Полиамид — что это за материал: его история, свойства, разновидности и применение

Среди различных пластмасс полиамид является одним из самых известных синтетических материалов. Однако, хотя название его остается на слуху, мало кто задумывается про полиамид, что это за материал, и насколько широка область его использования. Разбираемся, как появился и какими особенностями обладает полимерный материал, в каких сферах применяется, и что из него изготавливают.

История появления и технология получения полимера

Полиамиды – материалы, входящие в группу синтетических пластмасс, то есть, получаемых путем синтеза из высокомолекулярных соединений (полимеров). В состав этих полимеров входит характерное соединение – амидная группа, по которой пластмассы и получили свое название.

Чтобы синтезировать полиамиды, используют реакцию поликонденсации, протекающую во время химической переработки ископаемого топлива (нефти, природного газа, угля). Сегодня полиамидные пластики многочисленны и разнообразны, многие из них считаются инженерными, и широко используются в разных отраслях промышленности. Некоторые полимеры известны под собственными названиями, например, нейлон или капролон, но востребованными они стали далеко не сразу.

В 30-х годах прошлого века специалисты американского химического концерна «Дюпон» (DuPont) впервые синтезировали одну из разновидностей полиамида, которую назвали нейлоном. Материал имел вид прочных и легких нитей, его использовали в производстве шин, но особого интереса он не вызвал. И только к 60-м годам появилась новая синтетическая ткань, которая, наконец, была оценена по достоинству, и была запущена в массовое производство.

Полиамид получил международное обозначение – PA (русский вариант ПА). Чтобы различать виды пластика, к обозначению добавляют цифровую маркировку. Например, PA6 (всем известный капрон), PA11, PA12 и многие другие.

Специфические особенности полиамидного пластика

Полиамиды довольно разнообразны по свойствам, но значительная их часть относится к термопластическим (способным менять форму при нагревании) полимерам. Внутреннее строение является частично кристаллическим и включает прочные амидные группы, усиленные водородными связями.

Такое химическое строение определяет эксплуатационные характеристики пластмасс. Их отличает высокая прочность, жесткость и вязкость (способность отлично поглощать ударные нагрузки). Также для них характерен маленький коэффициент трения и минимальный абразивный износ. Плотность материала колеблется около 1 г/см³ (он легкий), температура плавления разных марок – 180-220 ℃.

Интересно, что, из-за частично кристаллической структуры, полиамиды обладают таким интересным свойством, как обратимое поглощение воды. Оно становится возможным благодаря тому, что в структуре пластика имеются не только кристаллические, но и аморфные зоны, куда и может впитываться влага. Влагопоглощение у разных материалов отличается в пределах от, примерно, 0,5% до 2,5-3,5% воды к массе пластика.

Величина влагопоглощения влияет на морозостойкость, а, значит, и на долговечность материала. Кроме того, разные марки отличаются химическим составом, и это влияет на их стойкость к солнечному ультрафиолету (и опять же, срок службы).

Некоторые сорта полиамида используются как конструкционный материал, для изготовления деталей машин и элементов сооружений, способных воспринимать силовую нагрузку. В этом случае полимер может содержать различные добавки, например:

• Графит. Он дополнительно снижает коэффициент трения с одновременным повышением теплопроводности.
• Стекловолокно или углеродное волокно. Выполняет армирующую функцию, делает полиамид прочнее на разрыв и на изгиб, но несколько уменьшает стойкость к ударным нагрузкам (увеличивает хрупкость).
• Масло. Снижает коэффициент трения.
• Тальк. Также делает меньше коэффициент трения, а заодно и ударную вязкость; при этом возрастает прочность на разрыв и изгиб.

Сферы использования

Многие знают про полиамид, что это пластик, но мало кто догадывается, насколько обширна сфера его применения. Всем известна прозрачная полиамидная пленка – упаковочный материал с паронепроницаемыми свойствами, не пропускающий воду и адаптированный к широкому температурному спектру.

Другой известный продукт – термоклей (полиамидный клей с термопластичными свойствами). Кроме производства упаковки или клея, полимер используется в следующих областях человеческой деятельности:

• Машиностроение. Полиамид модифицируется до инженерного пластика и применяется как конструкционный материал. Благодаря улучшенным свойствам он постепенно вытесняет традиционный металл и дерево.
• Строительство. Здесь полиамидные пластмассы выступают в качестве антикоррозийной защиты металлических и бетонных элементов. Из него делают термобарьер для теплых алюминиевых профилей, что идет на пользу теплоизоляции окон.
• Медицина. Износостойкий и химически нейтральный пластик нужен при производстве хирургических нитей, в протезировании и изготовлении искусственных кровеносных сосудов.
• Пищевая промышленность. Здесь нужны оболочки для колбасных изделий, а также укрывная пленка, используемая при упаковке и транспортировке продукции.

Номенклатура изделий из полиамида поистине безгранична. Из него делают корпусные детали для автомобилей и инструментов, приклады и магазины для оружия, очистительные фильтры, канаты, снасти для рыбаков (сети, леска). Востребованными стали ткани и нити с полиамидной основой. Такой текстиль получается прочным и одновременно тонким и легким – идеальный вариант для пошива верхней одежды, особенно туристической, рабочей, альпинистской.

Как применяют полиамид

Полиамидные пластмассы применяют в трех основных видах:

• Литьевые. Из них изготавливают различные изделия на литьевых машинах (в технологии используется давление).
• Экструзионные. Вязкий расплав продавливается через формующее отверстие; такой метод подходит для изготовления разных по форме профилей.
• Блочные. Конструкционный полимер, более известный как капролон, выпускается в виде листов, блоков, стержней и заготовок более сложной формы. Заготовки служат основой для деталей, получаемых механической обработкой.

С помощью этих технологий из полиамидных пластмасс изготавливают изделия и детали, нужные практически во всех областях жизни человека. Особенно они востребованы там, где присутствуют высокие нагрузки и вибрации. В число таких деталей входят различные втулки, дюбеля, корпуса приборов, пневмотрубки и трубки для передачи воды, инертных газов, дизельного топлива (кондиционеры, двигатели, другие гидравлические и пневматические системы).

Ролики из полиамида успешно выдерживают нагрузку в большегрузных колесах. Благодаря гладкой поверхности, антикоррозийным свойствам и химической стойкости они минимизируют сопротивление качению и очищаются самостоятельно.

Высокотехнологичное полимерное волокно ценится за особую прочность. Одежда из такой ткани обладает высокой износостойкостью, хорошо держит форму и пропускает воздух, а весит совсем немного. Из синтетического полотна изготавливают одежду, которая быстро сохнет, практически не выцветает и не протирается при долгой носке.

Неудивительно, что вещи с такими характеристиками особенно ценятся рыбаками, охотниками и любителями активного отдыха.

Коротко о главном

Полиамид давно превратился в незаменимый материал; изделия из этого полимера используются в самых разных областях человеческой деятельности. Под названием прячется целое семейство пластмасс со схожими свойствами, высокой прочностью, вязкостью и износостойкостью. Полезные качества объясняются особенностями химического строения: кристаллической структурой и наличием амидных групп.