod شكافدار J/m

55

130

155

55

110

88

50

85

سختي (راكول)

119R

85M

80M

85M

85M

120R

80M

80M

دانسیته

1.13

1.38

1.28

1.14

1.37

1.35

1.4

1.4

ادامه جدول (2) خواص فيزيكي مکانیکی انواع مختلف نايلون

خواص

Nylon69

Nylon610

Nylon612

Nylon612/ 35% شیشه

Nylon11

Nylon12

Aramid

نقطه ذوب (oc)

205

220

210

210

192

177

275

دماي انحناء تحت بار در Mpa1/82، oc

55

60

69

216

150

146

260

حداکثر مقاومت به حرارت مداومoc

60

70

75

200

140

135

150

ضريب انبساط خطي cm/cm/oc ˟ 10-5

8

8

8

6

10

8

3

استحكام كششي MPa

58

60

50

145

55

55

120

درصد ازدياد طول

80

125

200

4

200

225

5

استحكام خمشي MPa

40

40

44

80

40

42

172

استحكام فشردگي MPa

100

90

90

150

80

80

207

استحكام ضربه‌پذيري Izod شكافدار J/m

60

60

60

96

96

110

75

سختي (راكول)

111R

105R

78M

93M

108R

105R

90E

دانسیته

1.09

1.08

1.08

1.35

1.04

1.01

0.5

قطعات لاستیکی (felaxibel rubber)

الاستومرها (لاستیک­ها) دسته­ خاصی از پلیمرها هستند که دارای خواص ویژه ­ای از  نظیر الاستیسیته­ بالا، انعطاف‌پذیری بالا، درصد ازدیاد طول مناسب، مقاومت شیمیایی مناسب

ادامه مطلب »