Co to są tworzywa sztuczne odporne na ciepło?

Tworzywa sztuczne znajdują zastosowanie praktycznie na każdym rynku ze względu na wygodę ich wytwarzania, niską cenę i szeroką gamę zastosowań budowlanych. Oprócz typowych, dostępnych na rynku tworzyw sztucznych istnieje klasa wyrafinowanych tworzyw odpornych na ciepłotworzywa sztucznektóre wytrzymają poziomy temperatur, które nie są w stanie wytrzymać. Te tworzywa sztuczne są wykorzystywane w wyrafinowanych zastosowaniach, w których niezbędne jest połączenie odporności na ciepło, wytrzymałości mechanicznej i ostrej odporności. W tym poście wyjaśnimy, czym są tworzywa sztuczne żaroodporne i dlaczego są tak korzystne.

Co to jest tworzywo sztuczne odporne na ciepło?

Tworzywo sztuczne odporne na ciepło to zazwyczaj dowolny rodzaj tworzywa sztucznego, którego poziom temperatury przy ciągłym użytkowaniu przekracza 150°C (302°F) lub odporność na chwilową bezpośrednią ekspozycję wynoszącą 250°C (482°F) lub więcej. Innymi słowy, produkt wytrzymuje procedury w temperaturze powyżej 150°C i może wytrzymać krótkie okresy w temperaturze 250°C lub powyżej. Oprócz odporności na ciepło, te tworzywa sztuczne mają zwykle fenomenalne właściwości mechaniczne, które często dorównują również metalom. Tworzywa sztuczne odporne na ciepło mogą mieć postać tworzyw termoplastycznych, termoutwardzalnych lub fotopolimerów.

Tworzywa sztuczne składają się z długich łańcuchów molekularnych. Po podgrzaniu wiązania pomiędzy tymi łańcuchami ulegają uszkodzeniu, co powoduje rozmrożenie produktu. Tworzywa sztuczne o obniżonych temperaturach topnienia składają się zwykle z pierścieni alifatycznych, natomiast tworzywa wysokotemperaturowe składają się z pierścieni zapachowych. W przypadku pierścionków zapachowych dwa wiązania chemiczne muszą zostać uszkodzone (w porównaniu do pojedynczego wiązania pierścieni alifatycznych), zanim szkielet się rozpadnie. Dlatego trudniej jest stopić te produkty.

Oprócz podstawowej chemii, odporność na ciepło tworzyw sztucznych można zwiększyć, stosując składniki. Do najczęściej stosowanych dodatków zwiększających odporność na temperaturę zalicza się włókno szklane. Włókna mają także dodatkową zaletę polegającą na zwiększeniu całkowitej szczelności i wytrzymałości materiału.

Istnieją różne techniki określania odporności cieplnej tworzywa sztucznego. Najbardziej istotne są wymienione tutaj:

• Poziom temperatury ugięcia pod wpływem ciepła (HDT) – jest to temperatura, w której tworzywo sztuczne ulegnie uszkodzeniu w ramach określonych partii. Środek ten nie uwzględnia potencjalnego długoterminowego wpływu na produkt, jeżeli temperatura ta będzie utrzymywana przez dłuższy czas.
• Temperatura zmiany szkła (Tg) – w przypadku tworzywa amorficznego Tg opisuje temperaturę, w której materiał staje się gumowaty lub lepki.
• Temperatura ciągłego użytkowania (CUT) – określa optymalną temperaturę, w której tworzywo sztuczne może być stale wykorzystywane bez znacznego zniszczenia jego mechanicznych elementów w całym projektowanym okresie użytkowania części.

Dlaczego warto stosować tworzywa sztuczne odporne na ciepło?

Tworzywa sztuczne są szeroko stosowane. Jednakże, dlaczego ktoś miałby używać tworzyw sztucznych do zastosowań wysokotemperaturowych, skoro stal często może wykazywać te same właściwości w znacznie szerszych zakresach temperatur? Oto kilka powodów, dla których:

1. Niższa waga – tworzywa sztuczne są lżejsze od metali. Dlatego doskonale nadają się do zastosowań na rynku motoryzacyjnym i lotniczym, które opierają się na lekkich elementach w celu zwiększenia ogólnej efektywności.
2. Odporność na rdzę – niektóre tworzywa sztuczne mają znacznie lepszą odporność na rdzę niż stal, gdy zostaną wystawione na działanie szerokiej gamy substancji chemicznych. Może to być istotne w zastosowaniach, w których występują zarówno upały, jak i trudne atmosfery, np. w przemyśle chemicznym.
3. Elastyczność produkcji – elementy z tworzyw sztucznych można wytwarzać przy użyciu technologii produkcji na dużą skalę, takich jak formowanie wtryskowe. Dzięki temu części są tańsze w przeliczeniu na jednostkę niż ich metalowe odpowiedniki frezowane CNC. Części z tworzyw sztucznych można również wytwarzać za pomocą druku 3D, co umożliwia złożone układy i większą elastyczność projektowania niż można by osiągnąć przy użyciu obróbki CNC.
4. Izolator – tworzywa sztuczne mogą działać zarówno jako izolatory termiczne, jak i elektryczne. Dzięki temu idealnie nadają się tam, gdzie przewodność elektryczna może uszkodzić wrażliwe urządzenia elektroniczne lub gdzie ciepło może negatywnie wpłynąć na działanie podzespołów.

Rodzaje tworzyw sztucznych odpornych na wysokie temperatury

Istnieją 2 główne grupy tworzyw termoplastycznych – mianowicie tworzywa amorficzne i półkrystaliczne. W każdej z tych grup można znaleźć tworzywa żaroodporne, jak pokazano w numerze 1 poniżej. Podstawową różnicą między nimi jest ich działanie topiące. Produkt amorficzny nie ma dokładnej temperatury topnienia, jednak raczej powoli mięknie wraz ze wzrostem temperatury. Dla porównania, materiał półkrystaliczny ma wyjątkowo ostrą temperaturę topnienia.

Poniżej znajdują się niektóre produkty oferowane przez firmęDTG. Zadzwoń do agenta DTG, jeśli potrzebujesz produktu szczegółowego, który nie jest tutaj wymieniony.

Polieteroimid (PEI).

Materiał ten jest powszechnie rozumiany pod nazwą handlową Ultem i jest amorficznym tworzywem sztucznym o wyjątkowych właściwościach termicznych i mechanicznych. Jest również ognioodporny nawet bez żadnych składników. Jednakże szczególną odporność ogniową należy sprawdzić w karcie katalogowej produktu. DTG dostarcza tworzywa Ultem do druku 3D w dwóch gatunkach.

Poliamid (PA).

Poliamid, który jest dodatkowo rozpoznawany pod nazwą handlową Nylon, ma doskonałe właściwości odporne na ciepło, szczególnie po połączeniu ze składnikami i materiałami wypełniającymi. Oprócz tego nylon jest wyjątkowo odporny na ścieranie. DTG oferuje szeroką gamę nylonów odpornych na temperaturę z wieloma różnymi materiałami wypełniającymi, jak pokazano poniżej.

Fotopolimery.

Fotopolimery to odrębne tworzywa sztuczne, które ulegają polimeryzacji dopiero pod wpływem zewnętrznego źródła energii, takiego jak światło UV lub określony mechanizm optyczny. Materiały te można wykorzystać do produkcji najwyższej jakości opublikowanych części o skomplikowanej geometrii, które nie są możliwe w przypadku różnych innych innowacji produkcyjnych. W kategorii fotopolimerów DTG oferuje 2 tworzywa żaroodporne.