Giới thiệu một số loại nhựa chịu nhiệt độ cao
2021-05-21
Trong ngành hàng không vũ trụ, để tối đa hóa khả năng chuyên chở hạn chế, việc kiểm soát trọng lượng của từng bộ phận rất nghiêm ngặt. Vật liệu tổng hợp dựa trên nhựa ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong lĩnh vực này do các đặc tính tổng thể tuyệt vời của chúng. Ngoài những yêu cầu rất cao về cơ tính của vật liệu, còn có những yêu cầu cao về khả năng chịu nhiệt độ. Hôm nay, Changganger giới thiệu một số loại nhựa chịu nhiệt độ cao phổ biến.
Polyimide, tên tiếng Anh là Polyimide (gọi tắt là PI), một loại polyme có chứa vòng imide (-CO-NH-CO-) trong chuỗi chính. Nó là một trong những vật liệu polymer hữu cơ tốt nhất với hiệu suất toàn diện cao. Nó có khả năng chịu nhiệt độ cao trên 400 ° C, phạm vi nhiệt độ sử dụng lâu dài từ -200 đến 300 ° C, không có điểm nóng chảy rõ ràng, hiệu suất cách điện cao, hằng số điện môi là 3.0 ở 103 Hz và chỉ mất điện môi. 0,004 đến 0,007, thuộc F đến H.
Theo cấu trúc hóa học của đơn vị lặp lại, polyimit có thể được phân thành ba loại: polyimit béo, bán thơm và thơm. Theo tính chất nhiệt, nó có thể được chia thành polyimit nhiệt dẻo và nhiệt rắn.
Polytetrafluoroethylene, tên tiếng Anh là Poly tetra fluoroethylene, viết tắt là PTFE. Nếu bạn không biết nhiều về loại nhựa này, bạn có thể rất quen thuộc với bí danh Teflon và Teflon. Đúng vậy, đó là lớp phủ thường được sử dụng trên chảo chống dính.
Vật liệu này có khả năng chống lại axit và bazơ và các dung môi hữu cơ khác nhau và hầu như không hòa tan trong tất cả các dung môi. Đồng thời, PTFE có đặc tính chịu nhiệt độ cao, hệ số ma sát cực thấp nên có thể dùng làm chất bôi trơn và nó cũng là lớp phủ lý tưởng giúp dễ dàng vệ sinh lớp bên trong ống dẫn nước.
Điểm nóng chảy của nó cao tới 327 ° C, độ ổn định lâu dài của nó có thể là -180 ~ 250 ° C.
Polyphenylene ete là một loại nhựa kỹ thuật có độ bền cao được phát triển vào những năm 1960. Tên hóa học của nó là poly 2,6â € ”dimethyl â €” 1,4â € ”phenyl ete, PPO (Polyphenylene Oxide) hoặc PPE (Polypheylene ether). Được gọi là polyphenylene oxide hoặc polyphenylene ete.
Nó có khả năng chịu nhiệt cao, nhiệt độ chuyển thủy tinh là 211 ° C, điểm nóng chảy 268 ° C, gia nhiệt đến 330 ° C có xu hướng phân hủy, hàm lượng PPO càng cao thì khả năng chịu nhiệt càng tốt, nhiệt độ biến dạng nhiệt có thể đạt 190 ° C.
PPO không độc hại, trong suốt và tỷ trọng tương đối thấp, và có độ bền cơ học tuyệt vời, khả năng chống thư giãn căng thẳng, chống rung, chịu nhiệt, chống nước, chống hơi nước và ổn định kích thước. Nó có đặc tính điện tốt trong một phạm vi nhiệt độ và tần số khác nhau. Nhược điểm chính là dòng chảy kém và khó xử lý. Hầu hết các ứng dụng thực tế là MPPO (hỗn hợp hoặc hợp kim PPO). Ví dụ, PPO sửa đổi PS có thể cải thiện đáng kể hiệu suất xử lý. Cải thiện khả năng chống nứt do ứng suất và khả năng chống va đập, giảm chi phí, và chỉ làm giảm một chút khả năng chịu nhiệt và độ bóng.
