Výzkum a vývoj v oblasti polymerní chemie a materiálových věd byl v polovině dvacátého století významný. Výsledkem tohoto výzkumu a vývoje byly plasty a polymery. Tyto materiály měly schopnost odolávat vyšším teplotám. Zpočátku byly vytvořeny polyfenylsulfid a polytetrafluorethylen, které ve srovnání s tradičními plasty dokázaly čelit a odolávat vyšším teplotám. Letecký a kosmický průmysl vyvolal v 70. letech 20. století značnou poptávku po vysokoteplotních polymerech nebo plastech.Úsilí, které bylo vynaloženo kvůli požadavku na lehké materiály s vynikajícími mechanickými a tepelnými vlastnostmi, pak vyústilo ve vytvoření polymerů, jako jsou četné typy polyamidů a polyetheretherketonu.
Nakonec byly kovové části motorů a konstrukčních prvků letadel nahrazeny těmito lehkými a teplotně odolnými plasty. Běžné plasty mají tendenci měknout při vysokých teplotách a při těchto zvýšených teplotách pak začínají degradovat. Na druhou stranu vysokoteplotní plasty si při zvýšených teplotách zachovávají své vlastnosti a jsou považovány za vhodné pro použití v průmyslových odvětvích, kde panují extrémní provozní podmínky. Mezi tyto vlastnosti patří chemická odolnost, rozměrová stálost a mechanické vlastnosti, které jsou pro výkon vysokoteplotních plastů zásadní. Tyto vysokoteplotní plasty, které jsou konstruovány tak, aby čelily vysokým teplotám v extrémních podmínkách a odolávaly jim, se také nazývají technické termoplasty nebo vysoce výkonné termoplasty.
Definice vysokoteplotního plastového materiálu
Vysokoteplotní plastové matriály je materiál, který je speciálně navržen pro provoz při vysokých teplotách a odolává těmto zvýšeným teplotám. Základní vlastností, která je důležitá, je, že vysokoteplotní plasty si při vysokých teplotách zachovávají svou strukturální integritu a mechanické vlastnosti. Tyto vysokoteplotní technické plasty si zachovávají svůj původní tvar a nedeformují se při provozu za zvýšených teplot.
V závislosti na kategorii plastů si zachovávají své vlastnosti v teplotním rozmezí od 150 °C do více než 300 °C.Tyto vysokoteplotní plasty nacházejí uplatnění v aplikacích při vysokých teplotách, kde by běžné plasty degradovaly a deformovaly se a nevydržely by tak vysokou teplotu. Je vhodné zmínit, že kovy mají vysokou hmotnost a jsou také náchylné ke korozi. Vzhledem k tomu vysokoteplotní plastové materiály nahrazují v takových aplikacích jídlo, protože jsou lehké a odolné proti korozi.
Vysokoteplotní polymery a vysokoteplotní plasty (rozlišení)
Rozdílné složení a struktura odlišují plasty a polymery. Vysokoteplotní polymery jsou rozsáhlou kategorií, zatímco vysokoteplotní plasty jsou podmnožinou této širší kategorie. Vysokoteplotní polymery se skládají jak z termosetů, tak z termoplastů. K syntéze těchto polymerů se používají pokročilé polymerační metody. Většinou se používají specifické výztuže nebo přísady, které zvyšují jejich odolnost vůči vysokým teplotám.
Vysokoteplotní plasty se však skládají pouze z termoplastů. Tyto plasty jsou navrženy tak, aby odolávaly zvýšeným teplotám a nedeformovaly se. Tyto plasty při vysokých teplotách degradují jen velmi málo nebo vůbec. Tyto plasty jsou speciálně navrženy tak, aby si zachovaly svou chemickou odolnost, mechanické vlastnosti a rozměrovou stabilitu při vysokých teplotách.
Jaké jsou materiály vysokoteplotních plastů (vlastnosti a použití)?
Následující materiály patří do kategorie vysokoteplotních plastů.
