Nhựa, được phân loại theo nhiệt độ sử dụng lâu dài, có thể được chia thành nhựa đa năng, nhựa kỹ thuật và nhựa nhiệt độ cao, trong đó nhựa nhiệt độ cao còn được gọi là nhựa chịu nhiệt, nhựa hiệu suất cao, nhựa kỹ thuật đặc biệt Và như vậy.
Nhựa đa năng là nhựa được sử dụng trong một thời gian dài ở nhiệt độ thấp hơn 100 oC; Năm loại nhựa đa năng chính bao gồm polyetylen (polyetylen, PE), polypropylen (polypropylen, pp), polystyrene (polystyrene, ps), polyvinyl clorua (polyvinyl clorua, PVC) và acrylonitrile-butadiene Chúng có tính chất cơ học thấp nhưng được sử dụng rộng rãi trong bao bì, thiết bị gia dụng và các ngành công nghiệp xây dựng vì nhiều ứng dụng và đặc tính xử lý tuyệt vời.
Nhựa kỹ thuật, là nhựa được sử dụng trong thời gian dài ở nhiệt độ từ 100 oC đến 150 oC; Năm loại nhựa kỹ thuật chính bao gồm polycarbonate (polycarbonate, PC), polyoxymethylen (polyoxymethylen, pom), polyester (polybutylen terephthalate, pbt), polyamide (polyamide, PA) và polystyrene (polyphenylen, PA). Polyamide, PA) và polyphenylen oxit (PPO); Chúng có tính chất cơ học tốt, khả năng chống hóa học và khả năng chống mài mòn, thông qua việc bổ sung các bộ điều chỉnh, có thể tối ưu hóa vật liệu, dễ chế biến nhựa kỹ thuật được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp ô tô, điện tử và máy móc.
Nhựa nhiệt độ cao, là nhựa có thể được sử dụng trong một thời gian dài ở nhiệt độ cao hơn 150 oC; Chúng có nhiều tính chất tuyệt vời chỉ có thể được biểu hiện ở nhiệt độ hoạt động cao, bao gồm tính chất cơ học tốt và khả năng kháng hóa học tuyệt vời, nhưng cũng có khả năng chống bức xạ, chất chống cháy và tính chất điện tốt; Thông qua sửa đổi, độ ổn định và độ cứng của vật liệu có thể được cải thiện trong khi cải thiện các tính chất ma sát và điều chỉnh độ dẫn điện; Trong quân đội, hàng không, hàng không vũ trụ, ô tô và dầu khí, thay thế kim loại và gốm sứ truyền thống, nhựa nhiệt độ cao tiếp tục có các ứng dụng mới và đầy thách thức, trở thành một trong những sản phẩm nhựa phát triển nhanh nhất.
1. Nhựa kỹ thuật bắc cầu đến nhựa nhiệt độ cao - PPA, para
Các polyamide thơm bao gồm polyamide bán kết (polyphthalamide, PPA) và polyamide thơm hoàn toàn (polyarylamide, para). Bằng cách giới thiệu các phân đoạn chuỗi amide bán kết hoặc hoàn toàn có chứa các vòng benzen vào chuỗi chính của phân tử PA aliphatic, các tính chất cơ học, điện trở nhiệt và độ ổn định kích thước của PA thông thường được tăng cường.
Các nhà cung cấp chính của PPA là BASF, DuPont, DSM, EMS, Evonik, Kuraray, Mitsui, Sabic và Solvay, và những người phổ biến là PA4T, PA6T, PA9T, PA10T và các ppas khác. , cho thấy và so sánh các thuộc tính của PA6, PA66 và PPA. PPA, trong đó PPA là PA6T/XT (hexamethylenediamine + methylglutylenediamine + axit terephthalic).