Polyphenylene sulfide là một polyphenylene sulfide, một loại nhựa nhiệt dẻo có nhóm phenylthio trong chuỗi chính của phân tử, viết tắt là PPS trong tiếng Anh. Polyphenylene sulfide là một polyme tinh thể.
Sợi chưa vẽ có vùng vô định hình lớn (độ kết tinh khoảng 5%), và sự tỏa nhiệt kết tinh xảy ra ở 125 ° C, nhiệt độ chuyển thủy tinh là 150 ° C; và điểm nóng chảy là 281 ° C. Sợi kéo tạo ra kết tinh một phần trong quá trình kéo dài (tăng lên 30%), và xử lý nhiệt sợi kéo ở nhiệt độ 130-230 ° C có thể tăng độ kết tinh lên 60-80 %. Do đó, sợi kéo không có quá trình chuyển đổi thủy tinh hoặc tỏa nhiệt kết tinh đáng kể và có điểm nóng chảy là 284 ° C.
Với sự gia tăng của độ kết tinh sau khi kéo căng nhiệt độ, mật độ của sợi tăng tương ứng, từ 1,33g / cm³ trước khi kéo căng lên 1,34g / cm³ sau khi kéo dài; sau khi xử lý nhiệt có thể đạt 1,38g / Cm³. Độ co ngót của khuôn: 0,7% Nhiệt độ khuôn: 300-330 ° C.
Nhiệt độ biến dạng nhiệt thường lớn hơn 260 độ và có thể được sử dụng trong phạm vi nhiệt độ 180 ~ 220 ° C. PPS là một trong những loại chịu nhiệt tốt nhất trong nhựa kỹ thuật.
Polyetheretherketone (tiếng Anh là poly-ether-ether-ketone, viết tắt là PEEK) là một polyme cao bao gồm một đơn vị lặp lại chứa một liên kết xeton và hai liên kết ete trong cấu trúc chuỗi chính, và là một vật liệu polyme đặc biệt. Nó có một đặc tính lý hóa như khả năng chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn hóa học. Nó là một loại vật liệu polyme bán tinh thể có điểm nóng chảy 334 ° C, điểm hóa mềm 168 ° C và độ bền kéo 132-148 MPa. Nó có thể được sử dụng làm vật liệu cấu trúc chịu nhiệt độ cao và vật liệu cách điện. Vật liệu gia cố có thể được chuẩn bị bằng cách kết hợp với sợi thủy tinh hoặc sợi carbon. Một loại polyme ete polyarylen thu được bằng cách ngưng tụ với một phenol thơm dihydric thường được sử dụng.
PEEK có khả năng chịu nhiệt cực tốt và chịu được nhiệt độ cao. Nó có thể được sử dụng trong thời gian dài ở 250 ° C. Nhiệt độ tức thời có thể lên tới 300 ° C. Nó có độ cứng cao, ổn định kích thước và hệ số giãn nở tuyến tính nhỏ. Nó gần với nhôm kim loại. PEEK có tính ổn định hóa học tốt. Nó có khả năng chống ăn mòn mạnh đối với axit, kiềm và hầu như tất cả các dung môi hữu cơ, và có các đặc tính chống cháy và chống bức xạ. PEEK có khả năng chống mài mòn trượt và mài mòn tuyệt vời, đặc biệt là ở 250 ° C. Khả năng chống mài mòn cao và hệ số ma sát thấp; Ngoài ra, PEEK rất dễ ép đùn và ép phun.
Bismaleimide (BMI) là một loại hệ thống nhựa khác có nguồn gốc từ hệ thống nhựa polyimide. Nó là một hợp chất đa chức năng với maleimide (MI) là nhóm hoạt động cuối cùng. Tính lưu động và khả năng tạo khuôn tương tự có thể được xử lý bằng cùng một phương pháp chung như nhựa epoxy, điều này khắc phục được những khuyết điểm về khả năng chịu nhiệt tương đối thấp của nhựa epoxy. Vì vậy, nó đã nhanh chóng được phát triển và sử dụng rộng rãi trong hai thập kỷ qua. .
