Полиамидом называется разновидность термостойких полимеров, в основе которых лежат соединения группы амидов. Соединение амидов в составе макромолекулы может повторяться до 10 раз. Полиамид обладает высокими показателями жесткости и прочности. В зависимости от состава полимера, его плотность может меняться в диапазоне 1,0100-1,232 т/м3. Полиамидные материалы популярны благодаря высокой стойкости к воздействию большого числа химически агрессивных сред и продолжительному сроку эксплуатации. Полимер не меняет своих характеристик и внешнего вида с течением времени. Широко применяется в промышленном производстве и строительной отрасли.
Использование полиамидных материалов
Полиамиды имеют широкую область применения. Основные сферы использования материала следующие.
- Легкая и текстильная промышленность. В этой производственной отрасли полиамид служит сырьем для изготовления искусственных капроновых и нейлоновых тканей, ковролина, паласов, синтетического меха и пряжи, чулок, гольфов, носок, колгот. Полиамидное волокно выпускается также и как самостоятельный продукт.
- Производство резино-технических изделий (РТИ). Из полиамида изготавливают прорезиненные кордовые ткани, канаты, наполнители для фильтров, ленты для конвейеров, сети для ловли рыбы.
- Строительство. Материал применяют для изготовления трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры. Полиамидом покрывают бетон, деревянные поверхности и керамику для придания им антисептических свойств. Используется в качестве антикоррозионного покрытия металлических конструкций, клеевых и лакокрасочных составов.
- Машиностроение. Полимер используют для производства различных втулок, роликов, амортизаторов, сайлентблоков, вставок, антивибрационных подкладок и тому подобных изделий.
- Пищевая промышленность. Полиамид является материалом, допускающим контакт с пищевыми продуктами, поэтому применяется для производства контейнеров, емкостей для питьевых жидкостей и прочей тары, рассчитанной на хранение и транспортировку продуктов питания.
- Медицина. Из полимера производят искусственные сосуды и вены, имплантаты, протезы и другие заменители органов человека. Ткани и нити из полиамида применяют для накладывания швов после хирургических операций.
Разновидности и модификации
Современная химическая промышленность выпускает различные виды и модификации полиамидных материалов:
- Наиболее многочисленной является группа алифатических полиамидов, состоящая, в свою очередь из нескольких подгрупп (кристаллизирующихся гомополимеров, кристаллизирующихся сополимеров и аморфных полимеров).
- Весьма распространенной является группа ароматических и полуароматических полиамидов (РАА), в состав которой входят кристаллизирующиеся соединения полифталамиды и некоторые аморфные вещества, такие как полиамид-6-3-Т.
- Третьей известной группой считаются стеклонаполненныеполиамиды. Вещества этой группы называются также композитными модифицированными полиамидами и состоят из вяжущей смолы с наполнителем из стеклянных шариков и структурированных волокон.
На рынке промышленных материалов полиамиды встречаются под такими торговыми марками и названиями: Basf Ultramid, Basf Capron, Ultralon, Lanxess Durethan, DSM Akulon, Rochling Sustamid, Ertalon, Nylatron, Tekamid и прочие. За многообразием коммерческих наименований скрывается полимеры и полиамидное волокно из перечисленных выше групп.
Сферы применения полиамида
Полимеры используются в различных сферах.
В легкой и текстильной промышленности для изготовления:
- синтетических (капрон, нейлон) и смесовых тканей;
- ковров и паласов;
- искусственного меха и различных видов пряжи;
- носков и чулок.
В резинотехническом производстве:
- для создания кордовых нитей и тканей;
- канатов и фильтров;
- транспортерных лент и рыболовных сетей.
В строительстве:
- для изготовления различной арматуры и труб;
- в качестве антисептических покрытий для бетонных, керамических и деревянных поверхностей;
- для защиты изделий из металла от ржавчины.
В машиностроении, авиа и судостроении для изготовления деталей амортизационных механизмов, роликов и втулок, различных аппаратов и т. д.
Они входят в состав клеев и лаков.
Их используют в пищевой промышленности для изготовления отдельных деталей оборудования, соприкасающихся с продуктами.
В медицинской промышленности из них создают искусственные вены и артерии, делают различные виды протезов. Полиамидными нитями хирурги накладывают швы во время операции.
Марки, выпускаемые промышленностью
На современном этапе химической промышленностью производится несколько разновидностей полиамидов. Самая большая группа представлена алифатическими полиамидами. Они делятся на следующие группы:
Кристаллизующиеся гомополимеры:
- полиамид 6 (РА 6) , известный, как капролон;
- полиамид 66 (РА6.6) или полигексаметиленадинамид;
- полиамид 610 (РА 6.10) название которого полигексаметиленсебацинамид;
- полиамид 612 (РА 6.12);
- полиамид 11 (РА11) — полиундеканамид;
- полиамид 12 (РА12) — полидодеканамид;
- полиамид 46 (РПА46) и полиамид 69 (РА69).
Кристаллизующиеся сополимеры:
- полиамид 6/66 (РА6.66) или РА 6/66;
- полиамид 6/66/10 (РА 6/66/10);
- термопластичный эластомер полиамидный (полиэфирблокамид) — ТРА (ТРЕ-А) или РЕВА.
