Wybór materiału plastikowego

W dzisiejszym szybko rozwijającym się krajobrazie przemysłowym tworzywa sztuczne stały się niezbędnym komponentem ze względu na ich doskonałą wydajność i szeroki zakres zastosowań. Są nie tylko wszechobecne w życiu codziennym, ale odgrywają także kluczową rolę w wielu dziedzinach, takich jak przemysł zaawansowanych technologii, sprzęt medyczny, produkcja samochodów, lotnictwo i kosmonautyka i nie tylko. Wraz z ciągłym rozwojem inżynierii materiałowej różnorodność i właściwości materiałów z tworzyw sztucznych stale rosną, co stawia inżynierów i projektantów przed większymi wyborami i wyzwaniami. Wybór najbardziej odpowiedniego tworzywa sztucznego spośród niezliczonej liczby opcji dla konkretnego zastosowania stał się złożonym, ale krytycznym zagadnieniem. Celem tego artykułu jest zapewnienie wszechstronnego przewodnika, który pomoże czytelnikom zrozumieć podstawowe właściwości tworzyw sztucznych, techniki przetwarzania, wymagania dotyczące wydajności, oraz ich wpływ na wydajność i koszt produktu końcowego. Omówimy właściwości chemiczne i fizyczne różnych materiałów z tworzyw sztucznych, przeanalizujemy ich działanie w różnych warunkach środowiskowych i zastosowań oraz zaoferujemy praktyczne porady dotyczące wyboru. Zagłębiając się w proces wyboru materiałów z tworzyw sztucznych, mamy nadzieję pomóc czytelnikom w podejmowaniu świadomych decyzji na etapie projektowania i rozwoju produktu, zapewniając niezawodność, trwałość i efektywność ekonomiczną produktów. Po tej przedmowie wyruszymy w podróż w świat tworzyw sztucznych, zgłębiając ich tajemnice i ucząc się, jak zastosować tę wiedzę w praktycznym projektowaniu produktów. Niezależnie od tego, czy jesteś doświadczonym inżynierem, czy nowicjuszem w dziedzinie inżynierii materiałowej, mamy nadzieję, że ten artykuł dostarczy Ci cennych informacji i inspiracji. Rozpocznijmy tę podróż razem, aby odkryć tajemnice doboru materiałów plastikowych.

Wybór materiału z tworzywa sztucznego

Do chwili obecnej opisano ponad dziesięć tysięcy rodzajów żywic, z czego tysiące są produkowane przemysłowo. Wybór materiałów z tworzyw sztucznych polega na wybraniu odpowiedniej odmiany z szerokiej gamy rodzajów żywic. Na pierwszy rzut oka mnogość dostępnych odmian tworzyw sztucznych może być przytłaczający. Jednak nie wszystkie rodzaje żywic znalazły szerokie zastosowanie. Wybór tworzyw sztucznych, o którym mówimy, nie jest arbitralny, ale jest filtrowany w ramach powszechnie stosowanych typów żywic.

Zasady doboru materiałów z tworzyw sztucznych:

I.Przystosowalność tworzyw sztucznych

• Porównanie wydajności różnych materiałów;

• Warunki nieodpowiednie do selekcji tworzyw sztucznych;

• Warunki odpowiednie do selekcji tworzyw sztucznych.

II.Wydajność wyrobów z tworzyw sztucznych

Warunki użytkowania wyrobów z tworzyw sztucznych:

a.Naprężenia mechaniczne na produktach z tworzyw sztucznych;

b.Właściwości elektryczne wyrobów z tworzyw sztucznych;

c.Wymagania dotyczące dokładności wymiarowej wyrobów z tworzyw sztucznych;

d.Wymagania dotyczące przepuszczalności wyrobów z tworzyw sztucznych;

e.Wymagania dotyczące przejrzystości wyrobów z tworzyw sztucznych;

f.Wymagania dotyczące wyglądu wyrobów z tworzyw sztucznych.

Środowisko użytkowania produktów z tworzyw sztucznych:

a. Temperatura otoczenia;

b. Wilgotność otoczenia;

c.Media kontaktowe;

d. Światło, tlen i promieniowanie w środowisku.

