Nylon
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Nylon (en español Nailon). Polímero sintético que pertenece al grupo de las poliamidas. Es una fibra manufacturada la cual está formada por repetición de unidades con uniones amida entre ellas. Las sustancias que componen al nylon son poliamidas sintéticas de cadena larga que poseen grupos amida (-CONH-) como parte integral de la cadena polimérica. Existen varias versiones diferentes de Nylons siendo el nylon 6,6 uno de los más conocidos.
Sumario
Historia
Fue la primera fibra producida enteramente de polímero sintético y se caracterizó por primera vez en 1899. En 1929, este estudio fue renovado por Carothers en la Compañía Du Pont de Neumors. La primera patente se solicitó en 1931 y fue publicada en 1936. En julio de 1935, el nylon 6,6 fue elegido por Dupont para ser introducido en el mercado. Esta fue seguida por una patente de aplicación que se publicó en 1937. Las principales poliamidas ilustradas en estas dos primeras patentes fueron NYLON-6, NYLON-7, NYLON-8, NYLON-9, NYLON-11 y NYLON-17. La primera patente de aplicación para el NYLON-6,6 se publicó en 1938.
Du Pont comenzó la producción experimental del nylon en 1938 y la primer planta comercial comenzó su producción en 1939 en Seaford, Delaware (EE.UU). Las primeras medias de nylon se introdujeron en el mercado en 1940 y fueron un inmediato éxito comercial. En EE.UU. una segunda planta de Du Pont comenzó a producir en 1941, una tercera en 1947, una cuarta en 1954, y una quinta en 1967 utilizando un avanzado proceso de spinning (hilado). La producción comercial de NYLON-6 en EE.UU. comenzó con la disponibilidad a gran escala de caprolactama, producida por primera vez en 1955 por Allied Chemical Corporation. Desde entonces la producción de fibras poliamidicas se ha expandido ampliamente alrededor del mundo.
La segunda guerra ayudó a incorporar en vestimenta, parachoques y cubiertas al nylon 6,6 con un impacto indescriptible.
Nomenclatura
La nomenclatura de las poliamidas varía según las fuentes entre sistemática, semisistemática y nombre común. En América del Norte, la práctica común es llamar a las tipo AB o a las tipo AABB, como nylon X o nylon X,X respectivamente, siendo X la cantidad de carbonos que tiene la cadena del monómero. En las tipo AABB, se denomina primero la cantidad de carbonos de la diamina. En Europa, se acostumbra llamarlas poliamida o su abreviatura PA. La IUPAC, acepta como denominación la forma abreviada de poliamida. El nombre común se basa en nombrar cada uno de los monómeros. Pero todas estas están cayendo en desuso a favor de la nomenclatura sistemática que se basa en nombrarlas como derivados de las cadenas carbonadas divalentes de nitrógenos sustituidos (imino). Por ejemplo, el nylon 6,6 se llamará polimino (1,6 dioxo-hexanediil) imino hexanediil.
Propiedades
Un grupo de propiedades difíciles de medir cuantitativamente están asociadas a la estética, el estilo y el valor percibido. En indumentaria, pueden mencionarse la suavidad de los géneros, el movimiento, la reflexión de la luz y el confort. En alfombras, pueden incluirse la firmeza, el brillo y su grado de similitud con la felpa.
Otro grupo de propiedades son más fáciles de medir por métodos convencionales, como la tenacidad, la resistencia a la abrasión, la recuperación desde la deformación, el creep y la resistencia a cambios ambientales.
En algunos casos es difícil determinar si un comportamiento determinado resulta primariamente de la estructura química y física o si es consecuencia del proceso de fabricación. Por ejemplo, la estabilidad térmica en hilado para neumáticos se relaciona con el estabilizante térmico utilizado, pero la adhesión y la flexibilidad se ven afectados por el proceso de terminación o acabado de la fibra, así como por la estructura química.
Mecánicas
Densidad lineal Tex es el peso en gramos de 1000 m. de hilado. Denier es el peso en gramos de 9000 m de hilado.
Eléctricas
La conductividad eléctrica del nylon es muy baja. La conductividad se incrementa con el contenido de humedad; su valor para el hilado de nylon 6,6 se incrementa en muchos órdenes de magnitud para un incremento de la humedad de 0 a 100 %.
