Plastmaterial för höga temperaturer

Forskningen och utvecklingen inom områdena polymerkemi och materialvetenskap var betydande i mitten av 1900-talet. Plasterna och polymererna skapades som ett resultat av denna forskning och utveckling. Dessa material hade förmågan att motstå högre temperaturer. Polyfenylensulfid och polytetrafluoretylen skapades ursprungligen och visade sig klara högre temperaturer jämfört med traditionella plaster. Flyg- och rymdindustrin skapade en betydande efterfrågan och krav på högtemperaturpolymerer eller plaster på 1970-talet. De ansträngningar som gjordes på grund av kravet på lätta material, med enastående mekaniska och termiska egenskaper, resulterade sedan i skapandet av polymerer som många typer av polyamider och polyeteretereterketon.

I slutändan ersattes metalldelar i flygplansmotorer och dess strukturella komponenter av dessa lätta och högtemperaturbeständiga plaster. Den konventionella plasten tenderar att bli mjuk vid höga temperaturer och börjar sedan försämras vid dessa förhöjda temperaturer. Å andra sidan behåller högtemperaturplaster sina egenskaper intakta vid förhöjda temperaturer och anses lämpliga att användas i industrier där extrema driftsförhållanden råder. Dessa egenskaper inkluderar kemisk resistens, dimensionsstabilitet och mekaniska egenskaper som är avgörande för prestanda hos högtemperaturplaster. Dessa högtemperaturplaster som är konstruerade för att möta och motstå höga temperaturer i extrema miljöer kallas också tekniska termoplaster eller högpresterande termoplaster.

 

Definition av plastmaterial för höga temperaturer

Plastmaterial för höga temperaturer är det material som är speciellt utformat för att användas vid höga temperaturer och motstå dessa förhöjda temperaturer. Den grundläggande funktionen som är av betydelse är att högtemperaturplaster bibehåller sin strukturella integritet och sina mekaniska egenskaper vid höga temperaturer. Dessa högpresterande tekniska plaster behåller sin ursprungliga form och deformeras inte under drift vid förhöjda temperaturer.

Beroende på plastens kategori bibehåller de sina egenskaper mellan temperaturområdena från 150 ° C till över 300 ° C.Dessa högtemperaturplaster används i applikationer med hög temperatur där normal plast skulle försämras och deformeras och inte kan upprätthålla den höga temperaturen. Det är relevant att nämna att metaller bär hög vikt och metaller är också mottagliga för korrosion. Med tanke på detta ersätter plastmaterial med hög temperatur måltider i sådana applikationer som är lätta och korrosionsbeständiga.

Högtemperaturpolymerer och högtemperaturplaster (Differentiering)

Variationen i sammansättning och struktur skiljer plaster och polymerer åt. Högtemperaturpolymerer är en omfattande kategori medan högtemperaturplaster är en delmängd av denna bredare kategori. Högtemperaturpolymerer består av både härdplaster och termoplaster. Avancerade polymerisationsmetoder tillämpas för att syntetisera dessa polymerer. För det mesta används specifika förstärkningar eller tillsatser för att öka deras prestanda mot höga temperaturer.

Högtemperaturplaster består dock endast av termoplaster. Dessa plaster är utformade för att möta och upprätthålla förhöjda temperaturer utan att deformeras. Dessa plaster har mycket liten eller ingen nedbrytning vid höga temperaturer. Dessa plaster är särskilt konstruerade för att behålla sin kemiska resistens, mekaniska egenskaper och dimensionsstabilitet i högtemperaturmiljö.

Vilka är materialen i högtemperaturplaster (egenskaper och användningsområden)?

Nedan följer de material som faller inom kategorin högtemperaturplaster.

1. Polytetrafluoretylen (PTFE)

Detta material, som också kallas PTFE, är en utmärkt elektrisk isolator och används i stor utsträckning i applikationer där elektrisk isolering krävs. Detta material används också för non stick-beläggning, särskilt i köksredskap och i tätningar och lager. Denna användning är baserad på några framträdande egenskaper hos detta material enligt följande.

• Stabilitet vid höga temperaturer
• Låg friktionskoefficient
• God kemisk beständighet

2. Polyfenylensulfid (PPS)

Detta PPS-material är en termoplast med semikristallin struktur som uppvisar följande viktiga egenskaper.

• Flamskyddande egenskaper (inneboende)
• Motståndskraft mot höga temperaturer
• Kemisk beständighet
• Dimensionell stabilitet

Dessa egenskaper gör materialet lämpligt att använda i industriella applikationer. Detta material används också inom el- och elektroniksektorn för tillverkning av höljen och kontakter. Inom fordonsindustrin används materialet dessutom för tillverkning av komponenter under motorhuven. Gå till Formsprutning av PPS för att få veta mer om detta material.

