Инженерный пластик что это
Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Инженерные пластики. Часть 8
Ароматические поликетоны представляют собой семейство полукристаллических конструкционных термопластов, в которых комбинация кетона, арилового эфира и ароматических фрагментов придает смоле превосходные высокотемпературные свойства в сочетании с исключительной термостабильностью. Действительно, ароматические поликетоны считаются одними из самых эффективных материалов в мире. Кроме того, ароматические поликетоны обладают превосходной устойчивостью к воздействию окружающей среды, высокими механическими свойствами, устойчивостью к химическим воздействиям при высоких температурах, собственной огнестойкостью, превосходной устойчивостью к трению и износу и ударопрочностью. Еще одним свойством ароматических поликетонов является химическая чистота, которая привела к их применению, например, в производстве кремниевых чипов.
Ароматические поликетоны были впервые произведены в 1960-х и 1970-х годах, но не стали коммерчески доступными до начала 1980-х годов. В начале-середине 1970-х годов Raychem Corporation коммерчески представила полиэфиркетон (PEK) под торговой маркой Stilan. Этот полукристаллический ароматический простой полиэфир был разработан К. Далем в 1970 году. Строгие условия, необходимые для производства ПЭК, включали химию Фриделя-Крафтса и требовали использования очень сильных растворителей, таких как фтористый водород или избыток хлорида алюминия, для удержания полимера в растворе. ПЭК был дорогостоящим в изготовлении и был в основном сделан для использования в специальных целях. PEK имеет температуру плавления Tm +364 °C и температуру стеклования Tg +166 °C. В 1980-х Raychem лицензировал свои патенты для BASF и прекратил производство.
Полиэфирэфиркетон (PEEK, ПЭЭК) представляет собой полукристаллический полиэфир, полученный в более мягких условиях посредством реакции ароматического нуклеофильного замещения калиевой соли гидрохинона и 4,40-дифторбензофенона. Несколько компаний провели раннюю работу над PEEK, что привело к получению низкомолекулярного полимера, способствующего кристаллизации и осаждению из раствора. Однако Роуз и его коллеги из ICI (ныне Victrex Co.) заменили высококипящий растворитель, такой как дифенилсульфон, при температурах, близких к температуре плавления полимера, и был получен высокомолекулярный ПЭЭК. В 1980 году PEEK был коммерциализирован под торговой маркой Victrex PEEK. PEEK имеет Tm +335 °C и Tg +145 °C. PEEK является наиболее широко используемым представителем ароматических поликетонов. Изделия из этого материала применяются в химической промышленности (тарелки компрессоров, седла клапанов, рабочие колеса насосов, упорные шайбы, каркасы подшипников), в авиакосмической промышленности (обтекатели самолетов, топливные клапаны, воздуховоды) и в электротехнике (покрытие проводов, полупроводниковые пластины).
Полиарилаты (PAR) представляют собой семейство ароматических сложных полиэфиров, полученных из ароматических дикарбоновых кислот и бисфенолов. Внимание к ним было приковано с конца 1950-х годов. PAR, которые получили наибольшее распространение, основаны на BPA и изофталевой или терефталевой кислотах. Гомополимеры BPA и изофталевой кислоты или терефталевой кислоты являются полукристаллическими. Они имеют Tm +270 и +370 °C и Tg +183 и +206 °C соответственно. Эти полукристаллические PAR не были коммерциализированы из-за их высоких кристаллических температур плавления и очень медленных скоростей кристаллизации. Однако аморфные PAR получают из смеси изофталевой и терефталевой кислот и BPA и могут быть легко обработаны в расплаве. Японская компания Unitika (1974 г.), Union Carbide Corporation (в настоящее время Solvay Advanced Polymers, 1978 г.), Hooker Chemical Company (1979 г.) и DuPont (1986 г.) выпустили на рынок PARs под торговыми названиями U-Polymer, Ardel, Durel и Arylon соответственно. PAR имеют Tg 180-185 °C. Эти аморфные PAR являются прозрачными, слегка желтого цвета, имеют стабильные размеры, устойчивы к ползучести, имеют отличные электрические свойства, жесткие и имеют хорошую ударную вязкость.