BMI chứa một vòng benzen, một vòng dị vòng imide và mật độ liên kết chéo cao, do đó sản phẩm được đóng rắn có khả năng chịu nhiệt tuyệt vời và Tg của nó nói chung là hơn 250 ° C và phạm vi nhiệt độ sử dụng là khoảng 177 ° C đến 232 ° C. Ethylenediamine trong BMI béo là ổn định nhất và nhiệt độ phân hủy nhiệt (Td) sẽ giảm khi số lượng nhóm metylen tăng lên. Td của BMI thơm thường cao hơn BMI béo, trong đó 2,4. Td của diaminobenzenes cao hơn các loại khác. Ngoài ra, Td có mối quan hệ chặt chẽ với mật độ liên kết ngang, và Td tăng lên cùng với sự gia tăng của mật độ liên kết ngang trong một phạm vi nhất định.
Nhựa furan là một thuật ngữ chung cho các loại nhựa được sản xuất từ sterol và furfural có vòng furan làm nguyên liệu thô. Nó đóng rắn thành các chất rắn không hòa tan và không ngấm được dưới tác dụng của axit mạnh. Các loại là nhựa sterol, nhựa lông thú, nhựa fluorenone, nhựa fluorenone- Formaldehyde, v.v.
Chiếc nhẫn này là chiếc nhẫn furan
Vật liệu chịu nhiệt Vật liệu composite cốt sợi thủy tinh furan có khả năng chịu nhiệt cao hơn vật liệu composite cốt sợi thủy tinh phenolic nói chung và có thể sử dụng trong thời gian dài ở khoảng 150 ° C.
Nhựa xyanat là một loại nhựa nhiệt rắn mới có hai hoặc nhiều nhóm chức xyanat (-OCN) trong cấu trúc phân tử được phát triển vào những năm 1960. Cấu trúc phân tử của nó là: NCO-R-OCN; cyanate ester Resin còn được gọi là nhựa triazine A, tên đầy đủ tiếng Anh là Triazine A resin, TA resin, Cyanate resin, viết tắt là CE.
Cyanate ester CE có các đặc tính cơ học ở nhiệt độ cao tuyệt vời, độ bền uốn và độ bền kéo cao hơn so với nhựa epoxy sinh học; độ hút nước rất thấp (<1,5%); độ co ngót đúc thấp, ổn định kích thước tốt; Khả năng chịu nhiệt Đặc tính tốt, nhiệt độ chuyển thủy tinh 240 ~ 260 ° C, lên đến 400 ° C, có thể đóng rắn ở 170 ° C sau khi sửa đổi; Khả năng chịu nhiệt và độ ẩm, chống cháy, kết dính rất tốt, và sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi thạch anh Các vật liệu gia cố như râu có đặc tính liên kết tốt; đặc tính điện tuyệt vời, hằng số điện môi cực thấp (2,8 ~ 3,2) và tiếp tuyến tổn hao điện môi (0,002 ~ 0,008), và đặc tính điện môi so với nhiệt độ và tần số sóng điện từ. Những thay đổi cho thấy sự ổn định duy nhất (tức là có băng thông rộng).
Nhựa polyarylethynyl (PAA) là một loại polyme hiệu suất cao được tạo thành bằng cách trùng hợp thêm các hydrocacbon thơm ethynyl. Nó là vật liệu lý tưởng cho nhựa carbon cao chống mài mòn được gia cố bằng sợi và được sử dụng rộng rãi trong các vật liệu hàng không vũ trụ như vòi phun tên lửa và vòi phun động cơ tên lửa.
Cái gọi là nhiệt độ cao là nói một cách tương đối. Nhìn chung, khả năng chịu nhiệt độ của vật liệu composite gốc nhựa hơi kém hơn so với vật liệu composite như vật liệu làm từ kim loại và vật liệu làm từ gốm. Tuy nhiên, sức hút lớn nhất của vật liệu composite nằm ở khả năng chỉ định của chúng. Thông qua quá trình thiết kế và đúc khuôn hợp lý, họ có thể phát huy điểm mạnh và tránh điểm yếu.