3. Polymer med flytande kristaller (LCP)

Detta material, som också kallas LCP, används inom följande områden.

• Telekommunikationssektorn
• Elektronikindustrin (tillverkning av brytare och kontakter)
• Fordonsindustrin (tillverkning av komponenter under motorhuven)

Materialet har följande viktiga egenskaper som gör att det kan användas i ovan nämnda applikationer.

• Utmärkt kemisk beständighet
• Hög mekanisk hållfasthet
• God dimensionsstabilitet
• Utmärkt styvhet

4. Polyetereterketon (PEEK)

Detta material är också termoplastiskt med semikristallin struktur och kallas också PEEK. Detta material uppvisar följande egenskaper.

• Högt förhållande mellan styrka och vikt
• Goda mekaniska egenskaper
• Utmärkt kemisk beständighet
• Stabilitet vid förhöjda temperaturer upp till 250°C

Med hänsyn till de ovan nämnda egenskaperna hos PEEK används det i stor utsträckning i följande applikationer för tillverkning av komponenter som kräver motståndskraft mot extrema miljöförhållanden och god mekanisk hållfasthet. Gå till formsprutning av peek-plast för att få veta mer.

• Halvledarindustrin
• Fordonssektorn
• Flyg- och rymdindustrin
• Medicinsk sektor

5. Polyeterimid (PEI)

Detta material, som också kallas PEI, har följande viktiga egenskaper.

• Flamskydd
• God mekanisk hållfasthet
• Hög värmebeständighet
• Utmärkt dimensionsstabilitet
• Goda elektriska egenskaper

Viktiga användningsområden för detta material är följande sektorer.

• Medicinsk sektor (tillverkning av steriliserbara kirurgiska instrument)
• Fordonsindustrin
• Elektronikindustrin
• Flyg- och rymdsektorn

6. Polyimider (PI)

Ployimidmaterial, som också kallas PI, har följande egenskaper.

• Goda mekaniska egenskaper
• Utmärkt termisk stabilitet upp till 400°C
• God kemisk beständighet
• Låg termisk expansion

Detta material används i stor utsträckning inom elektronikindustrin, flygindustrin och fordonsindustrin för följande applikationer.

• Elektrisk isolering
• Termiska sköldar
• Motordelar och reservdelar
• Kretskort

7.  Fluorpolymerer (FPE)

De plastmaterial för höga temperaturer som faller inom denna bredare kategori är följande.

• Fluorerad detylenpropylen
• Polytetrafluoretylen
• Perfluoroalkoxy

Dessa polymerer tenderar att uppvisa vissa egenskaper som beskrivs enligt följande.

• Stabilitet vid förhöjd temperatur
• Utmärkt kemisk beständighet (mot syror, baser och många lösningsmedel)
• Låg friktionskoefficient

Dessa material används främst inom följande tillämpningsområden.

• Trådbeläggningar
• Halvledarbearbetning
• Slangar
• Tätningar
• Foder
• Utrustning för kemisk bearbetning

  8.polyfenylsulfon (PPSU)

PPSU är en termoplastisk, högtemperaturteknisk plastdel som upptäcktes på 1960-talet. Deras densitet är 1,24 g/cm2, vattenabsorption är 0,22%, krympningshastighet är 1,007 (0,7%), smälttemperatur är 190 ° C, värmeförvrängningstemperatur är 1,82 MPa vid 174 ° C och långvarig användningstemperatur varierar från -100 ° C till +150 ° C. Detta är ett av de plastmaterial av högsta kvalitet bland dem.

Enkel gjutningsprocess för PPSU-plastmaterial

Förtorkning: PPSU måste förtorkas före bearbetning för att avlägsna fukt i materialet och förhindra hydrolysreaktioner vid höga temperaturer. Torkningstemperaturen är 90 ℃ - 110 ℃, minst 3-4 timmars torkningstid.

Förvärmning: PPSU måste förvärmas före formsprutning för att förbättra materialets flytbarhet. Förvärmningstemperaturen ligger vanligtvis mellan 80 och 120 °C.

Injektion: Injektion av PPSU i formen. Injektionstryck och hastighet måste bestämmas enligt typ och väggtjocklek för formsprutning.

Kylning: Detta är ungefär detsamma som andra formsprutningsdelar, men PPSU behöver en högre formtemperatur än ABS- eller PC-material, så normalt kommer kyltiden att vara lite längre, men detta beror på formdelens väggtjocklek.

Utkastning: När den Formsprutning av PPSU har svalnat helt i formhålan öppnas formen och ejektorsystemet matar ut den gjutna delen ur formen.

