你聽過尼龍絲襪,那你知道什麼是尼龍塑膠,科普Nylon、PA材料基本知識

尼龍(Nylon)是一種由杜邦公司所開發出來的塑膠材料,其最早應用於牙刷的刷毛,又因為它可以被抽成絲狀而不斷裂,後來也被大量運用於布料紡織上,比如說我們最耳熟能詳的「尼龍絲襪」,就是杜邦最早推出也是最典型的尼龍代表產品之一,另一個代表則是「尼龍雨衣」、「尼龍繩」與「帆布」這類可以防水、可拉扯、可折疊的商品。由此可知,尼龍材料具有一定的強韌性、 延展性與回彈特性。

另外,尼龍的耐摩擦性也非常良好,而且還具有低摩擦係數的優點,更具有一定的剛性與強度,可耐多種化學腐蝕,所以在工業上,人們就善用了尼龍的這些特性,而將之製作成齒輪、滾輪、腳輪、軸承…等可以滾動的物品,在製造組裝作業上則經常將之拿來作為夾治具(Fixture)的材料,尤其是那些需要有作動(motion)的機構治具,或是治具與產品接觸時那些需要防刮傷、撞傷的部位。

(請注意:尼龍與POM從外觀及觸感看起來都有點類似,但是POM的摩擦係數更小,尺寸比尼龍更穩定,而尼龍的機械強度、韌性、抗拉及抗壓強度則較佳,所以如果是需要比較精細的尺寸且機械強度要求不高的治具一般會採用POM材質。)

現在我們可以回頭來聊聊教科書上關於「尼龍」哪些比較八股的知識

「尼龍」其實是一種人造物,其正式學名為「聚醯胺(Polyamide)」,所以又被簡稱為PA,它是由含有「羧基(-COOH)」和「氨基(-NH2、-NHR、-NR2」的單體通過「醯胺鍵(-CO-NH-)」所聚合而成的高分子化合物。
(「醯」唸作「ㄒㄧ」)
(「羧」唸作「ㄙㄨㄛ」,但是拼音為「ㄗㄨㄟ」)

至於「Nylon(尼龍)」這個被全世界廣泛使用的名稱由來,有人說是NewYork及London兩地加起來而成,因為這兩地是尼龍的最早製造地,也有人說是「Now You’ve Lost, Old Nippon(你輸了,老日本)」,可見當時老美有多恨日本人,但這些似乎都沒有得到一個定論,就算事實真的如此,杜邦應該也不會承認,總之它就是一種由美國杜邦所發明並命名的高分子產物。

尼龍的塑膠特性

「尼龍」材料之所以具有「強韌」的物性,其主要原因是來自於化學式中的「-CONH(醯胺基)」,比如說以PA6為例,因為其具有-CONH化學式,所以其本身就具有相當的穩定性、耐熱性也好,但是因為醯胺基具有良好的親水性,所以尼龍材質的吸濕性可是非常的高,這也給許多想要使用尼龍來塑型生產商品的製造商造成了一定的困擾,還好現在可以在生產前使用烘料設備來預先烘烤尼龍塑料(含水率0.2%以下,有些PA塑料甚至要求含水率要在0.05%以下)以克服尼龍加熱時含水變脆的問題。

另外,尼龍就算在射出成型後,其產品依然會持續地吸收空氣中的水分直到飽和為止,而神奇的是,當尼龍的分子鏈中加入了水分後,反而可以達到「增韌」的效果。也因為尼龍在射出成型後仍然會持續吸水腫脹,以致造成尼龍射出後產品的尺寸不易受控,甚至造成產品彎曲變形等現象,這在其他的塑膠材料中是比較少見到的現象,因此在評估使用尼龍做射出成品開發之初就要預先模擬射出後的吸水率及腫脹問題,甚至要在塑膠模具開發前就預留模具可修改的空間。

(有人將這種塑膠射出後吸水腫脹的現象稱之為「回水(water absorption)」,不過工作熊也是第一次聽到這樣的說法,因為一般我們對回水的定義都類似回水管,或是河水流經障礙物被攔阻後往後倒流回水形成回流漩渦的現象。)

尼龍射出後會吸水,尺寸會變大是不可避免的自然現象,如果你只是想加速尼龍射出後達到飽和穩定的尺寸,或許可以考慮將射出後的尼龍成品浸泡於熱水中煮沸2個小時或是放置於高溫蒸氣中一個小時來達成。

添加玻璃纖維可以有效降低尼龍射出後尺寸不穩

如果你想要改善尼龍射出後尺寸腫脹不易控制的問題,目前看來就只能添加「玻璃纖維(GF, Glass Fiber)」來做塑膠改性的動作,也就是所謂的「尼龍+纖」。由於尼龍本身為半結晶熱塑形材料,在添加玻纖後,其物性與縮水率都會發生明顯的變化,基本上添加了玻纖改性後可以得到更好的機械強度與硬度,也會有更高的熱變形溫度,而且縮水率也會隨之降低。

但是尼龍添加玻纖改性後韌性則會下降,熔點則會變高,這個改變也順帶產生了一個明顯的缺點,就是射出作業的「熔合線(welding line)」會比較明顯,而且熔合處的結合強度也會變得比較差,一旦產品受到應力作用時就容易從融合線的位置開始破裂。

其次,玻璃纖維的配向如果沒有弄好,將導致應力分配不均,最後可能造成射出品出現翹曲變形等問題,雖然可以透過移動注膠口的位置來改善,但最好還是在評估是否使用添加玻纖改性前,考慮清楚產品的使用特性,而且在開模前一定要事先做好玻纖配向性評估並預留膠口變更可能性。


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