Исследования и разработки в области химии полимеров и материаловедения были значительными в середине двадцатого века. Пластики и полимеры были созданы в результате этих исследований и разработок. Эти материалы обладали способностью выдерживать более высокие температуры. Первоначально были созданы полифениленсульфид и политетрафторэтилен, которые, как оказалось, выдерживали и выдерживали более высокие температуры по сравнению с традиционными пластиками. Аэрокосмическая промышленность значительно повысила спрос и потребность в высокотемпературных полимерах или пластиках в 1970-х годах. Усилия, которые были приложены из-за потребности в легких материалах, обладающих выдающимися механическими и термическими характеристиками, затем привели к созданию полимеров, таких как многочисленные типы полиамидов и полиэфирэфиркетон.

В конечном итоге металлические части авиационных двигателей и их структурные компоненты были заменены этими легкими и термостойкими пластиками. Обычные пластики имеют тенденцию размягчаться при высоких температурах, а затем начинают разрушаться при этих повышенных температурах. С другой стороны, высокотемпературные пластики сохраняют свои свойства неизменными при повышенных температурах и считаются пригодными для использования в отраслях, где существуют экстремальные условия эксплуатации. К этим свойствам относятся химическая стойкость, размерная стабильность и механические свойства, которые жизненно важны для эксплуатационных характеристик высокотемпературных пластиков. Эти высокотемпературные пластики, которые разработаны для выдерживания высоких температур в экстремальных условиях, также называются инженерными термопластиками или высокопроизводительными термопластиками.

 

Определение высокотемпературного пластикового материала

Высокотемпературный пластиковый материал это материал, который специально разработан для работы при высоких температурах и выдерживает эти повышенные температуры. Основная важная особенность заключается в том, что высокотемпературные пластики сохраняют свою структурную целостность и механические свойства при высоких температурах. Эти высокопроизводительные инженерные пластики сохраняют свою первоначальную форму и не деформируются при работе при повышенных температурах.

В зависимости от категории пластика, он сохраняет свои характеристики в диапазоне температур от 150°C до более 300°C. Эти высокотемпературные пластики находят свое применение в высокотемпературных приложениях, где обычные пластики деградируют и деформируются и не могут выдерживать такую высокую температуру. Уместно упомянуть, что металлы имеют большой вес, а также подвержены коррозии. Учитывая это, высокотемпературные пластиковые материалы заменяют еду в таких приложениях, будучи легкими и устойчивыми к коррозии.

Высокотемпературные полимеры и высокотемпературные пластмассы (дифференциация)

Различия в составе и структуре отличают пластики и полимеры. Высокотемпературные полимеры представляют собой обширную категорию, в то время как высокотемпературные пластики являются подмножеством этой более широкой категории. Высокотемпературные полимеры состоят как из термореактивных, так и термопластичных материалов. Для синтеза этих полимеров применяются передовые методы полимеризации. В большинстве случаев для повышения их эксплуатационных характеристик при высоких температурах используются специальные армирующие вещества или добавки.

Однако высокотемпературные пластмассы состоят только из термопластиков. Эти пластмассы разработаны для того, чтобы выдерживать высокие температуры без деформации. Эти пластмассы практически не деградируют при высоких температурах. Эти пластмассы специально разработаны для сохранения своей химической стойкости, механических свойств и стабильности размеров в условиях высоких температур.

Какие материалы относятся к высокотемпературным пластмассам (характеристики и области применения)?

Ниже приведены материалы, которые относятся к категории высокотемпературных пластмасс.

1. Политетрафторэтилен (ПТФЭ)

Этот материал, который также называется ПТФЭ, является отличным электроизолятором и широко используется в приложениях, где требуется электроизоляция. Этот материал также используется для антипригарного покрытия, особенно в кухонной посуде, а также в уплотнениях и подшипниках. Это использование основано на некоторых выдающихся свойствах этого материала, как указано ниже.

• Высокая температурная стабильность
• Низкий коэффициент трения
• Хорошая химическая стойкость

2. Полифениленсульфид (ПФС)

Данный материал ПФС представляет собой термопластик, имеющий полукристаллическую структуру и обладающий следующими важными характеристиками.

• Огнестойкость (врожденная)
• Высокая термостойкость
• Химическая стойкость
• Стабильность размеров

Эти характеристики сделали этот материал пригодным для использования в промышленных целях. Этот материал также используется в электротехнической и электронной промышленности для производства корпусов и разъемов. Кроме того, в автомобильной промышленности этот материал используется для производства компонентов под капотом. Перейти к литье под давлением ППС чтобы узнать больше об этом материале.

