Plastmateriale til høje temperaturer

Forskningen og udviklingen inden for polymerkemi og materialevidenskab var betydelig i midten af det tyvende århundrede. Plast og polymerer blev skabt som et resultat af denne forskning og udvikling. Disse materialer havde evnen til at modstå højere temperaturer. Polyphenylensulfid og polytetrafluorethylen blev oprindeligt skabt, og de viste sig at kunne klare og modstå højere temperaturer sammenlignet med traditionel plast. Luft- og rumfartsindustrien skabte en betydelig efterspørgsel efter højtemperaturpolymerer eller -plast i 1970'erne, og den indsats, der blev gjort på grund af kravet om letvægtsmaterialer med fremragende mekaniske og termiske egenskaber, resulterede i skabelsen af polymerer som adskillige typer polyamider og polyetheretherketon.

I sidste ende blev metaldele i flymotorer og deres strukturelle komponenter erstattet af disse lette og højtemperaturbestandige plastmaterialer. Den konventionelle plast har en tendens til at blive blødgjort ved høje temperaturer og begynder derefter at blive nedbrudt ved disse høje temperaturer. På den anden side holder højtemperaturplast sine egenskaber intakte ved høje temperaturer og anses for at være egnet til brug i industrier, hvor der findes ekstreme driftsforhold. Disse egenskaber omfatter kemisk resistens, dimensionsstabilitet og mekaniske egenskaber, som er afgørende for højtemperaturplastens ydeevne. Disse højtemperaturplaster, som er konstrueret til at klare og modstå høje temperaturer i ekstreme miljøer, kaldes også tekniske termoplaster eller højtydende termoplaster.

Definition af højtemperatur-plastmateriale

Plastmateriale til høje temperaturer er det materiale, der er specielt designet til at blive brugt ved høje temperaturer og til at modstå disse høje temperaturer. Den grundlæggende funktion, som er vigtig, er, at højtemperaturplast bevarer sin strukturelle integritet og sine mekaniske egenskaber ved høje temperaturer. Disse højtydende tekniske plastmaterialer bevarer deres oprindelige form og deformeres ikke under drift ved høje temperaturer.

Afhængigt af plastkategorien bevarer de deres egenskaber i temperaturintervaller fra 150 °C til over 300 °C. Disse højtemperaturplastmaterialer anvendes i applikationer med høje temperaturer, hvor normal plast ville blive nedbrudt og deformeret og ikke kan holde til den høje temperatur. Det er relevant at nævne, at metaller har en høj vægt, og at metaller også er modtagelige for korrosion. Med det i tankerne erstatter højtemperaturplastmaterialer måltider i sådanne applikationer, da de er lette og korrosionsbestandige.

Højtemperaturpolymerer og højtemperaturplast (Differentiering)

Variationen i sammensætning og struktur adskiller plast og polymerer. Højtemperaturpolymerer er en stor kategori, mens højtemperaturplast er en delmængde af denne bredere kategori. Højtemperaturpolymerer består af både hærdeplast og termoplast. Avancerede polymerisationsmetoder anvendes til at syntetisere disse polymerer. De fleste gange anvendes specifikke forstærkninger eller tilsætningsstoffer for at øge deres ydeevne over for høje temperaturer.

Men højtemperaturplast består kun af termoplast. Disse plasttyper er designet til at modstå og opretholde høje temperaturer uden at deformeres. Plasten nedbrydes meget lidt eller slet ikke ved høje temperaturer. Disse plasttyper er specielt udviklet til at bevare deres kemiske resistens, mekaniske egenskaber og dimensionsstabilitet ved høje temperaturer.

Hvad er materialerne i højtemperaturplast (egenskaber og anvendelser)?

Følgende er de materialer, der falder ind under kategorien højtemperaturplast.

1. Polytetrafluorethylen (PTFE)

Dette materiale, som også kaldes PTFE, er en fremragende elektrisk isolator og bruges i vid udstrækning i applikationer, hvor elektrisk isolering er påkrævet. Materialet bruges også til non-stick belægning, især i køkkengrej og i tætninger og lejer. Denne anvendelse er baseret på nogle fremtrædende egenskaber ved dette materiale som følger.