PAR обладают плохой химической стойкостью к кетонам, сложным эфирам и ароматическим и хлорированным углеводородам. Типичные области применения включают в себя электрические / электронные и автомобильные приложения, которые требуют более высокой температуры отклонения тепла (термостойкости), чем может предложить поликарбонат. Следующая интересная группа инженерный пластиков — алифатические поликетоны. Их получают из олефиновых мономеров и оксида углерода. Основные патенты на катализатор и состав появились в начале 1970-х годов. Однако эти ранние смолы не были переработаны из-за остаточного катализатора. В 1982 году Дж. Дент из Royal Dutch / Shell открыл новый класс каталитической системы, способной к сополимеризации оксида углерода и этилена в линейные, идеально чередующиеся поликетоновые полимеры с высокой молекулярной массой. В 1996 году Shell выпустила на рынок торговую марку тройного сополимера окиси углерода, этилена и небольшого количества пропилена под торговой маркой Carilon.
Полукристаллический терполимер этилена / пропилена / CO имеет Tm +200 °C и Tg около +15 °C. Алифатические поликетоны обладают отличной ударной вязкостью, химической стойкостью и износостойкостью и могли бы конкурировать с полиамидами, термопластичными полиэфирами и синдиотактическим полистиролом (SPS) на рынке электрических разъемов и с POM в запорных элементах различной арматуры. Тем не менее стоит отметить, что этот материал (полукристаллический терполимер этилена, пропилена и CO) имел ограниченный успех, а в 2000 году в Shell и вовсе объявили, что выводят свои поликетоны с рынка. Причина, очевидно, заключалась в том, что данный материал не мог конкурировать с другими по цене. В следующей части рассмотрим такие материалы, как синдиотактический полистирол, полифенилен, а также поговорим о последних трендах в области инженерных пластиков.
Инженерные пластики
ТСК Империя вводят в продажу высококачественные и легко поддающиеся обработке термопластичные материалы: инженерные (конструкционные) полимеры.
Ассортиментный перечень:
Виды продукции:
Инновационные сополимеры 3Ps(3П), SPMs и HPMs
Материалы общего назначения также известны как 3Ps (полиамид, полиоксиметилен и термопластичный полиэстер), или ненаполненные полимеры. Пластики со специальными параметрами, также известные как SPMs, – это инновационные материалы, созданные для специфических потребностей путем смешивания полимеров, добавления наполнителей с использованием новых технологий для повышения качества инженерных пластиков общего назначения. Высокотехнологичные материалы, также известные как HPMs, – это материалы с термостойкостью более 150 °С и достаточно схожими качествами в широком спектре температур и химических сред.
Экструдированные продукты PA: полиамид (нейлон)
Экструдированный PA 6 – высокопрочный материал с высокой стойкостью к истиранию и ударопрочностью. Как правило, PA 6 используется в качестве материала-заменителя бронзы, алюминия и других цветных металлов, так как он обладает значительным преимуществом в весе. Использование PA 6 уменьшает требования к смазке и смазочным веществам. Также материал является устойчивым к истиранию с сопряженными поверхностями и обладает хорошими механическими свойствами. Материал предназначен для конструкционных деталей и деталей общего назначения, которые должны обладать балансом прочности и твердости.
Основные характеристики:
Применение: бумажно-целлюлозная промышленность, морское дело, текстильная промышленность, общее машиностроение, пищевая промышленность, электроника, строительство, транспортировка материалов, горное дело, аэрокосмическая промышленность и другие области.
Типовые детали: скользящие детали, расходные детали, беговые дорожки шарикоподшипника, подшипники трения, шкивы, тележки подвески, ходовые балансирные тележки, желобчатые шкивы, направляющие ролики, вальцы, колеса, зубчатое сцепление, подвижные части скользящей опоры, направляющие, компенсатор вибрации, абсорбционные аппараты, поршневые кольца, винтовые конвейеры.
Литые РА продукты: полиамид (литой нейлон)
Типовые детали: компенсаторы вибраций, крепления для шпал на высокоскоростных железных дорогах, гасители колебаний в бамперах и буферных брусьях в железнодорожных вагонах.
Продукты из полиоксиметилена (POM): Ацеталь (полиоксиметилен)
Полиацеталь относится к антифрикционным материалам. Используют полиацеталь главным образом как конструкционный материал для замены цветных металлов и сплавов в машино-, автомобиле- приборостроении, бытовой технике и в областях, характеризующихся повышенными требованиями к изделиям.
Характеристики полиоксиметилена:
Применение: пищевая промышленность, сельское хозяйство, медицина, электроника, автомобилестроение и общее машиностроение, транспорт и логистика, оборудование для мытья машин и баллонов, спортинвентарь, текстильная промышленность, офисное оборудование.от 6 до 500 мм)
Типовые детали: подшипники и втулки в условиях влажности и сырости, шестерни, направляющие ролики в подъемных механизмах, рычаги, рессоры, кулачковые переключатели, кольца подшипника, фиксаторы, детали насосов, оборудование для работы с буровым раствором, рукоятки инструментов.
