Пять лучших термостойких пластиков

Производители, как правило, используют такие металлы, как никель и нержавеющая сталь, для высокопроизводительных приложений, поскольку они обладают высокой термостойкостью. Сплавы на основе никеля, например, сохраняют свою прочность в условиях высоких температур, циклического термического воздействия и высокого уровня углерода. Несмотря на то, что металл, как правило, более термостойкий, чем пластик, во многих случаях инженерам было бы выгодно использовать термостойкие пластики для своих высокопроизводительных приложений.

Термостойкие пластики делятся на две большие категории — термореактивные и термопласты. Термореактивные пластмассы — это пластмассы, которые затвердевают под воздействием тепла и не могут быть изменены после отверждения. Термопласты с высокими эксплуатационными характеристиками — это пластмассы, которые при нагревании плавятся, при охлаждении затвердевают и могут быть переплавлены после охлаждения. На структурную целостность термопластов влияют такие факторы, как температура стеклования (Tg) и температура плавления, присущая каждому материалу. Существуют различные термопласты с высокими эксплуатационными характеристиками, которые сохраняют свои структурные свойства при температурах выше 150 °C и кратковременно при температурах выше 250 °C.

Помимо термостойкости, эти материалы обладают химической стойкостью, коррозионной стойкостью и превосходными электрическими и тепловыми изоляторами. Общие высокопроизводительные применения включают поршневые компоненты в автомобильной промышленности, кабельные каналы в аэрокосмической промышленности, подводные соединители в полупроводниковой промышленности и многое другое. При разработке деталей, которые будут контактировать с чрезвычайно высокими температурами, командам разработчиков следует рассмотреть возможность производства с использованием этих пяти самых термостойких пластиков.

Топ-5 термостойких пластиков

Термопласты обладают термостойкостью благодаря своей молекулярной структуре. Когда к смоле добавляются жесткие ароматические кольца вместо алифатических групп, основная цепь молекулярной цепи ограничивается и укрепляется таким образом, что для разрыва цепи необходимо разорвать два химических звена. Благодаря этой новой структуре химическая и термостойкость термопласта может быть такой же или лучше, чем у термореактивного материала.

Вот пять пластиков, которые могут выдерживать высокую температуру.

1. Полиэфиримид (ПЭИ)

ULTEM®, торговая марка полиэфиримида (PEI), является одним из немногих коммерчески доступных аморфных термопластов на современном рынке. Он прочный, химически стойкий и огнестойкий и уже более 35 лет является основным продуктом в обрабатывающей промышленности. ULTEM выделяется тем, что обладает самой высокой диэлектрической прочностью среди всех высококачественных термопластиков.

Этот материал имеет чрезвычайно высокую температуру плавления 219°C и максимальную температуру непрерывной эксплуатации 170°C, что делает его идеальным для изготовления печатных плат, оборудования для стерилизации пищевых продуктов и особенно деталей самолетов. ULTEM — одна из немногих смол для использования в коммерческой аэрокосмической промышленности — она превосходит другие термопласты по сопротивлению ползучести и хорошо выдерживает воздействие различных видов топлива и охлаждающих жидкостей. Однако он имеет тенденцию к растрескиванию в присутствии полярных хлорированных растворителей. Этот материал можно найти в противопожарных материалах и чехлах для сидений самолетов.

ULTEM довольно дорог, как и многие другие пластики в этом списке. Кроме того, он имеет более низкую ударную вязкость и более низкую рабочую температуру, чем PEEK.

Преимущества ULTEM:

• Лучшее сопротивление ползучести, чем у термопластов.
• Выдерживает воздействие топлива и охлаждающих жидкостей.

Недостатки ULTEM:

• Склонен к растрескиванию в присутствии полярных хлорированных растворителей.
• Довольно дорого

2. Полиэфирэфиркетон (PEEK)

PEEK, сокращение от полиэфирэфиркетон, представляет собой полукристаллический высокоэффективный конструкционный термопласт, устойчивый к химическим веществам, износу, усталости, ползучести и нагреву. Этот материал настолько прочен и адаптируется к суровым условиям, что производители используют его в качестве замены металла во многих приложениях, независимо от температуры. PEEK может выдерживать кратковременные температуры до 310°C и имеет температуру плавления более 371°C. Более того, он обладает самой высокой прочностью на растяжение и изгиб среди всех высокоэффективных полимеров.

Благодаря своей прочности, подобной металлу, PEEK широко используется для различных медицинских устройств, активных компонентов автомобильных трансмиссий и внешних деталей самолетов. Его дополнительное преимущество заключается в том, что его легко обрабатывать с помощью литья под давлением или экструзии, а твердый PEEK совместим с обработкой на станках с ЧПУ.

У этого популярного термопластика есть пара небольших недостатков, в том числе его восприимчивость к ультрафиолетовому излучению и некоторым кислотам. Тем не менее, PEEK по-прежнему является универсальным термопластом, который должен быть в арсенале всех инженеров.

Преимущества PEEK:

• Надежность и возможность адаптации к суровым условиям.
• Высочайшая прочность на растяжение и изгиб
• Простые возможности литья под давлением
• Совместимость с ЧПУ

Недостатки PEEK:

• Чувствительность к ультрафиолетовому излучению и некоторым кислотам.

3. Политетрафторэтилен (ПТФЭ)

ПТФЭ, широко известный как тефлон, представляет собой мягкий, термостойкий пластик с низким коэффициентом трения и исключительной химической стойкостью. Он обладает высокой прочностью на изгиб, адекватной устойчивостью к атмосферным воздействиям и хорошими электроизоляционными свойствами как в жаркой, так и во влажной среде.

