พลาสติกทนความร้อนคืออะไร?

พลาสติกถูกนำมาใช้ในแทบทุกตลาดเนื่องจากความสะดวกในการผลิต ราคาไม่แพง และใช้งานได้หลากหลาย นอกเหนือจากพลาสติกทั่วไปแล้ว ยังมีพลาสติกทนความร้อนอีกประเภทหนึ่งพลาสติกที่สามารถทนต่ออุณหภูมิที่ร้อนจัดได้ พลาสติกเหล่านี้ถูกนำไปใช้ในงานที่ซับซ้อน ซึ่งต้องอาศัยทั้งความทนทานต่อความร้อน ความแข็งแรงเชิงกล และความทนทานต่อแรงกดทับ บทความนี้จะอธิบายว่าพลาสติกทนความร้อนคืออะไร และทำไมพลาสติกเหล่านี้จึงมีประโยชน์อย่างมาก

พลาสติกทนความร้อนคืออะไร?

พลาสติกทนความร้อนโดยทั่วไปคือพลาสติกชนิดใดก็ได้ที่มีระดับอุณหภูมิการใช้งานต่อเนื่องสูงกว่า 150 องศาเซลเซียส (302 องศาฟาเรนไฮต์) หรือความต้านทานการสัมผัสโดยตรงชั่วคราวที่ 250 องศาเซลเซียส (482 องศาฟาเรนไฮต์) หรือมากกว่า กล่าวอีกนัยหนึ่ง ผลิตภัณฑ์สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงกว่า 150 องศาเซลเซียส และสามารถทนต่ออุณหภูมิในช่วงสั้นๆ ที่อุณหภูมิ 250 องศาเซลเซียสขึ้นไป นอกจากความทนทานต่อความร้อนแล้ว พลาสติกเหล่านี้ยังมีคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยม ซึ่งมักจะเทียบเท่ากับโลหะ พลาสติกทนความร้อนสามารถอยู่ในรูปของเทอร์โมพลาสติก เทอร์โมเซ็ต หรือโฟโตโพลิเมอร์

พลาสติกประกอบด้วยสายโซ่โมเลกุลยาว เมื่อได้รับความร้อน พันธะระหว่างสายโซ่เหล่านี้จะเสียหาย ทำให้ผลิตภัณฑ์ละลาย พลาสติกที่มีอุณหภูมิหลอมเหลวต่ำมักประกอบด้วยวงแหวนอะลิฟาติก ในขณะที่พลาสติกที่อุณหภูมิสูงประกอบด้วยวงแหวนที่มีกลิ่นหอม ในกรณีของวงแหวนที่มีกลิ่นหอม พันธะเคมีสองพันธะจะต้องถูกทำลาย (เมื่อเทียบกับพันธะเดี่ยวของวงแหวนอะลิฟาติก) ก่อนที่โครงสร้างจะสลายตัว ดังนั้น การหลอมผลิตภัณฑ์เหล่านี้จึงยากกว่า

นอกจากคุณสมบัติทางเคมีพื้นฐานแล้ว ความต้านทานความร้อนของพลาสติกยังสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยใช้ส่วนผสมต่างๆ หนึ่งในสารเติมแต่งที่นิยมใช้กันมากที่สุดสำหรับการเพิ่มความทนทานต่ออุณหภูมิคือใยแก้ว เส้นใยเหล่านี้ยังมีข้อดีเพิ่มเติมคือเพิ่มความแข็งแรงโดยรวมและความทนทานของวัสดุ

มีเทคนิคมากมายในการระบุความต้านทานความร้อนของพลาสติก เทคนิคที่สำคัญที่สุดมีดังนี้:

• ระดับอุณหภูมิการเบี่ยงเบนความร้อน (HDT) – คืออุณหภูมิที่พลาสติกจะเกิดข้อบกพร่องภายใต้ล็อตที่กำหนดไว้ล่วงหน้า การวัดนี้ไม่ได้คำนึงถึงผลกระทบระยะยาวที่อาจเกิดขึ้นกับผลิตภัณฑ์ หากอุณหภูมิดังกล่าวคงที่เป็นระยะเวลานาน
• อุณหภูมิการเปลี่ยนแก้ว (Tg) – ในกรณีของพลาสติกอะมอร์ฟัส Tg อธิบายถึงอุณหภูมิที่วัสดุเปลี่ยนเป็นยางหรือมีความหนืด
• อุณหภูมิการใช้งานต่อเนื่อง (CUT) – กำหนดอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดที่พลาสติกจะสามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่ทำลายส่วนประกอบทางกลไกของพลาสติกมากเกินไปตลอดอายุการใช้งานที่ออกแบบไว้ของชิ้นส่วน

เหตุใดจึงต้องใช้พลาสติกทนความร้อน?