Термопластичный полиэстер: РЕТ, РВТ и ТРЕ
(полиэтилена терефталат, полибутилена терефталат, сополиэфир эластомер) листы (толщина от 0,3 до 160 мм).
Применение: детали, подверженные высокому давлению и скоростям.
Типовые детали: ролики, зубчатые передачи, клапаны, распределительные клапаны, прецизионные подшипники скольжения, вилочные части соединителя.
Применение: медицина, фармакология, пищевая промышленность, печать, логистика и транспорт, электричество, электроника и полупроводниковые материалы, автоматика. Используется для деталей с особо высокими требованиями к точности исполнения.
Продукты из полиэфирэфиркетона (РЕЕК)
Полиэфирэфиркетон высокотемпературный полимер, обладающий уникальными эксплуатационными характеристиками химической, механической и электротехнической природы, которые сохраняются при нагреве материала до 310 C.
Характеристики:
Типовые детали: пластиковые клапаны и кольца компрессорных установок, подшипники, уплотнения, лезвия с особо высокой точностью, энергоэффективные насосы, поршни, шайбы, подшипники, шейки вала, детали трансмиссии, системы торможения и кондиционирования воздуха, силовые приводы, зубчатые передачи и электронные датчики, крыльчатки для насосов, изнашиваемые детали центробежных насосов, кольца из кальций фосфата магния, кассеты для полупроводниковых пластин, протравленные кольца, прокладки, держатели полупроводниковых пластин, детали внутреннего интерфейса, испытательные ламповые панели, зажимы и щупы, захватные устройства.
Другие материалы с повышенными технологическими показателями: PEI, PPS, XGT.
Применение: медицинская, электрическая, электронная и полупроводниковая, автомобильная и аэрокосмическая промышленность.
Типовые детали: несущие детали, строительные зонды, микроволновые устройства, заменяемые стекла в медицинских лампах, медицинские аппараты многократного использования, манифольды, устойчивые к ежедневной санитарной обработке, корпуса высоковольтных переключателей, электроизоляторы, компоненты электросистем, держатели кристаллов интегральных схем для ускоренных испытаний при высокой температуре, пожаробезопасные соединительные муфты баллонов, высокотемпературные катушки, намотка и блоки плавких предохранителей, автомобильные детали, находящиеся под колпаком, зажимы соединителей для печатных плат, детали реактивных двигателей.
Обработка
Механическая обработка является лучшим способом изготовления небольшого количества пластиковых деталей или деталей с конфигурациями, которые не могут быть получены путем литьевого формования. Мы предлагаем техническую поддержку и можем изготовить детали под заказ.
Подробнее о продуктах и обработке +7 (495) 646-81-65.
Некогда звонить, или уже не рабочее время? — мы Вам перезвоним тогда, когда Вам удобно!
Инженерные пластики и их применение. Часть 1
Инженерные пластики — это такие пластики, которые, в отличие от обычных коммерческих пластмасс, обладают физическими свойствами, позволяющими им работать в течение длительного времени в широком диапазоне температур, в условиях серьёзных механических нагрузок, в агрессивных химических средах и сложных физических условиях. По сравнению с металлами для данного применения пластмассы могут предложить такие преимущества, как прозрачность, коррозионную стойкость и экономию при изготовлении и монтаже.
Пластмассы могут быть гибкими, они являются диэлектриками (то есть электрическими не проводниками) и термоизоляторами, причём эти свойства могут являться либо преимуществами, либо недостатками, в зависимости от использования. Свойства пластмасс могут быть изменены путём использования усиливающих агентов, наполнителей и химических добавок. Инженерные приложения для пластмасс включают механические узлы, находящиеся под напряжением, компоненты с низким коэффициентом трения, термостойкие и химически стойкие элементы, электрические детали, корпуса, приложения с высокой светопропускной способностью, инженерные коммуникации специальных зданий (например, химически стойкие трубы) и многие другие области применения. Этапы, необходимые для коммерческой разработки нового конструкционного пластика, в отношении определений во многом совпадают с теми, которые необходимы для разработки нового химического вещества.
