1. Introduzione
Le materie plastiche ingegneristiche, come poliammide (PA), policarbonato (PC), polibutilene tereftalato (PBT) e polifenilene solfuro (PPS), sono una classe di termoplastiche che mostrano resistenza al calore, resistenza al calore e durata. Nonostante i loro vantaggi, limitazioni intrinseche come fragilità, infiammabilità e scarsa procedura in determinate condizioni limitano le loro applicazioni. Per superare queste limitazioni, sono state sviluppate varie tecniche di modifica. Questi includono la miscelazione con altri polimeri, incorporare riempitivi o rinforzi, applicare trattamenti chimici e utilizzare additivi per personalizzare le proprietà per requisiti specifici per l'uso finale.
2. Tecniche di modifica e strategie
2.1. Rinforzo con fibre o riempitivi
Rinforzamento di materie plastiche ingegneristiche Con materiali come fibre di vetro, fibre di carbonio o nano-arti migliorano significativamente la loro resistenza meccanica e la loro stabilità dimensionale. La PA rinforzata in fibra di vetro, ad esempio, presenta una maggiore resistenza alla trazione e rigidità, rendendolo adatto per applicazioni con carico. La fibra di carbonio, sebbene più costosa, offre un eccezionale rapporto resistenza-peso e conducibilità elettrica. I nanofiller, come silicati a strati e grafene, forniscono miglioramenti a contenuti di riempimento molto più bassi, influenzando la stabilità termica e le proprietà della barriera.
2.2. Modifiche di ritardo della fiamma
Le materie plastiche ingegneristiche richiedono spesso proprietà ritardanti di fiamma per applicazioni in elettronica e interni automobilistici. I ritardanti di fiamma alogenate convenzionali vengono sostituiti da alternative ecologiche come composti a base di fosforo, sistemi intumencenti e nanocompositi. Ad esempio, l'aggiunta di grafite espandibile e polifosfato di ammonio alla poliammide può ottenere valutazioni V-0 UL-94 mantenendo l'integrità meccanica.
2.3. Impatto e miglioramenti della tenacità
Molte materie plastiche ingegneristiche sono intrinsecamente fragili a basse temperature. Sono incorporati agenti inaspriti come elastomeri (ad es. EPDM, SEBS) o particelle di guscio centrale per migliorare la resistenza all'impatto. Questi modificatori funzionano assorbendo l'energia e avviando un cemento multiplo durante l'impatto, migliorando così la duttilità senza compromettere significativamente la resistenza termica.
2.4. Miglioramenti della stabilità termica e UV
Gli stabilizzatori termici (ad es. Fenoli ostacolati, fosfiti) e assorbitori UV (ad es. Benzotriazoli, stabilizzatori di luce ammina ostacolati) vengono aggiunti alla plastica ingegneristica utilizzata in ambienti esterni o ad alta temperatura. Questi additivi impediscono la scissione della catena e il degrado ossidativo, prolungando la durata dei componenti esposti al calore o alla luce solare.
2.5. Modifiche a base biologica e verde
Con una crescente attenzione alla sostenibilità, le materie ingegneristiche a base biologica come l'acido polilattico (PLA) vengono modificate per migliorare le loro prestazioni. Le tecniche includono la miscelazione con polimeri duri, l'aggiunta di fibre naturali (ad es. Canta, Kenaf) o estrusione reattiva con estensori a catena per migliorare la resistenza al calore e la durata.
3. Miglioramenti delle prestazioni
3.1. Proprietà meccaniche
Le materie plastiche ingegneristiche modificate mostrano marcati miglioramenti della resistenza alla trazione, della resistenza all'impatto e del comportamento a fatica. Ad esempio, la PBT rinforzata con fibra di vetro può resistere a carichi più elevati e sollecitazioni ripetute senza guasto.
3.2. Proprietà termiche
La conduttività termica, la temperatura di deflessione del calore (HDT) e il punto di fusione possono essere adattati attraverso riempitivi e additivi. La PPS modificata con nitruro di boro presenta una migliore conduttività termica, ideale per dissipatori di calore e alloggiamenti elettronici.
3.3. Proprietà elettriche
Nelle applicazioni che richiedono isolamento o conducibilità controllata, vengono utilizzate materie plastiche modificate con agenti antistatici, nero di carbonio o polimeri conduttivi. Ad esempio, i PC-ABS si fondono con nanotubi di carbonio offrono protezione elettrostatica per la scarica in dispositivi elettronici sensibili.
3.4. Resistenza chimica e meteororità
Gli additivi come fluoropolimeri o agenti di accoppiamento al silano migliorano l'inertezza chimica e riducono l'assorbimento di umidità. Gli stabilizzatori UV e gli antiossidanti aiutano a mantenere l'aspetto e la funzionalità in condizioni esterne.
3.5. Processobilità
Il comportamento a flusso, la modellabilità e la stabilità termica migliorate durante la lavorazione si ottengono attraverso modificatori reologici e aiuti alla lavorazione, consentendo geometrie complesse e qualità di produzione coerente.
4. Campi di applicazione
4.1. Industria automobilistica
Le materie plastiche ingegneristiche modificate vengono utilizzate in componenti sotto il cappuccio, pannelli del corpo e parti interne. La PA rinforzata con fibre di vetro sostituisce le parti metalliche, riducendo il peso del veicolo e il consumo di carburante. Le miscele per PC a fiamma vengono utilizzate per sistemi di illuminazione e dashboard.
4.2. Elettronica ed elettronica
Le materie plastiche ad alte prestazioni come PPS e PBT, modificate con ritardanti di fiamma e stabilizzatori termici, sono utilizzate in connettori, circuiti e alloggi. La loro stabilità dimensionale e le proprietà dell'isolamento elettrico sono fondamentali in ambienti miniaturizzati e ad alta intensità di calore.
4.3. Beni di consumo
Le materie plastiche indurite e stabilizzate con UV sono utilizzate in utensili elettrici, elettrodomestici e articoli sportivi. L'ABS modificato da impatto è popolare nei gusci di casco e nell'ingranaggio protettivo, mentre il PC resistente ai graffi viene utilizzato negli occhiali e negli schermi.
4.4. Assistenza medica e sanitaria
Le materie plastiche ingegneristiche modificate per resistenza alla sterilizzazione e biocompatibilità, come PPSU e PEI, sono utilizzate in strumenti chirurgici, dispositivi diagnostici e strumenti dentali. Le formulazioni prive di additive e a bassa uscita sono fondamentali per applicazioni sensibili.
4.5. Costruzione e uso industriale
Le materie plastiche modificate offrono resistenza alla corrosione, isolamento termico e integrità strutturale nella costruzione. I poliefine e i poliesteri rinforzati con GF sono utilizzati in tubi, pannelli e parti di macchinari esposti a sostanze chimiche e sollecitazioni di carico.
5. Sfide e prospettive future
Nonostante i loro vantaggi, le materie plastiche ingegneristiche modificate affrontano sfide come costi elevati, problemi di riciclabilità e impatto ambientale di alcuni additivi. Lo sviluppo di materie plastiche ingegneristiche bio-derivate e completamente riciclabili è una direzione fondamentale. I materiali intelligenti con auto-guarigione, memoria a forma e proprietà adattive rappresentano la prossima frontiera. Le innovazioni nella progettazione di materiali guidati da elaborazione reattiva, nanotecnologia e materiale guidato dall'apprendimento automatico accelereranno l'evoluzione delle materie plastiche ingegneristiche sostenibili ad alte prestazioni. .
