1. Úvod
Inžinierske plasty, ako je polyamid (PA), polykarbonát (PC), polybutyléntereftalát (PBT) a polyfenylénsulfid (PPS), sú triedou termoplastov, ktoré vykazujú vynikajúcu pevnosť, tepelnú rezistenciu a trvanlivosť. Napriek ich výhodám, vlastné obmedzenia, ako sú krehkosť, horľavosť a zlá spracovateľnosť v určitých podmienkach, obmedzujú ich aplikácie. Na prekonanie týchto obmedzení sa vyvinuli rôzne techniky modifikácie. Patria sem miešanie s inými polymérmi, začlenenie plniv alebo výstuže, použitie chemických ošetrení a používanie prísad na prispôsobenie vlastností pre konkrétne požiadavky na konečné použitie.
2. Modifikačné techniky a stratégie
2.1. Posilnenie vláknami alebo výplňami
Posilňujúce inžinierske plasty S materiálmi, ako sú sklenené vlákna, uhlíkové vlákna alebo nano-ílové, významne zlepšuje ich mechanickú pevnosť a rozmerovú stabilitu. Napríklad PA vystužená sklenenými vláknami vykazuje zvýšenú pevnosť a tuhosť v ťahu, vďaka čomu je vhodná pre aplikácie na nosenie. Uhlíkové vlákniny, aj keď drahšie, ponúka výnimočný pomer pevnosti k hmotnosti a elektrickú vodivosť. Nanovlákna, ako sú vrstvené kremičitany a grafén, poskytujú vylepšenia pri oveľa nižšom obsahu plniva, ktoré ovplyvňujú tepelnú stabilitu a bariérové vlastnosti.
2.2. Úpravy spomaľovania horenia
Inžinierske plasty často vyžadujú vlastnosti spomaľujúceho na aplikáciu v elektronike a automobilových interiéroch. Konvenčné halogénované spomaľovače horenia sú nahradené alternatívami šetrnými k životnému prostrediu, ako sú zlúčeniny na báze fosforu, intumescentné systémy a nanokompozity. Napríklad pridanie rozšíriteľného grafitu a polyfosfátu amónneho do polyamidu môže dosiahnuť hodnotenie UL-94 V-0 pri zachovaní mechanickej integrity.
2.3. Dopad a zlepšenie húževnatého
Mnoho inžinierskych plastov je vo svojej podstate krehkých pri nízkych teplotách. Tvrdiace látky, ako sú elastoméry (napr. EPDM, SEB) alebo častice jadrovej šupky, sú začlenené na zlepšenie odolnosti proti nárazu. Tieto modifikátory fungujú tak, že absorbujú energiu a iniciujú viacnásobné výnosy šmyku počas nárazu, čím sa výrazne zvyšuje ťažnosť bez toho, aby významne ohrozila tepelnú rezistenciu.
2.4. Vylepšenia tepelnej a UV stability
Do inžinierskych plastov používaných vo vonkajších alebo vysokoteplotných prostrediach sa pridávajú tepelné stabilizátory (napr. Prekážané fenoly, fosfity) a absorbéry UV UV (napr. Benzotriazoly, bránené stabilizátory amínového svetla). Tieto prísady bránia štiepeniu reťazca a oxidačnej degradácie, čím predlžujú životnosť komponentov vystavených tepla alebo slnečnému žiareniu.
2.5. Bio-založené a zelené úpravy
S rastúcim zameraním na udržateľnosť sa modifikujú biologické inžinierske plasty, ako je kyselina polylaktová (PLA), aby sa zvýšila ich výkon. Medzi techniky patrí miešanie s tvrdými polymérmi, pridávanie prírodných vlákien (napr. Konope, KENAF) alebo reaktívne extrúzie s reťazcovými predlžovačmi na zlepšenie tepelného odporu a trvanlivosti.
3. Vylepšenia výkonnosti
3.1. Mechanické vlastnosti
Modifikované inžinierske plasty vykazujú výrazné zlepšenie pevnosti v ťahu, rezistencii na náraz a únavovým správaním. Napríklad PBT vystužená sklenenými vláknami môže bez zlyhania vydržať vyššie zaťaženie a opakované napätia.