Эти функциональные шаги могут быть определены так: определение потребности, научные исследования, маркетинговые исследования, патентно-правовые аспекты, процессы производства и переработки, продвижение продукта на рынке и продажа и обслуживание. Вышеуказанные функциональные операции расположены в общем хронологическом порядке, но в отношении времени и функций существует много общего, а между людьми, выполняющими каждое действие, существует постоянное взаимодействие. Каждая из этих коммерческих функций разработки подробно обсуждается дальше. Мы постараемся проследить весь путь производства инженерных пластиков, от подготовительных этапов до продаж, обрисовав общую картину и предоставив представление об отрасли, так сказать, «с высоты птичьего полета». Более подробно рассмотрим термопласты и термореактивные материалы, а также термопластичные термореактивные материалы, их технические свойства и области применения. Кроме того, мы рассмотрим инженерные пластики с точки зрения пользователей, поскольку это, на наш взгляд, гораздо более полезно, чем дополнительное обучение инженеров, которые и так владеют основами. Для начала же кратко коснёмся истории, взглянув на рост использования пластмасс в инженерных областях.
Что касается самых ранних инженерных материалов, то до XX века инженеры были довольно ограничены в работе, имея доступ только к нескольким материалам, таким как железо, медь, олово, цинк, латунь, бронза и, конечно же, дерево. Сталь стала более доступной не сразу и благодаря более широкому использованию открытых бессемеровских и мартеновских процессов и последующему открытию легированных сталей. А на рубеже веков (XIX-XX) стал доступен в коммерческих количествах и алюминий. Хотя нитрат целлюлозы, полусинтетический пластик, а не инженерный материал, был представлен ещё в 1868 году, первый полностью синтетический пластик, фенолформальдегид, был введен в 1909 году. Фенолформальдегид, безусловно, является инженерным материалом и первым из таких продуктов, который вызвал серьёзный интерес со стороны инженеров. С момента введения фенолформальдегида в 1909 году на рынок хлынул постоянный поток новых пластиков.
Сегодня существует около 50 только отдельных семейств этих материалов, не считая сплавов или других модификаций основных типов и не говоря об отдельных пластиках. Не все из них имеют инженерные приложения, но большинство — да. Значение этого прогресса переоценить трудно, ведь на протяжении многих столетий у инженеров было всего около десятка основных материалов для работы. Кроме того, они были ограничены в своих конструктивных соображениях свойствами этих нескольких материалов. Таким образом, всего за последние 60 лет мы увидели появление примерно пятидесяти новых семейств пластмассовых инженерных материалов и сотен и даже тысяч модификаций этих материалов. Выделив некоторые из этих постфенольных разработок, мы увидели поливинилхлорид, введенный ещё в 1927 году, акрил в 1936 году, нейлон в 1938 году и фторуглерод в 1943 году. АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол) был введен в 1948 году, ацеталь в 1956 году, поликарбонат в 1957 году, оксид полифенилена в 1964 году и полисульфон в 1965 году. Как видим, многие из инженерных пластиков уже очень старые.
Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Инженерные пластики. Часть 5
В середине 1970-х и затем снова в середине 1980-х компания ICI предприняла не слишком удачные маркетинговые усилия для продвижения новых инженерных пластиков, полибифенилдисульфонов. Эти полисульфоны с более высокими эксплуатационными характеристиками представляют собой высокотемпературные аморфные полимеры, которые получают путем ароматического нуклеофильного замещения хлоридов 4,4-бис (4-хлорфенилсульфонил) бифенила с бисфенолами в основных условиях в диполярном апротонном растворителе. Более жесткое бифенилдисуфоновое звено приводит к полимерам с заметно более высокой Tg (температурой стеклования), чем другие сульфоновые полимеры. Действительно, полимеры на основе BPA и гидрохинона показывают Tg, равные +245 и +265 °С соответственно. В 2004 году Solvay Advanced Polymers представила эти высокотемпературные сульфоновые полимеры под торговой маркой Supradel, а в 2007 году торговая марка была изменена на EpiSpire.
Эти высокотемпературные сульфоновые полимеры являются прозрачными и полностью аморфными и могут быть обработаны в расплаве путем литья под давлением и экструзии. Они демонстрируют высокие тепловые характеристики, хорошую прочность, жесткость и диэлектрические свойства в широком диапазоне температур. Также им свойственны устойчивость к гидролизу горячей водой и паром, отличная стойкость к кислотам и основаниям и высокое сопротивление воспламеняемости. Тепловые характеристики материала в сочетании с его хорошей прочностью и жесткостью, стабильностью размеров и сопротивлением ползучести открывают возможности для высокотемпературных применений литья под давлением, которые традиционно ограничивались наполненными полукристаллическими полимерами. Применение полибифенилдисульфонов включает возможности замены металлов, а также высокоэффективных термореактивных смол в широком спектре технических применений. Это касается применения в автомобильной, аэрокосмической, электротехнической, электронной и других промышленных областях.