Không có vật liệu nào là hoàn hảo, không phải là hoàn hảo, vì vậy vẫn có chỗ để cải thiện. Trong tương lai, với sự nỗ lực chung của nhiều học viên, nhiều vật liệu mới sẽ xuất hiện và vật liệu composite dựa trên polyme chắc chắn sẽ đóng một vai trò lớn hơn.
Công nghệ thúc đẩy sự phát triển xã hội và vật liệu thay đổi thế giới!
Polyimide, tên tiếng Anh là Polyimide (gọi tắt là PI), một loại polyme có chứa vòng imide (-CO-NH-CO-) trong chuỗi chính. Nó là một trong những vật liệu polymer hữu cơ tốt nhất với hiệu suất toàn diện cao. Nó có khả năng chịu nhiệt độ cao trên 400 ° C, phạm vi nhiệt độ sử dụng lâu dài từ -200 đến 300 ° C, không có điểm nóng chảy rõ ràng, hiệu suất cách điện cao, hằng số điện môi là 3.0 ở 103 Hz và chỉ mất điện môi. 0,004 đến 0,007, thuộc F đến H.
Theo cấu trúc hóa học của đơn vị lặp lại, polyimit có thể được phân thành ba loại: polyimit béo, bán thơm và thơm. Theo tính chất nhiệt, nó có thể được chia thành polyimit nhiệt dẻo và nhiệt rắn.
Polytetrafluoroethylene, tên tiếng Anh là Poly tetra fluoroethylene, viết tắt là PTFE. Nếu bạn không biết nhiều về loại nhựa này, bạn có thể rất quen thuộc với bí danh Teflon và Teflon. Đúng vậy, đó là lớp phủ thường được sử dụng trên chảo chống dính.
Vật liệu này có khả năng chống lại axit và bazơ và các dung môi hữu cơ khác nhau và hầu như không hòa tan trong tất cả các dung môi. Đồng thời, PTFE có đặc tính chịu nhiệt độ cao, hệ số ma sát cực thấp nên có thể dùng làm chất bôi trơn và nó cũng là lớp phủ lý tưởng giúp dễ dàng vệ sinh lớp bên trong ống dẫn nước.
Điểm nóng chảy của nó cao tới 327 ° C, độ ổn định lâu dài của nó có thể là -180 ~ 250 ° C.
Polyphenylene ete là một loại nhựa kỹ thuật có độ bền cao được phát triển vào những năm 1960. Tên hóa học của nó là poly 2,6â € ”dimethyl â €” 1,4â € ”phenyl ete, PPO (Polyphenylene Oxide) hoặc PPE (Polypheylene ether). Được gọi là polyphenylene oxide hoặc polyphenylene ete.
Nó có khả năng chịu nhiệt cao, nhiệt độ chuyển thủy tinh là 211 ° C, điểm nóng chảy 268 ° C, gia nhiệt đến 330 ° C có xu hướng phân hủy, hàm lượng PPO càng cao thì khả năng chịu nhiệt càng tốt, nhiệt độ biến dạng nhiệt có thể đạt 190 ° C.
PPO không độc hại, trong suốt và tỷ trọng tương đối thấp, và có độ bền cơ học tuyệt vời, khả năng chống thư giãn căng thẳng, chống rung, chịu nhiệt, chống nước, chống hơi nước và ổn định kích thước. Nó có đặc tính điện tốt trong một phạm vi nhiệt độ và tần số khác nhau. Nhược điểm chính là dòng chảy kém và khó xử lý. Hầu hết các ứng dụng thực tế là MPPO (hỗn hợp hoặc hợp kim PPO). Ví dụ, PPO sửa đổi PS có thể cải thiện đáng kể hiệu suất xử lý. Cải thiện khả năng chống nứt do ứng suất và khả năng chống va đập, giảm chi phí, và chỉ làm giảm một chút khả năng chịu nhiệt và độ bóng.
Polyphenylene sulfide là một polyphenylene sulfide, một loại nhựa nhiệt dẻo có nhóm phenylthio trong chuỗi chính của phân tử, viết tắt là PPS trong tiếng Anh. Polyphenylene sulfide là một polyme tinh thể.
