Обзор термопластичных композитных смол

В последние годы популярность термопластичных композитов на основе термопластичных смол резко возросла. Исследователи и предприятия по всему миру сосредоточены на разработке этих высокоэффективных материалов. Наиболее распространенные процессы формования термопластов включают компрессионное формование, литье под давлением, намотку нитей и пултрузию. Выбор подходящего типа пластиковой смолы имеет решающее значение в этих процессах, так как он напрямую влияет на характеристики и производительность конечного продукта. Каждый тип смолы предлагает ряд преимуществ, позволяя производителям подбирать материалы в соответствии с конкретными требованиями к продукту.

Общие термопластичные смолы для композитов

Наиболее распространенные высокоэффективные термопластичные смолы — полиэфирэфиркетон (PEEK), полиэфиркетонкетон (PEKK), полиамид-имид (PAI), полифениленсульфид (PPS), полиэфиримид (PEI), полиэфирсульфон (PES) и жидкокристаллический полимер (LCP) — хорошо работают в условиях высоких температур. После отвердевания они не впитывают воду и не разлагаются во влажных условиях. Эти смолы, армированные высокоэффективными волокнами, продлевают срок хранения препрегов без охлаждения и обладают отличной ударопрочностью и демпфированием вибраций. Они также предоставляют возможности для использования переработанного материала и упрощают переработку отходов и остатков структуры.

Полиэфирэфиркетон (PEEK)

Смола PEEK обладает высокой температурой стеклования (143°C) и температурой плавления (334°C), что делает её надежной для использования в приложениях, требующих термостойкости. Она также обладает отличной стойкостью к ползучести, высокой прочностью на разрыв и является экологически безопасной.

Области применения: PEEK широко используется в аэрокосмической, автомобильной, биомедицинской и электротехнической промышленностях. Она подходит для изготовления подшипников, изолированных кабелей, защитных шестерен, насосов, деталей тяжелого машиностроения, клапанов, компрессоров, полупроводников и т.д. Основные производители PEEK в Китае включают Kangsheng New Materials, Water Co., Zhongyan ZYPEEK Co., ARKPEEK и Zhaomin Technology.

Полиэфиркетонкетон (PEKK)

PEKK является высокомолекулярным полимером, состоящим из дифенилового эфира и изофталоила хлорида или терефталоила хлорида, с повторяющимся звеном, содержащим один эфирный и два кетонных звена в структуре главной цепи.

Свойства: Смола PEKK обладает чрезвычайно высокой термостойкостью, с длительной температурой использования 250~260°C и краткосрочной до 300°C. Она имеет высокую жесткость, прочность на разрыв, прочность на сжатие и ударопрочность. Обладает отличной огнестойкостью, врожденной огнестойкостью и низким уровнем задымления, а также превосходной химической стойкостью, диэлектрической прочностью, изоляционными свойствами и стойкостью к трению.

Области применения: PEKK используется в высокотемпературных конструкционных и электроизоляционных материалах, антипригарных покрытиях, термопластичных композитах с углеродным волокном, нитях и порошках для 3D-печати, литых изделиях, экструдированных пластинах, электронных пленках и других продуктах. Она широко применяется в аэрокосмической, 3D-печати, 5G-электронике, нефтегазодобыче, медицинских устройствах, зубных и костных имплантатах и новых энергетических автомобилях. В настоящее время Shandong Kangsheng New Material Co. является единственной отечественной компанией с независимыми интеллектуальными правами и способностью производить PEKK.

Полиамид-имид (PAI)

PAI, высокомолекулярный полимер с чередующимися имидными кольцами и амидными связями, обладает непревзойденной прочностью среди неармированных промышленных пластиков, с прочностью на разрыв более 172 МПа и температурой теплового искажения 274°C при нагрузке 1,8 МПа.

Свойства: PAI сохраняет отличные свойства полиимидов, такие как термостойкость, механические свойства, стойкость к ползучести, радиации и химическая стабильность, при этом он легче в обработке. Также обладает лучшей жесткостью и химической стабильностью по сравнению с полиимидами и легче растворяется в органических растворителях.