Các nhà cung cấp chính của para là Dupont, Kolon, Solvay, Teijin và Tayho, v.v. ), tấm và sợi; Nó không có điểm nóng chảy và bắt đầu phân hủy ở 370 oC trở lên; Nó có cường độ điện môi cao, và tính chất của nó có thể được so sánh với PA6, PA66 và PPA. Bắt đầu phân hủy; Độ bền điện môi cao, có thể chịu được điện áp 40 kV/mM ngắn hạn; Độ bền cơ học tốt (giấy cách điện dày 1,5 mm, độ bền kéo 1800 N/cm, độ giãn dài khi phá vỡ 8,0%); Trong 220 OC có thể được sử dụng trong một thời gian dài trong hơn mười năm; Kháng ăn mòn hóa học, kháng chiếu xạ và chất chống cháy; Chủ yếu được sử dụng để cách nhiệt điện (ví dụ, máy biến áp) và chất chống cháy, v.v. .. hình thức sản phẩm chính của Kevlar là sợi và tấm; Không có điểm nóng chảy, 427 OC so với sự khởi đầu của sự phân hủy; Độ bền cao, mô đun cao và độ bền (cường độ kéo sợi 3,6 GPa, mô đun kéo dài 130 GPa, độ giãn dài ở mức phá vỡ 3%); sử dụng lâu dài nhiệt độ 180 oC; Chủ yếu được sử dụng như một sợi siêu mạnh và các vật liệu gia cố, được sử dụng trong quân sự, hàng không và hàng không vũ trụ và các thành phần cấu trúc khác.
2. Ví dụ về việc thay thế thép bằng nhựa - PPS, PAEK, PI
Polyphenylen sulfide (PPS) là một loại nhựa nhiệt dẻo, bán tinh thể với liên kết benzen-sulfur trong chuỗi chính của phân tử. Các nhà cung cấp chính của PPS là Celan, DIC, Kureha, Polyplastic .Pps có thể được sử dụng trong một thời gian dài ở nhiệt độ từ 180 đến 220 oC với độ hấp thụ nước thấp và độ ổn định kích thước tốt. Nó có thể được sử dụng trong một thời gian dài trong phạm vi nhiệt độ từ 180 đến 220 oC, với sự hấp thụ nước rất thấp và độ ổn định kích thước tốt. Sau khi sửa đổi, nó được sử dụng rộng rãi như một vật liệu cấu trúc trong các ngành công nghiệp điện tử, điện và ô tô. Bảng 2, cho thấy các thuộc tính của PPS với Fortron® của Celan là một ví dụ.
Polyaryletherketon (PAEK) là một loại bán tinh thể, nhựa nhiệt dẻo, chủ yếu bao gồm polyetherketone (PEK), polyetheretherketone (PEEK), polyetherketoneketone (PEKK), v.v. Pekk), v.v ... Sự khác biệt giữa các giống PAEK khác nhau là thành phần hóa học, thứ tự và tỷ lệ của ether ketone, nhiệt độ chuyển đổi thủy tinh từ 143 đến 175 oC, điểm nóng chảy từ 338 đến 375 OC. Cấu trúc phân tử PAEK chứa vòng benzen, với tính chất cơ học tốt, cách điện điện và điện trở hóa học; Liên kết ether và do đó nó có một sự linh hoạt, và có thể được đúc bằng phương pháp xử lý nhựa nhiệt dẻo. Các nhà cung cấp chính của PAEK là Akro-Prastic, Celan, Evonik, Solvay và Victrex. Bảng 3, ví dụ, cho thấy các thuộc tính của Peek từ Victrex. Điều đáng nói là Peek đang phát triển nhanh chóng cho dây in 3D và bột, có sẵn từ các nhà cung cấp như Lehvoss, Indmatec, các khái niệm vững chắc và các khái niệm khác.