3. Жидкокристаллический полимер (ЖКП)

Этот материал, также называемый ЖКП, находит применение в следующих областях.

• Телекоммуникационный сектор
• Электронная промышленность (производство переключателей и разъемов)
• Автомобильная промышленность (производство деталей под капотом)

Этот материал обладает следующими важными свойствами, которые позволяют использовать его в вышеупомянутых областях применения.

• Отличная химическая стойкость
• Высокая механическая прочность
• Хорошая размерная стабильность
• Отличная жесткость

4. Полиэфирэфиркетон (ПЭЭК)

Этот материал также является термопластичным, имеет полукристаллическую структуру и также называется PEEK. Этот материал обладает следующими характеристиками.

• Высокое соотношение прочности и веса
• Хорошие механические свойства
• Отличная химическая стойкость
• Стабильность при повышенных температурах до 250°C

Учитывая вышеупомянутые свойства PEEK, он широко используется в следующих областях применения для изготовления компонентов, требующих устойчивости к экстремальным условиям окружающей среды и хорошей механической прочности. Перейти к литье пластмасс под давлением чтобы узнать больше.

• Полупроводниковая промышленность
• Автомобильный сектор
• Аэрокосмическая промышленность
• Медицинский сектор

5. Полиэфиримид (ПЭИ)

Этот материал, который также называется ПЭИ, обладает следующими важными свойствами.

• Огнестойкость
• Хорошая механическая прочность
• Высокая термостойкость
• Отличная размерная стабильность
• Хорошие электрические свойства

Основные области применения этого материала охватывают следующие секторы.

• Медицинский сектор (производство стерилизуемых хирургических инструментов)
• Автомобильная промышленность
• Электронная промышленность
• Аэрокосмический сектор

6. Полиимиды (ПИ)

Материал полиимид, который также называют ПИ, обладает следующими характеристиками.

• Хорошие механические свойства
• Отличная термостойкость до 400°C
• Хорошая химическая стойкость
• Низкое тепловое расширение

Этот материал широко используется в электронной промышленности, аэрокосмической отрасли и автомобилестроении для следующих целей.

• Электроизоляция
• Тепловые экраны
• Детали двигателя и запчасти
• Печатные платы

7.  Фторполимеры (ФПЭ)

Ниже перечислены высокотемпературные пластмассовые материалы, которые попадают в эту более широкую категорию.

• фторированныйэтиленпропилен
• Политетрафторэтилен
• Перфторалкокси

Эти полимеры, как правило, демонстрируют определенные качества, описанные ниже.

• Повышенная температурная стабильность
• Отличная химическая стойкость (к кислотам, основаниям и многим растворителям)
• Низкий коэффициент трения

Эти материалы находят свое применение в основном в следующих областях.

• Покрытия проводов
• Обработка полупроводников
• Трубка
• Уплотнения
• Подкладки
• Химическое перерабатывающее оборудование

  8.Полифенилсульфон (PPSU)

PPSU — термопластичный, высокотемпературный конструкционный пластик, открытый в 1960-х годах. Его плотность составляет 1,24 г/см2, водопоглощение — 0,22%, коэффициент усадки — 1,007 (0,7%), температура плавления — 190 °C, температура тепловой деформации — 1,82 МПа при 174 °C, а диапазон температур длительного использования составляет от -100 °C до +150 °C. Это один из самых высококачественных пластиковых материалов среди них.

Простой процесс формования пластикового материала PPSU

Предварительная сушка: PPSU необходимо предварительно высушить перед обработкой, чтобы удалить влагу из материала и предотвратить реакции гидролиза при высоких температурах. Температура сушки составляет 90℃–110℃, время сушки не менее 3–4 часов.

Предварительный нагрев: PPSU необходимо предварительно нагреть перед литьем под давлением для улучшения текучести материала. Температура предварительного нагрева обычно составляет от 80 до 120 °C.

Впрыскивание: впрыскивание PPSU в форму. Давление и скорость впрыскивания необходимо определять в зависимости от типа и толщины стенки литья под давлением.

Охлаждение: по сути то же самое, что и для других деталей, изготовленных методом литья под давлением, но для PPSU требуется более высокая температура пресс-формы, чем для материалов ABS или PC, поэтому обычно время охлаждения будет немного больше, но это зависит от толщины стенок отливаемой детали.

Выброс: После того, как Литье под давлением PPSU Детали полностью остыли в полости формы, форма открывается, и система выталкивания выталкивает отформованную деталь из формы.