ПТФЭ уникален тем, что он почти полностью химически инертен и плохо растворяется в большинстве растворителей, что делает его идеальным для применения при высоких температурах. ПТФЭ имеет одну из самых высоких температур плавления среди всех термопластов (327°C) и очень широкий диапазон рабочих температур. Он достаточно термически стабилен, чтобы его можно было использовать при температуре от -200 °C до +260 °C.

ПТФЭ наиболее известен своими коммерческими применениями. Он также используется для защиты труб от коррозионно-активных материалов, покрытия теплообменников и изоляции электрических компонентов.

ПТФЭ превосходен при экстремально высоких и низких температурах, но его механические свойства обычно уступают сопоставимым пластикам при комнатной температуре. Он чувствителен к ползучести, истиранию и излучению, а его пары могут быть токсичными. Кроме того, стоит отметить, что обработка ПТФЭ довольно дорогая.

Преимущества ПТФЭ:

• Высокая прочность на изгиб
• Достаточная устойчивость к атмосферным воздействиям
• Хорошая электроизоляционная способность как в жаркой, так и во влажной среде.

Недостатки ПТФЭ:

• Уступает сопоставимым пластикам при комнатной температуре.
• Чувствителен к ползучести, истиранию и излучению.
• Фес может быть токсичным
• Довольно дорого обрабатываются

4. Полибензимидазол (ПБИ)

Полибензимидазол (PBI) обладает самой высокой термостойкостью и износостойкостью, прочностью и стабильностью механических свойств среди всех конструкционных термопластов, представленных сегодня на рынке. Волокна PBI не имеют известной температуры плавления, не горят и не прилипают к другим пластикам. Этот материал имеет максимальную температуру непрерывной эксплуатации 398 °C в инертной среде, 343 °C на воздухе и потенциал кратковременного воздействия до 537 °C.

При всех своих достоинствах PBI невероятно дорог и сложен в производстве. Инженерам часто приходится использовать алмазные инструменты для обработки этого материала, что еще больше увеличивает затраты. С точки зрения дизайна, одним из основных недостатков PBI является его чувствительность к вырезу. Дизайнеры продуктов должны избегать любых острых краев и углов и сглаживать все поверхности.

Преимущества PBI:

• Высокая стабильность
• Чрезвычайная термостойкость — самая высокая среди термопластов, представленных сегодня на рынке.
• У волокон нет точки плавления — они не горят и не прилипают к другим пластикам.

Недостатки PBI:

• Дорогой и сложный в производстве
• Высокая чувствительность к вырезу

5. Полидициклопентадиен (pDCPD)

Полидициклопентадиен (pDCPD) представляет собой специально разработанный термореактивный полимер, разработанный для обеспечения превосходного сочетания химической, коррозионной и термостойкости, а также жесткости и ударной вязкости. Этот материал сочетает в себе пластичность термореактивных материалов при формовании с высокими эксплуатационными характеристиками лучших инженерных термопластов. Он имеет температуру деформации до 120 °C.

pDCPD уникален тем, что практически не имеет ограничений по размеру или весу деталей — детали с переменной толщиной стенок, формованными ребрами жесткости и т. д. не замедляют производство. pDCPD — относительно новый материал, и его применение пока ограничено, но он показал себя многообещающим в коррозионно-стойком химическом технологическом оборудовании, септических резервуарах и оборудовании для очистки воды.

Преимущества pDCPD:

• Сочетает в себе химическую, коррозионную и термостойкость.
• Нет ограничений по размеру или весу деталей — это не замедлит производство.
• Сочетает гибкость литья с высокой производительностью.

Недостатки pDCPD:

• Новый материал:количество приложений ограничено

Могут ли производители повысить термостойкость?

Инженеры и производители могут нагревать и улучшать характеристики большинства видов пластмасс, используя добавки и/или термостабилизаторы. Тремя наиболее распространенными типами добавок являются антиоксиданты, антипирены и технологические добавки. Каждая добавка обеспечивает различные характеристики и способствует долговечности полимера.

Термостабилизаторы защищают полимер от теплового повреждения во время производства или во время обычного использования готовой детали, и сегодня они добавляются в большинство полимеров. Термостабилизаторы также могут сохранить внешний вид, прочность и эластичность полимера.

Выберите опытного производителя, который поможет с выбором материала

Для высокотемпературных применений любой из этих высокоэффективных пластиков действительно может выдерживать тепло. Однако подойдет не любой материал. Инженеры должны провести исследование, чтобы убедиться, что они выбирают термостойкий пластик, который лучше всего подходит для их конкретного применения. Если инженеры выберут неправильный материал, они рискуют поставить под угрозу функциональность своей детали, и им придется начинать с нуля.

Опытный производственный партнер, такой как Fast Radius, может упростить процесс выбора материала благодаря нашим экспертным инженерно-консультационным услугам. Мы можем помочь любой команде разработчиков выбрать правильный материал для своей детали и уникальных требований.

Помимо выбора материалов, наша команда опытных инженеров и дизайнеров готова оптимизировать процесс разработки продукта и поставлять детали высочайшего качества по доступным ценам и в кратчайшие сроки, поэтому каждый клиент может быть уверен, что получит лучший продукт по лучшей цене. . Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить предложение.

Для получения дополнительных руководств по материалам и информации о производстве с использованием пластмасс посетите ресурсный центр Fast Radius.

Готовы создавать детали с помощью Fast Radius?

Начать цитату