بررسی کامپاند های پلی‌ آمید الیاف‌ دار (Glass-reinforced Polyamide)

پلی‌آمیدها ( PA ) یا نایلون‌ها از مهم‌ترین دسته های پلاستیک‌های مهندسی به شمار می‌آیند. PA6 و PA66 به دلیل برخورداری از ویژگی‌هایی نظیر سفتی، استحکام، مقاومت حرارتی، مقاومت شیمیایی و… در میان ترموپلاستیک‌های مهندسی از محبوبیت بالایی برخوردارند. تولیدکنندگان به منظور دستیابی به سطح بالاتری از خواص در کامپاندهای پلی‌آمیدی، از عوامل تقویت کننده همچون الیاف شیشه ( Glass fiber ) استفاده می‌کنند.

معمولا در تولید کامپاندهای پلی‌آمید تقویت‌شده با الیاف شیشه، با توجه به خواص و کاربردهای مورد نظر، از 15 تا 50 درصد وزنی الیاف شیشه استفاده می‌شود. به کارگیری الیاف شیشه منجر به بهبود استحکام کششی، سفتی و پایداری ابعادی کامپاند شده و انقباض ( Shrinkage ) را کاهش می‌دهد. از سمتی دیگر وجود الیاف شیشه در فرمولاسیون مواد پلیمری، موجب کاهش خواصی نظیر ازدیاد طول در نقطه شکست می‌گردد. با ترکیب پلی‌آمید تقویت‌شده با الیاف شیشه با یک اصلاح‌کننده ضربه، می توان مقاومت ضربه و ازدیاد طول در نقطه شکست را بهبود بخشید. در ادامه به بررسی بیشتر تاثیر الیاف شیشه بر خواص PA6 و PA66 می‌پردازیم.

خواص مکانیکی
استفاده از الیاف شیشه به طور قابل‌ ملاحظه‌ای موجب افزایش استحکام کششی می گردد. دلیل این امر انتقال و توزیع موثر بارهای اعمال‌شده به قطعات بوسیله الیاف شیشه می‌باشد. همچنین استحکام و مدول خمشی قطعات به علت سفتی نشات گرفته از الیاف شیشه، افزایش می‌یابد و در نتیجه آن شاهد مقاومت در برابر خمش و تغییر شکل خواهیم بود.
به کارگیری الیاف شیشه در فرمولاسیون مواد پلیمری به طور چشمگیری سفتی و صلبیت کامپاندهای پلی‌آمید را افزایش می‌دهند و باعث می‌شود تا مواد تغییر شکل تحت تنش کمتری داشته باشند. این ویژگی برای کاربردهای سازه ای و باربری بسیار مهم است.

خواص حرارتی
استفاده از الیاف شیشه موجب افزایش دمای تغییر شکل ( HDT ) می شود و مواد را قادر می‌سازد تا دماهای بالاتر را بدون بروز تغییر شکل تحمل کنند. پایداری حرارتی بهبود‌یافته برای استفاده در محصولاتی که دمای کاربری بالایی دارند بسیار مهم و ضروری است.
الیاف شیشه به طور جزئی رسانایی حرارتی را افزایش می‌دهند و توانایی مواد را به منظور دفع گرما بهبود می‌بخشند. این ویژگی برای کاربردهایی همچون محفظه‌های الکتریکی که در آن‌ها مدیریت گرما ضروری است، مفید می‌باشد. استفاده از این الیاف همچنین پایداری ابعادی در دمای بالا را تا حد زیادی افزایش داده و از بروز تاب خوردگی ( warpage ) و انقباض ( Shrinkage ) جلوگیری می‌کند. این ویژگی برای قطعاتی که بوسیله قالبگیری تزریقی تولید می‌شوند بسیار حائز اهمیت است.

