1. Wprowadzenie
Plastiki inżynieryjne, takie jak poliamid (PA), polikarbona (PC), tereftalan polibutylenowy (PBT) i siarczek polifenylenowy (PPS), są klasą termoplastów, które wykazują lepszą wytrzymałość, odporność na ciepło i trwałość. Pomimo ich zalet, nieodłączne ograniczenia, takie jak kruchość, łatwopalność i słaba przetwarzanie w niektórych warunkach, ograniczają ich zastosowania. Aby przezwyciężyć te ograniczenia, opracowano różne techniki modyfikacji. Obejmują one mieszanie z innymi polimerami, włączanie wypełniaczy lub wzmocnień, stosowanie leczenia chemicznego oraz wykorzystywanie dodatków do właściwości dostosowania dla określonych wymagań końcowych.
2. Techniki i strategie modyfikacji
2.1. Wzmocnienie włókienami lub wypełniaczami
Wzmacniające tworzywa inżynierskie Z materiałami takimi jak włókna szklane, włókna węglowe lub nano-play znacznie poprawia ich wytrzymałość mechaniczną i stabilność wymiarową. Na przykład PA wzmocnione włóknem szklanym wykazuje zwiększoną wytrzymałość i sztywność rozciągania, dzięki czemu nadaje się do zastosowań nośnych. Włókno węglowe, choć droższe, oferuje wyjątkowy stosunek siły do masy i przewodność elektryczna. Nanofillerki, takie jak warstwowe krzemiany i grafen, zapewniają ulepszenia przy znacznie niższej zawartości wypełniacza, wpływając na stabilność termiczną i właściwości barierowe.
2.2. Modyfikacje opóźnienia płomienia
Plastiki inżynieryjne często wymagają właściwości opóźniających płomienie do aplikacji w elektronice i wnętrzach samochodowych. Konwencjonalne flueniowane opóźnienia płomienia są zastępowane przez przyjazne dla środowiska alternatywy, takie jak związki oparte na fosforach, systemy intumescencyjne i nanokompozyty. Na przykład dodanie rozszerzalnego grafitu i polifosforanu amonu do poliamidu może osiągnąć oceny UL-94 V-0 przy jednoczesnym zachowaniu integralności mechanicznej.
2.3. Ulepszenia wpływu i wytrzymałości
Wiele tworzyw sztucznych inżynierii jest z natury kruche w niskich temperaturach. Środki hartowne, takie jak elastomery (np. EPDM, SEB) lub cząstki rdzeniowe, są włączone w celu poprawy odporności na uderzenie. Te modyfikatory działają poprzez wchłanianie energii i inicjowanie wyników wielokrotnego ścinania podczas uderzenia, zwiększając w ten sposób plastyczność bez ulegania znacząco odporności cieplnej.
2.4. Ulepszenia stabilności termicznej i UV
Stabilizatory termiczne (np. Hinderowane fenole, fosforty) i absorbery UV (np. Benzotriazole, utrudnione stabilizatory światła aminy) są dodawane do tworzyw inżynieryjnych stosowanych w środowiskach zewnętrznych lub wysokiej temperaturze. Dodatki te zapobiegają rozszczepieniu łańcucha i degradacji oksydacyjnej, przedłużając żywotność usług narażonych na ciepło lub światło słoneczne.
2.5. Modyfikacje biologiczne i zielone
Wraz ze wzrostem koncentracji na zrównoważonym rozwoju modyfikowane są tworzywa inżynieryjne, takie jak kwas polilowy (PLA) w celu zwiększenia ich wydajności. Techniki obejmują mieszanie z twardymi polimerami, dodawanie naturalnych włókien (np. Konopie, kenaf) lub reaktywne wytłaczanie z przedłużaczami łańcucha w celu poprawy odporności na ciepło i trwałości.
3. Ulepszenia wydajności
3.1. Właściwości mechaniczne
Zmodyfikowane tworzywa inżynierskie wykazują znaczną poprawę wytrzymałości na rozciąganie, odporności na uderzenie i zachowanie zmęczeniowe. Na przykład PBT wzmocnione włóknem szklanym może wytrzymać wyższe obciążenia i powtarzające się naprężenia bez awarii.
