Топ-5 теплостойких пластиков для высокопроизводительных применений

Производители склонны использовать металлы вроде никеля и нержавейки для высокопроизводительных применений из-за их высокой теплостойкости. Никелевые сплавы, например, сохраняют прочность в средах с высокими температурами, циклическим термическим воздействием и высоким уровнем углерода. Хотя металл обычно теплостойчее пластика, есть много случаев, когда инженерам выгодно использовать теплостойкие пластики для своих высокопроизводительных применений.

Теплостойкие пластики делятся на две широкие категории — термореактивные (thermosets) и термопластики. Термореактивные твердеют при нагреве и не могут быть переформованы после отверждения. Высокопроизводительные термопластики становятся расплавленными при нагреве, твердыми при охлаждении и могут быть переплавлены после охлаждения. Структурная целостность термопластиков влияют факторы вроде температуры стеклования (Tg) и температуры плавления, присущих каждому материалу. Существуют высокопроизводительные термопластики, сохраняющие структурные способности выше 150 °C и кратковременно выше 250 °C.

Помимо теплостойкости, эти материалы химически стойки, коррозионностойки и отличны как электрические и термические изоляторы. Типичные высокопроизводительные применения: поршневые компоненты в автопроме, кабель-каналы в авиакосмике, подводные соединители в полупроводниковой отрасли и др. При проектировании деталей, контактирующих с экстремально высокими температурами, продуктовые команды должны рассмотреть производство из этих топ-5 теплостойких пластиков.

Топ-5 теплостойких пластиков

Термопластики получают теплостойкость от своей молекулярной структуры. Когда жесткие ароматические кольца добавляются в смолу вместо алифатических групп, хребет молекулярной цепи ограничивается и укрепляется так, что для разрыва цепи нужно разорвать две химические связи. С этой новой структурой химическая и тепловая стойкость термопластика может быть равна или лучше термореактивного.

Вот пять пластиков, выдерживающих жару.

1. Полиэтеримид (PEI)

ULTEM® — торговая марка полиэтеримида (PEI), один из немногих коммерчески доступных аморфных термопластиков. Сильный, химически и огнестойкий, более 35 лет основной материал в производстве. ULTEM выделяется наивысшей диэлектрической прочностью среди высокопроизводительных термопластиков.

У материала экстремально высокая точка плавления 219 °C и максимальная непрерывная рабочая температура 170 °C, идеален для печатных плат, оборудования для стерилизации пищи и, в частности, авиационных деталей. ULTEM — одна из немногих смол для коммерческой авиации — превосходит другие термопластики по ползучести и хорошо держится в присутствии различных топлив и охлаждающих жидкостей. Однако склонен к трещинам в присутствии полярных хлорированных растворителей. Материал можно найти в огнезащитных блоках и чехлах сидений самолета.

Преимущества ULTEM:

• Лучшая стойкость к ползучести, чем у термопластиков
• Держится против топлив и охлаждающих жидкостей

Недостатки ULTEM:

• Склонен к трещинам в присутствии полярных хлоризованных растворителей
• Довольно дорог

2. Полиэтериэтеркетон (PEEK)

PEEK (полиэтериэтеркетон) — полукристаллический высокопроизводительный инженерный термопластик, стойкий к химикатам, износу, усталости, ползучести и теплу. Материал настолько прочен и адаптивен к суровым средам, что производители используют его как замену металла во многих применениях при любой температуре. PEEK выдерживает до 310 °C кратковременно и имеет точку плавления выше 371 °C. Более того, имеет наивысшую прочность на растяжение и изгиб среди высокопроизводительных полимеров.

Благодаря металлоподобной долговечности, PEEK широко используется для медицинских приборов, активных компонентов автотрансмиссий и наружных авиационных деталей. Дополнительное преимущество — легкость обработки литьем под давлением или экструзией, и твердый PEEK совместим с СНС-обработкой.

У популярного термопластика есть пару недостатков: чувствительность к УФ-свету и определенным кислотам. Однако PEEK остается высоко универсальным термопластиком, который все инженеры должны иметь в арсенале.

Преимущества PEEK:

• Прочный и адаптивен к суровым средам
• Наивысшая растяжная и изгибная прочность
• Легкая обработка литьем под давлением/экструзией
• Совместимость с СНС-обработкой

Недостатки PEEK:

• Чувствительность к УФ-свету и определенным кислотам

3. Политетрафторэтилен (PTFE)

PTFE, известный как Тефлон — мягкий, теплостойкий, низкотриботехнический пластик с исключительной химической стойкостью. Имеет высокую изгибную прочность, адекватную погодостойкость и хорошую электрическую изоляцию в горячих и влажных средах.