Polyimide (PI) là một polymer chứa imide (-co-NH-co-) trên chuỗi chính, bao gồm ba loại pi aliphatic, bán kết và thơm, dựa trên vô định hình, nhiệt dẻo và nhiệt. PI không có điểm nóng chảy đáng kể, điện trở nhiệt độ cao lên tới 400 oC, tính chất cách điện cao; Được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không, hàng không vũ trụ, vi điện tử, nano, tinh thể lỏng, màng tách, laser, v.v ... Hình thức sản phẩm chính của PI. Các hình thức sản phẩm chính của PI là phim, sợi, bọt và nhựa. 3E ETESE, ARAKAWA, DUPONT, KaneKA, MITSUI, TAIMIDE, v.v ... Độ bền kéo của màng HN PI Type 100 của DuPont được làm từ Kapton® lần lượt là 231 MPa và 139 MPa tại 23OC và 200 OC. 231 MPa và 139 MPa ở 23OC và 200 oC, tương ứng và mô đun kéo lần lượt là 2,5 GPa và 2,9 GPa. Aurum® làm ví dụ.
Trong số các loại nhựa nhiệt độ cao, polyimide (PI) nằm trên đỉnh của kim tự tháp về kích thước kháng nhiệt độ. Polyimide được sản xuất bằng cách trùng hợp dianhydrid và diamines, và bằng cách đưa thêm liên kết ether và amide vào chuỗi chính, polyether-imide (PEI) và polyamide-imide (PAI), tương ứng. Đối với các polyimides nhựa nhiệt dẻo có bán trên thị trường, PI, PEI và PAI thường được đại diện bởi Mitsui's Aurum®, Sabic's Ultem® và Solvay's Torlon®, tương ứng. Bảng 5 cho thấy các tính chất cơ bản của các sản phẩm từ ba nhà cung cấp này. Điều đáng chú ý là Ultem® PEI của Sabic đã bắt đầu được sử dụng trong các sợi in 3D của Stratasys (ULTEM® 9085). Tóm lại, polyimides có sẵn trong nhiều sản phẩm có hiệu suất tổng thể nổi bật, từ phim, sợi, lớp phủ, bọt và vật liệu tổng hợp, và có thể được chọn cho nhiều mục đích ứng dụng.
Trong nhựa nhiệt độ cao, có một lớp vật liệu vô định hình có độ truyền cao (ASTM D1003), là nhựa trong suốt (độ truyền của ánh sáng nhìn thấy ở bước sóng 400-800nm trên 80%) và có nhiệt độ nhiệt cao hơn so với nhiệt độ cao hơn so với nhiệt độ nhiệt cao hơn so với Đối với nhựa trong suốt thông thường, PS, PC và PMMA, có thể đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt hơn đối với các vật liệu ở nhiệt độ cao trong trường hợp thay thế nhựa cho thủy tinh.
3. Ví dụ về nhựa thay cho thủy tinh - PSU, PESU, PPSU, mệnh
Polysulfone (PSU hoặc PSF) là một lớp nhựa nhiệt dẻo có chứa -so2- trong chuỗi chính, vô định hình. Có ba loại polysulfone chính, PSU loại Bisphenol A thông thường, polyethersulfone (PESU) và polyarylsulfone (PPSU), các công thức cấu trúc của ba được thể hiện trong hình dưới đây. Nhiệt độ sử dụng lâu dài của Polysulfone có thể đạt tới 180 oC, khả năng chịu nhiệt ngắn hạn có thể lên tới 220 oC, với độ ổn định kích thước tốt, cách điện, điện trở hóa học và thủy phân, chủ yếu được sử dụng trong ô tô, điện tử và điện, gia đình (tiếp xúc với thực phẩm) Và các lĩnh vực khác, đặc biệt là một số bộ phận trong suốt, là một sự thay thế tốt cho kim loại, thủy tinh và gốm sứ.
Hiện tại, các nhà cung cấp chính của polysulfone là BASF, Sabic, Solvay, Sumitomo, v.v. Bảng 6 cho thấy các thuộc tính của PSU, PESU và PPSU bằng cách sử dụng Ultrason® của BASF làm ví dụ. Cả ba có thể được gia cố thêm bằng sợi thủy tinh và sợi carbon và được xử lý bằng cách phun và đùn.