• Stabilitet ved høje temperaturer
• Lav friktionskoefficient
• God kemisk modstandsdygtighed

2. Polyphenylensulfid (PPS)

Dette PPS-materiale er en termoplast, som har en semikrystallinsk struktur og udviser følgende vigtige egenskaber.

• Flammehæmning (iboende)
• Modstandsdygtighed over for høje temperaturer
• Kemisk modstandsdygtighed
• Dimensionel stabilitet

Disse egenskaber gør materialet velegnet til industrielle anvendelser. Materialet bruges også i den elektriske og elektroniske sektor til produktion af huse og stik. I bilindustrien bruges materialet desuden til at fremstille komponenter under motorhjelmen. Gå til PPS-sprøjtestøbning for at få mere at vide om dette materiale.

3. Flydende krystal-polymer (LCP)

Dette materiale, som også kaldes LCP, finder anvendelse inden for følgende områder.

• Telekommunikationssektoren
• Elektronikindustrien (fremstilling af kontakter og stik)
• Bilindustrien (produktion af komponenter under motorhjelmen)

Dette materiale har følgende vigtige egenskaber, som gør det muligt at bruge disse materialer i ovennævnte anvendelser.

• Fremragende kemisk modstandsdygtighed
• Høj mekanisk styrke
• God dimensionsstabilitet
• Fremragende stivhed

4. Polyetheretherketon (PEEK)

Dette materiale er også termoplastisk med semikrystallinsk struktur og kaldes også PEEK. Dette materiale har følgende egenskaber.

• Højt forhold mellem styrke og vægt
• Gode mekaniske egenskaber
• Fremragende kemisk modstandsdygtighed
• Stabilitet ved forhøjede temperaturer op til 250 °C

På grund af PEEK's ovennævnte egenskaber anvendes det i stor udstrækning i følgende applikationer til fremstilling af komponenter, der kræver modstandsdygtighed over for ekstreme miljøforhold og god mekanisk styrke. Gå til kig på plastsprøjtestøbning for at få mere at vide.

• Halvlederindustrien
• Bilindustrien
• Luft- og rumfartsindustrien
• Medicinsk sektor

5. Polyetherimid (PEI)

Dette materiale, som også kaldes PEI, har følgende vigtige egenskaber.

• Flammebestandighed
• God mekanisk styrke
• Høj termisk modstand
• Fremragende dimensionsstabilitet
• Gode elektriske egenskaber

De vigtigste anvendelser af dette materiale dækker følgende sektorer.

• Medicinsk sektor (fremstilling af steriliserbare kirurgiske instrumenter)
• Bilindustrien
• Elektronikindustrien
• Luft- og rumfartssektoren

6. Polyimider (PI)

Ployimides-materiale, som også kaldes PI, har følgende egenskaber.

• Gode mekaniske egenskaber
• Fremragende termisk stabilitet op til 400 °C
• God kemisk modstandsdygtighed
• Lav varmeudvidelse

Dette materiale bruges i vid udstrækning i den elektroniske industri, luftfartssektoren og bilindustrien til følgende anvendelser.

• Elektrisk isolering
• Termisk afskærmning
• Motordele og reservedele
• Kredsløb

7.  Fluorpolymerer (FPE)

De højtemperaturplastmaterialer, der falder ind under denne bredere kategori, er som følger.

• Fluoreret methylenpropylen
• Polytetrafluorethylen
• Perfluoralkoxy

Disse polymerer har en tendens til at udvise visse kvaliteter, der beskrives som følger.

• Stabilitet ved høje temperaturer
• Fremragende kemisk modstandsdygtighed (mod syrer, baser og mange opløsningsmidler)
• Lav friktionskoefficient

Disse materialer anvendes hovedsageligt inden for følgende områder.

• Trådbelægninger
• Behandling af halvledere
• Slanger
• Tætninger
• Foringer
• Udstyr til kemisk forarbejdning

  8. polyfenylsulfon (PPSU)

PPSU er en termoplastisk, teknisk plastdel med høj temperatur, der blev opdaget i 1960'erne. Densiteten er 1,24 g/cm2, vandabsorptionen er 0,22%, krympningshastigheden er 1,007 (0,7%), smeltetemperaturen er 190 °C, varmeforvrængningstemperaturen er 1,82 MPa ved 174 °C, og temperaturen ved langtidsbrug varierer fra -100 °C til +150 °C. Dette er et af plastmaterialerne af højeste kvalitet blandt dem.