3.2. Tepelné vlastnosti
Tepelná vodivosť, teplota vychýlenia tepla (HDT) a bod topenia sa môžu prispôsobiť výplne a prísadami. PP modifikované bórom nitridom vykazuje zlepšenú tepelnú vodivosť, ideálnu pre chladiče a elektronické kryty.
3.3. Elektrické vlastnosti
V aplikáciách vyžadujúcich izoláciu alebo kontrolovanú vodivosť sa používajú modifikované plasty s antistatickými činidlami, čiernymi alebo vodivými polymérmi. Napríklad, PC-ABS sa zmesia s uhlíkovými nanotrubicami ponúkajú ochranu elektrostatickej výboja v citlivých elektronických zariadeniach.
3.4. Chemická odolnosť a zverenia
Dodatky, ako sú fluóropolyméry alebo silánové spojovacie činidlá, zvyšujú chemickú zotrvačnosť a znižujú absorpciu vlhkosti. UV stabilizátory a antioxidanty pomáhajú udržiavať vzhľad a funkčnosť vo vonkajších podmienkach.
3.5. Spracovateľnosť
Zlepšené správanie prietoku, rozsiahlu a tepelnú stabilitu počas spracovania sa dosahuje prostredníctvom reologických modifikátorov a pomôcok na spracovanie, čo umožňuje zložité geometrie časti a konzistentnú kvalitu výroby.
4. Pole aplikácií
4.1. Automobilový priemysel
Modifikované inžinierske plasty sa používajú v komponentoch pod kapou, panely tela a vnútorných častí. PA vystužená sklenenými vláknami nahrádza kovové diely, čím sa znižuje hmotnosť vozidla a spotreba paliva. Zmesi PC-Ret-PC sa používajú na osvetľovacie systémy a dashboardy.
4.2. Elektrická a elektronika
Vysoko výkonné plasty, ako sú PPS a PBT, modifikované spomaľovačmi horenia a tepelnými stabilizátormi, sa používajú v konektoroch, obvodových doskách a puzdrách. Ich dimenzionálna stabilita a elektrické izolačné vlastnosti sú kritické v miniaturizovaných a tepelne náročných prostrediach.
4.3. Spotrebný tovar
Tvrdené a UV-stabilizované plasty sa používajú v elektrických náradiach, spotrebičoch a športovom tovaru. ABS-Modifikovaný ABS je populárny v škrupinách prilby a ochranného zariadenia, zatiaľ čo počítač odolný voči poškriabaniu sa používa v okuliaroch a obrazovkách.
4.4. Lekárska starostlivosť
Inžinierske plasty modifikované na odolnosť proti sterilizácii a biokompatibilitu, ako sú PPSU a PEI, sa používajú v chirurgických prístrojoch, diagnostických zariadeniach a zubných nástrojoch. Formulácie bez aditív a nízko vyliahnutia sú nevyhnutné pre citlivé aplikácie.
4.5. Výstavba a priemyselné využitie
Modifikované plasty ponúkajú pri konštrukcii odolnosť proti korózii, tepelnú izoláciu a štrukturálnu integritu. Polyolefíny a polyestery vystužené GF sa používajú v potrubiach, paneloch a strojoch vystavených chemikáliám a napätiu záťaže.
5. Výzvy a budúce vyhliadky
Napriek svojim výhodám čelia modifikovaným inžinierskym plastom výzvy, ako sú vysoké materiálové náklady, problémy s recyklovateľnosťou a vplyv určitých prísad na životné prostredie. Kľúčovým budúcim smerom je vývoj biologicky odvodených a plne recyklovateľných inžinierskych plastov. Inteligentné materiály s samoliečením, tvarovou pamäťou a adaptívnymi vlastnosťami predstavujú ďalšiu hranicu. Očakáva sa, že inovácie v reaktívnom spracovaní, nanotechnológii a návrhu materiálového materiálu strojového učenia urýchlia vývoj vysoko výkonných a udržateľných inžinierskych plastov.
