Tutti abbiamo sentito parlare del nylon e la maggior parte di noi lo utilizza ogni giorno. Sintetizzato per la prima volta nel 1935 dal chimico Wallace Carothers di DuPont, questo noto polimero fu inizialmente impiegato per sostituire la seta nelle calze da donna. Ma la Seconda guerra mondiale ne ampliò notevolmente l’impiego e, in breve tempo, il nuovo materiale trovò applicazione in tutto: dai paracadute agli pneumatici per camion, dalle tende ai serbatoi di carburante. Oggi è una delle fibre sintetiche più diffuse e utilizzate.
Che cos'è il nylon?
Il nylon è una famiglia di poliammidi (PA), un gruppo di polimeri sintetici e, in alcuni casi, di origine naturale, basati su legami ammide (un gruppo carbonilico legato a un atomo di azoto) che offrono elevata resistenza e durabilità. Altri esempi includono Kevlar, Nomex, Pebax e materiali ad alte prestazioni simili. Come il nylon, anche questi materiali presentano caratteristiche vantaggiose: il Kevlar, ad esempio, è noto per la sua tenacità, che ne ha favorito l’impiego nei giubbotti antiproiettile, mentre il Nomex è spesso utilizzato nell’abbigliamento protettivo contro il fuoco.
Naturalmente, non produciamo capi di abbigliamento, ma realizziamo un’ampia varietà di componenti unici e di alta qualità utilizzando oltre due dozzine di gradi di nylon. In questo articolo analizziamo alcune delle proprietà e delle applicazioni di questi diversi materiali e accenniamo alle tecnologie di produzione impiegate per lavorarli.
Nylon 6 (PA 6): resistente, ma da tenere lontano dall’acqua
Passeggiando nelle nostre officine meccaniche, potresti vedere pezzi lavorati tramite fresatura CNC in PA 6, un tipo di nylon sintetizzato a partire dal composto organico caprolattame. Le catene polimeriche del nylon 6 sono costituite da anelli ripetuti di sei atomi di carbonio ciascuno, da cui deriva il nome. Come altri nylon, il PA 6 è noto per l’elevata resistenza a trazione, la tenacità e l’elasticità. Tuttavia, presenta una marcata capacità di assorbire umidità, che può influire negativamente sulla stabilità dimensionale e sulle proprietà meccaniche. Il nylon 6 fonde intorno a 428°F (220°C). È resistente a numerosi agenti chimici, oli e solventi; è autolubrificante e offre una buona resistenza all’abrasione.
Con un peso pari a circa un ottavo di quello del bronzo, il nylon 6 è adatto ad applicazioni quali ingranaggi e boccole, parti automobilistiche come collettori di aspirazione e coperture del motore e, grazie alle sue proprietà elettriche, è spesso utilizzato per isolatori e connettori. Offriamo due gradi di nylon 6 colato, PA 6 nero e PA 6 blu; quest’ultimo è stabilizzato termicamente e consente un aumento del 10% della temperatura di esercizio.
Nylon 6/6: più tenace e più resistente all’usura
Che differenza possono fare pochi atomi di carbonio! Il nylon 6/6 (noto anche come Nylon 66 o PA 6/6) è sintetizzato a partire da due monomeri (acido adipico ed esametilendiammina), ognuno dei quali contribuisce con catene di sei atomi di carbonio, da cui deriva il suffisso 6/6. Queste unità ripetute aumentano la resistenza a trazione, la tenacità e la durabilità del materiale rispetto al nylon 6, riducendone al contempo la tendenza ad assorbire umidità e innalzandone il punto di fusione a circa 500°F (260°C). Questo rende il nylon 6/6 una sorta di “fratello maggiore” del nylon 6: più tenace, più robusto (circa il 20%) e più resistente all’usura, pur essendo impiegato in molte delle stesse applicazioni.
Nella nostra officina meccanica sono disponibili due gradi: nylon 6/6 naturale e nylon 6/6 caricato con fibra di vetro (ne parleremo più avanti), mentre il servizio di stampaggio a iniezione offre numerose varianti di PA 66, per lo più con l’aggiunta di materiali di carica. Ne parleremo a breve.
Nylon 6/12 (PA 6/12): resistenza all’umidità per lo stampaggio
Nel reparto di stampaggio a iniezione delle materie plastiche si trova anche il nylon 6/12, caratterizzato da unità alternate dei monomeri esametilendiammina (con 6 atomi di carbonio) e acido dodecanedioico (12 atomi di carbonio). È un po’ meno resistente del PA 6 o del PA 66 e ha una temperatura di fusione intermedia tra i due, ma è meno soggetto all’assorbimento di umidità rispetto a entrambi.