Polyarylate (PAR) là một hợp chất polyaryl, nhựa nhiệt dẻo với vòng benzen và liên kết este trong chuỗi chính và vô định hình. Các đặc tính chậm phát triển, và chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị chính xác, ô tô, chăm sóc y tế, thực phẩm và nhu yếu phẩm hàng ngày. Một đại diện điển hình của PAR là U-Polymer® của Unitika, là một loại nhựa bisphenol. Polymer®, một chất đồng trùng hợp của bisphenol A và terephthalic và axit isophthalic. Bảng 7 cho thấy một số tính chất của U-polymer, và điều đáng nói là độ bền của PAR tốt hơn đáng kể so với nhựa polysulfone.
4. Nhựa chức năng đặc biệt (Fluoroplastic) - PVDF, PTFE, PCTFE, v.v.
Fluoroplastic là polyalkanes trong đó một số hoặc tất cả các nguyên tử hydro đã được thay thế bằng các nguyên tử flo. Sáu fluoroplastic phổ biến bao gồm polytetrafluoroethylen (PTFE), tetrafluoroethylen-perfluoroalkoxy vinyl ether copolyme (polyfluoroalkoxy, pfa) Favc). , FEP, ethylene-tetra-fluoroetylen copolyme (ethylene-tetra-fluoro-ethylene, etfe), polyvinylidene fluoride (PVDF) và polychlorotrifluroetylen (pctf). (PCTEF).
Nhìn chung, fluoroplastic có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, điện trở nhiệt độ cao và thấp, hệ số ma sát thấp, tự bôi trơn tốt và tính chất điện môi, và được sử dụng rộng rãi trong hóa chất, điện tử, điện, hàng không, hàng không vũ trụ, xây dựng, y học, ô tô và ô tô Các lĩnh vực công nghiệp khác. Các tính chất chính của sáu fluoroplastic được thể hiện trong Bảng 9, trong đó độ nhớt làm tan chảy PTFE là quá lớn để được sử dụng trong quá trình ép phun; PFA, FEP, ETFE, PVDF và PCTEF có hiệu suất xử lý tốt hơn và có thể được đúc bằng cách ép phun, đùn và các quy trình khác. Hiện tại, các nhà cung cấp chính của fluoroplastic là 3M, chemours (trước đây là Dupont fluoroplastic), Dakin, Solvay, Arkema, v.v. Như PFA, FEP, ETFE, PVDF và PCTEF, không phù hợp để ép phun. Điều đáng nói là một số fluoroplastic, như PVDF, có các tính chất đặc biệt như rào cản và áp điện mà nhựa nhiệt độ cao truyền thống không có, và đang phát triển nhanh chóng trong một số ứng dụng mới đầy thách thức trong pin lithium, chất bán dẫn và các ngành công nghiệp khác.
Tóm lại, nhựa nhiệt độ cao chủ yếu bao gồm polyamide thơm (PPA, para), polyphenylene sulfide (PPS), polyarylene ether ketone (đỉnh), polyimide (PI) polymer tinh thể (LCP) và nhựa flo, v.v., và việc sử dụng lâu dài nhiệt độ từ 150 đến 300 oC, các tính năng chính tương ứng Kháng ma sát, v.v., và hiệu suất có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách sửa đổi. Các loại nhựa nhiệt độ cao này có những ưu điểm và nhược điểm riêng của chúng, trong hàng không vũ trụ, ô tô, điện tử và các ngành công nghiệp khác, nhựa thay vì thép, nhựa thay vì thủy tinh (hoặc gốm sứ) và nhiều ứng dụng thử thách, yêu cầu lựa chọn vật liệu khác nhau và thiết kế sản phẩm để đáp ứng các yêu cầu khác nhau.
