Новости при полимерните материали за производство на детайли

Начало > Инструменти, материали > Статии > Специален брой: Производство на детайли от метал и пластмаса > 15.06.2023

  • Освен че се разработват нови методи на производство и обработка около вече съществуващите полимери, съществува и постоянно разширяваща се гама от нови полимерни материали, много от които се очаква да се задържат в индустрията с години

  • Подсилените с въглеродни нишки пластмаси са сред най-интересните решения, когато работните условия изискват изключително висока коравина и отлични механични свойства, като същевременно се поддържа най-ниското възможно тегло

  • Употребата на полимерни материали в автомобилостроенето доведе до революция в проектирането и производството на превозни средства, правейки ги по-леки, по-безопасни и устойчиви

 

Пейзажът в областта на полимерите еволюира непрекъснато. Освен че се разработват нови методи на производство и обработка около вече съществуващите полимери, съществува и постоянно разширяваща се гама от нови полимерни материали, много от които се очаква да се задържат в индустрията с години. Докато някои са от тях са вече относително добре познати, свойствата на други все още не са проучени и разбрани изцяло.

 

Пластмаси с високи експлоатационни параметри

Тези материали се отличават с това, че отговарят на по-високи изисквания в сравнение с конвенционалните или инженерните пластмаси. Като цяло те се използват в по-малки количества за критично важни приложения в авиокосмическия, отбранителния, медицинския и промишления сектор. Пластмасите от тази група се различават от стандартните пластмаси основно по своята висока термична стабилност, изключителна химична устойчивост и върхово качество.

За тях се използват различни наименования – високотемпературни пластмаси, полимери с високи експлоатационни параметри, термопласти с високи високи експлоатационни параметри или високотехнологични пластмаси. Терминът “полимери” често се използва вместо “пластмаси”, когато се говори за този клас материали.

Те се получават чрез добавянето на стабилизатори и подсилващи материали като стъклени и въглеродни нишки. Подсилените с въглеродни нишки пластмаси са сред най-интересните решения, когато работните условия изискват изключително висока коравина и отлични механични свойства, като същевременно се поддържа най-ниското възможно тегло, например за приложения в автомобило- и самолетостроенето.

По отношение на термичната стабилност, високотехнологичните пластмаси обикновено имат работна температура над 150°C. Един от тези материали – полиетеретеркетон (PEEK), може да издържа на постоянна работна температура от 260°C, докато друг, наречен полибензимидазол (PBI, целазол), може да устои на 400°C. Високотехнологичните пластмаси не се деформират във високотемпературни приложения и запазват върховите си механични свойства.
Тези материали предлагат и изключителна химична устойчивост. Полифенилен сулфидът (PPS), флуорополимерите FEP/PFA и полиамид-имидът (PAI) са устойчиви на широка гама от химикали, докато политетрафлуороетиленът (PTFE, тефлон) е почти изцяло химически инертен и силно неразтворим в повечето разтворители или химикали.

Високотехнологичните пластмаси предлагат върхово качество на продукта по отношение на възможност за механична обработка, издръжливост, възможности за повторна употреба и рециклиране. Те се използват в редица приложения и често заменят други материали като метал, дърво и стъкло. Почти всички високотехнологични пластмаси подлежат на рециклиране.

По-високото качество на тези материали (по-специално високата им термична устойчивост и якост) може да затрудни обработката им и да се наложи използването на специализирани машини и висококвалифициран персонал. Това, в комбинация с по-високата им цена, като цяло ограничава употребата им до специализирани приложения.

 

Пазарни тенденции при високотехнологичните пластмаси

Според анализ на Data Bridge Market Research пазарът на високотехнологични пластмаси ще расте с комбиниран годишен темп на растеж от 9,30% за периода 2021 – 2028 г. Сред основните фактори, движещи този ръст са увеличаващата се индустриализация и разширяващото се приложение на тези материали в автомобилостроенето, електронната индустрия, отбранителния сектор, строителството и др.

