1. Introducere
Materialele plastice de inginerie, cum ar fi poliamida (PA), policarbonatul (PC), poliabutilen tereftalat (PBT) și polifenilen sulfura (PPS), sunt o clasă de termoplastici care prezintă o rezistență superioară, rezistență la căldură și durabilitate. În ciuda avantajelor lor, limitările inerente, cum ar fi fragilitatea, inflamabilitatea și prelucrabilitatea slabă în anumite condiții, restricționează aplicațiile lor. Pentru a depăși aceste limitări, au fost dezvoltate diverse tehnici de modificare. Acestea includ amestecarea cu alți polimeri, încorporarea umpluturilor sau armăturilor, aplicarea tratamentelor chimice și utilizarea aditivilor pentru a adapta proprietățile pentru cerințele specifice de utilizare finală.
2. Tehnici și strategii de modificare
2.1. Întărire cu fibre sau umpluturi
Consolidarea materialelor plastice de inginerie Cu materiale precum fibre de sticlă, fibre de carbon sau nano-clape îmbunătățesc semnificativ rezistența lor mecanică și stabilitatea dimensională. PA, consolidată de fibre de sticlă, de exemplu, prezintă o rezistență și o rigiditate sporită la tracțiune, ceea ce îl face potrivit pentru aplicații purtătoare de încărcare. Fibra de carbon, deși mai scumpă, oferă un raport excepțional de rezistență-greutate și conductivitate electrică. Nanofillerele, cum ar fi silicații stratificați și grafenul, oferă îmbunătățiri la conținut de umplutură mult mai mic, afectând stabilitatea termică și proprietățile barierei.
2.2. Modificări de întârziere a flăcării
Materialele plastice de inginerie necesită adesea proprietăți ignifuge pentru aplicații în electronice și interioare auto. Retardanții convenționali cu flăcări halogenate sunt înlocuiți cu alternative ecologice, cum ar fi compuși pe bază de fosfor, sisteme intumescente și nanocompozite. De exemplu, adăugarea de grafit extensibil și polifosfat de amoniu la poliamidă poate obține evaluări UL-94 V-0, menținând în același timp integritatea mecanică.
2.3. Îmbunătățirile impactului și a durității
Multe materiale plastice inginerești sunt în mod inerent fragile la temperaturi scăzute. Agenții de întărire precum elastomerii (de exemplu, EPDM, SEB) sau particulele de coajă de miez sunt încorporate pentru a îmbunătăți rezistența la impact. Acești modificatori funcționează prin absorbția energiei și inițierea unei randamente de forfecare multiplă în timpul impactului, sporind astfel ductilitatea fără a compromite în mod semnificativ rezistența termică.
2.4. Îmbunătățiri ale stabilității termice și UV
Stabilizatorii termici (de exemplu, fenolii împiedicați, fosfite) și absorbtori UV (de exemplu, benzotriazoli, stabilizatori de lumină amină împiedicată) sunt adăugate la materialele plastice de inginerie utilizate în medii la temperaturi exterioare sau la temperaturi ridicate. Acești aditivi împiedică scisiunea lanțului și degradarea oxidativă, prelungind durata de viață a componentelor expuse la căldură sau lumina soarelui.
2.5. Modificări bazate pe bio și verzi
Odată cu creșterea concentrării pe sustenabilitate, materialele plastice de inginerie bazate pe bio, cum ar fi acidul polilactic (PLA), sunt modificate pentru a-și îmbunătăți performanța. Tehnicile includ amestecarea cu polimeri duri, adăugarea de fibre naturale (de exemplu, cânepă, kenaf) sau extrudare reactivă cu extensii de lanț pentru a îmbunătăți rezistența la căldură și durabilitatea.
