Serie Korrels deel 1.indd

10
Kunststof Magazine nummer 8, november 2015
Serie
Eerste deel van een vierdelige serie over engineering kunststoffen
AL TACHTIG JAAR
POPULAIR: NYLON
Engineering kunststoffen: de aanduiding voor thermoplastische kunststoffen die qua eigenschappen uitstijgen boven de commodities
zoals polystyreen, PVC, polypropeen en polyethyleen. Engineering kunststoffen zijn duurder, worden in minder grote hoeveelheden
geproduceerd en meestal toegepast voor wat kleinere objecten, zoals mechanische delen. Vooral door hun gunstige gewicht/
sterkte verhouding en de aanpasbare eigenschappen wordt deze groep materialen steeds vaker ingezet ter vervanging van andere
materialen en dan met name metaal. De wereldwijde markt voor deze materialen groeit fors: van 45,2 miljard dollar in 2011 tot
naar verwachting bijna 77 miljard dollar in 2017. In deze serie bespreken we ze allemaal, te beginnen met de meest gebruikelijke
typen. In dit eerste deel van deze vierdelige serie kijken we naar Nylon, onderdeel van de groep polyamiden.
Door Antoine Sonnega en Tim Harmsma
Nylon is een verzamelnaam
getal (zoals in PA 6.6 en PA 4.6)
het diamine als het het dizuur
de amidegroepen en leid tot een
voor een groep synthetische
heeft betrekking op de hoeveel-
omvatten zes koolstofatomen,
materiaal dat sterke en stijver
polymeren, die tot de groep
heid dicarbonzuur.
In beide componenten die bij
is en een hoger smeltpunt heeft
elkaar worden gevoegd bevin-
dan nylon 6.6.
van polyamiden (PA) behoren.
Nylon is een polymeer dat 80
Voor de niet ervaren Nylonge-
den zich ieder 6 koolstofatomen,
jaar geleden werd uitgevon-
bruikers lijkt het dat een Nylon
vandaar de naam PA 6.6. Als het
Bij Nylon 6.12 blijft het dia-
den door DuPont en in eerste
6, dat na een extra polymeri-
polymeer wordt gevormd zijn er
mine gelijk, maar het dizuur
instantie werd ontwikkeld als
satiestap Nylon 6.6 wordt, en
twee afzonderlijke segmenten
dat wordt gebruikt bevat 12
synthetische vervanger van
daarmee de kwaliteit van het
per herhalende eenheid van de
koolstofatomen. Dit vergroot de
zijde. Vandaag de dag is het niet
materiaal ook beter wordt. Dit is
polymeerketen die zes koolsto-
afstand tussen de amidegroe-
meer weg te denken en zit het
echter niet het geval: ondanks
fatomen in lengte zijn.
pen en leidt tot verminderde
in allerlei producten verwerkt.
hun fysieke en chemische over-
Polyamiden vormen een verza-
eenkomsten, zijn beide polyme-
Een van deze koolstofatomen
en een lager smeltpunt. Maar
meling polymeren die in de ke-
ren zeer verschillend, worden ze
behoort tot de belangrijkste
doordat de amidegroepen
tenbouw verschillen. Het wordt
op twee verschillende manieren
chemische groep die Nylon de
verantwoordelijk zijn voor het
naar het aantal opeenvolgende
geproduceerd en hebben beiden
verschillende eigenschappen
aantrekken van vocht is Nylon
koolstofatomen in de keten
hun eigen unieke eigenschap-
geeft. Deze groep wordt een
6.12 beter bestand tegen vocht.
onderscheiden en gekenmerkt
pen.