Пазарът на високотехнологични пластмаси е сегментиран въз основа на типа и на крайния сектор на приложение. На база тип той се разделя на флуорополимери, високотехнологичен полиамид (HPPA), полифенилен сулфид, течнокристални полимери и полиимиди. Сегментът на флуорополимерите се подразделя на PTFE, PVDF, FEP и флуороеластомери. HPPA сегментът включва полиамид 11, полиамид 12, полиамид 9T, полиамид 46, полифталамид и полиакриламид. Сегментът на полифенилен сулфидът се подразделя на ароматни кетонни полимери, полиетеретеркетон и полиетеркетон. Към сегмента на полиимидите спадат полиетер-имидът, полиамид-имидът и полиестер-имидът.

Въз основа на крайния сектор на приложение пазарът на високотехнологични пластмаси се разделя на транспорт, медицинска техника, индустрия, електрооборудване и електроника, отбрана и строителство.

Според анализа на Data Bridge Market Research Северна Америка доминира пазара на високотехнологични пластмаси и тази тенденция ще се запази до края на разглеждания период заради нарастващото приложение на тези материали в електронната и във фармацевтичната индустрия. Data Bridge Market Research прогнозира, че Азиатско-тихоокеанският регион обаче ще отбележи най-висок комбиниран годишен темп на растеж за периода.

 

Леки, издръжливи и устойчиви пластмаси за автомобилни компоненти

Автомобилостроенето е динамичен сектор, който претърпя значителна трансформация през последните години, с повишен фокус върху устойчивостта, горивната ефективност и авангардните технологии. Сред материалите, изиграли критично важна роля в тази еволюция, са и полимерите. Благодарение на тяхната универсалност, издръжливост и разходна ефективност пластмасите се превърнаха в предпочитания избор на OEM производителите в автомобилния сектор. Тяхната употреба в автомобилостроенето доведе до революция в проектирането и производството на превозни средства, правейки ги по-леки, по-безопасни и устойчиви.

Предимствата на полимерите в автомобилната индустрия са безброй. На първо място, те са значително по-леки от традиционно използвани материали като стомана, алуминий и стъкло. Тази характеристика позволява проектиране на превозни средства с по-добра горивна ефективност и намалени емисии, без да се прави компромис с безопасността и експлоатационните параметри. Пластмасите допринасят значително и за намаляване на въглеродния отпечатък на продуктите (PCF), тъй като техният отпечатък е много по-малък от този на металите.

Ниското тегло на полимерите спомага и за олекотяване на превозните средства, което е ключов фактор за подобряване на горивната ефективност. Установено е, че редуцирането на теглото на превозното средство с 10% може да доведе до 6 – 8% подобрение в горивната ефективност. Пластмасите могат да изиграят съществена роля в постигането на това.

Друго предимство, заради което полимерните материали се използват все по-широко в автомобилостроенето, е отличната им якост и издръжливост, което ги прави идеални за изработването на различни автомобилни компоненти като табла, панели на врати, седалки, брони, корпуси на огледала и др. Произведените от съвременни пластмаси автомобилни компоненти могат да издържат на силни удари и са устойчиви на износване, което гарантира, че превозните средства остават безопасни и надеждни за по-дълго време.

Пластмасите са рециклируеми, което ги превръща в устойчивия избор за автомобилната индустрия. Все повече производители търсят възможности за намаляване на екологичния си отпечатък чрез използването на рециклирани пластмаси в превозните си средства.
Когато говорим за тенденцията за нарастващото приложение на полимерните материали в автомобилната индустрия, не може да не споменем разрастването на електрическата мобилност. Електромобилите изискват леки и издръжливи детайли, за да се осигури по-дълъг пробег, и пластмасите предоставят идеалното решение.

С увеличаване на търсенето на електрически превозни средства, се очаква приложението на пластмасите в автомобилостроенето да се разшири още повече през идните години.

 

По-добри от метали

Детайли, нуждаещи се от висока якост и коравина, традиционно се изпълняват или от метали, или от термореактивни композити, които имат съществени ограничения. Металите са тежки, което ограничава приложението им за компоненти, които трябва да са с ниско тегло. Термореактивните композити са трошливи и често имат лоша химична устойчивост. Производството на термореактивни материали също така е бавно и трудоемко. Нов клас термопластични композити имат стойности на якост и други параметри, които са сравними с тези на металите и на термореактивните композити. Те също предлагат много от предимствата на термопластите, включително пластичност, върхова химична устойчивост и способност за бързо формоване чрез нагрети метални инструменти.