В конце 1920-х годов У. Каротерс и его исследовательская группа из компании «Дюпон» исследовали образование полиэфира в результате реакции алифатической дикарбоновой кислоты с диолами. Было обнаружено, что эти алифатические полиэфиры являются неадекватными в качестве предшественников волокон из-за их низких температур плавления. Алифатические сложные полиэфиры были придуманы для замены пластиков с гораздо более низкими значениями Tm (температуры плавления). Термопластичные полиэфиры появились в 1941 году, когда Уинфилд и Диксон из DuPont при повторном исследовании сложных полиэфиров в качестве предшественников волокон заменили терефталевую кислоту на ранее исследованные алифатические двухосновные кислоты и обнаружили высокоплавкие кристаллические полимеры. ICI, DuPont и другие компании разработали эти полимеры в виде известных полиэфирных волокон и пленок. Уинфилд и Диксон быстро поняли, что полиэтилентерефталат (ПЭТ) на основе этиленгликоля и терефталевой кислоты лучше всего подходит для волокон. ПЭТ демонстрирует Tg 70 °С и Tm 265 °С.
Кроме того, они изготовили и описали несколько других сложных полиэфиров, включая полибутандиолтерефталат или полибутилентерефталат (PBT, ПБТ). PBT демонстрирует Tg 45 °C и Tm 225 °C. Синтез PBT осуществляется реакцией переэтерификации диметилтерефталата и бутандиола. Много лет спустя ряд производителей полиэфирного волокна заинтересовались PBT. Один производитель объяснил, что они заинтересованы в PBT, потому что он напоминает нейлон, который становится популярным в качестве ковровой пряжи. Следовательно, они рассматривали PBT как средство конкуренции в производстве ковровых нитей. В то время как производители волокна активно расширяли свою деятельность, несколько компаний одновременно пытались адаптировать PET для формования. В 1966 году были представлены первые марки ПЭТ для литья под давлением, однако эти ранние материалы были не очень успешными. Основная проблема заключалась в том, что ПЭТ кристаллизуется не очень быстро, а формованный предмет, состоящий из кристаллизующегося полимера, уловленного в аморфном или частично кристаллизованном состоянии, был бы довольно бесполезным. В процессе эксплуатации такая деталь может кристаллизоваться, сжиматься, искажаться, растрескиваться или даже разрушаться.
Очевидное решение состояло в том, чтобы использовать горячие формы и удерживать детали в форме до завершения процесса кристаллизации. Постотжиг также позволяет продолжить кристаллизацию. Эти подходы, особенно с включением стекловолокна, привели к получению приемлемых по качеству деталей, но при экономически неприемлемых циклах формования. С другой стороны, некоторые разработчики пытались использовать очень низкомолекулярные изделия из ПЭТ, которые кристаллизовались быстрее, однако из-за их низкой молекулярной массы этим продуктам не хватало необходимых свойств. Поэтому был проведен широкий поиск таких вещей, как зародышеобразователи и ускорители кристаллизации. Улучшенный состав для литья под давлением из ПЭТ был представлен компанией DuPont в 1978 году под торговой маркой Rynite. Ряд других компаний последовал за DuPont. Формовочные смеси на основе ПЭТ получают всё большее признание, но фактический объем относительно невелик. В то время как другие компании искали способы увеличения скорости кристаллизации ПЭТ, химики из Celanese обратили свое внимание на PBT и обнаружили, что он отвечает всем требованиям для формования. Базовая композиция патентов на вещества давно истекла на PBT, когда Celanese попытали удачу на рынке в 1970 году с помощью PBT, усиленного стекловолокном, обозначенного X-917.
Этот формованный состав PBT впоследствии стал доступен под торговой маркой Celanex. Eastman Kodak последовал за Celanese в начале 1971 года, а позже в том же году General Electric Company последовали за Eastman Kodak с полиэфирной смолой PBT под торговой маркой Valox. С тех пор дюжина или более компаний по всему миру вошли (и некоторые впоследствии вышли) в этот бизнес. По сути, PBT, по-видимому, обладает уникальным и благоприятным балансом свойств между нейлонами и ацетальными смолами. Он имеет относительно низкое влагопоглощение, чрезвычайно хорошее самосмазывание, сопротивление усталости, устойчивость к растворителям и хорошее сохранение механических свойств при повышенных температурах. Сохранение свойств вплоть до точки плавления кристаллов превосходно, если полимер усилен стекловолокном. Очень быстрые циклы формования от холодных до умеренно нагретых форм дополняют картину. Ключевые рынки включают автомобильные элементы (особенно детали под капотом), которые требуют термостойкости и устойчивости к растворителям, электрические и электронные устройства и элементы (например, компьютерные клавиатуры), электроинструменты, мелкие и крупные компоненты приборов, а также спортивные товары.