III. Właściwości przetwórcze tworzyw sztucznych

• Przetwarzalność tworzyw sztucznych;

• Koszty przetwórstwa tworzyw sztucznych;

• Odpady powstające podczas przetwórstwa tworzyw sztucznych.

IV. Koszt wyrobów z tworzyw sztucznych

• Ceny surowców tworzyw sztucznych;

• Żywotność wyrobów z tworzyw sztucznych;

• Koszty utrzymania wyrobów z tworzyw sztucznych.

W rzeczywistym procesie selekcji niektóre żywice mają bardzo podobne właściwości, co utrudnia wybór. Wybór odpowiedniego tworzywa wymaga wielostronnego rozważenia i wielokrotnego ważenia przed podjęciem decyzji. Dlatego też dobór tworzyw sztucznych jest bardzo złożonym procesem zadania i nie ma tu żadnych oczywistych zasad, których należy przestrzegać. Należy zauważyć, że parametry użytkowe tworzyw sztucznych cytowane w różnych książkach i publikacjach są mierzone w określonych warunkach, które mogą znacznie różnić się od rzeczywistych warunków pracy.

Kroki wyboru materiału:

Mając do czynienia z rysunkami projektowymi produktu, który ma zostać opracowany, wybór materiału powinien przebiegać według następujących kroków:

• Najpierw ustal, czy produkt może zostać wytworzony przy użyciu tworzyw sztucznych;

• Po drugie, jeśli zostanie ustalone, że do produkcji można wykorzystać tworzywa sztuczne, kolejnym czynnikiem do rozważenia będzie wybór tworzywa sztucznego.

Wybór materiałów plastikowych w oparciu o precyzję produktu:

Dostępne odmiany tworzyw sztucznych o klasie precyzyjnej

1 Brak

2 Brak

3 PS, ABS, PMMA, PC, PSF, PPO, PF, AF, EP, UP, F4, UHMW, PE Tworzywa wzmocnione 30%GF (tworzywa wzmocnione 30%GF mają najwyższą precyzję)

4 typy PA, chlorowany polieter, HPVC itp.

5 POM, PP, HDPE itp.

6 SPVC, LDPE, LLDPE itp.

Wskaźniki do pomiaru odporności cieplnej wyrobów z tworzyw sztucznych:

Powszechnie stosowanymi wskaźnikami są temperatura ugięcia pod wpływem ciepła, temperatura oporu cieplnego Martina i temperatura mięknienia Vicata, przy czym najczęściej stosowana jest temperatura ugięcia pod wpływem ciepła.

Odporność na ciepło zwykłych tworzyw sztucznych (niezmodyfikowana):

Temperatura ugięcia materiału Temperatura mięknienia według Vicata Temperatura odporności na ciepło Martina

HDPE 80℃ 120℃ -

LDPE 50℃ 95℃ -

EVA — 64℃ —

PP 102℃ 110℃ -

PS 85℃ 105℃ -

PMMA 100℃ 120℃ -

PTFE 260℃ 110℃ -

ABS 86℃ 160℃ 75℃

PSF 185℃ 180℃ 150℃

POM 98℃ 141℃ 55℃

PC 134℃ 153℃ 112℃

PA6 58℃ 180℃ 48℃

PA66 60 ℃ 217 ℃ 50 ℃

PA1010 55 ℃ 159 ℃ 44 ℃

PET 70℃ - 80℃

PBT 66℃ 177℃ 49℃

PPS 240℃ - 102℃

PPO 172℃ - 110℃

PI 360℃ 300℃ -

LCP 315℃ - -

Zasady doboru tworzyw żaroodpornych:

• Weź pod uwagę poziom odporności na ciepło:

a. Spełnij wymagania dotyczące odporności na ciepło, nie wybierając zbyt wysokich, ponieważ może to zwiększyć koszty;

b. Preferowane jest stosowanie modyfikowanych tworzyw sztucznych. Tworzywa żaroodporne należą w większości do tworzyw specjalnych, które są drogie; tworzywa sztuczne ogólnego przeznaczenia są stosunkowo tańsze;

c. Najlepiej stosować zwykłe tworzywa sztuczne z dużym marginesem modyfikacji w zakresie odporności cieplnej.