 

Без смущения на сигнала

Широкото разпространение на свързани устройства и внедряването на 5G телекомуникации доведе до повишено търсене на висококачествени антени. Оптималното функциониране на антената изисква конструирането на обвивката на радиолокатора от материали, които няма значително да отслабят радиочестотните сигнали при работната честота. Специализирани инженерни пластмаси с ниски диелектрични константи и ниски коефициенти на разсейване, както и с повишена якост, UV устойчивост и възможност за термоформоване все по-често се използват за изработката на защитни обвивки на антените.

 

Ниско триене за елиминиране на смазването

Машините, използвани за производството на продукти като полупроводникови компоненти, храни и лекарства, трябва да бъдат поддържани при най-високи нива на чистота. Смазочните материали като масла и греси са потенциален източник на замърсяване и употребата им в тези индустриални сектори се избягва, доколкото е възможно. Когато машинните компоненти трябва да се движат в относително движение един спрямо друг, често се специфицират инженерни полимери, формулирани така, че да имат ниско триене и отлична износоустойчивост, което елиминира необходимостта от външно смазване.

 

Удароустойчиви пластмаси

Традиционните полимерни материали често се повреждат заради напукване, особено когато пластмасовите детайли са изложени на повишени температури или ултравиолетова светлина, или когато се изпуснат или ударят в среда с ниска температура. Скорошно развитие в областта е разработването на по-здрави, удароустойчиви полимерни материали, които остават пластични дори след многогодишен престой на открито или когато се използват при екстремни температури. Тези материали се специфицират за широка гама от приложения, включително за корпуси на тежко оборудване, медицинска техника и компоненти за авиокосмическия сектор.

 

Пластмаси с антимикробни свойства

След пандемията повърхностите се почистват и дезинфекцират по начини и с честота, които бързо могат да доведат до влошаването на качеството на традиционните пластмасови материали. Нови антимикробни и съвместими с дезинфектанти пластмаси, първоначално разработени за употреба в болнично оборудване, вече се специфицират за много приложения извън медицината, включително за интериора на самолети, превозни средства за спешна помощ и елементи в търговска среда.

 

Все по-усъвършенствани добавки

Добавките за полимери изпълняват редица функции за подобряване на свойствата на пластмасите. На най-базово ниво добавките са начин за пълнене на полимера и намаляване на цената му. Адитивите обаче обикновено са предназначени да подобряват поне една специфична характеристика, например забавяне на горенето или износоустойчивост.

Като цяло добавките стават все по-усъвършенствани. Сред движещите сили за това са осигуряването на мултифункционалност, необходимостта от подобрени добавки за рециклирани материали, обработването на полимерни смеси и повишаващият се интерес към т. нар. зелени композити. Въпреки натиска за разработване на по-усъвършенствани добавки, е трудно една добавка да се внедри в материал, без да се извърши щателен анализ на жизнения му цикъл, за да се гарантира, че добавката е съвместима с целите за устойчивост и обезвреждане.

Наночастици се използват, за да придадат специални свойства на покрития за полимери. Тези частици могат да бъдат повърхностно модифицирани с органични съединения, за да се реализират специфични комбинации от желани характеристики – хидрофилност, хидрофобност, адхезивни или антиадхезивни свойства, киселинни, основни, инертни свойства и др.

Така модифицираните наночастици могат да бъдат използвани за разработване на нанокомпозити, съчетаващи физичните свойства на керамика например с класическите методи за преработка на полимери. Титанов диоксид, бариев титанат, индиев калаен оксид или циркониев оксид са сред примерите за материали, използвани за целта.


Вижте още от Инструменти, материали


Ключови думи: полимери, пластмаси, високотехнологични пастмаси, инженерни пластмаси, автомобилостроене



Редактор на статията:

ДИЛЯНА ЙОРДАНОВА

ДИЛЯНА ЙОРДАНОВА

Отговорен редактор

• Завършва специалност "Инженерна екология" в Химикотехнологичен и металургичен университет;


• Заема длъжността "Отговорен редактор" в издателство TLL Media от 2020 г.;

• Разполага с над 10 години опит в създаването на съдържание и писането на научни статии.

Контакт в LinkedIn


Top