高分子化学と材料科学の分野における研究開発は、20世紀半ばに大きく進展した。この研究開発の結果、プラスチックやポリマーが誕生した。これらの材料は、より高い温度に耐える能力を備えていた。ポリフェニレンサルファイドやポリテトラフルオロエチレンは、従来のプラスチックに比べて高温に耐えうることが証明された。1970年代には、航空宇宙産業が高温ポリマーやプラスチックの需要や必要性を大きく高めた。軽量で、優れた機械的・熱的特性を持つ材料が求められていたため、このような取り組みが行われ、数多くの種類のポリアミドやポリエーテルエーテルケトンなどのポリマーが誕生した。
最終的に、航空機のエンジンやその構造部品の金属部品は、これらの軽量で耐高温性のあるプラスチックに取って代わられた。従来のプラスチックは高温になると軟らかくなる傾向があり、高温になると劣化が始まる。一方、高温プラスチックは高温でもその特性を維持し、極端な使用条件が存在する産業での使用に適していると考えられている。これらの特性には、耐薬品性、寸法安定性、機械的特性など、高温プラスチックの性能に不可欠なものが含まれる。過酷な環境下での高温に耐えうるように設計された高温プラスチックは、エンジニアリングプラスチックや高性能熱可塑性プラスチックとも呼ばれる。
高温プラスチック材料の定義
高温プラスチック は、高温で使用され、これらの高温に耐えるように特別に設計された材料である。重要な基本的特徴は、高温プラスチックが高温下でも構造的完全性と機械的特性を維持することである。これらの高性能エンジニアリング・プラスチックは、高温下でも元の形状を保ち、変形しません。
プラスチックのカテゴリーにもよるが、150℃から300℃を超える温度範囲で特性を維持する。これらの高温プラスチックは、通常のプラスチックでは劣化や変形が起こり、高温に耐えられないような高温用途で利用されている。金属は高い重量を負担し、金属はまた腐食の影響を受けやすいことを言及することは適切である。ビューの高温プラスチック材料は、軽量で耐腐食性であるようなアプリケーションで食事を置き換えることに留意してください。
高温ポリマーと高温プラスチック（差別化）
プラスチックとポリマーは、組成と構造の違いによって区別される。高温ポリマーは広大なカテゴリーであり、高温プラスチックはそのサブセットである。高温ポリマーは、熱硬化性プラスチックと熱可塑性プラスチックの両方で構成されている。これらのポリマーを合成するには、高度な重合法が適用される。ほとんどの場合、高温に対する性能を向上させるために、特定の強化剤や添加剤が使用される。
しかし、高温プラスチックは熱可塑性プラスチックのみで構成されている。これらのプラスチックは、変形することなく高温に耐えうるように設計されている。これらのプラスチックは高温でもほとんど劣化しません。これらのプラスチックは、その耐薬品性、機械的特性、寸法安定性高温環境を維持するために特別に設計されています。
高温プラスチックの素材（特性と用途）とは？
以下は、高温プラスチックに分類される材料である。
- ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）
PTFEとも呼ばれるこの材料は優れた電気絶縁体であり、電気絶縁が必要な用途に広く利用されている。この材料はまた、特に調理器具やシール、ベアリングのノンスティックコーティングにも使用されている。このような利用は、以下のようなこの材料の顕著な特性に基づいている。
- 高温安定性
- 低摩擦係数
- 良好な耐薬品性
- ポリフェニレンサルファイド（PPS）
このPPS材料は、半結晶構造を持つ熱可塑性プラスチックであり、以下の重要な特性を示す。
- 難燃性（固有）
- 高温耐性
- 耐薬品性
- 寸法安定性
これらの特性により、この素材は工業用途での利用に適している。この材料は、電気・電子分野でもハウジングやコネクターの製造に利用されている。さらに自動車産業では、この材料はボンネット内の部品の製造に使用されています。こちらへ PPS射出成形 をご覧ください。
- 液晶ポリマー（LCP）
LCPとも呼ばれるこの素材は、次のような分野で応用されている。
- 通信部門
- エレクトロニクス産業（スイッチ、コネクター製造）