• Weź pod uwagę czynniki środowiskowe związane z odpornością na ciepło:

a. Natychmiastowa i długoterminowa odporność na ciepło;

b. Odporność na ciepło na sucho i na mokro;

c.Odporność na średnią korozję;

d. Odporność na ciepło tlenowe i beztlenowe;

e. Załadowana i nieobciążona odporność na ciepło.

Modyfikacja odporności cieplnej tworzyw sztucznych:

Wypełniona modyfikacja odporności na ciepło:

Większość nieorganicznych wypełniaczy mineralnych, z wyjątkiem materiałów organicznych, może znacznie poprawić temperaturę odporności cieplnej tworzyw sztucznych. Typowe wypełniacze żaroodporne obejmują: węglan wapnia, talk, krzemionkę, mikę, glinę kalcynowaną, tlenek glinu i azbest. Im mniejszy jest rozmiar cząstek wypełniacz, tym lepszy efekt modyfikacji.

• Nanowypełniacze:

• PA6 wypełniony 5% nano montmorylonitem, temperatura odkształcenia pod wpływem ciepła może być podniesiona od 70°C do 150°C;

• PA6 wypełniony 10% nano pianką morską, temperatura odkształcenia pod wpływem ciepła może być podniesiona od 70°C do 160°C;

• PA6 wypełniony 5% miką syntetyczną, temperatura ugięcia pod wpływem ciepła może być podniesiona od 70°C do 145°C.

• Konwencjonalne wypełniacze:

• PBT wypełniony 30% talkiem, temperatura ugięcia pod wpływem ciepła może być podniesiona od 55°C do 150°C;

• PBT wypełniony 30% miką, temperatura odkształcenia pod wpływem ciepła może być podniesiona od 55°C do 162°C.

Wzmocniona modyfikacja odporności na ciepło:

Zwiększanie odporności cieplnej tworzyw sztucznych poprzez modyfikację zbrojenia jest jeszcze skuteczniejsze niż wypełnianie. Typowe włókna żaroodporne obejmują głównie: włókno azbestowe, włókno szklane, włókno węglowe, wąsy i poli.

• Żywica krystaliczna wzmocniona 30% włóknem szklanym w celu modyfikacji odporności na ciepło:

• Podwyższa się temperaturę ugięcia pod wpływem ciepła PBT z 66°C do 210°C;

• Podwyższa się temperaturę ugięcia PET pod wpływem ciepła z 98°C do 238°C;

• Temperatura ugięcia pod wpływem ciepła PP zostaje podniesiona ze 102°C do 149°C;

• Podwyższa się temperaturę ugięcia HDPE pod wpływem ciepła z 49°C do 127°C;

• Temperatura ugięcia pod wpływem ciepła PA6 zostaje podniesiona z 70°C do 215°C;

• Temperatura ugięcia pod wpływem ciepła PA66 została podniesiona z 71°C do 255°C;

• Temperatura ugięcia pod wpływem ciepła POM została podniesiona ze 110°C do 163°C;

• Temperatura ugięcia pod wpływem ciepła PEEK zostaje podniesiona z 230°C do 310°C.

• Żywica amorficzna wzmocniona 30% włóknem szklanym do modyfikacji odporności na ciepło:

• Podwyższa się temperaturę ugięcia pod wpływem ciepła PS z 93°C do 104°C;

• Podwyższono temperaturę odchylania ciepła komputera PC ze 132°C do 143°C;

• Temperatura ugięcia pod wpływem ciepła AS zostaje podniesiona z 90°C do 105°C;

• Podwyższa się temperaturę ugięcia ABS z 83°C do 110°C;

• Temperatura ugięcia pod wpływem ciepła PSF została podniesiona ze 174°C do 182°C;

• Temperatura ugięcia pod wpływem ciepła MPPO została podniesiona ze 130°C do 155°C.

Modyfikacja odporności na ciepło podczas mieszania tworzyw sztucznych

Mieszanie tworzyw sztucznych w celu zwiększenia odporności na ciepło polega na dodaniu żywic o wysokiej odporności na ciepło do żywic o niskiej odporności na ciepło, zwiększając w ten sposób ich odporność na ciepło. Chociaż poprawa odporności na ciepło nie jest tak znacząca, jak ta osiągnięta przez dodanie modyfikatorów żaroodpornych, zaletą jest to, że nie wpływa znacząco na pierwotne właściwości materiału, zwiększając jednocześnie odporność cieplną.