- Polytetrafluorethylen (PTFE)
Tento materiál, který se také označuje jako PTFE, je vynikající elektrický izolant a je hojně využíván v aplikacích, kde je vyžadována elektrická izolace. Tento materiál se také používá pro nepřilnavé povlaky, zejména v kuchyňském nádobí a v těsněních a ložiscích. Toto využití je založeno na některých významných vlastnostech tohoto materiálu.
- Vysoká teplotní stabilita
- Nízký koeficient tření
- Dobrá chemická odolnost
- Polyfenylsulfid (PPS)
Tento materiál PPS je termoplast, který má semikrystalickou strukturu a vykazuje následující důležité vlastnosti.
- Zpomalení hoření (inherentní)
- Odolnost vůči vysokým teplotám
- Chemická odolnost
- Rozměrová stabilita
Díky těmto vlastnostem je tento materiál vhodný pro použití v průmyslových aplikacích. Tento materiál se používá také v elektrotechnickém a elektronickém odvětví při výrobě pouzder a konektorů. Kromě toho se tento materiál používá v automobilovém průmyslu k výrobě součástí pod kapotou. Přejít na Vstřikování PPS se o tomto materiálu dozvíte více.
- Polymer tekutých krystalů (LCP)
Tento materiál, označovaný také jako LCP, nachází uplatnění v následujících oblastech.
- Odvětví telekomunikací
- Elektronický průmysl (výroba spínačů a konektorů)
- Automobilový průmysl (výroba součástek pod kapotou)
Tento materiál má následující významné vlastnosti, které umožňují jeho využití ve výše uvedených aplikacích.
- Vynikající chemická odolnost
- Vysoká mechanická pevnost
- Dobrá rozměrová stabilita
- Vynikající tuhost
- Polyetheretherketon (PEEK)
Tento materiál je také termoplast se semikrystalickou strukturou a označuje se také jako PEEK. Tento materiál vykazuje následující vlastnosti.
- Vysoký poměr pevnosti a hmotnosti
- Dobré mechanické vlastnosti
- Vynikající chemická odolnost
- Stabilita při zvýšených teplotách až do 250 °C
Vzhledem k výše uvedeným vlastnostem PEEK se hojně využívá v následujících aplikacích pro výrobu součástí, které vyžadují odolnost vůči extrémním podmínkám prostředí a dobrou mechanickou pevnost. Přejít na peek vstřikování plastů se dozvědět více.
- Polovodičový průmysl
- Automobilový průmysl
- Letecký průmysl
- Zdravotnictví
- Polyetherimid (PEI)
Tento materiál, který se také nazývá PEI, má tyto důležité vlastnosti.
- Odolnost proti plameni
- Dobrá mechanická pevnost
- Vysoká tepelná odolnost
- Vynikající rozměrová stabilita
- Dobré elektrické vlastnosti
Hlavní aplikace tohoto materiálu zahrnují následující odvětví.
- Zdravotnictví (výroba sterilizovatelných chirurgických nástrojů)
- Automobilový průmysl
- Elektronický průmysl
- Odvětví letectví a kosmonautiky
- Polyimidy (PI)
Ployimidový materiál, který se také označuje jako PI, má následující vlastnosti.
- Dobré mechanické vlastnosti
- Vynikající tepelná stabilita až do 400 °C
- Dobrá chemická odolnost
- Nízká tepelná roztažnost
Tento materiál se hojně využívá v elektronickém průmyslu, leteckém a automobilovém průmyslu pro následující aplikace.
- Elektrická izolace
- Tepelné štíty
- Díly a náhradní díly k motorům
- Desky s plošnými spoji
- Fluoropolymery (FPE)
Do této širší kategorie patří následující vysokoteplotní plastové materiály.
- Fluorovaný ethylenpropylen
- Polytetrafluorethylen
- Perfluoroalkoxy
Tyto polymery mají tendenci vykazovat určité vlastnosti, které jsou popsány následovně.
- Stabilita při zvýšené teplotě
- Vynikající chemická odolnost (proti kyselinám, zásadám a mnoha rozpouštědlům).
- Nízký koeficient tření
Tyto materiály nacházejí uplatnění především v následujících aplikacích.