- 自動車産業（ボンネット内部品の生産）
この材料は、上記の用途に利用することを可能にする以下の重要な特性を有している。
- 優れた耐薬品性
- 高い機械的強度
- 優れた寸法安定性
- 優れた剛性
- ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）
この材料も半結晶構造を持つ熱可塑性プラスチックであり、PEEKとも呼ばれる。この材料は次のような特徴を示します。
- 高い強度重量比
- 良好な機械的特性
- 優れた耐薬品性
- 250℃までの高温での安定性
上記のようなPEEKの特性を考慮し、極端な環境条件への耐性と優れた機械的強度が要求される部品の製造に広く利用されています。こちらへ ピークプラスチック射出成形 をご覧ください。
- 半導体産業
- 自動車部門
- 航空宇宙産業
- 医療部門
- ポリエーテルイミド（PEI）
PEIとも呼ばれるこの素材は、次のような重要な特性を備えている。
- 難燃性
- 優れた機械的強度
- 高い耐熱性
- 優れた寸法安定性
- 良好な電気特性
この素材の主な用途は以下の分野に及ぶ。
- 医療分野（滅菌可能な手術器具の製造）
- 自動車産業
- エレクトロニクス産業
- 航空宇宙部門
- ポリイミド（PI）
PIとも呼ばれるプロイミド素材には、次のような特徴がある。
- 良好な機械的特性
- 400℃までの優れた熱安定性
- 良好な耐薬品性
- 低熱膨張
この素材は、電子産業、航空宇宙産業、自動車産業で、以下の用途に広く利用されている。
- 電気絶縁
- サーマル・シールド
- エンジン部品とスペア
- 回路基板
- フッ素樹脂（FPE）
この広範なカテゴリーに分類される高温プラスチック材料は以下の通りである。
- フッ化エチレンプロピレン
- ポリテトラフルオロエチレン
- パーフルオロアルコキシ
これらのポリマーは、次のような性質を示す傾向がある。
- 高温安定性
- 優れた耐薬品性（酸、塩基、多くの溶剤に対して）
- 低摩擦係数
これらの材料は、主に以下の用途で使用されている。
- ワイヤーコーティング
- 半導体加工
- チューブ
- シール
- ライニング
- 化学処理装置
8.ポリフェニルサルホン（PPSU）
PPSUは1960年代に発見された熱可塑性高温エンジニアリングプラスチック部品である。密度は1.24g/cm2、吸水率は0.22%、収縮率は1.007（0.7%）、溶融温度は190℃、熱変形温度は174℃で1.82MPa、長期使用温度は-100℃～+150℃である。数あるプラスチック材料の中でも最高級の品質を誇る。
PPSUプラスチック材料の簡単な成形プロセス
予備乾燥：PPSUは加工前に予備乾燥が必要で、材料中の水分を除去し、高温での加水分解反応を防ぐ。乾燥温度は90℃～110℃で、乾燥時間は少なくとも3～4時間かかる。
予熱：PPSUは射出成形前に予熱し、材料の流動性を向上させる必要がある。予熱温度は通常80～120℃である。
射出：金型にPPSUを射出する。射出圧力と射出速度は、種類と射出成形の肉厚に応じて決定する必要があります。
冷却：これは他の射出成形部品とほとんど同じですが、PPSUはABSやPC材料よりも高い金型温度を必要とするので、通常、冷却時間は少し長くなりますが、これは成形部品の肉厚によります。
退場：一旦 PPSU射出成形 部品が金型キャビティ内で完全に冷却されると、金型が開き、エジェクターシステムが成形品を金型から排出する。
後加工：部品によっては、顧客の要求に応じて、機械加工、CNC旋盤加工、洗浄などの後加工が必要な場合がある。
PPUS成形部品の応用、
PPUSは非常に高価であり、通常、電化製品、電子機器、医療産業、哺乳瓶、計器、航空宇宙部門で耐熱性、耐食性、高強度部品、絶縁部品、工業用フィルムなどに使用されている。
以下の表は、高温プラスチック成形部品が必要な場合は、あなたの参照のための高温材料のいくつかであり、あなたは私達に連絡する歓迎されている。
| 特徴 | ASTM試験 | PTFE | 外務省 | フェップ | 東京エレクトロン | PCTFE | PVDF | 覗き見 | PPSU | ピーピーエス |
