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 istnieje klasa zaawansowanych tworzyw odpornych na ciepłotworzywa sztucznektóre mogą wytrzymać poziomy temperatur, których nie mogą. Te tworzywa sztuczne są wykorzystywane w zaawansowanych zastosowaniach, w których niezbędne jest połączenie odporności na ciepło, wytrzymałości mechanicznej i odporności na trudne warunki. Ten post wyjaśni, czym są tworzywa sztuczne odporne na ciepło i dlaczego są tak korzystne.

Czym jest tworzywo sztuczne odporne na ciepło?

Plastik odporny na ciepło to zazwyczaj dowolny rodzaj plastiku, który ma ciągły poziom temperatury użytkowania powyżej 150 °C (302 °F) lub tymczasową odporność na bezpośrednie narażenie wynoszącą 250 °C (482 °F) lub więcej. Innymi słowy, produkt może wytrzymać procedury w temperaturze powyżej 150 °C i może wytrzymać krótkie okresy w temperaturze lub powyżej 250 °C. Oprócz odporności na ciepło, te tworzywa sztuczne zazwyczaj mają fenomenalne właściwości mechaniczne, które często mogą również dorównywać właściwościom metali. Tworzywa sztuczne odporne na ciepło mogą przybierać postać tworzyw termoplastycznych, termoutwardzalnych lub fotopolimerów.

Tworzywa sztuczne składają się z długich łańcuchów cząsteczkowych. Po podgrzaniu wiązania między tymi łańcuchami ulegają uszkodzeniu, co powoduje rozmrożenie produktu. Tworzywa sztuczne o obniżonej temperaturze topnienia składają się zazwyczaj z pierścieni alifatycznych, podczas gdy tworzywa sztuczne wysokotemperaturowe składają się z pierścieni zapachowych. W przypadku pierścieni zapachowych dwa wiązania chemiczne muszą zostać uszkodzone (w porównaniu do pojedynczego wiązania pierścieni alifatycznych), zanim struktura ulegnie rozpadowi. Dlatego też trudniej jest stopić te produkty.

Oprócz podstawowej chemii, odporność na ciepło tworzyw sztucznych można zwiększyć, wykorzystując składniki. Jednym z najczęstszych dodatków zwiększających odporność na temperaturę jest włókno szklane. Włókna mają również dodatkową zaletę w postaci zwiększenia całkowitej szczelności i wytrzymałości materiału.

Istnieją różne techniki identyfikacji odporności cieplnej plastiku. Najważniejsze z nich są wymienione tutaj:

• Poziom temperatury ugięcia pod wpływem ciepła (HDT) – jest to temperatura, w której plastik ulegnie uszkodzeniu pod wpływem wstępnie zdefiniowanych partii. Ten pomiar 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 części.

Dlaczego warto stosować tworzywa sztuczne odporne na ciepło?

Tworzywa sztuczne są szeroko stosowane. Jednak dlaczego ktoś miałby używać tworzyw sztucznych do zastosowań w wysokich temperaturach, skoro stale mogą często wykonywać te same funkcje w znacznie szerszym zakresie temperatur? Oto kilka powodów, dla których:

1. Niższa waga – tworzywa sztuczne są lżejsze od metali. Są zatem doskonałe do zastosowań na rynku pojazdów i lotnictwa, które polegają na lekkich elementach w celu zwiększenia ogólnej skuteczności.
2. Odporność na rdzę – niektóre tworzywa sztuczne mają znacznie lepszą odporność na rdzę niż stale, gdy są wystawione na działanie szerokiej gamy chemikaliów. Może to być niezbędne w przypadku zastosowań, które obejmują zarówno ciepło, jak i trudne warunki atmosferyczne, takie jak te występujące w przemyśle chemicznym.
3. Elastyczność produkcji – Elementy z tworzyw sztucznych można wytwarzać przy użyciu technologii produkcji wielkoseryjnej, takich jak formowanie wtryskowe. W rezultacie powstają części, które są mniej kosztowne na jednostkę niż ich odpowiedniki z metalu frezowane CNC. Części z tworzyw sztucznych można również wytwarzać przy użyciu druku 3D, co umożliwia złożone układy i większą elastyczność projektowania niż w przypadku obróbki CNC.
4. Izolator – Tworzywa sztuczne mogą działać zarówno jako izolatory termiczne, jak i elektryczne. Dzięki temu idealnie nadają się tam, gdzie przewodnictwo elektryczne może uszkodzić wrażliwe urządzenia elektroniczne lub gdzie ciepło może negatywnie wpłynąć na działanie podzespołów.

Rodzaje tworzyw sztucznych odpornych na wysokie temperatury

Istnieją 2 główne grupy tworzyw termoplastycznych – mianowicie tworzywa amorficzne i półkrystaliczne. Tworzywa odporne na ciepło można znaleźć w każdej z tych grup, jak pokazano w Numerze 1 poniżej. Główną różnicą między tymi 2 jest ich działanie topiące. Produkt amorficzny nie ma precyzyjnej temperatury topnienia, ale raczej powoli mięknie wraz ze wzrostem temperatury. Materiał półkrystaliczny, dla porównania, ma niezwykle ostrą temperaturę topnienia.

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

Polieteroimid (PEI).

Materiał ten jest powszechnie znany pod nazwą handlową Ultem i jest amorficznym tworzywem sztucznym o wyjątkowych właściwościach termicznych i mechanicznych. Jest również ognioodporny nawet bez żadnych składników. Jednak szczególną odporność na ogień należy sprawdzić w karcie katalogowej produktu. DTG dostarcza dwie jakości tworzyw sztucznych Ultem do druku 3D.

Poliamid (PA).

Poliamid, który jest dodatkowo rozpoznawany pod nazwą handlową Nylon, ma doskonałe właściwości odporne na ciepło, zwłaszcza gdy jest zintegrowany ze składnikami i materiałami wypełniającymi. Ponadto Nylon jest niezwykle odporny na ścieranie. DTG oferuje różnorodne nylony odporne na temperaturę z wieloma różnymi materiałami wypełniającymi, jak pokazano poniżej.

Fotopolimery.

Fotopolimery to odrębne tworzywa sztuczne, które polimeryzują się tylko pod wpływem zewnętrznego źródła energii, takiego jak światło ultrafioletowe lub określony mechanizm optyczny. Materiały te można wykorzystać do produkcji wysokiej jakości drukowanych części o skomplikowanych geometriach, które nie są możliwe przy użyciu innych innowacji produkcyjnych. W kategorii fotopolimerów DTG oferuje 2 tworzywa sztuczne odporne na ciepło.