1. Úvod do upravených inženýrských plastů
1.1 Co jsou inženýrské plasty?
Inženýrské plasty jsou třídou vysoce výkonných termoplastických nebo termosetových polymerů, které mají vyšší mechanické, tepelné a chemické vlastnosti ve srovnání s komoditními plasty, jako je polyethylen nebo polypropylen. Jsou navrženy tak, aby vydržely náročnější prostředí a často se používají jako náhrada za tradiční materiály, jako jsou kovy, keramika a dřevo. Klíčové vlastnosti inženýrských plastů zahrnují vysokou pevnost v tahu, vynikající rozměrová stabilita a odolnost vůči teplu a chemikáliím. Mezi běžné příklady patří polykarbonát (PC), nylon (polyamid, PA), polyoxymethylen (POM) a polyetheretheretketon (peek).
1.2 Potřeba úpravy
Zatímco inženýrské plasty mají výjimečné vlastnosti, nejsou vždy dostačující k splnění specifických požadavků každé aplikace. Například složka může potřebovat vyšší sílu pro automobilovou část, zlepšení odporu plamene pro elektroniku nebo zvýšenou mazivost pro pohybující se strojní zařízení. Techniky modifikace jsou proto nezbytné pro přizpůsobení vlastností plastu přesné potřebě, což umožňuje řešení vlastních materiálů bez vytvoření zcela nového polymeru od nuly. Tento proces rozšiřuje jejich užitečnost, zvyšuje jejich výkon a činí je nákladově efektivnější pro širší škálu použití.
1.3 Přehled technik modifikace
Modifikace inženýrských plastů zahrnuje změnu jejich základních vlastností pomocí různých metod. Tyto techniky lze široce rozdělit do tří hlavních přístupů:
-
Míchání a legování: Kombinace dvou nebo více polymerů pro vytvoření nového materiálu se synergickými vlastnostmi.
-
Posílení: Začlenění výztužných látek, jako jsou vlákna nebo částice, ke zlepšení mechanických vlastností.
-
Přísady: Zavedení malého množství různých látek pro zvýšení specifických charakteristik, jako je odolnost proti UVR nebo barva.
2. Druhy inženýrských plastových úprav
2.1 Polymerní směsi a slitiny
Míchání polymeru je fyzická směs dvou nebo více polymerů, zatímco slitina je směs, kde jsou polymery chemicky nebo fyzicky kompatibilní, což vede k jednofázovému materiálu. Míchání může kombinovat žádoucí rysy různých plastů, jako je houževnatost jednoho polymeru s tepelnou odolností druhého, čímž vytvoří materiál lepší než buď samotnou složku. Klasickým příkladem je směs PC/ABS (polykarbonát/akrylonitril butadien -styren), která kombinuje vysokou sílu nárazu PC se zpracovatelností ABS.
2.2 výztuže vlákna (např. Skleněné vlákno, uhlíkové vlákno)
Posílení vláken je jednou z nejčastějších a nejúčinnějších metod modifikace. Zahrnuje začlenění vlákna s vysokou pevností do polymerní matrice.
-
Skleněné vlákno (GF): Nejpoužívanější posílení. Skleněná vlákna významně zvyšují pevnost v tahu, tuhost a rozměrovou stabilitu plastů a zároveň jsou relativně levná.
-
Uhlíkové vlákno (CF): Nabízí mnohem vyšší poměr pevnosti k hmotnosti a tuhost než skleněné vlákno, což je ideální pro aplikace s vysokou výkonností v leteckém a sportovním vybavení, kde je kritická redukce hmotnosti.
2.3 Aditivy pro vylepšené vlastnosti
Přísady jsou látky smíchané do plastu, aby se dosáhlo specifických funkčních vlastností.
-
UV stabilizátory: Chraňte plast před degradací způsobenou ultrafialovým zářením, zabránění zabarvení a křehkosti ve venkovních aplikacích.
-
Retardéry plamene: Zvyšte odolnost materiálu vůči zapalování a snižte šíření ohně, zásadní pro elektroniku a konstrukci.
-
Pasticiíry: Zlepšit flexibilitu a snížit křehkost.
-
Maziva: Snižte tření a opotřebení.
2.4 Ošetření a povlaky povrchu
Modifikace povrchu mění horní vrstvu plastu bez změny jeho hromadných vlastností. Tato ošetření může zlepšit adhezi při malování nebo lepení, zvýšit odolnost proti poškrábání nebo učinit povrch hydrofilní nebo hydrofobní. Techniky zahrnují ošetření plazmy, chemické leptání a aplikování tenkovrstvých povlaků.
3. vylepšené vlastnosti materiálu prostřednictvím úpravy
3.1 Vylepšená mechanická pevnost a tuhost
Posílení skleněných nebo uhlíkových vláken je primární metodou pro zlepšení mechanické pevnosti a tuhosti plastu. Vlákna působí jako prvky nesoucí zátěž, účinně přenášejí napětí a zabraňují deformaci materiálu.
3.2 Zvýšená tepelná stabilita a odolnost proti teplu
Některé přísady a plniva spolu se specifickými polymerními směsicí mohou zvýšit teplotu vychylování tepla materiálu (HDT), což mu umožňuje odolat vyšších provozních teplotách bez deformace. To je zvláště důležité pro automobilové díly a elektroniku pod kapotou.
3.3 Zvýšená chemická odolnost
Míchání inženýrského plastu s chemicky odolnějším polymerem může zlepšit jeho trvanlivost v drsném chemickém prostředí, jako jsou ty, které se setkávají v průmyslovém vybavení nebo lékařských aplikacích.
3.4 Zvýšená odolnost proti nárazu a houževnatost
Do plastové matrice se přidávají modifikátory dopadu, jako jsou elastomery, aby absorbovaly a rozptýlily energii z náhlých dopadů, čímž se zvyšují houževnatost materiálu a zabraňují křehkému zlomenině.
3.5 Vylepšená rozměrová stabilita
Posílení a použití plniv mohou významně snížit koeficient materiálu tepelné roztažnosti a kontrakce, což vede k lepší rozměrové stabilitě, což je zásadní pro přesné komponenty a části, které musí udržovat přísné tolerance.
4. Aplikace modifikovaných inženýrských plastů
4.1 Automobilový průmysl
Modifikované inženýrské plasty revolucionizovaly automobilový průmysl tím, že umožnily návrh lehčích a palivově účinnějších vozidel.
-
Interiérové komponenty: Dashboardy, dveřní panely a konzoly často používají modifikované ABS nebo PC pro trvanlivost a estetiku.
-
Vnější části: Nárazníky a mřížky jsou vyrobeny z tvrzených směsí, aby absorbovaly dopad.
-
Aplikace pod kapotou: Materiály se zvýšenou tepelnou a chemickou odolností, jako je nylon vyztužený skleněnými vlákny, se používají pro kryty motoru a sací potrubí.