| 融点 | (おおよその温度:C) | 327 | 308 | 270 | 260 | 211 | 175 | 343 | 250 | 278 |
| 最高連続使用温度 | (20000時間，理論値：℃) | 260 | 260 | 200 | 150 | 120 | 150 | 260 | 180 | 240 |
| 熱伝導率 | C177(( W/cm-k).℃/cm) | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.24 | 0.21 | 0.13 | 0.66 | 0.45 | 0.5 |
| 硬度（ショア） | ショアD硬度計 | D50-D65 | D60 | D55 | D70-D75 | D80 | D75-D85 | D85 | D85-95 | D87-95 |
| 引張強さ (Mpa) | D638 | 25-40 | 28-35 | 20-25 | 40-50 | 32-40 | 40-58 | 98 - 100 | 94-100 | >150 |
| 圧縮強度 (Mpa) | D695/1% ねじれ，25 | 5-6 | 5-6 | 5-6 | 11 | 9-12 | 13-14 | 25-35 | 95 | 27-134 |
| エロンゲーション（%） | D638 | 250-450 | 300-400 | 270-330 | 400-450 | 90-250 | 300-450 | 40-50 | 60-120 | 200 |
| 衝撃強度（J/m） | D256 | 160-170 | 壊れない | 壊れない | 壊れない | 135-145 | 1105 | 40-50 | 690 | 800 |
| 比率 | 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 |
| 収縮率 | (理論値） | 2%-5% | 4% | 3%-6% | 3%-4% | 1.5%-2% | 1.40% | 0.50% | 0.50% | 0.50% |
| 誘電率 | D150/106HZ | 2.1 | 2.1 | 2.1 | 2.6 | 2.4 | 6.43 | 3.2 | 3.94 | 3.5 |
| 絶縁破壊強度(MV/V) | D149/ショットタイム，3.2mm | 19 | 20 | 20-24 | 16 | 20-24 | 10 | 25 | 6.3 | 17 |
| 耐候性 | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | |
| 化学薬品への耐性 | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | |
| 難燃性、難燃性（%） | 限界酸素指数濃度 | >95 | >95 | >95 | >31 | >95 | >43 | >95 | >95 | >95 |
高温プラスチックの加工方法とは？
高温プラスチックの加工には特殊な技術が用いられる。さらに、加工中、機械的強度や耐熱性など高温プラスチックの特性が製造作業全体にわたって損なわれないようにします。
高温プラスチックの最も一般的で広く使われている加工方法は以下の通りである。
- 圧縮成形
この工程では、開いた金型キャビティが準備される。この金型キャビティを加熱し、その中に計算された量のプラスチックを入れる。その後、この金型を閉じ、材料に適切な圧力をかけます。この圧力を加えることで材料が圧縮され、材料は必要な形状に変化する。大型で複雑な形状の部品は、この方法で成形されます。このような部品は、他の成形方法では成形が困難です。圧縮成形法で加工される材料には、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、熱硬化性高温プラスチックなどがある。均一で欠陥のない最終製品を製造するためには、以下のパラメータを制御する必要がある。
- 温度
- 圧力
- 成形時間
- 射出成形