جذب رطوبت
جذب آب به دلیل ساختار‌ شیمیایی پلی‌آمیدها رخ می‌دهد. هنگامی که پلی‌آمید رطوبت بیشتری را جذب می کند، استحکام کششی، مدول کششی، مدول خمشی و سختی کاهش می‌یابد و در مقابل، ازدیاد طول و استحکام ضربه افزایش می‌یابد. به‌طور کلی می‌توان گفت که جذب آب در پلی‌آمیدها اثری همچون نرم‌کننده خواهد داشت به‌علاوه آن‌که موجب تغییر در ابعاد و افزایش حجم غیریکنواخت در قطعات پلی‌آمیدی می‌گردد که در موارد شدید می‌تواند منجر به تاب برداشتن ( Warpage ) محسوس شود. PA66 در مقایسه با PA6 از ساختار متقارن تر و محکم تری برخوردار است. بلورینگی بیشتر PA66 فضای موجود برای نفوذ مولکول‌های آب را کاهش می‌دهد که مستقیماً جذب آب آن را در مقایسه با PA6 کاهش می دهد. استفاده از الیاف شیشه در این مواد، جذب کلی آب را اندکی کاهش می‌دهد. با این وجود، این کاهش در جذب آب چندان قابل توجه نمی‌باشد و می بایست در طراحی کامپاندهای پلی آمید تقویت شده با الیاف شیشه، همچنان جذب رطوبت را در نظر گرفت.

ویژگی‌های فرآیندی
با افزودن الیاف شیشه به مواد پلیمری جریان‌پذیری کاهش می‌یابد. این موضوع بر پارامترهای فرآیندی همچون فشار تزریق، دمای تزریق و … اثرگذار می‌باشد. بنابراین لازم است تا به منظور بهینه سازی فرآیند و دستیابی به محصول با کیفیت، پارامترهای فرآیندی را متناسب با مواد الیاف دار تنظیم کرد.

کاربردهای اختصاصی
• خودروسازی:
از PA66 تقویت‌شده با الیاف شیشه به منظور استفاده در اجزای تحت بار، همچون پایه‌های موتور، براکت‌ها و … که در آن‌ها به استحکام و مقاومت حرارتی بالا نیاز است، استفاده می‌شود.
از PA6 نیز به دلیل برخورداری از ویژگی‌هایی نظیر چقرمگی، پایداری ابعادی و مقاومت در برابر ضربه، در کاربردهایی نظیر پوشش موتور، پوشش تسمه تایم، منیفولد، پوشش فن، مجاری هوا، مخازن انتهایی رادیاتور و … استفاده می‌شود.

• برق و الکترونیک:
PA66 معمولا در قطعاتی همچون connectors، سوئیچ‌ها و terminal blocks استفاده می‌شود که بهاستحکام، پایداری ابعادی بالا و جذب رطوبت کمتری نیاز دارند.
خواصی نظیر عایق بودن الکتریکی و پایداری ابعادی، PA6 را برای کاربردهایی نظیر اتصالات کابل‌ها، جعبه‌های اتصال و محفظه‌های تابلو برق به گزینه مناسبی بدل می‌کند. علاوه براین، چقرمگی و مقاومت این ماده در‌برابر عوامل‌محیطی باعث استفاده از آن در کاربردهایی نظیر بدنه موتور و قطعاتی که نیاز به یکپارچگی ساختاری در طول زمان دارند، می‌گردد.

• لوازم مصرفی:
از PA66 در کابردهایی نظیر قطعات ماشین لباسشویی، لوازم آشپزخانه، دستگیره‌های اجاق گاز و وسایل دیگری که در آن‌ها استحکام و مقاومت در برابر حرارت از اهمیت بالایی برخوردار است استفاده می‌شود.
از PA6 تقویت‌شده با الیاف شیشه در پابندهای اسکی، قطعات دوچرخه و سایر تجهیزات ورزشی که در آن‌ها چقرمگی و مقاومت در برابر سایش اهمیت دارد استفاده می‌گردد.

• قطعات صنعتی و مکانیکی:
6PA6 تقویت شده با الیاف شیشه به منظور استفاده در قطعاتی همچون چرخ‌دنده های تحت بار بالا، قرقره‌ها، بوش‌ها، یاتاقان‌ها، غلطک‌های تسمه نقاله و … استفاده می شود.
از PA6 نیز در کاربردهایی مانند چرخ‌دنده های تحت بار کم و پوشش بلبرینگ که در آن به مقاومت در برابر ضربه و پردازش آسان تر نیاز است استفاده می‌شود.