- Povlaky drátů
- Zpracování polovodičů
- Trubky
- Těsnění
- Obložení
- Zařízení pro chemické zpracování
8.Polyfenylsulfon (PPSU)
PPSU je termoplastický, vysokoteplotní konstrukční plastový díl, který byl objeven v 60. letech 20. století. Jejich hustota je 1,24 g/cm2 , nasákavost je 0,22%, míra smrštění je 1,007 (0,7%), teplota tání je 190 °C, teplota tepelné deformace je 1,82 MPa při 174 °C a teplota dlouhodobého použití se pohybuje od -100 °C do +150 °C. Jedná se o jeden z nejkvalitnějších plastových materiálů mezi nimi.
Jednoduchý proces lisování plastového materiálu PPSU
Předsušení: PPSU je třeba před zpracováním předsušit, aby se odstranila vlhkost materiálu a zabránilo se hydrolýzním reakcím při vysokých teplotách. Teplota sušení je 90 ℃-110 ℃, doba sušení nejméně 3-4 hodiny.
Předehřívání: PPSU je třeba před vstřikováním předehřát, aby se zlepšila tekutost materiálu. Teplota předehřevu se obvykle pohybuje mezi 80 a 120 °C.
Vstřikování: vstřikování PPSU do formy. Vstřikovací tlak a rychlost je třeba určit podle typu a tloušťky stěny vstřikovací formy.
Chlazení: Chlazení: je v podstatě stejné jako u jiných vstřikovaných dílů, ale PPSU potřebuje vyšší teplotu formy než materiál ABS nebo PC, takže doba chlazení bude obvykle o něco delší, ale to závisí na tloušťce stěny vstřikovaného dílu.
Vyhazování: Jakmile se Vstřikování PPSU díly v dutině formy zcela vychladly, forma se otevře a vyhazovací systém vysune výlisek z formy.
Následné zpracování: některé díly mohou potřebovat následné zpracování, například obrábění, CNC soustružení, čištění atd., v závislosti na požadavcích zákazníka.
Použití výlisků PPUS,
PPUS je velmi drahý a běžně se používá v elektrických přístrojích, elektronice, lékařském průmyslu, dětských lahvích, přístrojích a leteckých odděleních pro tepelně odolné, korozivzdorné, vysoce pevné díly a izolační části, průmyslové fólie atd.
Níže v tabulce jsou uvedeny některé vysokoteplotní materiály pro vaši informaci, pokud potřebujete vysokoteplotní plastové výlisky, můžete nás kontaktovat.
| Charakteristika | Testování podle normy ASTM | PTFE | PFA | FEP | ETFE | PCTFE | PVDF | PEEK | PPSU | PPS |
| Bod tání | (Přibližná teplota:C) | 327 | 308 | 270 | 260 | 211 | 175 | 343 | 250 | 278 |
| Maximální teplota při nepřetržitém používání | (20000 hodin) Teoretická hodnota:℃ | 260 | 260 | 200 | 150 | 120 | 150 | 260 | 180 | 240 |
| Tepelná vodivost | C177((( W/cm-k).℃/cm) | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.24 | 0.21 | 0.13 | 0.66 | 0.45 | 0.5 |
| Tvrdost (Shore) | Tester tvrdosti Shore D | D50-D65 | D60 | D55 | D70-D75 | D80 | D75-D85 | D85 | D85-95 | D87-95 |
| Pevnost v tahu (Mpa) | D638 | 25-40 | 28-35 | 20-25 | 40-50 | 32-40 | 40-58 | 98 - 100 | 94-100 | >150 |
| Pevnost v tlaku (Mpa) | D695/1% Distorze，25°C | 5-6 | 5-6 | 5-6 | 11 | 9-12 | 13-14 | 25-35 | 95 | 27-134 |
| Prodloužení (%) | D638 | 250-450 | 300-400 | 270-330 | 400-450 | 90-250 | 300-450 | 40-50 | 60-120 | 200 |
| Pevnost v rázu (J/m) | D256 | 160-170 | žádné rozbíjení | žádné rozbíjení | žádné rozbíjení | 135-145 | 1105 | 40-50 | 690 | 800 |