Sợi chưa vẽ có vùng vô định hình lớn (độ kết tinh khoảng 5%), và sự tỏa nhiệt kết tinh xảy ra ở 125 ° C, nhiệt độ chuyển thủy tinh là 150 ° C; và điểm nóng chảy là 281 ° C. Sợi kéo tạo ra kết tinh một phần trong quá trình kéo dài (tăng lên 30%), và xử lý nhiệt sợi kéo ở nhiệt độ 130-230 ° C có thể tăng độ kết tinh lên 60-80 %. Do đó, sợi kéo không có quá trình chuyển đổi thủy tinh hoặc tỏa nhiệt kết tinh đáng kể và có điểm nóng chảy là 284 ° C.
Với sự gia tăng của độ kết tinh sau khi kéo căng nhiệt độ, mật độ của sợi tăng tương ứng, từ 1,33g / cm³ trước khi kéo căng lên 1,34g / cm³ sau khi kéo dài; sau khi xử lý nhiệt có thể đạt 1,38g / Cm³. Độ co ngót của khuôn: 0,7% Nhiệt độ khuôn: 300-330 ° C.
Nhiệt độ biến dạng nhiệt thường lớn hơn 260 độ và có thể được sử dụng trong phạm vi nhiệt độ 180 ~ 220 ° C. PPS là một trong những loại chịu nhiệt tốt nhất trong nhựa kỹ thuật.
Polyetheretherketone (tiếng Anh là poly-ether-ether-ketone, viết tắt là PEEK) là một polyme cao bao gồm một đơn vị lặp lại chứa một liên kết xeton và hai liên kết ete trong cấu trúc chuỗi chính, và là một vật liệu polyme đặc biệt. Nó có một đặc tính lý hóa như khả năng chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn hóa học. Nó là một loại vật liệu polyme bán tinh thể có điểm nóng chảy 334 ° C, điểm hóa mềm 168 ° C và độ bền kéo 132-148 MPa. Nó có thể được sử dụng làm vật liệu cấu trúc chịu nhiệt độ cao và vật liệu cách điện. Vật liệu gia cố có thể được chuẩn bị bằng cách kết hợp với sợi thủy tinh hoặc sợi carbon. Một loại polyme ete polyarylen thu được bằng cách ngưng tụ với một phenol thơm dihydric thường được sử dụng.
PEEK có khả năng chịu nhiệt cực tốt và chịu được nhiệt độ cao. Nó có thể được sử dụng trong thời gian dài ở 250 ° C. Nhiệt độ tức thời có thể lên tới 300 ° C. Nó có độ cứng cao, ổn định kích thước và hệ số giãn nở tuyến tính nhỏ. Nó gần với nhôm kim loại. PEEK có tính ổn định hóa học tốt. Nó có khả năng chống ăn mòn mạnh đối với axit, kiềm và hầu như tất cả các dung môi hữu cơ, và có các đặc tính chống cháy và chống bức xạ. PEEK có khả năng chống mài mòn trượt và mài mòn tuyệt vời, đặc biệt là ở 250 ° C. Khả năng chống mài mòn cao và hệ số ma sát thấp; Ngoài ra, PEEK rất dễ ép đùn và ép phun.
Bismaleimide (BMI) là một loại hệ thống nhựa khác có nguồn gốc từ hệ thống nhựa polyimide. Nó là một hợp chất đa chức năng với maleimide (MI) là nhóm hoạt động cuối cùng. Tính lưu động và khả năng tạo khuôn tương tự có thể được xử lý bằng cùng một phương pháp chung như nhựa epoxy, điều này khắc phục được những khuyết điểm về khả năng chịu nhiệt tương đối thấp của nhựa epoxy. Vì vậy, nó đã nhanh chóng được phát triển và sử dụng rộng rãi trong hai thập kỷ qua. .
