Czym są tworzywa sztuczne odporne na ciepło?

Tworzywa sztuczne są wykorzystywane praktycznie na każdym rynku ze względu na wygodę produkcji, niską cenę i szeroki zakres zastosowań. Oprócz typowych tworzyw sztucznych dostępnych na rynku, istnieje klasa zaawansowanych tworzyw odpornych na wysoką temperaturę.tworzywa sztucznektóre wytrzymują temperatury, których nie są w stanie wytrzymać. Te tworzywa sztuczne są wykorzystywane w zaawansowanych zastosowaniach, gdzie niezbędne jest połączenie odporności na ciepło, wytrzymałości mechanicznej i odporności na trudne warunki. Ten post wyjaśni, czym są tworzywa sztuczne żaroodporne i dlaczego są tak korzystne.

Czym jest tworzywo sztuczne odporne na ciepło?

Tworzywo sztuczne odporne na ciepło to zazwyczaj dowolny rodzaj tworzywa sztucznego, którego temperatura użytkowania ciągłego wynosi powyżej 150°C (302°F) lub którego odporność na krótkotrwałe działanie bezpośredniego światła wynosi 250°C (482°F) lub więcej. Innymi słowy, produkt może wytrzymać temperatury powyżej 150°C i krótkotrwałe okresy w temperaturze 250°C lub wyższej. Oprócz odporności na ciepło, tworzywa te charakteryzują się zazwyczaj fenomenalnymi właściwościami mechanicznymi, często dorównującymi metalom. Tworzywa sztuczne odporne na ciepło mogą występować w postaci tworzyw termoplastycznych, termoutwardzalnych lub fotopolimerów.

Tworzywa sztuczne składają się z długich łańcuchów cząsteczkowych. Pod wpływem ciepła wiązania między tymi łańcuchami ulegają rozerwaniu, co powoduje rozmrożenie produktu. Tworzywa sztuczne o obniżonej temperaturze topnienia zazwyczaj składają się z pierścieni alifatycznych, natomiast tworzywa wysokotemperaturowe z pierścieni zapachowych. W przypadku pierścieni zapachowych, dwa wiązania chemiczne muszą ulec rozerwaniu (w porównaniu z pojedynczym wiązaniem w pierścieniach alifatycznych), aby struktura uległa rozpadowi. Dlatego też trudniej jest stopić te produkty.

Oprócz właściwości chemicznych, odporność tworzyw sztucznych na ciepło można zwiększyć za pomocą odpowiednich składników. Jednym z najpopularniejszych dodatków zwiększających odporność na temperaturę jest włókno szklane. Włókna te mają również dodatkową zaletę w postaci zwiększenia ogólnej szczelności i wytrzymałości materiału.

Istnieją różne techniki określania odporności cieplnej tworzyw sztucznych. Oto najważniejsze z nich:

• Poziom temperatury ugięcia pod obciążeniem (HDT) – to temperatura, w której tworzywo sztuczne ulegnie uszkodzeniu pod wpływem określonej partii. Miara ta nie uwzględnia potencjalnych długoterminowych skutków dla produktu, jeśli ta temperatura będzie utrzymywana przez dłuższy czas.
• Temperatura zmiany stanu szklistego (Tg) – w przypadku tworzywa amorficznego Tg opisuje temperaturę, w której materiał zmienia się w gumowaty lub lepki.
• Temperatura ciągłego użytkowania (CUT) – określa optymalną temperaturę, w której tworzywo sztuczne może być stale użytkowane bez poważnego uszkodzenia jego konstrukcji mechanicznej przez cały okres użytkowania danej części.

Dlaczego warto stosować tworzywa sztuczne odporne na ciepło?

Tworzywa sztuczne są powszechnie stosowane. Dlaczego jednak ktoś miałby używać tworzyw sztucznych do zastosowań wysokotemperaturowych, skoro stale często mogą spełniać te same funkcje w znacznie szerszym zakresie temperatur? Oto kilka powodów:

1. Niższa waga – tworzywa sztuczne są lżejsze od metali. Dlatego doskonale nadają się do zastosowań w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym, gdzie lekkie elementy są niezbędne do zwiększenia ogólnej efektywności.
2. Odporność na rdzę – Niektóre tworzywa sztuczne wykazują znacznie lepszą odporność na rdzę niż stale w kontakcie z szeroką gamą substancji chemicznych. Może to być kluczowe w zastosowaniach wymagających zarówno wysokiej temperatury, jak i trudnych warunków atmosferycznych, takich jak te występujące w przemyśle chemicznym.
3. Elastyczność produkcji – Elementy z tworzyw sztucznych można wytwarzać przy użyciu technologii produkcji wielkoseryjnej, takich jak formowanie wtryskowe. Dzięki temu powstają części tańsze w przeliczeniu na jednostkę niż ich metalowe odpowiedniki frezowane CNC. Elementy z tworzyw sztucznych można również wytwarzać przy użyciu druku 3D, co umożliwia tworzenie złożonych układów i zapewnia większą elastyczność projektowania niż w przypadku obróbki CNC.
4. Izolator – Tworzywa sztuczne mogą pełnić funkcję izolatorów termicznych i elektrycznych. Dzięki temu idealnie sprawdzają się w miejscach, gdzie przewodnictwo elektryczne mogłoby uszkodzić wrażliwe urządzenia elektroniczne lub gdzie ciepło mogłoby negatywnie wpłynąć na działanie podzespołów.

Rodzaje tworzyw sztucznych odpornych na wysokie temperatury

Istnieją dwie główne grupy tworzyw termoplastycznych – tworzywa amorficzne i półkrystaliczne. Tworzywa żaroodporne można znaleźć w każdej z tych grup, jak pokazano poniżej w punkcie 1. Główną różnicą między nimi jest ich proces topienia. Produkt amorficzny nie ma ściśle określonej temperatury topnienia, lecz powoli mięknie wraz ze wzrostem temperatury. Dla porównania, materiał półkrystaliczny ma bardzo wysoką temperaturę topnienia.

Poniżej znajduje się lista niektórych produktów oferowanych przezDTG. Zadzwoń do agenta DTG, jeśli potrzebujesz szczegółowych informacji o produkcie, które nie zostały tutaj wymienione.

Polieteroimid (PEI).

Materiał ten, powszechnie znany pod nazwą handlową Ultem, jest amorficznym tworzywem sztucznym o wyjątkowych właściwościach termicznych i mechanicznych. Jest również trudnopalny, nawet bez żadnych dodatków. Należy jednak sprawdzić konkretną odporność na ogień w karcie katalogowej produktu. DTG oferuje dwa rodzaje tworzyw sztucznych Ultem do druku 3D.

Poliamid (PA).

Poliamid, znany również pod nazwą handlową nylon, charakteryzuje się doskonałą odpornością na ciepło, szczególnie w połączeniu z dodatkami i wypełniaczami. Ponadto nylon jest niezwykle odporny na ścieranie. DTG oferuje szeroką gamę nylonów odpornych na temperaturę z wieloma różnymi wypełniaczami, jak pokazano poniżej.

Fotopolimery.

Fotopolimery to wyjątkowe tworzywa sztuczne, które polimeryzują wyłącznie pod wpływem zewnętrznego źródła energii, takiego jak światło ultrafioletowe lub specjalny mechanizm optyczny. Materiały te mogą być wykorzystywane do produkcji wysokiej jakości drukowanych elementów o skomplikowanej geometrii, nieosiągalnej w przypadku innych technologii produkcyjnych. W kategorii fotopolimerów, DTG oferuje dwa tworzywa sztuczne odporne na wysoką temperaturę.