• ABS/PC: Temperaturę odkształcenia pod wpływem ciepła można zwiększyć z 93°C do 125°C;

• ABS/PSF (20%): Temperatura odkształcenia pod wpływem ciepła może osiągnąć 115°C;

• HDPE/PC (20%): Temperaturę mięknienia Vicata można zwiększyć ze 124°C do 146°C;

• PP/CaCo3/EP: Temperaturę odkształcenia pod wpływem ciepła można zwiększyć od 102°C do 150°C.

Modyfikacja odporności na ciepło sieciowania tworzyw sztucznych

Sieciowanie tworzyw sztucznych w celu poprawy odporności cieplnej jest powszechnie stosowane w żaroodpornych rurach i kablach.

• HDPE: Po procesie sieciowania silanowego jego temperaturę ugięcia pod wpływem ciepła można zwiększyć z pierwotnych 70°C do 90-110°C;

• PVC: Po usieciowaniu jego temperaturę ugięcia pod wpływem ciepła można zwiększyć z pierwotnych 65°C do 105°C.

Specjalny wybór przezroczystych tworzyw sztucznych

I.Codzienne użytkowanie materiałów przezroczystych:

• Folia przezroczysta: w opakowaniach wykorzystuje się PE, PP, PS, PVC i PET itp., w rolnictwie PE, PVC i PET itp.;

• Przezroczyste arkusze i panele: użyj PP, PVC, PET, PMMA i PC itp.;

• Przezroczyste tuby: użyj PVC, PA itp.;

• Przezroczyste butelki: używaj PVC, PET, PP, PS i PC itp.

II.Materiały sprzętu oświetleniowego:

Używane głównie jako abażury do lamp, powszechnie używane PS, modyfikowane PS, AS, PMMA i PC.

III.Materiały przyrządów optycznych:

• Korpusy soczewek twardych: Używane głównie CR-39 i JD;

• Soczewki kontaktowe: Powszechnie używane HEMA.

IV.Materiały szkłopodobne:

• Szkło samochodowe: Powszechnie stosowane PMMA i PC;

• Szkło architektoniczne: powszechnie stosowane PVF i PET.

V. Materiały do ​​​​energii słonecznej:

Powszechnie używane PMMA, PC, GF-UP, FEP, PVF i SI itp.

VI.Materiały światłowodowe:

Warstwa rdzeniowa wykorzystuje PMMA lub PC, a warstwa okładzinowa jest polimerem fluoroolefinowym, typu fluorowanego metakrylanu metylu.

Materiały VII.CD:

Powszechnie używany PC i PMMA.

VIII. Przezroczyste materiały kapsułkujące:

Utwardzane powierzchniowo PMMA, FEP, EVA, EMA, PVB itp.

Specyficzny dobór materiałów do różnych celów obudów

• Obudowy telewizorów:

• Mały rozmiar: zmodyfikowany PP;

• Średni rozmiar: modyfikowane stopy PP, HIPS, ABS i PVC/ABS;

• Duży rozmiar: ABS.

• Wykładziny drzwi lodówki i wykładziny wewnętrzne:

• Powszechnie używane płyty HIPS, płyty ABS i płyty kompozytowe HIPS/ABS;

• Obecnie głównym materiałem jest ABS, tylko lodówki Haier wykorzystują zmodyfikowany HIPS.

• Pralki:

• Wewnętrzne wiadra i pokrywy wykonane są głównie z PP, w niewielkiej ilości ze stopów PVC/ABS.

• Klimatyzatory:

• Używaj wzmocnionego ABS, AS, PP.

• Wentylatory elektryczne:

• Używaj ABS, AS, GPPS.

• Odkurzacze:

• Używaj ABS, HIPS, modyfikowanego PP.

• Żelazo:

• Nieodporne na ciepło: modyfikowany PP;

• Odporne na ciepło: ABS, PC, PA, PBT itp.

• Kuchenki mikrofalowe i urządzenia do gotowania ryżu:

• Nieodporne na ciepło: modyfikowany PP i ABS;

• Odporne na ciepło: PES, PEEK, PPS, LCP itp.

• Radia, magnetofony, magnetowidy:

• Używaj ABS, HIPS itp.

• Telefony:

• Używaj ABS, HIPS, modyfikowanego PP, PVC/ABS itp.