amidegroep genoemd (Nylon
De daaraan gerelateerde ver-
wordt ook vaak polyamide ge-
anderingen in afmetingen en
worden door amidegroepen
mechanische eigenschappen
(CONH). Het eerste nummer van
Nylon 6.6 en alle andere Nylon
noemd) en is verantwoordelijk
mechanische eigenschappen die
het Nylon type verwijst naar het
polymeren met twee nummers,
voor het relatief hoge smeltpunt
worden ervaren met nylon 4.6
aantal koolstofatomen in de or-
zoals Nylon 6.12 of Nylon 4.6
en de sterkte, maar ook voor
en nylon 6.6 zijn bij Nylon 6.12
thofenyleendiamine, het tweede
worden geproduceerd door
het aantrekken van vocht: een
minder aanwezig.
twee verschillende chemicaliën
eigenschap die typerend is voor
te combineren. Deze worden
polyamiden.
SERIE
ENGINEERING
KUNSTSTOFFEN
DEEL 1
Nylon 6 en andere nylon polymeren die maar één getal
vervolgens gepolymeriseerd om
het uiteindelijke materiaal te
Het eerste getal geeft de di-
achter de naam hebben worden
vormen. De cijfers na het woord
amine en het tweede verwijst
op een heel andere manier
Nylon hebben betrekking op
naar het dizuur. Dus nylon 4.6
gemaakt. Bij deze polymeren
het aantal koolstofatomen die
gebruikt hetzelfde dizuur als
is een enkelvoudige chemische
aanwezig zijn in elk van de oor-
wordt toegepast bij het maken
ringstructuur gebruikt die beide
spronkelijke reactanten. Nylon
van nylon 6.6, maar bevat
groepen bevat om amidefuncti-
6.6 begint als diamine en een
slechts vier koolstofatomen. Dit
onaliteit te produceren – bekend
dizuur (hexaandizuur). Zowel
vermindert de afstand tussen
als caprolactam. Wanneer deze
Serie
nummer 8, november 2015 Kunststof Magazine
Bekende extrusieproducten uit Nylon zijn onder andere
klimtouwen, maar ook flosdraad en visnetten.
ringstructuur wordt geopend en
behoeve van elektrotechniek en
smeltpunt van 250 °C zeer ge-
chemicaliën, maar kunnen
chemische reageert ontstaat er
voor gebruik in de auto-indus-
schikt voor gebruik onder de
slecht tegen alcoholen, sterke
een Nylon 6 polymeer. Nylon 6
trie. PA laat zich makkelijk ver-
motorkap.
zuren en basen. Nylons kunnen
bevat ook zes koolstofatomen:
werken als extrusiemateriaal.
vijf verbonden aan waterstof en
Denk hierbij aan flosdraad maar
de zesde maakt deel uit van de
amidegroep. Hoewel de afstand
worden gebruikt in omgevingen
met hoge temperaturen. Hitte
ook aan klimtouwen en visnet-
ALGEMENE
EIGENSCHAPPEN
ten. Ook als spuitgietproduct is
De meeste Nylons zijn semi-
geven aanhoudend goede pres-
tussen de amidegroepen het-
het uitermate geschikt en kent
kristallijn en zijn over het alge-
taties bij temperaturen tot 185
zelfde is al in Nylon 6.6 heeft
het vele voordelen.
meen zeer stugge materialen
°C (voor versterkte glasgevulde
met goede thermische en che-
polyamides).
Nylon 6 een iets lager (ongeveer
gestabiliseerde compounds
40 °C) smeltpunt en is het min-
Als technische toepassing zien
mische weerstand. De verschil-
der sterk en stijf dan Nylon 6.6.
we vaak een glas- of mineraal-
lende typen geven een breed
BESCHIKBARE TYPEN
gevuld materiaal. In de auto-
scala van eigenschappen met
Er zijn vele typen Nylon be-
Nylon 12 heeft een 12-koolstof
mobielindustrie gebruikt men
verschillen in soortelijk gewicht,
schikbaar (bijvoorbeeld Nylon 6,
ringstructuur (laurolactam) met
vaak glasgevuld PA om metaal
in smeltpunt en qua vochtgehal-
Nylon 6.6, Nylon 4.6 , Nylon 11,
dezelfde amidefunctionaliteit
te vervangen. Grote voordelen
tes. Nylons hebben de neiging
Nylon 12). We zullen in dit arti-
ingebouwd als in caprolactam.
