1. Úvod
Inženýrské plasty, jako je polyamid (PA), polykarbonát (PC), polybutylen tereftalát (PBT) a polyfenylensulfid (PPS), jsou třídou termoplastik, které vykazují vyšší sílu, tepelnou odolnost a trvanlivost. Navzdory jejich výhodám omezují inherentní omezení, jako je křehkost, hořlavost a špatná zpracovatelnost v určitých podmínkách. K překonání těchto omezení byly vyvinuty různé modifikační techniky. Patří mezi ně smíchání s jinými polymery, začlenění plniv nebo výztuží, použití chemických ošetření a použití aditiv k přizpůsobení vlastností pro specifické požadavky na konečné použití.
2. techniky a strategie modifikace
2.1. Posílení vláken nebo plniv
Posílení inženýrských plastů S materiály, jako jsou skleněná vlákna, uhlíková vlákna nebo nano-krytí, významně zlepšují jejich mechanickou pevnost a rozměrovou stabilitu. Například PA vyztužená ze skleněných vláken vykazuje zvýšenou pevnost v tahu a rigiditu, takže je vhodná pro aplikace nesoucí zátěž. Uhlíkové vlákno, i když dražší, nabízí výjimečný poměr pevnosti k hmotnosti a elektrickou vodivost. Nanofillery, jako jsou vrstvené křemičitany a grafen, poskytují zlepšení při mnohem nižším obsahu plniva, což ovlivňuje tepelnou stabilitu a vlastnosti bariéry.
2.2. Úpravy retarózy hoření
Inženýrské plasty často vyžadují vlastnosti zpomalení hoření pro aplikace v elektronice a automobilových interiérech. Konvenční halogenované retardéry hoření se nahrazují alternativy šetrnými k životnímu prostředí, jako jsou sloučeniny na bázi fosforu, intumertivní systémy a nanokompozity. Například přidání expandovatelného grafitu a polyfosfátu amonného do polyamidu může dosáhnout hodnocení UL-94 V-0 při zachování mechanické integrity.
2.3. Dopad a zlepšení houževnatosti
Mnoho inženýrských plastů je při nízkých teplotách ze své podstaty křehké. Pro zlepšení odolnosti vůči nárazu jsou začleněny ztuhnuté činidla, jako jsou elastomery (např. EPDM, SEBS) nebo částice jádro-skořápky. Tyto modifikátory pracují tak, že absorbují energii a zahajují vícenásobné smykové výnosy během dopadu, čímž se zvýší tažnost bez toho, aniž by výrazně zhoršila tepelný odpor.
2.4. Vylepšení stability tepelné a UV
Do inženýrských plastů používaných ve venkovním nebo vysokoteplotním prostředí se přidávají tepelné stabilizátory (např. Banné fenoly, fosfity) a UV absorbéry (např. Benzotriazoles, bráněné stabilizátory aminového světla). Tyto přísady zabraňují štěpení řetězce a oxidační degradaci, což prodlužuje životnost složek vystavených teplu nebo slunečnímu světlu.
2.5. Biologické a zelené modifikace
Se zvyšujícím se zaměřením na udržitelnost se upravují inženýrské plasty na bázi biologického na bázi biologického založeného na polylaktické (PLA), aby se zvýšila jejich výkon. Mezi techniky patří smíchání s tvrdými polymery, přidávání přírodních vláken (např. Konopí, kenaf) nebo reaktivní vytlačování pomocí prodloužení řetězce pro zlepšení tepelné odolnosti a trvanlivosti.
3. vylepšení výkonu
3.1. Mechanické vlastnosti
Modifikované inženýrské plasty ukazují výrazná zlepšení pevnosti v tahu, odolnosti proti nárazu a únavové chování. Například PBT vyztužená ze skleněných vláken vydrží vyšší zatížení a opakované napětí bez selhání.
3.2. Tepelné vlastnosti
Tepelná vodivost, teplota vychýlení tepla (HDT) a bod tání lze přizpůsobit plnivami a přísadami. PPS modifikované nitridem boru vykazuje zlepšenou tepelnou vodivost, ideální pro chladiče a elektronické pouzdra.
3.3. Elektrické vlastnosti
V aplikacích vyžadujících izolaci nebo kontrolovanou vodivost se používají modifikované plasty s antistatickými látkami, uhlíkovými černou nebo vodivými polymery. Například směsi PC-ABS s uhlíkovými nanotrubicemi nabízejí ochranu elektrostatického vypouštění v citlivých elektronických zařízeních.
3.4. Chemická odolnost a povětrnostní odolnost
Aditiva, jako jsou fluoropolymery nebo látky pro vazeb v silanu, zvyšují chemickou inertnost a snižují absorpci vlhkosti. UV stabilizátory a antioxidanty pomáhají udržovat vzhled a funkčnost ve venkovních podmínkách.
3.5. Zpracovatelnost
Zlepšené chování průtoku, formovatelnost a tepelná stabilita během zpracování se dosahuje prostřednictvím reologických modifikátorů a pomůcek na zpracování, což umožňuje složité geometrie dílu a konzistentní kvalitu výroby.
4. Aplikační pole
4.1. Automobilový průmysl
Modifikované inženýrské plasty se používají v komponentách pod karoserií, karoserie a vnitřních částech. PA vyztužená skleněnými vlákny nahrazuje kovové části, snižuje hmotnost vozidla a spotřebu paliva. Směs PC pro opakování plamene se používají pro osvětlovací systémy a dashboardy.
4.2. Elektrická a elektronika
Vysoce výkonné plasty, jako jsou PPS a PBT, modifikované retardanty hoření a tepelnými stabilizátory, se používají ve konektorech, obvodových deskách a pouzdrech. Jejich rozměrová stabilita a elektrické izolační vlastnosti jsou kritické v miniaturizovaném a tepelně náročném prostředí.
4.3. Konzumní zboží
Plasty z tvrzených a UV stabilizovaných se používají v elektrických nářadích, spotřebicích a sportovním zboží. ABS-modifikovaná ABS je oblíbená u skořápek a ochranných zařízení, zatímco PC odolný proti poškrábání se používá v brýlích a obrazovkách.
4.4. Lékařská a zdravotní péče
Inženýrské plasty modifikované pro odolnost proti sterilizaci a biokompatibilitu, jako jsou PPSU a PEI, se používají v chirurgických nástrojích, diagnostických zařízeních a zubních nástrojích. Formulace bez aditivů a nízkých nájmů jsou životně důležité pro citlivé aplikace.
4.5. Stavba a průmyslové použití
Modifikované plasty nabízejí odolnost proti korozi, tepelnou izolaci a strukturální integritu ve konstrukci. Polyolefiny a polyestery vyztužené GF se používají v potrubích, panelech a částech strojů vystavené chemikáliím a napětím zatížení.
5. Výzvy a budoucí vyhlídky
Navzdory jejich výhodám čelí modifikované inženýrské plasty výzvy, jako jsou vysoké materiálové náklady, problémy s recyklovatelností a dopad určitých aditiv na životní prostředí. Vývoj biologicky odvozených a plně recyklovatelných inženýrských plastů je klíčovým budoucím směrem. Inteligentní materiály s samoléčením, tvarovou pamětí a adaptivními vlastnostmi představují další hranici. Očekává se, že inovace v reaktivním zpracování, nanotechnologii a designu materiálu napraveného strojovým učením urychlí vývoj vysoce výkonných, udržitelných inženýrských plastů.