Efterbearbetning: vissa delar kan behöva viss efterbearbetning, såsom bearbetning, CNC-svarvning, rengöring etc., beroende på kundens krav.

Tillämpning av PPUS-gjutningsdelar,

PPUS är mycket dyrt och används normalt inom elektriska apparater, elektronik, medicinsk industri, nappflaskor, instrument och flyg- och rymdavdelningar för värmebeständiga, korrosionsbeständiga, höghållfasta delar och isoleringsdelar, industrifilmer etc.

Nedanstående tabell är några av högtemperaturmaterial för din referens, om du behöver plastgjutningsdelar med hög temperatur är du välkommen att kontakta oss.

Karaktäristisk	ASTM-testning	PTFE	PFA	FEP	ETFE	PCTFE	PVDF	PEEK	PPSU	PPS
Smältpunkt	(Ungefärlig temperatur: C)	327	308	270	260	211	175	343	250	278
Maximal temperatur vid kontinuerlig användning	(20000 timmar ， Teoretiskt värde: ℃	260	260	200	150	120	150	260	180	240
Termisk ledningsförmåga	C177(( W/cm-k).℃/cm)	0.25	0.25	0.25	0.24	0.21	0.13	0.66	0.45	0.5
Hårdhet (shore)	Shore D hårdhetsprovare	D50-D65	D60	D55	D70-D75	D80	D75-D85	D85	D85-95	D87-95
Draghållfasthet (Mpa)	D638	25-40	28-35	20-25	40-50	32-40	40-58	98 – 100	94-100	>150
Tryckhållfasthet (Mpa)	D695/1% Distorsion，25°C	5-6	5-6	5-6	11	9-12	13-14	25-35	95	27-134
Förlängning (%)	D638	250-450	300-400	270-330	400-450	90-250	300-450	40-50	60-120	200
Slaghållfasthet (J/m)	D256	160-170	ingen brytning	ingen brytning	ingen brytning	135-145	1105	40-50	690	800
Proportion	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
Krympningsgrad	(Teoretiskt värde)	2%-5%	4%	3%-6%	3%-4%	1.5%-2%	1.40%	0.50%	0.50%	0.50%
Dielektrisk konstant	D150/106HZ	2.1	2.1	2.1	2.6	2.4	6.43	3.2	3.94	3.5
Elektrisk nedbrytningsstyrka (MV/V)	D149 / fotograferingstid ， 3,2 mm	19	20	20-24	16	20-24	10	25	6.3	17
Väderbeständighet		utmärkt	utmärkt	utmärkt	utmärkt	utmärkt	utmärkt	utmärkt	utmärkt	utmärkt
Motståndskraft mot kemikalier		utmärkt	utmärkt	utmärkt	utmärkt	utmärkt	utmärkt	utmärkt	utmärkt	utmärkt
Flamskydd, flamskydd (%)	Begränsande koncentration av syreindex	>95	>95	>95	>31	>95	>43	>95	>95	>95

Vilka är bearbetningsmetoderna för högtemperaturplaster?

Speciella tekniker används för bearbetning av högtemperaturplaster. Under bearbetningen ser man dessutom till att egenskaperna hos högtemperaturplaster, t.ex. mekanisk styrka och värmebeständighet, förblir intakta under hela tillverkningsprocessen.

De vanligaste och mest använda bearbetningsmetoderna för högtemperaturplaster är följande.

1. Kompressionsgjutning

I denna process förbereds en öppen formkavitet. Denna formkavitet värms sedan upp och en beräknad mängd plast placeras inuti den. Därefter stängs formen och ett tillräckligt tryck appliceras på materialet. Trycket komprimerar materialet och materialet omvandlas till önskad form. Delar som är stora och har komplexa geometrier gjuts med denna metod. Dessa delar är svåra att gjuta med andra gjutningsprocesser. De material som bearbetas med kompressionsgjutningsmetod inkluderar polyetereterketon, polyimider och härdplaster med hög temperatur. Följande parametrar måste kontrolleras för att producera en enhetlig och felfri slutprodukt.

• Temperatur
• Tryck
• Tid för gjutning

2. Formsprutning

I denna bearbetningsmetod förbereds först en formkavitet med önskad form. Därefter sprutas plastmaterialet i smält form in i formhålan. Denna injektion utförs under hög temperatur och högt tryck. Högtemperaturplaster bearbetas oftast genom formsprutning. Denna bearbetningsmetod är genomförbar för artiklar med hög volym och invecklade former. De material som bearbetas genom formsprutning består av fluorpolymerer, polyfenylensulfid, polyetereterketon och polyeterimid. De parametrar som måste kontrolleras för att undvika skevhet och för att uppnå dimensionsstabilitet är följande:

• Kylningshastigheter
• Temperatur
• Formmaterialets motståndskraft mot korrosiv miljö
• Formmaterialets motståndskraft mot höga temperaturer

3. Extrudering

Denna metod utnyttjar extruderingsprocessen för att producera önskad produkt eller artikel. I denna bearbetningsteknik används en permanent matris med önskad form. Plastmaterialet i smält form tvingas in i matrisen med hjälp av tryckkraft. Som ett resultat av detta produceras en produkt med enhetligt tvärsnitt som har en kontinuerlig profil. För att undvika termisk nedbrytning är kontrollen av extruderingstemperaturen kritisk.