Постобработка: некоторые детали могут нуждаться в некоторой постпроизводственной обработке, такой как механическая обработка, токарная обработка с ЧПУ, очистка и т. д., в зависимости от требований заказчика.

Применение литьевых деталей из ППУС,

PPUS очень дорогой и обычно используется в электроприборах, электронике, медицинской промышленности, детских бутылочках, инструментах и аэрокосмической промышленности для изготовления термостойких, коррозионно-стойких, высокопрочных деталей и изоляционных деталей, промышленных пленок и т. д.

Ниже в таблице приведены некоторые высокотемпературные материалы для справки. Если вам нужны детали для литья под давлением из высокотемпературного пластика, вы можете связаться с нами.

Характеристика	Тестирование по стандарту ASTM	ПТФЭ	ПФА	ФЭП	ЭТФЭ	ПТФХЭ	ПВДФ	ПИК	ППСУ	ППС
Температура плавления	(Приблизительная температура:C)	327	308	270	260	211	175	343	250	278
Максимальная температура непрерывного использования	(20000 часов, Теоретическое значение: ℃	260	260	200	150	120	150	260	180	240
Теплопроводность	C177((Вт/см·К).℃/см)	0.25	0.25	0.25	0.24	0.21	0.13	0.66	0.45	0.5
Твёрдость (по Шору)	Твердомер по Шору D	Д50-Д65	Д60	Д55	Д70-Д75	Д80	Д75-Д85	Д85	Д85-95	Д87-95
Прочность на растяжение (МПа)	Д638	25-40	28-35	20-25	40-50	32-40	40-58	98 – 100	94-100	>150
Прочность на сжатие (МПа)	D695/1% Искажение，25°C	5-6	5-6	5-6	11	9-12	13-14	25-35	95	27-134
Удлинение (%)	Д638	250-450	300-400	270-330	400-450	90-250	300-450	40-50	60-120	200
Ударная вязкость (Дж/м)	Д256	160-170	нет взлома	нет взлома	нет взлома	135-145	1105	40-50	690	800
Пропорция	Д792	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
Скорость усадки	(Теоретическое значение)	2%-5%	4%	3%-6%	3%-4%	1.5%-2%	1.40%	0.50%	0.50%	0.50%
Диэлектрическая проницаемость	Д150/106Гц	2.1	2.1	2.1	2.6	2.4	6.43	3.2	3.94	3.5
Электрическая прочность пробоя (МВ/В)	D149/время выстрела，3.2мм	19	20	20-24	16	20-24	10	25	6.3	17
Устойчивость к атмосферным воздействиям		отличный	отличный	отличный	отличный	отличный	отличный	отличный	отличный	отличный
Устойчивость к химикатам		отличный	отличный	отличный	отличный	отличный	отличный	отличный	отличный	отличный
Огнестойкость, огнестойкость (%)	Предельная концентрация кислородного индекса	>95	>95	>95	>31	>95	>43	>95	>95	>95

Каковы методы переработки высокотемпературных пластмасс?

Для обработки высокотемпературных пластиков используются специальные технологии. Кроме того, в процессе обработки обеспечивается сохранение характеристик высокотемпературных пластиков, включая механическую прочность и термостойкость, в течение всего производственного процесса.

Наиболее распространенными и широко используемыми методами переработки высокотемпературных пластмасс являются следующие.

1. Компрессионное формование

В этом процессе подготавливается открытая полость формы. Затем эта полость формы нагревается и в нее помещается рассчитанное количество пластика. После этого эта форма закрывается и на материал оказывается соответствующее давление. Приложение этого давления сжимает материал, и материал преобразуется в требуемую форму. Детали, которые имеют большие размеры и сложную геометрию, формуются этим методом. Эти детали трудно формовать другими процессами формования. Материалы, которые обрабатываются методом компрессионного формования, включают полиэфирэфиркетон, полиимиды и термореактивные высокотемпературные пластики. Для производства однородного и бездефектного конечного продукта необходимо контролировать следующие параметры.