この加工法では、まず所望の形状の金型キャビティが準備される。その後、溶融状態のプラスチック材料がその金型キャビティに射出される。この射出は高温高圧下で行われる。高温のプラスチックは射出成形で加工されるのが一般的だ。この加工法は、大量生産品や複雑な形状に適している。射出成形で加工される材料は、フッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミドなどである。反りを避け、寸法安定性を得るために制御が必要なパラメータは以下の通りである：
- 冷却率
- 温度
- 腐食環境に対する金型材料の耐性
- 高温に耐える金型材料
- 押出
この方法は、所望の製品または品目を製造するために押し出し加工を利用する。この加工技術では、所望の形状の永久ダイが利用される。溶融状態のプラスチック材料は、圧縮力を利用してダイに押し込まれる。その結果、均一な断面を持つ連続的な形状の製品が製造される。熱劣化を避けるためには、押出温度の制御が重要である。
高温プラスチックの押出加工では、押出製品の品質や材料のスムーズな流れは材料によって異なる。そのため、ダイの形状やスクリューの設計は、所望の品質を達成するために調整される。一般的に押出法で加工される高温プラスチックには、熱可塑性複合材料、フッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトンなどがある。この加工法では、次のような製品が一般的に製造されている。
- チューブ
- シーツ
- ロッド
- 高温プラスチックのプロファイル
- 機械加工
この加工技術では、高温プラスチックを成形するために様々な機械や工具を利用する。この方法で最も一般的に使用される機械は、CNC機械、フライス盤、旋盤である。このような加工は、複雑な形状を持ち、生産量の少ない製品やアイテムに適用される。この方法は、材料の耐性と靭性のため、特殊な工具と特殊な技術が要求される。チェック PEEK CNC加工 をご覧ください。
しかし、それでもこの技術を使えば、あらゆる種類の高温プラスチックを加工することができる。高温プラスチックの加工工程では、かなりの量の熱が発生する。この熱は、加工品の寸法精度を不安定にし、材料の劣化を促進する極めて重要なものである。この熱の悪影響を排除するために、加工工程で潤滑が行われる。
- アディティブ・マニュファクチャリング
この加工法は、他の加工法に比べて非常にユニークである。この技術では、高温のプラスチックがフィラメントやパウダーの形で利用される。このパウダーを使用して、層ごとにパーツを製造する。これは、積層造形技術を採用することによって行われる。主に、以下の2つの積層造形技術がある。
- 溶融堆積モデリング
- 選択的レーザー焼結
このプロセスはプロトタイプの製造に適している。しかし、複雑な形状を持つ部品も製造される。この加工法は、材料の無駄を最小限に抑えることができる。積層造形法に適合する高温プラスチックは数多くある。これらの材料には、ポリエーテルエーテルケトンやポリエーテルイミドが含まれる。この方法では、要求される寸法精度と機械的特性を達成するために、プロセスパラメーターを非常に正確に制御する必要がある。さらに、この加工法では高温プラスチック材料を扱うことができる特別な装置が必要となる。
結論
高温プラスチックのおかげで、材料科学は新たな地平に到達し、進歩を見せている。これらの材料は、機械的強度、高温での安定性、酸や塩基、溶剤などの化学薬品に対する耐性など、非常にユニークで特殊な特性を備えている。高温プラスチック材料は、強度、軽量性、耐久性に優れた一流のスペアや製品の製造を可能にした。その後、エレクトロニクス、自動車、医療、航空宇宙など、あらゆる著名な分野や産業が革命を経験している。
従来のプラスチック材料は高温に耐えることができず、劣化してしまう。しかし、高温プラスチックは高温に耐える優れた特性を持っているため、このような用途に非常に適している。さらに、高温プラスチックは、腐食や機械的ストレスに対する耐性を示す。これらの材料は、疲労に対する耐性、寸法安定性の維持、極端な使用条件下での電気絶縁性などのユニークな特性により、製品や予備品に長寿命を提供します。
高温 プラスチック 産業部門が部品やスペアの高性能を求めているためである。材料科学と加工方法の分野における先進的な研究開発は、これらの材料がより高い要件に利用できることを示している。その結果、多くの分野で効率性、持続可能性、安全性が向上することになる。