พลาสติกถูกใช้กันอย่างแพร่หลาย อย่างไรก็ตาม ทำไมคนถึงใช้พลาสติกสำหรับงานที่อุณหภูมิสูง ในเมื่อเหล็กมักจะมีคุณสมบัติเดียวกันได้แม้ในอุณหภูมิที่กว้างกว่ามาก เหตุผลบางประการมีดังนี้:

1. น้ำหนักเบากว่า – พลาสติกมีน้ำหนักเบากว่าโลหะ จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในตลาดยานยนต์และการบินและอวกาศที่ต้องอาศัยวัสดุน้ำหนักเบาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม
2. ความต้านทานสนิม – พลาสติกบางชนิดมีความต้านทานสนิมได้ดีกว่าเหล็กมากเมื่อสัมผัสกับสารเคมีหลากหลายชนิด ความต้านทานสนิมนี้จำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องสัมผัสกับความร้อนและบรรยากาศที่รุนแรง เช่น ในอุตสาหกรรมเคมี
3. ความยืดหยุ่นในการผลิต – ชิ้นส่วนพลาสติกสามารถผลิตได้โดยใช้เทคโนโลยีการผลิตปริมาณมาก เช่น การฉีดขึ้นรูป ส่งผลให้ชิ้นส่วนมีต้นทุนต่อหน่วยต่ำกว่าชิ้นส่วนโลหะที่กลึงด้วยเครื่อง CNC นอกจากนี้ ชิ้นส่วนพลาสติกยังสามารถผลิตโดยใช้การพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งช่วยให้สามารถออกแบบเลย์เอาต์ที่ซับซ้อนและมีความยืดหยุ่นในการออกแบบที่ดีกว่าการใช้เครื่องจักร CNC
4. ฉนวน – พลาสติกสามารถทำหน้าที่เป็นทั้งฉนวนความร้อนและฉนวนไฟฟ้า จึงเหมาะอย่างยิ่งในกรณีที่การนำไฟฟ้าอาจสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่บอบบาง หรือในกรณีที่ความร้อนอาจส่งผลเสียต่อกระบวนการทำงานของอุปกรณ์

พลาสติกทนอุณหภูมิสูงประเภทต่างๆ

เทอร์โมพลาสติกมี 2 กลุ่มหลัก คือ พลาสติกอะมอร์ฟัสและพลาสติกกึ่งผลึก พลาสติกทนความร้อนสามารถพบได้ในแต่ละกลุ่มดังแสดงในหมายเลข 1 ด้านล่าง ความแตกต่างหลักระหว่างพลาสติกทั้ง 2 กลุ่มนี้คือคุณสมบัติการหลอมเหลว ผลิตภัณฑ์อะมอร์ฟัสไม่มีจุดหลอมเหลวที่แน่นอน แต่จะอ่อนตัวลงอย่างช้าๆ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ในทางกลับกัน วัสดุกึ่งผลึกมีจุดหลอมเหลวที่แหลมคมมาก

ด้านล่างนี้เป็นรายการสินค้าบางส่วนที่มีจำหน่ายจากดีทีจี. โทรหาตัวแทน DTG หากคุณต้องการรายละเอียดผลิตภัณฑ์ที่ไม่ได้ระบุไว้ที่นี่

โพลีเอเธอร์อิไมด์ (PEI)

วัสดุนี้เป็นที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อทางการค้าว่า Ultem และเป็นพลาสติกอะมอร์ฟัสที่มีคุณสมบัติทางความร้อนและเชิงกลที่ดีเยี่ยม นอกจากนี้ยังทนไฟได้แม้ไม่มีส่วนผสมใดๆ อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องตรวจสอบคุณสมบัติการทนไฟเฉพาะในเอกสารข้อมูลผลิตภัณฑ์ DTG นำเสนอพลาสติก Ultem สองคุณสมบัติสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ

โพลีเอไมด์ (PA)

โพลีเอไมด์ ซึ่งรู้จักกันในชื่อทางการค้าว่าไนลอน มีคุณสมบัติทนความร้อนได้ดีเยี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อผสมกับส่วนผสมและวัสดุเติมแต่ง นอกจากนี้ ไนลอนยังมีความทนทานต่อการขีดข่วนสูง DTG มีไนลอนทนความร้อนหลากหลายชนิดพร้อมวัสดุเติมแต่งหลากหลายชนิด ดังแสดงด้านล่าง

โฟโตโพลิเมอร์

โฟโตโพลิเมอร์เป็นพลาสติกชนิดพิเศษที่พอลิเมอร์ไรเซชันได้ก็ต่อเมื่อได้รับพลังงานจากภายนอก เช่น แสงยูวี หรือกลไกออปติกเฉพาะ วัสดุเหล่านี้สามารถนำไปใช้ผลิตชิ้นส่วนคุณภาพสูงที่มีรูปทรงซับซ้อน ซึ่งนวัตกรรมการผลิตอื่นๆ ไม่สามารถทำได้ ในกลุ่มโฟโตโพลิเมอร์ DTG มีพลาสติกทนความร้อน 2 ชนิด