Enkel støbeproces for PPSU-plastmateriale

Fortørring: PPSU skal fortørres inden forarbejdning for at fjerne fugt i materialet og forhindre hydrolysereaktioner ved høje temperaturer. Tørretemperaturen er 90 ℃ - 110 ℃, mindst 3-4 timers tørretid.

Forvarmning: PPSU skal forvarmes inden sprøjtestøbning for at forbedre materialets flydeevne. Forvarmningstemperaturen er normalt mellem 80 og 120 °C.

Indsprøjtning: Indsprøjtning af PPSU i formen. Indsprøjtningstryk og -hastighed skal bestemmes i henhold til typen og sprøjtestøbningens vægtykkelse.

Afkøling: Dette er stort set det samme som andre sprøjtestøbte dele, men PPSU har brug for en højere formtemperatur end ABS- eller PC-materiale, så normalt vil afkølingstiden være lidt længere, men det afhænger af vægtykkelsen på den støbte del.

Udkast: Når den Sprøjtestøbning af PPSU Når delene er kølet helt af i formhulrummet, åbnes formen, og ejektorsystemet skubber den støbte del ud af formen.

Efterbehandling: Nogle dele kan have brug for efterbehandling, f.eks. bearbejdning, CNC-drejning, rengøring osv. afhængigt af kundens krav.

Anvendelse af PPUS-støbte dele,

PPUS er meget dyrt og bruges normalt i elektriske apparater, elektronik, medicinalindustrien, sutteflasker, instrumenter og rumfartsafdelinger til varmebestandige, korrosionsbestandige dele med høj styrke og isoleringsdele, industrifilm osv.

Nedenstående tabel er nogle af højtemperaturmaterialer til din reference, hvis du har brug for plaststøbedele til høj temperatur, er du velkommen til at kontakte os.

Hvad er behandlingsmetoderne for højtemperaturplast?

Der anvendes særlige teknikker til forarbejdning af højtemperaturplast. Under forarbejdningen sørger man desuden for, at højtemperaturplastens egenskaber, herunder mekanisk styrke og varmebestandighed, forbliver intakte under hele fremstillingsprocessen.

De mest almindelige og udbredte forarbejdningsmetoder til højtemperaturplast er som følger.

1. Kompressionsstøbning

I denne proces forberedes et åbent formhulrum. Dette formhulrum opvarmes derefter, og en beregnet mængde plast placeres inde i det. Derefter lukkes formen, og der lægges et passende tryk på materialet. Trykket komprimerer materialet, og det omdannes til den ønskede form. Dele, der er store og har komplekse geometrier, støbes med denne metode. Disse dele er vanskelige at støbe med andre støbeprocesser. De materialer, der behandles med kompressionsstøbning, omfatter polyetheretherketon, polyimider og termohærdende højtemperaturplast. Følgende parametre skal kontrolleres for at producere et ensartet og fejlfrit slutprodukt.

• Temperatur
• Tryk
• Tid til støbning

2. Sprøjtestøbning

I denne forarbejdningsmetode forberedes først et formhulrum med den ønskede form. Derefter sprøjtes plastmaterialet i smeltet form ind i formhulrummet. Indsprøjtningen sker under høj temperatur og højt tryk. Højtemperaturplast forarbejdes oftest gennem sprøjtestøbning. Denne forarbejdningsmetode er velegnet til emner med stor volumen og komplicerede former. De materialer, der forarbejdes gennem sprøjtestøbning, består af fluorpolymerer, polyphenylensulfid, polyetheretherketon og polyetherimid. De parametre, der skal kontrolleres for at undgå vridning og for at opnå dimensionsstabilitet, er som følger:

• Afkølingshastigheder
• Temperatur
• Formmaterialets modstandsdygtighed over for ætsende miljøer
• Formmaterialets modstandsdygtighed over for høje temperaturer

3. Ekstrudering

Denne metode udnytter ekstruderingsprocessen til at fremstille det ønskede produkt eller emne. I denne forarbejdningsteknik anvendes en permanent matrice med den ønskede form. Plastmaterialet i smeltet form tvinges ind i matricen ved hjælp af trykkraft. Som et resultat af dette produceres et produkt med ensartet tværsnit og kontinuerlig profil. For at undgå termisk nedbrydning er kontrollen af ekstruderingstemperaturen kritisk.

