Nylon meistern: Eigenschaften, Anwendungen und Vorteile im Engineering

Nylons sind eine Familie starker Engineering-Kunststoffe. Nylons sind niedrigreibende Kunststoffe, was sie ideal für den Ersatz von Metallkomponenten wie Lagern oder Buchsen macht. Zusätzlich erzeugen Nylons weniger Betriebsgeräusch und Verschleiß an Passflächen, was oft erlaubt, externe Schmierung aus der Komponentenanwendung vollständig zu entfernen.

Nylons sind Thermoplaste (im Gegensatz zu Duroplasten/Thermosets) – synthetische Polymere, die bei hohen Temperaturen extrem bearbeitbar sind, aber beim Abkühlen fest aushärten. Viele Nylons haben beim Abkühlen sowohl amorphe als auch kristalline Mikrostrukturen, was dem Material Elastizität sowie Steifigkeit und Festigkeit verleiht.

Eine vielseitige Materialklasse, Nylons können auch mit einer Reihe von Additiven kombiniert werden, um spezifische Material- und chemische Eigenschaften zu schaffen, was zu ihrem weit verbreiteten Einsatz in kommerziellen Anwendungen von Textilien bis hin zu Automobil- und Elektroformen geführt hat. Diese Vielseitigkeit erstreckt sich auch auf die Produktion, da Nylons sowohl mit additiven als auch traditionellen Fertigungsmethoden kompatibel sind.

Wie wird Nylon hergestellt?

Ähnlich wie andere Kunststoffe werden Nylons durch Destillation von Kohlenwasserstoffkraftstoffen hergestellt, die dann Katalysatoren zugeführt werden, die die Kunststoffpolymere produzieren. Nylons werden typischerweise in einem von zwei Prozessen erstellt: Polymerisation und Polykondensation.

Polymerisation erstellt Nylonmaterial durch Reaktion von Amin-Monomeren (Gruppen von NH2-Molekülen) mit Carbonsäure (COOH), während Polykondensation die Reaktion von Diamin (Moleküle mit zwei NH2-Gruppen) mit Dicarbonsäure (die zwei COOH-Gruppen hat) involviert.

Nylons, die durch Polykondensation erstellt werden, neigen dazu, biologisch abbaubarer zu sein als solche aus Additions-Polymeren. Nylons können auch aus Biomasse hergestellt werden, was ebenfalls zu erhöhter Materialbiologischer Abbaubarkeit beitragen kann.

Eigenschaften und mechanische Spezifikationen

Die teilkristalline Mikrostruktur von Nylonmaterialien bietet sowohl Steifigkeit als auch Festigkeit, zusätzlich zu guter chemischer Beständigkeit. Nylons sind auch hitzebeständig und daher ideal für Anwendungen mit Reibung. Als Thermoplaste können Nylons auch mehrmals erneut erhitzt, geformt und abgekühlt werden.

Es ist wichtig zu beachten, dass Nylon Feuchtigkeit aus seiner Umgebung aufnimmt, was die dimensionsstabile eines Bauteils negativ beeinflussen kann. Nylons mit größerer Schlagfestigkeit und Flexibilität neigen auch dazu, mehr Feuchtigkeit aufzunehmen, obwohl dies von der Kristallinität des Materials, der Teilstärke und der Temperatur der Komponentenumgebung abhängt.

Nylons können auch vorkonditioniert werden, um die Auswirkungen der Feuchtigkeitsaufnahme zu mindern. Zusätzlich ist es erwähnenswert, dass Nylon nicht inhärent UV-beständig ist, obwohl Stabilisatoren in das Material integriert werden können, um Schäden zu reduzieren.

Die chemischen und physikalischen Charakteristiken des Materials variieren natürlich je nach spezifischem Nylontyp, aber hier sind einige der wichtigsten mechanischen Spezifikationen für unverstärktes Nylon 6:

• Spezifisches Gewicht: 1,13
• Wasseraufnahme: 1,900 %, 24 Std. @ 23 °C (73,4 °F)
• Typischer Formschwindung: 1,3 %
• Zugfestigkeit: 76 MPa
• Zugmodul: 2758 MPa
• Biegefestigkeit: 110 MPa
• Biegemodul: 2965 MPa
• Härte: 116, Rockwell R
• Kerbschlagzähigkeit: 5,0 kJ/m²
• Schmelztemperatur: 220 °C (428 °F)
• Ab biegetemperatur @ 1820 kPa (264 psi): 71 °C (160 °F)
• Ab biegetemperatur @ 455 kPa (66 psi): 171 °C (340 °F)

Gängige Nylon-Typen

Nylons werden durch Nummern identifiziert – wie 6 oder 66 –, was sich auf die Anzahl der Kohlenstoffatome zwischen den Amin- und Säuregruppen bezieht sowie darauf, wie das Polymer erstellt wurde. Nylon 6 wird beispielsweise vollständig aus einem einzelnen Monomer erstellt, während Nylon 66 aus Kombinationen verschiedener Monomere (sogenannte Comonomere) erstellt wird. Nylons können auch mit Additiven wie Glas verstärkt oder mit anderen Engineering-Kunststoffen für erhöhte Leistung und Materialeigenschaften kombiniert werden.