Le setole del tuo spazzolino potrebbero essere in PA 6/12, così come le linee carburante della tua auto, la guaina dei cavi elettrici, le cerniere della tua tenda da campeggio e molte altre applicazioni in cui serve un grado di nylon più stabile e resistente all’umidità. Per lo stampaggio a iniezione offriamo una versione di poliammide 6/12 con il 33% di carica di fibra di vetro (Zytel 77G33L NC010), che DuPont definisce un “polimero performante”, con additivi per migliorare la lubrificazione e la stampabilità.
Nylon 11 (PA 11): stampare una plastica sostenibile
Passiamo ora alla stampa 3D. Il PA 11 è sintetizzato a partire dall’acido 11-aminoundecanoico, un monomero derivato dall’olio di ricino. Questo lo rende uno dei nylon più “verdi”, anche se tutti presentano criticità in termini di riciclo. Come avrai ormai intuito, ogni unità ripetuta delle catene polimeriche del nylon 11 contiene 11 atomi di carbonio. Nei nostri sistemi di stampa 3D SLS (sinterizzazione laser selettiva) utilizziamo polvere di PA 11 nero.
Il materiale offre un ottimo equilibrio tra resistenza e flessibilità, oltre a un’eccellente resistenza agli urti, soprattutto a basse temperature. Inoltre assorbe meno umidità rispetto al nylon 6 o 6/6, garantendo una migliore stabilità dimensionale in condizioni umide, ma ha un punto di fusione più basso, pari a 410°F (210°C). Unendo queste qualità a un’elevata resistenza ai raggi UV, il PA 11 risulta una scelta di primo piano per molte applicazioni outdoor, ad esempio scarponi da sci e altri articoli sportivi, oppure componenti con incastri a scatto e cerniere flessibili.
Nylon 12 (PA 12): ottime prestazioni con una diversa struttura molecolare
Il PA 12 è un altro materiale di riferimento, utilizzato sia nella stampa 3D SLS sia nei processi Multi Jet Fusion. È una poliammide alifatica lineare, il che significa che la sua struttura è composta da catene aperte di atomi di carbonio (12, in questo caso) anziché da anelli. Presenta un’eccellente resistenza chimica, in particolare verso diversi agenti chimici, sali e oli, ma ha un punto di fusione più basso, intorno a 356°F (180°C). Inoltre, come il PA 11, assorbe meno umidità rispetto ad altre poliammidi, risultando stabile dimensionalmente in un’ampia gamma di condizioni ambientali.
Sono disponibili gradi neri e bianchi, oltre a versioni caricate con fibra di vetro e con cariche minerali, che migliorano le proprietà meccaniche e termiche del PA 12. Contenitori e dispositivi sono spesso realizzati in PA 12 (pieni o cavi), così come alcuni cateteri e altri componenti medicali (il PA 12 è tra i nylon più biocompatibili), sistemi di alimentazione automobilistica, imballaggi per cosmetici, connettori elettrici e molto altro.
Le cariche: una panoramica
Come indicato in precedenza, offriamo circa due dozzine di gradi di nylon destinati al solo stampaggio a iniezione. Con poche eccezioni, la maggior parte di questi si basa sul nylon 66 con diversi tipi di cariche. I nylon rinforzati con fibra di vetro sono i più comuni: come suggerisce il nome, sono rinforzati con fibra di vetro per migliorarne la resistenza meccanica, la rigidità e la stabilità dimensionale. La percentuale varia dal 13% (Hylon Select N1013HL) al 33% (Vydyne R533H e Zytel 70G33 sono due esempi).
Sono disponibili anche nylon rinforzati con cariche minerali, come Minlon 10B40, e nylon che contengono modificanti d’urto (Zytel ST-80) o stabilizzanti UV (RTP 200 200 UV). Come già osservato, questi e diversi altri nylon “speciali” garantiscono prestazioni superiori nelle applicazioni più impegnative, sebbene a un prezzo premium.
Infine, tieni presente che, sebbene le cariche di fibra di vetro e le cariche minerali apportino benefici significativi nello stampaggio a iniezione, sono anche più abrasive rispetto alle versioni non caricate e tendono a consumare più rapidamente cavità e anime dello stampo.
Come sempre, puoi rivolgerti al tuo referente Protolabs per ricevere consigli sulla scelta del polimero, sulla progettazione dello stampo e su altri aspetti produttivi già nelle prime fasi di sviluppo del progetto, così da evitare problemi in seguito.
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