3. Îmbunătățirile performanței
3.1. Proprietăți mecanice
Materialele plastice de inginerie modificate prezintă o îmbunătățire marcată a rezistenței la tracțiune, a rezistenței la impact și a comportamentului de oboseală. De exemplu, PBT-ul consolidat cu fibre de sticlă poate rezista la sarcini mai mari și tensiuni repetate fără eșec.
3.2. Proprietăți termice
Conductivitatea termică, temperatura de deviere a căldurii (HDT) și punctul de topire pot fi adaptate prin intermediul umpluturilor și aditivilor. PPS modificat cu nitrură de bor prezintă o conductivitate termică îmbunătățită, ideală pentru chiuvete de căldură și carcase electronice.
3.3. Proprietăți electrice
În aplicațiile care necesită izolare sau conductivitate controlată, se folosesc materiale plastice modificate cu agenți antistatici, negru de carbon sau polimeri conductori. De exemplu, amestecurile PC-ABS cu nanotuburi de carbon oferă protecție electrostatică de descărcare pe dispozitive electronice sensibile.
3.4. Rezistență chimică și interacțiune
Aditivi precum fluoropolimeri sau agenți de cuplare silan îmbunătățesc inerția chimică și reduc absorbția de umiditate. Stabilizatorii UV și antioxidanții ajută la menținerea aspectului și funcționalității în condiții exterioare.
3.5. Procesabilitate
Comportamentul îmbunătățit al fluxului, moldarea și stabilitatea termică în timpul procesării sunt obținute prin modificatori reologici și ajutoare de procesare, permițând geometrii complexe ale pieselor și o calitate constantă a producției.
4. Câmpuri de aplicație
4.1. Industria auto
Materialele plastice de inginerie modificate sunt utilizate în componente sub capotă, panouri pentru corp și părți interioare. PA întărită cu fibre de sticlă înlocuiește piesele metalice, reducând greutatea vehiculului și consumul de combustibil. Amestecurile de calculatoare cu flacără sunt utilizate pentru sisteme de iluminat și tablouri de bord.
4.2. Electrice și electronice
Plastice de înaltă performanță precum PPS și PBT, modificate cu ignificii de flacără și stabilizatori termici, sunt utilizate în conectori, plăci de circuit și carcase. Stabilitatea lor dimensională și proprietățile de izolare electrică sunt esențiale în mediile miniaturizate și intensive de căldură.
4.3. Bunuri de consum
Plasticele întărite și stabilizate în UV sunt utilizate în unelte electrice, aparate și articole sportive. ABS modificat cu impact este popular în cochilii de cască și uneltele de protecție, în timp ce PC-ul rezistent la zgârieturi este utilizat în ochelari și ecrane.
4.4. Medical și asistență medicală
Materialele plastice de inginerie modificate pentru rezistența la sterilizare și biocompatibilitate, cum ar fi PPSU și PEI, sunt utilizate în instrumente chirurgicale, dispozitive de diagnostic și instrumente dentare. Formulările fără aditivi și cu lei scăzute sunt vitale pentru aplicațiile sensibile.
4.5. Construcții și uz industrial
Materialele plastice modificate oferă rezistență la coroziune, izolare termică și integritate structurală în construcții. Piolefinele și poliesterii consolidați cu GF sunt utilizate în conducte, panouri și piese de utilaje expuse la substanțe chimice și tensiuni de încărcare.
5. Provocări și perspective viitoare
În ciuda avantajelor lor, materialele plastice de inginerie modificate se confruntă cu provocări precum costurile materiale ridicate, problemele de reciclabilitate și impactul asupra mediului al anumitor aditivi. Dezvoltarea materialelor plastice de inginerie bio derivate și complet reciclabile este o direcție viitoare cheie. Materialele inteligente cu auto-vindecare, memorie de formă și proprietăți adaptive reprezintă următoarea frontieră. Inovațiile în procesarea reactivă, nanotehnologia și proiectarea materialelor ghidate de învățare automată sunt de așteptat să accelereze evoluția materialelor plastice de înaltă performanță, de înaltă performanță.