3.2. Właściwości termiczne
Przewodność cieplna, temperatura ugięcia ciepła (HDT) i temperatura topnienia można dostosować przez wypełniacze i dodatki. PPS zmodyfikowane azotkiem boru wykazuje poprawę przewodności cieplnej, idealnej do cieplnej i obudów elektronicznych.
3.3. Właściwości elektryczne
W zastosowaniach wymagających izolacji lub kontrolowanej przewodności stosuje się zmodyfikowane tworzywa sztuczne z czynnikami antistatycznymi, czarną węglową lub polimerami przewodzącymi. Na przykład PC-ABS łączy się z nanorurkami węglowymi, oferują elektrostatyczną ochronę rozładowania w czułe urządzenia elektroniczne.
3.4. Odporność chemiczna i zdolność wybresowa
Dodatki, takie jak fluoropolimery lub środki sprzęgające silane, zwiększają bezwładność chemiczną i zmniejszają pobieranie wilgoci. Stabilizatory UV i przeciwutleniacze pomagają utrzymać wygląd i funkcjonalność w warunkach zewnętrznych.
3.5. Możliwość przetwarzania
Ulepszone zachowanie przepływu, możliwość formowania i stabilność termiczna podczas przetwarzania są osiągane poprzez modyfikatory reologiczne i pomoce przetwarzania, umożliwiając złożone geometrie części i stałą jakość produkcji.
4. Pola aplikacji
4.1. Przemysł motoryzacyjny
Zmodyfikowane tworzywa inżynieryjne są używane w elementach pod-hodowli, panelach ciała i częściach wewnętrznych. PA wzmocnione włóknami szklanymi zastępuje części metalowe, zmniejszając masę pojazdu i zużycie paliwa. Flame-retardant PC mieszanki są używane do systemów oświetlenia i pulpitów nawigacyjnych.
4.2. Elektryka i elektronika
Wysoko wydajne tworzywa sztuczne, takie jak PPS i PBT, zmodyfikowane za pomocą opóźniaczy płomienia i stabilizatorów termicznych, są używane w złączach, płytach obwodowych i obudowach. Ich właściwości stabilności wymiarowej i izolacji elektrycznej mają kluczowe znaczenie w środowiskach zminiaturyzowanych i intensywnie cieplnych.
4.3. Towary konsumpcyjne
Hartowane i stabilizowane UV tworzywa sztuczne są używane w elektronarzędziach, urządzeniach i towarach sportowych. ABS modyfikowany uderzenie jest popularny w skorupach kasku i sprzęcie ochronnym, podczas gdy komputer odporny na zarysowania jest używany w okularach i ekranach.
4.4. Medical and Healthcare
Plastki inżynierskie zmodyfikowane pod kątem odporności na sterylizację i biokompatybilności, takich jak PPSU i PEI, są stosowane w instrumentach chirurgicznych, urządzeniach diagnostycznych i narzędziach dentystycznych. Formulacje wolne od addytywnych i niskich do zapisów są niezbędne do wrażliwych zastosowań.
4.5. Budownictwo i użycie przemysłowe
Zmodyfikowane tworzywa sztuczne oferują odporność na korozję, izolacja termiczna i integralność strukturalną w budownictwie. Poliolefiny i poliestry wzmocnione GF są stosowane w rurach, panelach i częściach maszyn narażonych na chemikalia i naprężenia obciążenia.
5. Wyzwania i przyszłe perspektywy
Pomimo ich zalet zmodyfikowane tworzywa inżynieryjne stoją przed wyzwaniami, takimi jak wysokie koszty materiałów, problemy z recyklingiem i wpływ niektórych dodatków na środowisko. Opracowanie tworzywa sztucznego pochodzenia biologicznego i w pełni recyklingu jest kluczowym przyszłym kierunkiem. Inteligentne materiały z samoleczeniem, pamięcią kształtu i właściwości adaptacyjne reprezentują następną granicę. Oczekuje się, że innowacje w reaktywnym przetwarzaniu, nanotechnologii i projektowaniu materiałów pod kontrolą maszynowych przyspieszy ewolucję wysokowydajnych, zrównoważonych tworzyw sztucznych inżynierii.
