Модифицированные инженерные пластмассы: повышение производительности и приложений

1. Введение в модифицированные инженерные пластмассы

1.1 Что такое инженерные пластики?

Инженерные пластмассы являются классом высокопроизводительных термопластичных или терморезонных полимеров, которые обладают превосходными механическими, термическими и химическими свойствами по сравнению с товарными пластиками, такими как полиэтилен или полипропилен. Они предназначены для того, чтобы противостоять более требовательной среде и часто используются в качестве замены для традиционных материалов, таких как металлы, керамика и древесина. Ключевые характеристики инженерных пластиков включают высокую прочность на растяжение, превосходную стабильность размеров и устойчивость к тепло и химическим веществам. Общие примеры включают поликарбонат (ПК), нейлон (полиамид, Пенсильвания), полиоксиметилен (POM) и полиэфитеркетоне (PEEK).

1.2 Необходимость модификации

Хотя инженерные пластмассы обладают исключительными свойствами, их не всегда достаточны для удовлетворения конкретных требований каждого приложения. Например, компонент может потребоваться более высокая прочность для автомобильной части, улучшенную пламенную сопротивление для электроники или улучшенную смазочную способность для движущегося механизма. Следовательно, методы модификации необходимы для того, чтобы адаптировать свойства пластика к точной потребности, позволяя получить пользовательские материальные решения без создания совершенно нового полимера с нуля. Этот процесс расширяет их полезность, повышает их производительность и делает их более рентабельными для более широкого спектра использования.

1.3 Обзор методов модификации

Модификация инженерных пластиков включает в себя изменение их базовых свойств с помощью различных методов. Эти методы могут быть в целом классифицированы на три основных подхода:

• Смешивание и легирование: Объединение двух или более полимеров для создания нового материала с синергетическими свойствами.

• Подкрепление: Включение армирующих агентов, таких как волокна или частицы, для улучшения механических свойств.

• Добавки: Внедрение небольших количеств различных веществ для повышения определенных характеристик, таких как устойчивость к ультрафиолетовым излучениям или цвет.

2. Типы инженерных пластиковых модификаций

2.1 Полимерные смеси и сплавы

Смешивание полимеров представляет собой физическую смесь двух или более полимеров, в то время как сплав-это смесь, где полимеры химически или физически совместим, что приводит к однофазному материалу. Смешивание может сочетать желаемые черты различных пластмасс, таких как вязкость одного полимера с термостойкостью другого, создавая материал, превосходящий любого любого компонента. Классическим примером является смесь PC/ABS (поликарбонат/акрилонитрил -бутадиен стирол), которая сочетает в себе высокую силу ПК с обработкой ABS.

2.2 Усиление волокна (например, стеклянное волокно, углеродное волокно)

Усиление волокна является одним из наиболее распространенных и эффективных методов модификации. Он включает в себя включение высокопрочных волокон в полимерную матрицу.

• Стеклянное волокно (GF): Наиболее широко используемое подкрепление. Стеклянные волокна значительно увеличивают прочность на растяжение, жесткость и размерную стабильность пластмасс, одновременно являются относительно недорогими.

• Углеродное волокно (CF): Предлагает гораздо более высокое соотношение прочности к весу и жесткость, чем стекловолокно, что делает его идеальным для высокопроизводительных применений в аэрокосмическом и спортивном оборудовании, где снижение веса имеет решающее значение.

2.3 добавки для улучшенных свойств

Добавки - это вещества, смешанные с пластиком для достижения определенных функциональных свойств.

• УФ -стабилизаторы: Защитите пластик от деградации, вызванной ультрафиолетовым излучением, предотвращая обесцвечивание и хрупкость в наружных применениях.

• Огненные детирщики: Увеличьте сопротивление материала зажиганию и уменьшите распространение пожара, решающему для электроники и конструкции.

• Пластификаторы: Улучшить гибкость и уменьшить хрупкость.

• Смазочные материалы: Уменьшить трение и износ.

2.4 Обработки и покрытия поверхности

Модификация поверхности изменяет верхний слой пластика без изменения его массовых свойств. Эти обработки могут улучшить адгезию для покраски или склеивания, повысить устойчивость к царапинам или сделать поверхность более гидрофильной или гидрофобной. Методы включают в себя лечение плазмы, химическое травление и нанесение тонкопленочных покрытий.

3. Улучшенные свойства материала через модификацию

3.1 Улучшенная механическая прочность и жесткость

Подкрепление стеклянными или углеродными волокнами является основным методом улучшения механической прочности и жесткости пластика. Волокна действуют как несущие нагрузки, эффективно переносят напряжение и предотвращая деформацию материала.

3.2 Улучшенная тепловая стабильность и теплостойкость

Некоторые добавки и наполнители, наряду с конкретными полимерными смесями, могут повысить температуру тепла от тепла материала (HDT), что позволяет ему выдерживать более высокие рабочие температуры без деформирования. Это особенно важно для автомобильных деталей и электроники.

3.3 Повышенная химическая устойчивость

Смешивание инженерного пластика с более химически устойчивым полимером может повысить его долговечность в суровых химических средах, таких как те, которые встречаются в промышленном оборудовании или медицинском применении.

3.4 Улучшенная воздействие сопротивления и прочности

Модификаторы ударов, такие как эластомеры, добавляются в пластиковый матрицу для поглощения и рассеяния энергии от внезапных ударов, тем самым увеличивая прочность материала и предотвращая хрупкий перелом.

3.5 Улучшенная стабильность размеров

Подкрепление и использование наполнителей могут значительно снизить коэффициент материала термического расширения и сокращения, что приводит к лучшей стабильности размерных, что жизненно важно для точных компонентов и деталей, которые должны поддерживать плотные допуски.

4. Применение модифицированных инженерных пластмассов

4.1 Автомобильная промышленность

Модифицированные инженерные пластмассы произвели революцию в автомобильном секторе, позволив проектировать более легкие, более экономичные транспортные средства.

• Интерьерные компоненты: Монитоны, дверные панели и консоли часто используют модифицированный ABS или ПК для долговечности и эстетики.

• Внешние части: Бамперы и решетки изготовлены из закаленных смесей для поглощения удара.

• Заявки на каплю: Материалы с усиленной термической и химической стойкостью, такие как нейлон с армированным стекловолокном, используются для крышков двигателя и впускных коллекторов. .