Die drei gängigsten Nylon-Typen sind Nylon 6, Nylon 66 und PA 12. Nylon 6 Filamente sind hoch elastische Fasern, die oft in Textilien und hochfesten industriellen Anwendungen verwendet werden, einschließlich Bekleidung, Seilen und Industrieschnüren. Diese Fasern haben eine glatte, glasartige Oberfläche, die außergewöhnliche Abriebfestigkeit bietet. Nylon 6 ergibt typischerweise zuverlässigere finale Teilabmessungen.

Nylon 66 ist ein kristallineres Material als Nylon 6 und bietet daher größere Steifigkeit, Zugmodul und Biegemodul. Dies macht es zu einem idealen Material für Anwendungen, die Festigkeit, Steifigkeit und chemische Beständigkeit erfordern – wie Teppiche, Airbags und Gepäck. Obwohl ein bearbeitbareres Material als Nylon 6, hat Nylon 66 eine höhere Schmelztemperatur, was es anfälliger für Formschwindung macht. Nylon 66 wird häufig im Spritzgießen verwendet.

PA 12 (auch bekannt als Nylon 12) ist ein guter Allzweck-Kunststoff mit breiten additiven Anwendungen und bekannt für seine Zähigkeit, Zugfestigkeit, Schlagfestigkeit und Fähigkeit, ohne Bruch zu flexen. PA 12 wird seit langem von Spritzgießern aufgrund dieser mechanischen Eigenschaften genutzt. Und kürzlich wurde PA 12 als gängiges Material in additiven Fertigungsprozessen für die Erstellung funktionaler Teile und Prototypen adoptiert.

Warum Nylon?

Nylon wird für seine Kombination aus natürlichen niedrigreibenden Eigenschaften und starken mechanischen, chemischen und thermischen Eigenschaften hoch geschätzt. Es ist eine vielseitige und hochleistungsfähige Materialfamilie, die gut für Anwendungen geeignet ist, die viel Verschleiß erfahren – wie Kraftstoffsystemkomponenten, Verteiler, Halterungen, Zahnräder und andere Anwendungen, die Kunststoffmaterialien mit hohen Schmelztemperaturen erfordern. Nylons können auch mit Additiven und Stabilisatoren kombiniert werden, was einen größeren Grad an Spezifität und Kontrolle bei der Optimierung der Materialeigenschaften verschiedener Komponenten ermöglicht.

Darüber hinaus können Nylons, da sie in Filamente, Fasern, Folien, Platten geformt werden können und auch in Verbindung mit einer Reihe von Fertigungsprozessen – einschließlich Spritzgießen, CNC-Bearbeitung und 3D-Druck – verwendet werden, oft für Prototyping-Zwecke eingesetzt werden.

Beliebte Anwendungen

Nylon wird breit über viele Marktsektoren eingesetzt. Textilien und Teppiche incorporieren oft Nylonfilamente, und FDA-konformes Nylon-Film wird häufig in Lebensmittelverpackungen verwendet, da es Haltbarkeit, niedrige Gasdurchlässigkeit und Temperaturbeständigkeit bietet.

Nylon-Teile ersetzen häufig Aluminiumkomponenten in Motoren, da sie sowohl günstiger (abgesehen von Werkzeugkosten) als auch leichter sind. Nylon bietet gute elektrische Isolierung und Korrosionsbeständigkeit – was, besonders in Kombination mit Nylons natürlicher Zähigkeit, es zu einem nützlichen Material für elektrische Anwendungen wie Kabelbinder, Isolatoren und Schaltergehäuse macht.

Mit Nylon starten

Nylons sind eine vielseitige Familie thermoplastischer Materialien, die eine einzigartige Kombination aus Reibungsbeständigkeit, chemischer und thermischer Beständigkeit, Festigkeit und Flexibilität bieten. Diese Eigenschaften haben Nylon zu einer beliebten Wahl für Anwendungen über eine breite Palette von Branchen gemacht. Da Nylons jedoch einige Charakteristiken teilen, sind sie unglaublich modifizierbare Materialien, daher ist es essenziell, dass Produktteams die präzisen Materialeigenschaften kennen, die für ein gegebenes Teil benötigt werden. Ein vertrauenswürdiger Fertigungspartner kann diesen Prozess vereinfachen.

Fast Radius ist ein On-Demand-Digitalhersteller, der sowohl traditionelle als auch additive Fertigungsdienstleistungen anbietet, und unsere Erfahrung mit einer Vielzahl von Materialien – einschließlich Nylons – macht uns zum Fertigungspartner der Wahl für Produktteams überall.

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