| Proporce | D792 | 2.13-2.22 | 2.12-2.27 | 2.12-2.27 | 1.70-1.86 | 2.10-2.14 | 1.76-1.78 | 1.26 - 1.32 | 1.32-1.5 | 1.32-1.5 |
| Míra smrštění | (Teoretická hodnota) | 2%-5% | 4% | 3%-6% | 3%-4% | 1.5%-2% | 1.40% | 0.50% | 0.50% | 0.50% |
| Dielektrická konstanta | D150/106HZ | 2.1 | 2.1 | 2.1 | 2.6 | 2.4 | 6.43 | 3.2 | 3.94 | 3.5 |
| Elektrická průraznost (MV/V) | D149/čas záběru，3,2 mm | 19 | 20 | 20-24 | 16 | 20-24 | 10 | 25 | 6.3 | 17 |
| Odolnost proti povětrnostním vlivům | vynikající | vynikající | vynikající | vynikající | vynikající | vynikající | vynikající | vynikající | vynikající | |
| Odolnost vůči chemikáliím | vynikající | vynikající | vynikající | vynikající | vynikající | vynikající | vynikající | vynikající | vynikající | |
| Zpomalování hoření, zpomalování hoření (%) | Mezní koncentrace kyslíkového indexu | >95 | >95 | >95 | >31 | >95 | >43 | >95 | >95 | >95 |
Jaké jsou metody zpracování vysokoteplotních plastů?
Pro zpracování vysokoteplotních plastů se používají speciální techniky. Při zpracování se navíc dbá na to, aby vlastnosti vysokoteplotních plastů včetně mechanické pevnosti a tepelné odolnosti zůstaly zachovány po celou dobu výroby.
Nejběžnější a nejrozšířenější metody zpracování vysokoteplotních plastů jsou následující.
- Lisování pod tlakem
Při tomto procesu se připraví otevřená dutina formy. Tato dutina formy se poté zahřeje a vloží se do ní vypočtené množství plastu. Poté se forma uzavře a na materiál se působí přiměřeným tlakem. Působením tohoto tlaku se materiál stlačí a přemění se do požadovaného tvaru. Touto metodou se lisují díly velkých rozměrů a složitých geometrií. Tyto díly se obtížně lisují jinými formovacími postupy. Mezi materiály, které se zpracovávají metodou lisování, patří polyetheretherketon, polyimidy a termosetové vysokoteplotní plasty. Pro výrobu stejnorodého konečného výrobku bez vad je třeba kontrolovat následující parametry.
- Teplota
- Tlak
- Doba lisování
- Vstřikování
Při tomto způsobu zpracování se nejprve připraví dutina formy požadovaného tvaru. Poté se do této dutiny formy vstříkne roztavený plastový materiál. Toto vstřikování se provádí za vysoké teploty a tlaku. Vstřikováním se nejčastěji zpracovávají vysokoteplotní plasty. Tato metoda zpracování je vhodná pro velkoobjemové výrobky a složité tvary. Materiály, které se zpracovávají vstřikováním, jsou fluoropolymery, polyfenylsulfid, polyetheretherketon a polyetherimid. Parametry, které je třeba kontrolovat, aby se zabránilo deformaci a dosáhlo se rozměrové stability, jsou následující:
- Rychlost chlazení
- Teplota
- Odolnost materiálu formy vůči korozivnímu prostředí
- Odolnost materiálu formy vůči vysokým teplotám
- Vytlačování
Tato metoda využívá k výrobě požadovaného výrobku nebo předmětu proces vytlačování. Při této technice zpracování se používá trvalá matrice požadovaného tvaru. Plastový materiál v roztavené formě je vtlačován do matrice pomocí tlakové síly. Výsledkem je výrobek rovnoměrného průřezu se souvislým profilem. Aby se zabránilo tepelné degradaci, je rozhodující kontrola teploty vytlačování.