hiervan zijn de enorme ge-
om vocht te absorberen uit hun
kel een drietal gangbare types
Wanneer Nylon 12 wordt ge-
wichtsbesparing en de mogelijk-
omgeving. Deze opname blijft
behandelen. Het materiaal is
maakt staan de amidegroepen
heid van spuitgieten, waarmee
totdat een evenwicht is bereikt
beschikbaar als een homopoly-
tweemaal zo ver uiteen als in
ook weer meer ontwerpvrijheid
en kan een negatief effect op
meer, copolymeer of versterkt.
Nylon 6. Dit geeft als eigen-
en functie-integratie ontstaat.
dimensionale stabiliteit hebben.
Nylons kunnen ook worden
schap dat het materiaal een
Dat de ontwikkeling van Nylon
De toename van het vocht-
gemengd met andere techni-
lager smeltpunt heeft (circa
niet stilstaat heeft DSM ondanks
gehalte is afhankelijk van de
sche kunststoffen om bepaalde
50-60 °C) dan Nylon 6. Belang-
bewezen door met een Nylon +
temperatuur, kristalliniteit en
aspecten van de prestaties te
rijker is dat het materiaal meer
vinylester op de markt te komen,
deeldikte. Conditionering (dro-
verhogen. Nylon is beschikbaar
flexibel wordt zodat het gebruikt
met name na aankondigingen
gen en niet te vochtig of te koud
voor verwerking via spuitgieten,
kan worden voor slangen en
van automobielproducenten dat
opslaan) kan worden toegepast
rotatiegieten, gieten of in film-
zelfs ballonkatheters.
vanaf 2020 een groot gedeelte
om te voorkomen dat er nega-
of vezelextrusie.
van de gebruikte polymeren uit
tieve effecten van vochtabsorp-
PA kent vele toepassingen
plantaardige olie moet bestaan.
tie optreden tijdens verwerking.
waaronder tandwielen, lagers,
Dit specifieke materiaal dat
kleding en visnetten, maar bij-
onder de naam EcoPaxx op de
Nylons hebben een goede
in kleding, vislijn en tapijten.
voorbeeld ook voor delen ten
markt kwam, is met een hoog
weerstand tegen de meeste
Nylon film wordt veel gebruikt
TOEPASSINGEN
Nylon vezels worden gebruikt
11
12
Kunststof Magazine nummer 8, november 2015
Serie
voor voedselverpakking. Het
duurzame consumenten en
biedt taaiheid en lage gasper-
industriële producten, dankzij
meabiliteit en is in combinatie
haar gemakkelijk verwerking,
met de goede temperatuurbe-
het eenvoudige inkleuren,
stendigheid goed geschikt voor
een heel mooie oppervlak (bij
kook-in-de-zak voedselverpak-
hoge vloei-materialen is dit
king.
nog beter) en een uitstekende
mechanische weerstand. PA6
Spuitgiet- en extrusietypes vin-
en PA6.6 zijn uitstekende ma-
den vele toepassingen als ver-
terialen wanneer het gaat om
vanging voor metalen onderde-
complexe ontwerpen: daarbij is
len, bijvoorbeeld in auto(motor)
het is in vergelijking met andere
onderdelen. Nylon is taai, cor-
engineering thermoplasten ook
rosiebestendig en het is lichter
en goedkoper dan aluminium.
een kostenefficiënte oplossing.
Verpakkingen gemaakt van PA
De zelfsmerende eigenschappen maken Nylon uitermate geschikt voor tandwielen en lagers.