PTFE уникален: почти полностью химически инертен и высоко нерастворим в большинстве растворителей, идеален для высокотемпературных применений. Точка плавления — одна из самых высоких среди термопластиков: 327 °C, очень широкий рабочий температурный диапазон. Термически стабилен для использования от -200 °C до +260 °C.

PTFE наиболее известен коммерческими применениями. Также используется для защиты труб от коррозионных материалов, покрытия теплообменников, изоляции электрических компонентов.

PTFE отлично работает при экстремально высоких и низких температурах, но механические свойства при комнатной температуре обычно ниже, чем у сравнимых пластиков. Чувствителен к ползучести, абразиву и излучению, пары могут быть токсичны. Также стоит отметить: PTFE довольно дорог в обработке.

Преимущества PTFE:

• Высокая изгибная прочность
• Адекватная погодостойкость
• Хорошая электрическая изоляция в горячих и влажных средах

Недостатки PTFE:

• Ниже по свойствам при комнатной температуре
• Чувствителен к ползучести, абразиву, излучению
• Пары могут быть токсичны
• Дорог в обработке

4. Полибензимидазол (PBI)

Полибензимидазол (PBI) имеет наивысшие тепло- и износостойкость, прочность и стабильность механических свойств среди инженерных термопластиков на рынке. Волокна PBI не имеют известной точки плавления, не горят и не прилипают к другим пластикам. Максимальная непрерывная рабочая температура: 398 °C в инертных средах, 343 °C в воздухе, кратковременное воздействие до невероятных 537 °C.

Несмотря на все силы, PBI невероятно дорог и сложен в производстве. Инженерам часто приходится использовать алмазные инструменты для обработки, что еще больше повышает затраты. С дизайнерской точки зрения, главный недостаток — чуткость к надрезам (notch sensitivity). Дизайнеры должны избегать любых острых краев и углов и гладко доводить все поверхности.

Преимущества PBI:

• Высокая стабильность
• Экстремальная теплостойкость — высшая среди термопластиков на рынке
• Волокна не имеют точки плавления — не горят, не прилипают к другим пластикам

Недостатки PBI:

• Дорог и сложен в производстве
• Высокая чуткость к надрезам

5. Полидициклопентадиен (pDCPD)

Полидициклопентадиен (pDCPD) — кастомно-инженерный термореактивный полимер, разработанный для выдающегося сочетания химической, коррозионной и теплостойкости, плюс жесткости и ударной прочности. Материал сочетает формуваемую гибкость термореактивного с высокопроизводительными характеристиками топовых инженерных термопластиков. Температура деформации под нагрузкой до 120 °C.

pDCPD уникален: практически нет ограничений по размеру или весу детали — детали с переменной толщиной стенок, формованными усилением ребрами и др. не замедляют производство. pDCPD относительно новый материал, применения пока ограничены, но проявил перспективность в коррозионностойком химическом процессном оборудовании, септиках и водоочистном оборудовании.

Преимущества pDCPD:

• Сочетает химическую, коррозионную и тепловую стойкость
• Нет ограничений по размеру/весу детали — не замедляет производство
• Сочетает формуваемую гибкость с высокой производительностью

Недостатки pDCPD:

• Новый материал: применения ограничены

Могут ли производители улучшить теплостойкость?

Инженеры и производители могут повысить производительность большинства пластиков с помощью добавок и/или теплостабилизаторов. Три самых распространенных типа добавок: антиоксиданты, пламегасители и технологические добавки. Каждая дает разную характеристику и способствует долговечности полимера.

Теплостабилизаторы защищают полимер от теплового повреждения при производстве или нормальном использовании конечной детали, и их добавляют в большинство полимеров сегодня. Также сохраняют внешний вид, прочность и эластичность полимера.

Выберите экспертного производителя для помощи в выборе материала

Для высокотемпературных применений любой из этих высокопроизводительных пластиков действительно выдерживает жару. Однако не любой материал подойдет. Инженеры должны исследовать, чтобы выбрать теплостойкий пластик, наилучший для их конкретного применения. Неправильный выбор рискует компрометировать функциональность детали и заставлять начинать с нуля.

Опытный производственный партнер вроде Fast Radius может сделать выбор материала без стресса благодаря экспертным консультационным инженерным услугам. Мы поможем любой продуктовой команде выбрать правильный материал для их детали и уникальных требований.

Помимо выбора материала, наша команда опытных инженеров и дизайнеров готова оптимизировать процесс разработки продукта и поставлять детали превосходного качества по доступным ценам и молниеносных сроках — так каждый клиент может быть уверен, что получает лучший продукт за лучшую сделку. Свяжитесь с нами сегодня за котировкой.

Для дополнительных руководств по материалам и информации о производстве с пластиками, проверьте ресурсный центр Fast Radius.

Готовы производить детали с Fast Radius?

Начните расчет стоимости