Od podstaw po przełom: naukowa logika modyfikacji oporności na wysoką temperaturę PP
Odporność na ciepło czystego PP jest ograniczona przez region amorficzny w jego półkrystalicznej strukturze. Gdy temperatura zbliża się do temperatury przejścia szkła (około -10 ° C do 20 ° C), segmenty łańcucha molekularnego zaczynają się gwałtownie poruszać, powodując zmiękczenie materiału. Rdzeń projektu modyfikacji jest zbudowanie podwójnego systemu obrony: z jednej strony wzmocnienie fizyczne służy do ograniczenia ruchu łańcuchów molekularnych, a z drugiej strony stosuje się stabilizację chemiczną do opóźnienia degradacji oksydacyjnej. Na przykład temperatura deformacji ciepła materiałów kompozytowych PP z 30% dodanym włóknem szklanym może przeskakiwać ze 100 ° C czystego PP do ponad 160 ° C. Włókna szklane tworzą trójwymiarową strukturę siatki podczas przetwarzania stopu, podobnie jak wszczepianie „żellowanego stalowego szkieletu” w macierzy z tworzywa sztucznego. Nawet w wysokich temperaturach te sztywne włókna mogą skutecznie hamować poślizg i pełzanie PP Zmodyfikowane tworzywa inżynierskie . Co jeszcze bardziej sprytnie, niektóre schematy modyfikacji wykorzystują technologię obróbki powierzchni do pokrycia zewnętrznej warstwy szklanych włókien za pomocą środków sprzęgających silane, tak że są one chemicznie związane z matrycą PP, dodatkowo poprawiając siłę wiązania międzyfazowego.
Gra i integracja wielu tras technicznych
W praktyce przemysłowej modyfikacja oporności o wysokiej temperaturze nie jest jednoosobowym pokazem jednej technologii, ale symfonią wielu środków. Przykładając kolektor dolotowy samochodów jako przykład, tradycyjne metalowe części są ciężkie i łatwe do korozji. Po przyjęciu roztworu stopu PP/PA wysoka temperatura topnienia nylonu (temperatura topnienia PA66 265 ° C) i płynność przetwarzania PP uzupełniają się. Dzięki dynamicznej technologii wulkanizacji cząsteczki PA wielkości mikronu są rozproszone w matrycy PP, która nie tylko zachowuje wydajność formowania wtryskowego PP, ale także utrzymuje materiał wystarczająco sztywny w 140 ° C. Bardziej najnowocześniejsza technologia nanokompozytowa próbuje wprowadzić warstwowe krzemiany. Gdy płatki nanoklay są rozproszone w matrycy PP w postaci złuszczonej, tylko 5% ilości dodawania może zwiększyć temperaturę deformacji ciepła o 30 ° C. Ten „efekt nano” wynika z krętej bariery płatków gliny do ścieżki dyfuzji gazu, która znacznie opóźnia proces starzenia się utleniania cieplnego.
Ewolucja wydajności pod rygorystyczną weryfikacją
Rzeczywisty scenariusz zastosowania testuje materiał daleko poza warunkami testu laboratoryjnego. Przypadek opracowywania rurociągu turbosprężarki niemieckiej firmy samochodowej jest dość reprezentatywny: w temperaturze roboczej 140 ° C i ciśnienie impulsowe 0,8 MPa, zwykłe materiały PP mogą trwać tylko 500 godzin przed pojawieniem się pęknięć, podczas gdy specjalny materiał PP z kompozytem przeciwutleniającym z włókna szklanego złożone z powodzeniem minęły 3000-godzinną testę Fatigue. Wynika to ze specjalnej kombinacji utrudnionych stabilizatorów światła aminowego i inhibitorów miedzi w wzorze, które wychwytują wolne rodniki, takie jak „ochroniarze cząsteczkowe” i odcinają reakcję łańcuchową utleniania termicznego. Dane testowe innej firmy pokazują, że po 1000 godzin starzenia się termicznego w 150 ° C, szybkość retencji wytrzymałości na rozciąganie zmodyfikowanego PP przekracza 85%, co jest prawie podwojone w porównaniu z materiałami niezmodyfikowanymi. Ta stabilność jest szczególnie krytyczna w skorupce akumulatorów nowych pojazdów energetycznych-Materiały kompozytowe PP Flame-Retardant PP muszą nie tylko przekazywać certyfikat UL94 V-0, ale także wytrzymać krótkoterminowy wpływ o wysokiej temperaturze 300 ° C w momencie niekontrolowania akumulatora. W tym czasie opóźniony płomień w materiale szybko utworzy gęstą warstwę węgla do izolacji tlenu i przenoszenia ciepła.
Przyszłe pole bitwy: od poprawy wydajności po innowacje systemowe
Dzięki popularyzacji platform wysokiego napięcia 800 V i zintegrowanych systemach napędu elektrycznego wymagania dotyczące oporności temperatury samochodów do tworzyw sztucznych inżynierii przenoszą się z progu 150 ° C do progu o 180 ° C. To spowodowało bardziej destrukcyjną strategię modyfikacji: technologię „polimeryzacji in situ” opracowanej przez japońską firmę materialną bezpośrednio przeszczepuje grupy bezwodników maleinowych na łańcuchu molekularnym PP w celu utworzenia kowalencyjnego wiązania z włóknem węglowym. Ten kompozyt na poziomie cząsteczkowym pozwala przekroczyć temperaturę deformacji termicznej materiału przekracza 190 ° C. Jednocześnie badania i rozwój bioparnych środków opornych na ciepło przepisują rządy branży naturalne przeciwutleniacze-polifenolowe wyodrębnione z ligniny nie tylko mają taką samą wydajność przeciwstarzeniową jak tradycyjna BHT, ale także zmniejsza 62% szkodliwych emisji gazu podczas spalania. Bardziej godne uwagi jest penetracja technologii cyfrowej. Europejskie laboratorium zastosowało algorytm uczenia maszynowego do przesiedlenia optymalnego stosunku włókna szklanego/miki/nanorurki węglowej w ciągu zaledwie trzech miesięcy, ściskając tradycyjny cykl rozwoju formuły, który wymaga kilku lat iteracji o 80%.