De zelfsmerende eigenschap-
bieden zeer hoge perforatie-
pen maken Nylon uitermate
tuurweerstand ten opzichte van
delijk bijdragen aan een enorme
weerstand en vooral ook bar-
geschikt voor tandwielen en la-
PA6.6 en is het ook wat lager
gewichtsbesparing, die CO2-
rièreweerstand tegen zuurstof,
gers. Elektrische isolatie, weer-
in prijs. Het is daarom van alle
uitstoot verminderd en vooral
kooldioxide en aroma’s. Al deze
stand tegen corrosie en taaiheid
technische polymeren de meest
in de huidige ‘groene’ markt
eigenschappen maken speciale
maken Nylon een goede keuze
populaire.
kansen biedt. Kort gezegd heeft
polyamidetypes ideaal voor
PA6.6 standaard betere mecha-
gebruik in voedselverpakkin-
voor hoge belasting onderdelen
in elektrische toepassingen
PA6, PA6.6 OF PA4.6?
nische eigenschappen dan PA6
gen. Ook in de meubelindustrie
als isolatoren, behuizingen en
PA6.6 wordt vaak pas ingezet
in termen van stijfheid, kruip en
vindt men polyamide. Deze
de alomtegenwoordige kabel-
wanneer PA6 niet meer voldoet
thermische weerstand. Wel is
materialen worden bijvoorbeeld
bandjes. Een andere belangrijke
qua temperatuurbestendigheid
het minder slagvast.
gebruikt voor de vervaardiging
toepassing is te vinden in behui-
(continue circa 120 °C) of wan-
zingen.
neer de mate van vochtopname
In de elektrische en elektro-
briljante oppervlaktekwaliteit,
van stadionstoeltjes dankzij hun
van PA6 niet meer volstaat. Het
nische toepassingen waar het
uitstekende weerstand tegen
Zowel Polyamide 6 (PA6) en
biedt erg goede oppervlakte-
materiaal aan specifieke tests
vuil en vergrijzing. Het is maar
Polyamide 6.6 (PA6.6) worden
eigenschappen. Polyamide 6
(GWIT, UL94) moeten worden
weliswaar iets duurder maar
veel gebruikt – in verschillende
en Polyamide 6.6 beantwoor-
voldoen zijn polyamiden 6 en 66
toch beter alternatief voor po-
markten en toepassingen – van-
den aan de eisen van talrijke
goede opties. Deze materialen
lypropyleen. De eigenschappen
wege hun uitstekende prestaties
toepassingen in uiteenlopende
kunnen eenvoudig gemodifi-
van de uitzonderlijke materiaal-
ten opzichte van de prijs van
markten. PA6 en PA6.6 komen
ceerd worden. Bovendien bren-
moeheid-bestendigheid en de
het materiaal. Deze twee ma-
we dankzij hun goede verwerk-
gen ze ook oplossingen voor
hoge impact-sterkte gecom-
terialen zijn wereldwijd veruit
baarheid, prijs en eigenschap-
het soort toepassingen waarbij
bineerd met de mechanische
de meest gebruikte polyamiden
pen vooral tegen in automotive-
behoefte aan materialen is die
sterkte van polyamide dragen
maar ook in de range van tech-
toepassingen. Deze materialen
bestand zijn tegen hoge tem-
bij dat men deze zelfs gebruikt
nische polymeren het meest
worden vaak gebruikt als een
peraturen en waarbij met mini-
voor de vervaardiging van ski-
toegepast.Hoewel zij vergelijk-
alternatief voor metaal in de
male wanddiktes gewerkt kan
bindingen.
bare eigenschappen hebben
auto onder de motorkap. Dit
worden. PA6 en PA6.6 worden
zijn er een aantal kleine maar
zijn vaak delen waar ontwerp-
veel toegepast in consumen-
In het geval van skibindingen
belangrijke verschillen tussen
flexibiliteit en temperatuur- en
ten- en industriële markten.
