Dalle basi alle scoperte: la logica scientifica della modifica della resistenza ad alta temperatura PP
La resistenza al calore del PP puro è limitata dalla regione amorfa nella sua struttura semi-cristallina. Quando la temperatura si avvicina alla temperatura di transizione del vetro (da circa -10 ° C a 20 ° C), i segmenti della catena molecolare iniziano a muoversi violentemente, causando l'ammorbidente del materiale. Il nucleo del progetto di modifica è quello di costruire un doppio sistema di difesa: da un lato, il rinforzo fisico viene utilizzato per limitare il movimento delle catene molecolari e, dall'altro, viene utilizzata la stabilizzazione chimica per ritardare la degradazione ossidativa termica. Ad esempio, la temperatura di deformazione del calore dei materiali compositi PP con fibra di vetro al 30% aggiunta può saltare da 100 ° C di PP puro a più di 160 ° C. Le fibre di vetro formano una struttura a rete tridimensionale durante la lavorazione del fusione, proprio come impiantando uno "scheletro in acciaio rinforzato" nella matrice di plastica. Anche ad alte temperature, queste fibre rigide possono inibire efficacemente lo slittamento e il creep di PP Plastics ingegneria modificata . Ancora più intelligente, alcuni schemi di modifica usano la tecnologia del trattamento di superficie per ricoprire lo strato esterno di fibre di vetro con agenti di accoppiamento al silano, in modo che siano chimicamente legati alla matrice PP, migliorando ulteriormente la resistenza al legame interfacciale.
Gioco e integrazione di più percorsi tecnici
Nella pratica industriale, la modifica della resistenza ad alta temperatura non è uno spettacolo individuale di una singola tecnologia, ma una sinfonia di molteplici mezzi. Assumendo il collettore di aspirazione automobilistica come esempio, le parti metalliche tradizionali sono pesanti e facili da corrodere. Quando viene adottata la soluzione in lega PP/PA, l'alto punto di fusione del nylon (punto di fusione PA66 265 ° C) e la fluidità di elaborazione di PP si completano a vicenda. Attraverso la tecnologia di vulcanizzazione dinamica, le particelle di PA reticolate di dimensioni micron sono disperse nella matrice PP, che non solo mantiene l'efficienza di stampaggio di iniezione di PP, ma mantiene anche il materiale sufficientemente rigido a 140 ° C. La tecnologia nanocomposita più all'avanguardia tenta di introdurre silicati a strati. Quando i fiocchi di nanoclay vengono dispersi nella matrice PP in una forma esfoliata, solo il 5% della quantità di aggiunta può aumentare la temperatura di deformazione del calore di 30 ° C. Questo "effetto nano" deriva dalla tortuosa barriera dei fiocchi di argilla al percorso di diffusione del gas, che ritarda significativamente il processo di invecchiamento dell'ossidazione termica.
Evoluzione delle prestazioni in una rigorosa verifica
Lo scenario effettivo dell'applicazione mette alla prova il materiale ben oltre le condizioni del test di laboratorio. Il caso di sviluppo di una pipeline turbocompresa di una compagnia automobilistica tedesca è abbastanza rappresentativo: a una temperatura operativa di 140 ° C e una pressione di impulso di 0,8 MPa, i materiali PP ordinari possono durare solo 500 ore prima che appaiano le crepe, mentre lo speciale materiale PP con reinformamento in fibra di vetro è stata una modifica del composito antiossidante in fibra di vetro. Ciò è dovuto alla speciale combinazione di stabilizzatori di luce ammina ostacolati e inibitori del rame nella formula, che catturano radicali liberi come "guardie molecolari" e tagliano la reazione della catena di ossidazione termica. I dati di test di terze parti mostrano che dopo 1000 ore di invecchiamento termico a 150 ° C, il tasso di ritenzione di resistenza alla trazione del PP modificato supera l'85%, che è quasi raddoppiato rispetto ai materiali non modificati. Questa stabilità è particolarmente fondamentale nel guscio del pacco batteria di nuovi veicoli energetici: i materiali compositi PP a fiamma-retardante devono non solo passare la certificazione UL94 V-0, ma anche resistere a un impatto ad alta temperatura a breve termine di 300 ° C al momento della fuga termica della batteria. In questo momento, il ritardante di fiamma intimenziale nel materiale formerà rapidamente uno strato di carbonio denso per isolare l'ossigeno e il trasferimento di calore.
Future Battlefield: dal miglioramento delle prestazioni all'innovazione del sistema
Con la divulgazione di piattaforme ad alta tensione da 800 V e sistemi di trasmissione elettrica integrati, i requisiti di resistenza alla temperatura delle automobili per le materie plastiche ingegneristiche si spostano da 150 ° C alla soglia di 180 ° C. Ciò ha generato una strategia di modifica più dirompente: la tecnologia di "polimerizzazione in situ" sviluppata da un'azienda di materiale giapponese innesta direttamente i gruppi di anidride maleica sulla catena molecolare PP per formare un legame covalente con fibra di carbonio. Questo composito a livello molecolare consente alla temperatura di deformazione termica del materiale di superare i 190 ° C. Allo stesso tempo, la ricerca e lo sviluppo di agenti resistenti al calore bio-a base di calore sta riscrivendo le regole-polyfenoli gli antiossidanti naturali estratti dalla lignina non solo hanno la stessa efficienza anti-invecchiamento del BHT tradizionale, ma riducono anche il 62% delle emissioni dannose di gas durante la combustione. Ciò che è più degno di attenzione è la penetrazione della tecnologia digitale. Un laboratorio europeo ha utilizzato un algoritmo di apprendimento automatico per schermare il rapporto composto ternario in fibra di vetro/nanotubo di carbonio ottimale in soli tre mesi, comprimendo il tradizionale ciclo di sviluppo della formula che richiede diversi anni di iterazione dell'80%.