• Температура
• Давление
• Время формования

2. Литье под давлением

В этом методе обработки сначала подготавливается полость формы желаемой формы. После этого в эту полость формы впрыскивается пластиковый материал в расплавленном виде. Эта инъекция осуществляется при высокой температуре и давлении. Высокотемпературные пластмассы чаще всего обрабатываются методом литья под давлением. Этот метод обработки применим для изделий большого объема и сложных форм. Материалы, которые обрабатываются методом литья под давлением, состоят из фторполимеров, полифениленсульфида, полиэфирэфиркетона и полиэфиримида. Параметры, которые необходимо контролировать, чтобы избежать коробления и достичь размерной стабильности, следующие:

• Скорость охлаждения
• Температура
• Устойчивость материала пресс-формы к коррозионной среде
• Устойчивость материала формы к высоким температурам

3. Экструзия

Этот метод использует процесс экструзии для производства желаемого продукта или предмета. В этой технологии обработки используется постоянная матрица желаемой формы. Пластиковый материал в расплавленном виде вдавливается в матрицу с помощью сжимающей силы. В результате этого получается продукт однородного поперечного сечения, несущий непрерывный профиль. Чтобы избежать термической деградации, контроль температуры экструзии имеет решающее значение.

При экструзионной обработке высокотемпературных пластиков качество экструдированного продукта и плавность потока материала различаются от материала к материалу. Поэтому геометрия матрицы и конструкция шнеков регулируются для достижения желаемого качества. Наиболее распространенные высокотемпературные пластики, которые обычно обрабатываются методом экструзии, включают термопластичные композиты, фторполимеры, полифениленсульфид и полиэфирэфиркетон. Следующие продукты обычно производятся с помощью этого метода обработки.

• Трубки
• Листы
• Стержни
• Профили из высокотемпературных пластиков

4.  Обработка

Этот метод обработки подразумевает использование различных машин и инструментов для придания формы высокотемпературным пластикам. В этом методе наиболее часто используемыми машинами являются станки с ЧПУ, фрезерные станки и токарные станки. Этот вид обработки применяется к изделиям или предметам, которые имеют сложную геометрию и имеют малый объем. Этот метод требует специального инструмента и специализированных методов из-за сопротивления и прочности материала. Проверить Обработка ПЭЭК с ЧПУ чтобы узнать больше.

Но все же все виды высокотемпературных пластиков могут быть обработаны с использованием этой технологии. В процессе обработки высокотемпературных пластиков выделяется значительное количество тепла. Это тепло имеет решающее значение для дестабилизации размерной точности изделия, а также для распространения деградации материала. Для устранения неблагоприятных последствий этого тепла во время процесса обработки выполняется смазка.

5. Аддитивное производство

Этот метод обработки является уникальным по сравнению с другими методами обработки. В этой технике высокотемпературные пластмассы используются в виде нитей или порошков. Этот порошок используется для производства деталей слой за слоем. Это осуществляется путем принятия аддитивных технологий производства. В основном существуют две аддитивные технологии производства, которые являются следующими.

• Моделирование методом послойного наплавления
• Селективное лазерное спекание

Этот процесс осуществим для производства прототипов. Однако также производятся детали со сложной геометрией. Этот метод обработки обеспечивает минимальные отходы материала. Существует множество высокотемпературных пластиков, совместимых с методом аддитивного производства. К таким материалам относятся полиэфирэфиркетон и полиэфиримид. Этот метод требует очень точного контроля параметров процесса для достижения требуемой точности размеров и механических свойств. Кроме того, для этого метода обработки требуется специальное оборудование, которое может обрабатывать высокотемпературные пластики.

Заключение

Материаловедение выходит на новый горизонт и демонстрирует прогресс благодаря высокотемпературным пластикам. Эти материалы обеспечивают уникальные и особые свойства, включая механическую прочность, повышенную температурную стабильность и устойчивость к таким химикатам, как кислоты, основания и растворители. Высокотемпературные пластмассовые материалы позволили производить первоклассные запасные части и продукты, которые прочны, легки и долговечны. Впоследствии все известные секторы и отрасли промышленности пережили революцию, включая электронику, автомобилестроение, медицину и аэрокосмическую промышленность.

Обычные пластиковые материалы не выдерживают высоких температур и подвергаются деградации. Однако высокотемпературные пластики очень подходят для этих применений, поскольку они обладают выдающимся свойством выдерживать повышенные температуры. Кроме того, высокотемпературные пластики демонстрируют устойчивость к коррозии и механическим нагрузкам. Эти материалы обеспечивают длительный срок службы изделий и запасных частей благодаря своим уникальным характеристикам, таким как сопротивление усталости, сохранение стабильности размеров и электроизоляция в экстремальных условиях эксплуатации.

Высокая температура пластмассы становятся все более важными с каждым днем, поскольку промышленный сектор требует высокой производительности компонентов и запасных частей. Передовые исследования и разработки в области материаловедения и методов обработки показывают, что эти материалы могут быть использованы для более высоких требований. Это приведет к повышению эффективности, устойчивости и безопасности во многих секторах.Верхняя часть формы