wordt vaak gekozen voor PA6,
beide materialen. Zo heeft PA6
chemische weerstand kritische
Polyamide 6.6 biedt een wijde
omdat dit beter vervormbaar is
heeft een iets lagere tempera-
factoren zijn. Ze helpen uitein-
range aan oplossingen voor
dan polyamide 6.6. Bij lagere
PA eigenschappen
PA 6
PA 6.6
PA 4.6
PA 6.10
PA 12
Dichtheid
1,09-1,18
1,07-1,18
1,16 - 1,19
1,04- 1,10
0,96-1,23
Wateropname
1,5-3,1
1,0-2,9
2,8-3,7
0,4-2,0
0,5-0,7
Elasticiteitsmodulus
800-3500
700-3400
1300 - 3900
650-2800
900-2380
Kerfslagsterkte
3,5-31,0
4,5-26,0
1,8-36,0
4,0-18
1,5-20,0
Hitte vervormingsweerstand
125-220ºC
140-235ºC
159-195ºC
50-79ºC
40-51ºC
Verwerkingstemperatuur
230-290ºC
250-300ºC
310-320ºC
230-280ºC
200-260ºC
Gewenste droogtijd en temperatuur
75ºC - 2 tot 5 uur
80ºC - 2tot 55 uur
85ºC - 4 tot 7 uur
80 ºC - 2 tot 5 uur
85 ºC -3-4 uur
Serie
temperaturen maakt dit het een
harder/taaier materiaal. Het
resultaat: veiligere producten
(minder risico van versplintering
bij lage temperaturen) en het
zal minder snel breken tijdens
de verwerking omdat de producten taaier zijn. Onversterkte
PA6 bij lagere temperaturen
zorgt voor een betere prestatie
dan PA6.6.
Beide materialen dient men
voor te drogen om de eigenschappen zoals hierboven beschreven optimaal te krijgen.
PA 6.6 neemt dankzij zijn moleculaire structuur minder vocht
op dan PA6 en heeft door zijn
hogere smeltpunt betere thermische eigenschappen, maar
nummer 8, november 2015 Kunststof Magazine
SEMI RESISTENT
RESISTENT
Aceton
Nitro
Boorzuur, verdund
Ammoniak
Olie, plantaardig
Kopersulfaat, verdund
Dierlijke oliën en vetten
Vetten, plantaardig
IJzerchloride, verdund
Arseenzuur, verdund
Petroleum
Melkzuur, verdund
Bier
Propaanvloeistof
Loodacetaat, verdund
Benzeen
Zeewater
Methyl-hout alcohol
Koolzuur, verdund
Zeep
Ozon
Cyanide, verdund
Soda loog
Trichloorethyleen
Dieselolie
Sodiumchloride
Zinksulfaat, verdund
Ethylacetaat
Stearinezuur
Ethylalcohol, verdund
Tolueen
NIET RESISTENT
Vruchtensappen
Terpentine
Calciumchloride, verdund
Benzine
Azijn
Vetzuur
Glucose, verdund
Xylol
Methaanzuur, verdund
Hydraulische oliën
Zoutzuur, verdund
Methyl-acetaat
Salpeterzuur, verdund
Methyl-ethyl
Fosfoorzuur, verdund
Mineraalolie (zonder toevoegingen)
Zwavelzuur,verdund
Richtlijnen met betrekking tot algemene resistantie van Nylon.
wel een lagere slagvastheid.