Vid extrudering av högtemperaturplaster varierar kvaliteten på den extruderade produkten och materialets jämna flöde från material till material. Därför justeras verktygsgeometrin och skruvarnas utformning för att uppnå önskad kvalitet. De vanligaste högtemperaturplasterna som vanligtvis bearbetas genom extruderingsmetoden är termoplastiska kompositer, fluorpolymerer, polyfenylensulfid och polyetereterketon. Följande produkter tillverkas vanligen genom denna bearbetningsmetod.

• Rör
• Lakan
• Stavar
• Profiler av högtemperaturplaster

4.  Maskinbearbetning

Denna bearbetningsteknik innebär att olika maskiner och verktyg används för att forma högtemperaturplaster. I denna metod är de vanligaste maskinerna CNC-maskiner, fräsmaskiner och svarvar. Denna typ av bearbetning tillämpas på produkter eller föremål som har komplicerade geometrier och är av låg volym. Denna metod kräver specialverktyg och specialiserade tekniker på grund av materialets motståndskraft och seghet. Kontrollera CNC-bearbetning av PEEK för att få veta mer.

Men fortfarande kan alla typer av högtemperaturplaster bearbetas med hjälp av denna teknik. Under bearbetningsprocessen av högtemperaturplaster genereras en avsevärd mängd värme. Denna värme är avgörande för att destabilisera detaljens dimensionella noggrannhet och även sprida nedbrytningen av materialet. För att eliminera de negativa effekterna av denna värme utförs smörjning under bearbetningsprocessen.

5. Additiv tillverkning

Denna bearbetningsmetod är mycket unik jämfört med andra bearbetningsmetoder. I denna teknik utnyttjas högtemperaturplaster i form av filament eller pulver. Detta pulver används för att producera delarna lager för lager. Detta utförs genom att använda additiva tillverkningstekniker. Huvudsakligen finns det två additiva tillverkningstekniker som är följande.

• Modellering med smält deposition
• Selektiv lasersintring

Denna process lämpar sig för tillverkning av prototyper. Men även delar med komplexa geometrier kan produceras. Denna bearbetningsmetod ger minimalt slöseri med materialet. Det finns många högtemperaturplaster som är kompatibla med additiv tillverkningsmetod. Dessa material inkluderar polyetereterketon och polyeterimid. Denna metod kräver mycket noggrann kontroll av processparametrarna för att uppnå önskad måttnoggrannhet och mekaniska egenskaper. Dessutom krävs specialutrustning för denna bearbetningsmetod som kan hantera plastmaterial med hög temperatur.

Slutsats

Materialvetenskapen har nått nya höjder och gjort stora framsteg tack vare högtemperaturplaster. Dessa material har mycket unika och speciella egenskaper som mekanisk styrka, stabilitet vid förhöjd temperatur och motståndskraft mot kemikalier som syror, baser och lösningsmedel. Högtemperaturplastmaterial har möjliggjort tillverkning av förstklassiga reservdelar och produkter som är starka, lättare och hållbara. Därefter har alla framstående sektorer och industrier upplevt en revolution, inklusive elektronik, fordonsindustri, medicinsk industri och flyg- och rymdindustri.

De konventionella plastmaterialen tål inte höga temperaturer och bryts ned. Högtemperaturplaster är dock mycket lämpliga för dessa tillämpningar eftersom de har en framträdande egenskap för att klara förhöjda temperaturer. Dessutom uppvisar högtemperaturplaster motståndskraft mot korrosion och mekaniska påfrestningar. Dessa material ger förlängd livslängd för produkter och reservdelar på grund av sina unika egenskaper som motståndskraft mot utmattning, håller dimensionsstabilitet och elektrisk isolering under extrema driftsförhållanden.

Hög temperatur plaster blir allt viktigare för varje dag eftersom industrisektorn kräver hög prestanda hos komponenter och reservdelar. Avancerad forskning och utveckling inom materialvetenskap och bearbetningsmetoder visar att dessa material kan utnyttjas för högre krav. Detta kommer att leda till ökad effektivitet, hållbarhet tillsammans med säkerhet i många sektorer.Topp av formuläret