Las propiedades aislantes del nylon se manifiestan en la capacidad de acumular cargas eléctricas estáticas. Pueden generarse fácilmente tanto cargas positivas como negativas sobre la superficie por rozamiento o con sustancias apropiadas, seguidas de separación. Estas cargas no se disipan fácilmente. La combinación de la facilidad de formación y dificultad en la pérdida de cargas electrostáticas es una característica desfavorable en el nylon, que posee baja retención de humedad.
El incremento de humedad relativa y la incorporación de ciertas sustancias en el polímero fundido antes del proceso de hilado, ayudan a disipar las cargas estáticas. Los valores de las constantes eléctricas del nylon 6 son aproximadamente similares a las del nylon 6,6, excepto por la constante dieléctrica que es menor en el nylon-6,6.
Relación con la fibra
Las salientes contribuciones de la fibra de nylon para alfombras, indumentaria y tapizados son su resistencia a la abrasión y su baja absorción de la humedad. La primera propiedad incrementa durabilidad de la estructura textil, y la segunda contribuye al secado rápido. La fuerza del filamento continuo de nylon, que hace al nylon tan sobresaliente en aplicaciones industriales (cuerdas y tejidos), no es deseable en la fibra utilizada para indumentaria. La fibra de nylon tipo hebra es producida con una tenacidad de 0.3-0.4 N/tex y una extensión del 50-100%. La mayor parte de las atrás propiedades de las hebras de nylon difieren muy poco de las correspondientes al nylon de filamento continuo, Existe muy poca diferencia entre las características del nylon-6 y las del nylon-6,6.
Térmicas y relativas a la humedad
El comportamiento térmico de la fibra de nylon y los efectos interrelacionados con la humedad tienen una influencia considerable en las propiedades físicas. Estas son básicas en la producción de la fibra.
Las propiedades térmicas y de resistencia a la luz son en gran medida producto de los estabilizantes específicos utilizados y de ciertos aspectos del proceso de hilado.
Tenacidad
Es la resistencia a la tensión en la rotura. Se expresa como fuerza por unidad de densidad lineal, por ejemplo, N/tex o gf/den.
Ligadura
Es la resistencia a la tensión requerida para la rotura de una hebra simple de hilado en la cual se ata un nudo entre las mordazas de prueba. Se expresa como fuerza por unidad de densidad lineal y es una medida aproximada de la fragilidad del hilado.
Resistencia
Es la carga máxima en gramos requerida para la rotura de una fibra. Resistencia a la tensión Es el máximo esfuerzo por unidad de área expresado en kPa o MPa. Se calcula como: Resistencia a la tensión (MPa) = Tenacidad (N/tex) x Gravedad específica x 1005
Elongación
Es el incremento en longitud durante una prueba de tensión. Se expresa como porcentaje de la longitud original.
Módulos
Elasticidad
Es la carga requerida para estirar una muestra de una unidad de área de sección transversal por unidad de cantidad. Se expresa como el cociente incremental de la carga en la porción recta inicial de la curva tensión - elongación extrapolada al 100 % de elongación de la muestra. El creep primario y secundario, el grado de cristalinidad y orientación, las condiciones de producci6n y proceso, temperatura y humedad tienen una influencia notoria en el módulo de elasticidad.
Estiramiento
Se calcula como: Módulo de estiramiento = Módulo de elasticidad /100
Rendimiento
Es el trabajo requerido para la rotura del material. Es proporcional al área total bajo la curva de tensión - elongación.
Tenacidad
Es el trabajo requerido por unidad de densidad lineal para la rotura del material, Se calcula dividiendo el trabajo para la rotura por tex (denier). Limite elástico:
Es el punto sobre la curva de tensión - elongación donde la carga y la elongación dejan de ser directamente proporcionales.
Creep
Es el cambio en la forma del material sujeto a esfuerzo y depende del tiempo. El creep primario es la componente recuperable, y el creep secundario es la componente irrecuperable.