De slijtage en chemische weer-
BLENDS EN COMPOUNDS
stijfheid van het materiaal kan
materialen onderling, maar ook
stand van PA6.6 is echter meer
We hebben hierboven natuurlijk
worden gemodificeerd.
met andere polymeren zoals
dan goed en maakt het een ui-
voornamelijk gesproken over de
Door het modificeren van deze
ABS. Bijvoorbeeld de 4KTEC®
termate geschikt materiaal voor
standaard eigenschappen van
nylon-types worden de eigen-
PA/ABS blends zijn uitermate
hoogwaardige toepassingen.
de materialen en wat minder
schappen van het materiaal
geschikt voor toepassingen
waar men een goede slagvast-
over de specifieke aanpassin-
dermate veranderd dat men een
Een minder vaak voorkomend
gen die gedaan kunnen worden
product in PA6.6 vaak makkelijk
heid nodig heeft gecombineerd
type polyamide is PA4.6. Voor-
door middel van compounderen,
kan overzetten naar een ge-
met hoge en lage temperatu-
namelijk door zijn standaard
waarmee de eigenschappen
modificeerde PA6, met behoudt
ren. De oppervlaktekwaliteit
nog betere temperatuurbe-
van de afzonderlijke materialen
van alle voordelen van beide
maakt het een ideaal materiaal
stendigheid is dit een populair
enorm verbeterd kunnen wor-
materialen.
voor bijvoorbeeld het interieur
materiaal voor gebruik in
den. Hier heeft men het over
speciale onderdelen voor de
bijvoorbeeld 4KTEC® polyamide
Zoals in het begin van het arti-
automotive-industrie. Bij hoge
compounds.
kel besproken zijn er vele types
IN HET VOLGENDE DEEL
polyamides zoals PA6, PA6.6,
In deel twee van deze vierdelige
temperaturen is het materiaal
van een auto.
goed bestendig tegen bijvoor-
De meest voorkomende aanpas-
PA4.6, PA11 en PA 12. Er zijn
serie kijken we naar styreen
beeld hete motorolie. Ook heeft
singen zijn polyamides versterkt
ook vele blends mogelijk tus-
copolymeren ABS, SAN en ASA.
het materiaal een uitermate
met glas, waardoor vooral de
sen deze types, die bijvoorbeeld
ABS wordt weliswaar steeds
hoge slijtvastheid. Dit zie je
treksterkte wordt verbeterd. Dit
gecompoundeerd worden tot
meer gezien als een standaard
terug in het veelvuldig gebruik
kan in alle wenselijke percenta-
klantspecifieke hybride 4KTEC®
polymeer en niet als een en-
van dit type polyamide in on-
ges: meestal tot ca 60%. Poly-
polyamide compounds. Met
gineering kunststof. Echter,
derdelen voor koppelingen voor
amide kan men ook eenvoudig
behoud van de eigenschappen
doordat het materiaal veel-
auto’s of kettingkastonderdelen
UV- en hitte stabiliseren. Hoge
van elk materiaal afzonderlijk
vuldig wordt ingezet als blend
in de fietsindustrie. Het mate-
vloei-polyamides ziet men vaak
verkrijgt men door het blenden
met engineering plastics zal
riaal leent zich ook uitstekend
voor een mooier oppervlak. De
speciale compounds met uit-
dit materiaal in het volgende
voor gebuikt in connectoren en
vlamvertragende types kunnen
zonderlijk eigenschappen. Dit
artikel toch uitgebreid worden
sensoren als vervanging voor
makkelijk gemodificeerd kun-
gebeurt niet alleen met de PA-
besproken. n
metalen in bijvoorbeeld de elek-
nen worden en daarmee UL94
tronische sectoren.
V0 zijn, ook halogeenvrij. Ook
Door de hogere mate van vocht-
impact gemodificeerde PA-
4KTEC® is een onderdeel van Korrels BV. 4KTEC ontwikkelt en
opname zal de stijfheid van het
materialen worden veel toege-
levert technische polymeren en compounds waaronder gemodi-
materiaal in vochtige omgevin-
past voor een hogere en betere
ficeerde polyamides voor een betere hechting bij 2K-spuitgieten
gen echter minder zijn dan die
slagvastheid, net als de mine-
of co-extrusie met 4KFLEX® elastomeren.
van een PA6 of een PA6.6.
raalgevulde variant waardoor de
13