Области применения: PAI хорошо сцепляется с металлами и другими материалами, что делает его пригодным для использования в качестве покрытий эмалированного провода, пропиточных лаков, пленок, ламинированных материалов, покрытий и клеев. Например, эмалированные провода из PAI используются в Н-классе глубоководных двигателей, ламинированные материалы в печатных платах и разъемах, пленки в качестве изоляционных материалов.

Полифениленсульфид (PPS)

PPS, наиболее широко используемая термопластичная смола среди полиариленсульфидов (PAS), состоит из чередующихся бензольных колец и пара-серных атомов. Жесткая структура бензольных колец обеспечивает высокую кристалличность и стойкость к коррозии, а гибкие сульфидные связи и врожденная огнестойкость обеспечивают соответствие уровню огнестойкости UL-94-V0 без добавления антипиренов.

Области применения: Модифицированные смолы PPS могут использоваться в инженерных пластиках, волокнах, пленках и покрытиях в различных областях. Основные производители PPS в Китае включают Zhejiang NHU, Chongqing Polyseal, Shandong Sainji, Guangdong Hongshu, Zhuhai Changxian, Jiangsu Ouruida, Suzhou Napol, Sichuan Zhongke Xingye и Chengdu Letian Plastics.

Полиэфиримид (PEI)

PEI, известный как полиэфиримид, представляет собой аморфный термопластичный инженерный пластик янтарного цвета с гибкими эфирными связями (-R-O-R-), введенными в жесткие длинноцепочечные молекулы полиимида. Он сочетает в себе ароматические аминные функциональные группы с эфирными связями, предлагая более дешевую и высокопроизводительную термопластичную альтернативу другим ароматическим полиимидам.

Области применения: PEI используется в электронике, электротехнике и аэрокосмической промышленности в качестве замены металлов в традиционных продуктах и предметах повседневной жизни. Особенно привлекает внимание его использование вместо металлов в производстве оптических волоконных соединителей, что оптимизирует структуру компонентов, упрощает процессы производства и сборки и снижает стоимость конечного продукта примерно на 40%. Композиты PEI с углеродным волокном используются в различных компонентах вертолетов, а пенопласт PEI применяется в качестве изоляционного и звукоизоляционного материала в транспортных машинах и самолетах.

Жидкокристаллический полимер (LCP)

LCP, полностью ароматический полиэфир, характеризуется уникальными молекулярными структурами с одно- или двумерной дальнодействующей молекулярной ориентацией, что обеспечивает высокую термостойкость, высокий модуль, низкую вязкость расплава, минимальное термическое расширение, низкие диэлектрические потери и высокую прочность.

Области применения: LCP используется в инженерных пластиках, пленках и волокнах. Применения включают высокоскоростные соединители, вибраторы антенн базовых станций 5G и подложки для антенн FCCL. Основные отечественные производители LCP включают Kingfa Sci. & Tech., Water New Material, Shanghai Prite, Nantong Haidi, Nanjing Qingyan, Ningbo Haigera и Ningbo Ju Jia New Material.

Преимущества формования термопластичных композитов

1, Гибкость дизайна: Термопластичные материалы обеспечивают непревзойденную гибкость дизайна, позволяя производителям создавать сложные формы, текстуры и индивидуальные дизайны с использованием технологии термоформования. Эта универсальность делает их идеальными для производства сложных и визуально привлекательных продуктов, адаптированных к специфическим потребностям клиентов.

2, Экономическая эффективность: Термопластичные смолы, используемые в термоформовании, экономически выгодны, поскольку требуют минимальных затрат на формы и настройку, что делает их подходящими для как маломасштабного, так и крупномасштабного производства. Кроме того, легкость термопластичных материалов помогает снизить затраты на транспортировку и обработку.

3, Перерабатываемость и устойчивость: Многие термопластичные смолы, используемые в термоформовании, известны своей перерабатываемостью и устойчивостью, что соответствует растущему спросу на экологически чистые производственные практики. Эти смолы можно легко перерабатывать и использовать повторно, снижая воздействие на окружающую среду и способствуя циркулярной экономике. Используя различные типы термопластичных материалов в термоформовании, производители способствуют устойчивому производству и сокращают углеродный след.