Curva esfuerzo - elongación
Bajo condiciones normales, las curvas de esfuerzo - elongación de un hilada o fibra de nylon bien orientado muestran una porción inicial recta en la cual el esfuetzo y la elongación son proporcionales. La curva luego muestra la deformación de la estructura de la fibra y se indica por la curva en forma de S: primero cóncava al eje de esfuerzo, luego una forma cóncava al eje de elongación hasta el punto de rotura. Cuando se extiende una fibra de nylon, las fuerzas intermoleculares que impiden que la fibra se encoja se oponen a esta extensión. Esta elasticidad de corto rango produce la porción recta inicial de la curva. En esta región, la fibra puede retornar a su longitud inicial si se le quita el esfuerzo. Si se extienden aún más las porciones de las moléculas de la cadena, la red de moléculas se orientan. Las cadenas se enderezan y quedan más cercanas entre sí, tal que los enlaces intermoleculares se vuelven más efectivos (enlaces con hidrógeno y fuerzas de Van der Waals).
La fibra pasa a una región de deformación en la cual los segmentos moleculares no pueden regresar a su configuración inicial luego del cese del esfuerzo. El principal mecanismo responsable de la fuerza, la cual resiste la elongación más allá del límite elástico, es la tendencia de las moléculas de la cadena en la región amorfa a asumir una configuración random por la tendencia a la máxima entropía, Las regiones cristalinas también obstaculizan el movimiento de las cadenas. La suma de todas estas fuerzas y la resistencia al movimiento de las cadenas iguala al esfuerzo total requerido para la rotura de la muestra. Las propiedades de esfuerzo-deformaci6n del nylon depende en gran medida de la velocidad del proceso de hilado y de el grado de estiramiento.
Fundamentalmente, las propiedades son controladas por la morfología íntima de las fibras, especialmente de la orientación cristalina y la orientación amorfa.
Recuperación
El tiempo es uno de los factores más importantes en el mecanismo de la recuperación elástica, Cuando se aplica una carga a una fibra, ésta sufre una extensión instantánea y continúa extendiéndose o sufriendo creep en el tiempo. Cuando se retira la carga, hay una recuperación instantánea de parte de la extensión seguida de una contracción o recuperación tardía por un periodo de tiempo. Cuando la recuperación es incompleta, la parte residual se denomina disposición permanente. El CREEP es la extensión en función del tiempo bajo una carga aplicada y la recuperación es el proceso inverso.
El nylon muestra inicialmente una recuperación rápida que ocurre en unos pocos minutos luego del cese de la carga. Comparado con otras fibras, el hilado de nylon tiene un notable grado de elasticidad y recuperación frente a altas cargas y extensiones.
Estabilización
Luz
En la presencia de luz, el dióxido de titanio, comúnmente utilizado como un realzador del brillo, reacciona con el oxigeno para formar peróxido, autocatalíticamente, y el peróxido degenera poliamidas en la ausencia de estabilizantes como las sales de manganeso. Se utilizan también aditivos como ácidos hipofosforosos, fosfitos y fosfatos.
Calor
Los principales productos gaseosos de la pirólisis del nylon-6,6 son el agua, el dióxido de carbono y el amoníaco. Las sales de cobre son los estabilizantes más usados para fibras sin brillo para evitar la degradación por calor y luz. Las sales generalmente se agregan antes de la polimerización.
Pérdida de resistencia a alta temperatura bajo altas cargas
Uno de los factores fundamentales que han hecho posible la producción de hilados para neumáticos de nylon 6,6 es la capacidad de incrementar la temperatura de ruptura bajo altas cargas. Se emplean para su estabilización los compuestos de 9,9 dialquilhidroacridina, que se agregan en un % en peso de 0.4-1.0 respecto del monómero antes o durante la polimerización. Las bases de Schüf también imparten buenas propiedades térmicas bajo carga.
Desorientación por calor en líquidos
La desorientación de las poliamidas en presencia de temperaturas de vulcanización en neumáticos es un problema de significante importancia. Esta desorientación es producida durante el tiempo en el cual los hilados para neumáticos son expuestos a la humedad en baja carga durante la vulcanización, o cuando se libera la presión luego de la vulcanización. El problema puede ser parcialmente solucionado manteniendo algo de tensión en la cuerda al final de cese de la presión. También puede evitarse parcialmente minimizando el contenido de humedad de las fibras para neumáticos antes de la vulcanización.
Degradación por calor y humedad
Los filamentos de nylon sin estirar tanto del nylon 6,6, son susceptibles de degradación en condiciones de humedad a 50 - 90C. La exposición a 8-hidroxiquinolina protege efectivamente contra la degradación.