Ved ekstrudering af højtemperaturplast varierer kvaliteten af det ekstruderede produkt og materialets jævne flow fra materiale til materiale. Derfor justeres værktøjsgeometrien og skruernes design for at opnå den ønskede kvalitet. De mest almindelige højtemperaturplastmaterialer, som ofte forarbejdes ved hjælp af ekstrudering, omfatter termoplastiske kompositter, fluorpolymerer, polyphenylensulfid og polyetheretherketon. Følgende produkter fremstilles almindeligvis ved hjælp af denne forarbejdningsmetode.

• Rør
• Ark
• Stænger
• Profiler af højtemperaturplast

4.  Bearbejdning

Denne forarbejdningsteknik indebærer brug af forskellige maskiner og værktøjer til at forme højtemperaturplast. I denne metode er de mest anvendte maskiner CNC-maskiner, fræsere og drejebænke. Denne form for forarbejdning anvendes på produkter eller emner med komplicerede geometrier og lav volumen. Denne metode kræver specialværktøj og specialiserede teknikker på grund af materialets modstandsdygtighed og sejhed. Tjek PEEK CNC-bearbejdning for at få mere at vide.

Men alle former for højtemperaturplast kan stadig bearbejdes ved hjælp af denne teknik. Under bearbejdningsprocessen af højtemperaturplast genereres der en betydelig mængde varme. Denne varme er afgørende for at destabilisere emnets dimensionsnøjagtighed og fremskynder også nedbrydningen af materialet. For at eliminere de negative virkninger af denne varme udføres smøring under bearbejdningsprocessen.

5. Additiv fremstilling

Denne forarbejdningsmetode er meget unik i forhold til andre forarbejdningsmetoder. I denne teknik anvendes højtemperaturplast i form af filamenter eller pulver. Dette pulver bruges til at producere delene lag for lag. Dette sker ved hjælp af additive fremstillingsteknikker. Der er hovedsageligt to additive fremstillingsteknikker, som er som følger.

• Modellering med smeltet aflejring
• Selektiv lasersintring

Denne proces er velegnet til fremstilling af prototyper. Men der produceres også dele med komplekse geometrier. Denne behandlingsmetode giver minimalt spild af materialet. Der er mange højtemperatur-plastmaterialer, som er kompatible med den additive fremstillingsmetode. Disse materialer omfatter polyetheretherketon og polyetherimid. Denne metode kræver meget nøjagtig kontrol af procesparametrene for at opnå den krævede dimensionelle nøjagtighed og mekaniske egenskaber. Desuden kræves der særligt udstyr til denne forarbejdningsmetode, som kan håndtere plastmaterialer med høj temperatur.

Konklusion

Materialevidenskaben er ved at nå en ny horisont og viser fremskridt på grund af højtemperaturplast. Disse materialer har meget unikke og specielle egenskaber, herunder mekanisk styrke, stabilitet ved høje temperaturer og modstandsdygtighed over for kemikalier som syrer, baser og opløsningsmidler. Højtemperaturplastmaterialer har gjort det muligt at fremstille førsteklasses reservedele og produkter, som er stærke, lettere og mere holdbare. Efterfølgende har alle fremtrædende sektorer og industrier oplevet en revolution, herunder elektronik, bilindustri, medicinalindustri og rumfart.

De konventionelle plastmaterialer kan ikke modstå høje temperaturer og nedbrydes. Men højtemperaturplast er meget velegnet til disse anvendelser, fordi det har den fremtrædende egenskab, at det kan klare høje temperaturer. Desuden er højtemperaturplast modstandsdygtig over for korrosion og mekaniske belastninger. Disse materialer giver produkter og reservedele en længere levetid på grund af deres unikke egenskaber som f.eks. modstandsdygtighed over for udmattelse, dimensionsstabilitet og elektrisk isolering under ekstreme driftsforhold.

Høj temperatur Plastik bliver vigtigere dag for dag, fordi den industrielle sektor kræver høj ydeevne af komponenter og reservedele. Avanceret forskning og udvikling inden for materialevidenskab og forarbejdningsmetoder viser, at disse materialer kan bruges til højere krav. Det vil resultere i øget effektivitet, bæredygtighed og sikkerhed i mange sektorer.