Při extruzním zpracování vysokoteplotních plastů se kvalita vytlačovaného výrobku a plynulý tok materiálu liší materiál od materiálu. Geometrie matrice a konstrukce šneků se proto upravují tak, aby bylo dosaženo požadované kvality. Mezi nejběžnější vysokoteplotní plasty, které se běžně zpracovávají metodou vytlačování, patří termoplastické kompozity, fluoropolymery, polyfenylsulfid a polyetheretherketon. Touto metodou zpracování se běžně vyrábějí následující výrobky.
- Trubky
- Listy
- Tyče
- Profily vysokoteplotních plastů
- Obrábění
Tato technika zpracování zahrnuje použití různých strojů a nástrojů pro tvarování vysokoteplotních plastů. Při této metodě se nejčastěji používají CNC stroje, frézky a soustruhy. Tento druh zpracování se používá u výrobků nebo předmětů, které mají složitou geometrii a jsou málo objemné. Tato metoda vyžaduje speciální nástroje a specializované techniky kvůli odolnosti a houževnatosti materiálu. Podívejte se na CNC obrábění PEEK se dozvědět více.
Přesto lze touto technikou obrábět všechny druhy vysokoteplotních plastů. Při obrábění vysokoteplotních plastů vzniká značné množství tepla. Toto teplo je rozhodující pro destabilizaci rozměrové přesnosti předmětu a také pro šíření degradace materiálu. Za účelem eliminace nepříznivých účinků tohoto tepla se během procesu obrábění provádí mazání.
- Aditivní výroba
Tato metoda zpracování je ve srovnání s jinými metodami zpracování velmi unikátní. Při této technice se používají vysokoteplotní plasty ve formě vláken nebo prášků. Tento prášek se používá k výrobě dílů vrstvu po vrstvě. To se provádí pomocí aditivních výrobních technik. Existují hlavně dvě aditivní výrobní techniky, které jsou následující.
- Tavné depoziční modelování
- Selektivní laserové spékání
Tento postup je vhodný pro výrobu prototypů. Vyrábějí se však i díly se složitou geometrií. Tato metoda zpracování nabízí minimální plýtvání materiálem. Existuje řada vysokoteplotních plastů, které jsou kompatibilní s metodou aditivní výroby. Mezi tyto materiály patří polyetheretherketon a polyetherimid. Tato metoda vyžaduje velmi přesnou kontrolu parametrů procesu, aby bylo dosaženo požadované rozměrové přesnosti a mechanických vlastností. Kromě toho je pro tuto metodu zpracování zapotřebí speciální zařízení, které dokáže zpracovávat vysokoteplotní plastové materiály.
Závěr
Věda o materiálech se díky vysokoteplotním plastům dotýká nových obzorů a zaznamenává pokrok. Tyto materiály poskytují velmi jedinečné a speciální vlastnosti, včetně mechanické pevnosti, teplotní stability a odolnosti vůči chemikáliím, jako jsou kyseliny, báze a rozpouštědla. Vysokoteplotní plastové materiály umožnily výrobu špičkových náhradních dílů a výrobků, které jsou pevné, lehčí a odolné. Následně došlo k revoluci ve všech významných odvětvích a průmyslových oborech, včetně elektroniky, automobilového, lékařského a leteckého průmyslu.
Běžné plastové materiály nevydrží vysoké teploty a dochází k jejich degradaci. Vysokoteplotní plasty jsou však pro tyto aplikace velmi vhodné, protože mají výraznou vlastnost čelit zvýšeným teplotám. Vysokoteplotní plasty navíc vykazují odolnost vůči korozi a mechanickému namáhání. Tyto materiály prodlužují životnost výrobků a náhradních dílů díky svým jedinečným vlastnostem, jako je odolnost proti únavě, zachování rozměrové stability a elektrické izolace v extrémních provozních podmínkách.
Vysoká teplota plasty jsou den ode dne důležitější, protože průmyslové odvětví vyžaduje vysoký výkon komponentů a náhradních dílů. Pokročilý výzkum a vývoj v oblasti vědy o materiálech a metod zpracování ukazuje, že tyto materiály lze využít pro vyšší požadavky. To povede ke zvýšení účinnosti, udržitelnosti a bezpečnosti v mnoha odvětvích.