BMI chứa một vòng benzen, một vòng dị vòng imide và mật độ liên kết chéo cao, do đó sản phẩm được đóng rắn có khả năng chịu nhiệt tuyệt vời và Tg của nó nói chung là hơn 250 ° C và phạm vi nhiệt độ sử dụng là khoảng 177 ° C đến 232 ° C. Ethylenediamine trong BMI béo là ổn định nhất và nhiệt độ phân hủy nhiệt (Td) sẽ giảm khi số lượng nhóm metylen tăng lên. Td của BMI thơm thường cao hơn BMI béo, trong đó 2,4. Td của diaminobenzenes cao hơn các loại khác. Ngoài ra, Td có mối quan hệ chặt chẽ với mật độ liên kết ngang, và Td tăng lên cùng với sự gia tăng của mật độ liên kết ngang trong một phạm vi nhất định.
Nhựa furan là một thuật ngữ chung cho các loại nhựa được sản xuất từ sterol và furfural có vòng furan làm nguyên liệu thô. Nó đóng rắn thành các chất rắn không hòa tan và không ngấm được dưới tác dụng của axit mạnh. Các loại là nhựa sterol, nhựa lông thú, nhựa fluorenone, nhựa fluorenone- Formaldehyde, v.v.
Chiếc nhẫn này là chiếc nhẫn furan
Vật liệu chịu nhiệt Vật liệu composite cốt sợi thủy tinh furan có khả năng chịu nhiệt cao hơn vật liệu composite cốt sợi thủy tinh phenolic nói chung và có thể sử dụng trong thời gian dài ở khoảng 150 ° C.
Nhựa xyanat là một loại nhựa nhiệt rắn mới có hai hoặc nhiều nhóm chức xyanat (-OCN) trong cấu trúc phân tử được phát triển vào những năm 1960. Cấu trúc phân tử của nó là: NCO-R-OCN; cyanate ester Resin còn được gọi là nhựa triazine A, tên đầy đủ tiếng Anh là Triazine A resin, TA resin, Cyanate resin, viết tắt là CE.
Cyanate ester CE có các đặc tính cơ học ở nhiệt độ cao tuyệt vời, độ bền uốn và độ bền kéo cao hơn so với nhựa epoxy sinh học; độ hút nước rất thấp (<1,5%); độ co ngót đúc thấp, ổn định kích thước tốt; Khả năng chịu nhiệt Đặc tính tốt, nhiệt độ chuyển thủy tinh 240 ~ 260 ° C, lên đến 400 ° C, có thể đóng rắn ở 170 ° C sau khi sửa đổi; Khả năng chịu nhiệt và độ ẩm, chống cháy, kết dính rất tốt, và sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi thạch anh Các vật liệu gia cố như râu có đặc tính liên kết tốt; đặc tính điện tuyệt vời, hằng số điện môi cực thấp (2,8 ~ 3,2) và tiếp tuyến tổn hao điện môi (0,002 ~ 0,008), và đặc tính điện môi so với nhiệt độ và tần số sóng điện từ. Những thay đổi cho thấy sự ổn định duy nhất (tức là có băng thông rộng).
Nhựa polyarylethynyl (PAA) là một loại polyme hiệu suất cao được tạo thành bằng cách trùng hợp thêm các hydrocacbon thơm ethynyl. Nó là vật liệu lý tưởng cho nhựa carbon cao chống mài mòn được gia cố bằng sợi và được sử dụng rộng rãi trong các vật liệu hàng không vũ trụ như vòi phun tên lửa và vòi phun động cơ tên lửa.
Cái gọi là nhiệt độ cao là nói một cách tương đối. Nhìn chung, khả năng chịu nhiệt độ của vật liệu composite gốc nhựa hơi kém hơn so với vật liệu composite như vật liệu làm từ kim loại và vật liệu làm từ gốm. Tuy nhiên, sức hút lớn nhất của vật liệu composite nằm ở khả năng chỉ định của chúng. Thông qua quá trình thiết kế và đúc khuôn hợp lý, họ có thể phát huy điểm mạnh và tránh điểm yếu.
Không có vật liệu nào là hoàn hảo, không phải là hoàn hảo, vì vậy vẫn có chỗ để cải thiện. Trong tương lai, với sự nỗ lực chung của nhiều học viên, nhiều vật liệu mới sẽ xuất hiện và vật liệu composite dựa trên polyme chắc chắn sẽ đóng một vai trò lớn hơn.
Công nghệ thúc đẩy sự phát triển xã hội và vật liệu thay đổi thế giới!