Аморфные
- полиамид МАСМ 12 (РА МАСМ12);
- полиамид РАСМ (РА РАСМ 12).
Вторая, не менее распространенная группа — ароматические и полуароматические полиамиды (РАА). Они подразделяются на:
Кристаллизующиеся:
- полифталамиды (синтезированные из изофталевой и терефталевой кислот), с маркировкой: PA 6T; PA 6I/6Tи PA 6T/6I; PA 66/6Tи PA 6T/66; PA 9T HTN;
- полиамид MXD6 (PA MXD6).
Аморфные
- полиамид 6-3Т (PA 63T; PA NDT/INDT).
Еще одна группа полиамидов — стеклонаполненные. Они относятся к композитным материалам (полиамидам модифицированным), в смолу которых добавлены стеклянные шарики или структурированные нити. Распространенные марки стеклонаполненных полиамидов: РА 6 СВ-30; РА6 12-КС; РА 6 210-КС; РА 6 211-ДС, где
- СВ — стекловолокно, 30 — его процентное содержание;
- КС — длина гранулы менее 5 мм;
- ДС — длина гранулы от 5 мм до 7,5 мм.
В качестве модификаторов используют также:
- тальк (деформационные марки);
- дисульфат молибдена (повышает износостойкость и уменьшает трение);
- графит.
Торговые организации предлагают полиамиды под различными коммерческими названиями: нейлон, Ультрамид, Ультралон, Zutel, Duerthan, Сустамид, Акулон, Эрталон, Текамид, Текаст и т. п. Но все они представляют перечисленные выше марки. Например, Текамид 66 (Tecamid 66) — это Полиамид 66.
Состав
Полиамиды по своему составу делятся на две группы:
- поли-ц-бензамиды, синтезируемые из гексаметилендиамина и адипиновой кислоты;
- поли-е-капрамиды, получаемые из капролактама.
В состав обеих групп полиамидов также входят:
- аминокислоты (аминоэнантовая, аминоундекановая, аминокапроновая);
- себациновая кислота;
- соль АГ (адипшювой кислоты и гексаметилсидиамина).
Технология производства
Производство полиамидов осуществляется двумя способами:
- полимеризацией капролактама (для поли-е-капрамидов), которая осуществляется преобразованием циклической связи N-C в линейный полимер;
- цепной реакцией поликонденсации гексаметилендиамина и адипиновой кислоты (для поли-ц-бензамидов), в результате которой формируются цепи полиамида.
Оба процесса могут выполняться в непрерывном (самый распространенный) и периодическом режимах.
Непрерывный технологический процесс полимеризации капролактама состоит из следующих этапов:
- Подготовительный. На этом этапе получают соль АГ из адипшювой кислотой и гексаметилендиамина. Для этого адипшювую кислоту растворяют в метаноле в специальном аппарате, оснащенном мешалкой и обогревом. Одновременно происходит расплавление порошка капролактама в плавителе, оснащенном шнековым питателем;
- На втором этапе происходит полимеризация. Это осуществляется следующим образом: подготовленный раствор вводят в колонну полимеризации. Используются колонны одного из трех типов: Г-образного, вертикального или U-образного. Туда же поступает расплавленный капролактам. Возникает реакция нейтрализации и раствор закипает. Образующиеся пары поступают в теплообменники;
- На следующем этапе полимер из колонны в расплавленном виде выдавливается в специальную фильеру, а затем поступает на охлаждение. Для этого предусмотрены ванны с проточной водой или поливочные барабаны;
- В охлажденном виде посредством валков или направляющих жгуты и ленты полимера поступают к измельчающему станку;
- На следующем этапе полученная полиамидная крошка промывается горячей водой и фильтруется от низкосортных примесей;
- Завершается технологический процесс высушиванием полиамидной крошки специальных сушилках вакуумного типа.
Непрерывный технологический процесс поликонденсации (получение поли-ц-бензамидов) включает этапы, аналогичные полимеризации капролактама. Разница заключается в методах обработки сырья.
- процесс получения солей АГ такой же, как и при полимеризации, но после выделения они кристаллизуются и в реактор подаются в виде порошка, а не раствора;
- цепная реакция поликонденсации происходит в реакторе-автоклаве. Это цилиндрический аппарат горизонтального типа с мешалкой;
- поликонденсация осуществляется в среде чистого азота при t=220°С и Р=1,76МПа. Продолжительность процесса от одного до двух часов. Затем давление на один час снижают до атмосферного, после чего вновь проводят реакцию при Р=1,76МПа. Полный цикл получения полиамида этого вида проходит в течение 8-ми часов;
- после его окончания расплавленный полиамид фильтруется, охлаждается и измельчается на гранулы, которые просушиваются горячим воздухом в пневматических сушилках.
Форма выпуска
Поли-е-карбамиды выпускаются в виде дробленой крошки, а поли-ц-бензамиды — в виде гранул. После дальнейшей обработки (экструзией, каландрированием, под давлением и т. д.) они поставляются в стандартных формах:
- стержневой, с диаметром стержня от 10 мм до 250 мм;
- листовой, с толщиной листа от 10 мм до 100 мм;
- в виде кругов или втулочных заготовок.