литьевое формование
При литье под давлением полимерные гранулы сжимаются поршнем или шнеком, нагреваются до расплавленного состояния и впрыскиваются под давлением в холодную разъемную форму.
После охлаждения ниже температуры стеклования (Tg) форма открывается, и готовое изделие извлекается.
Избыточный полимер впрыскивается для компенсации усадки в форме.
Молекулы ориентируются параллельно направлению потока, что придает изделию дополнительную прочность, но приводит к анизотропным свойствам.
Процесс обеспечивает высокую точность формовки, так как полимер охлаждается под давлением.
Цикл производства – от 1 до 5 минут.
Температура формования термопластов: 150–350°C.
Давление литья: 30–120 МН/м².
Виды литья под давлением
1. Газоассистированное литье (Gas-Assisted Injection Molding, GAIM)
📌 В расплавленный полимер впрыскивается газ (обычно азот).
📌 Газ выталкивает пластик к стенкам формы, создавая полые секции или уменьшая расход материала.
2. Литье с тонкими стенками (Thin-Wall Injection Molding)
📌 Используется для деталей с очень тонкими стенками (<1 мм).
📌 Требует специальных пресс-форм и высоких давлений.
3. Литье жидкого силиконового каучука (Liquid Silicone Rubber, LSR Injection Molding)
📌 Для термореактивного жидкого силикона (LSR).
📌 Материал впрыскивается в нагретую форму, где затвердевает.
4. Структурное пенное литье (Structural Foam Molding)
📌 В полимер добавляется вспенивающий агент или газ.
📌 Получаются детали с ячеистым внутренним слоем и прочной внешней оболочкой.
5. Литье металлических порошков (Metal Injection Molding, MIM)
📌 Полимер связывает частицы металла, образуя смесь.
📌 После формования полимер удаляется, а оставшийся металл спекается в печи.
Преимущества литья под давлением
✅ Высокая экономическая эффективность при крупносерийном производстве.
✅ Широкий выбор материалов – от стандартных до специализированных пластиков.
✅ Высокая степень свободы в дизайне, ограниченная только формой и свойствами материала.
✅ Гибкость в размерах изделий – от микродеталей до автомобильных панелей.
✅ Минимальные отходы – переработка и повторное использование пластика.
Недостатки литья под давлением
❌ Высокие первоначальные затраты на оборудование и оснастку.
❌ Длительный цикл разработки пресс-форм.
❌ Ограниченный выбор материалов – не все полимеры подходят для процесса.
❌ Риск дефектов (усадка, пористость, неравномерное распределение).
❌ Требуется высокая квалификация инженеров.
❌ Оптимален только для массового производства.
Применение литья под давлением
✅ Автомобильная промышленность – панели, решетки, элементы интерьера.
✅ Упаковка для продуктов питания и напитков.
✅ Стандартные пластиковые изделия – катушки, трубы, бруски.
✅ Игрушки и фигурки.
✅ Электронные компоненты и корпуса.
✅ Медицинские устройства – корпуса приборов, шприцы, контейнеры.
✅ Бытовые товары – мебельная фурнитура, аксессуары.
Литье под давлением – это универсальный метод производства пластиковых деталей, обеспечивающий точность, скорость и минимальные отходы.
Полисульфон (ПСУ)
Полисульфон (PSU) — это высокопроизводительный аморфный термопластичный полимер, известный своими превосходными механическими свойствами, высокой термической стабильностью и устойчивостью к химическим веществам и окислению. Он относится к семейству сульфоновых полимеров, в которое также входят полиэфирсульфон (PES) и полифенилсульфон (PPSU).
Структура
Полисульфон (PSU) обладает линейной полимерной структурой, состоящей из повторяющихся единиц ароматических колец, соединённых сульфоновыми (–SO₂–) связями. Основная структура PSU включает бензольное кольцо, присоединённое к сульфоновой группе, которая затем связана с другим ароматическим кольцом через одинарную связь. Повторяющаяся единица обычно состоит из бифенильных групп, где сульфоновая группа является ключевым элементом, обеспечивающим химическую стабильность и термостойкость материала. Структура полимера отличается высокой жёсткостью благодаря ароматической природе колец и прочности сульфоновых связей. Присутствие сульфоновой группы также повышает термическую стабильность и устойчивость PSU к окислению, что способствует его общей прочности и долговечности в различных сложных условиях применения. Аморфная природа PSU позволяет сохранять прозрачность, в отличие от некоторых кристаллических термопластов, и обеспечивает возможность лёгкой переработки в различные формы.
Свойства
Полисульфон (PSU) — это высокопроизводительный термопластик с впечатляющим сочетанием свойств. Он демонстрирует отличную термическую стабильность, сохраняя механическую прочность при температурах до примерно 160°C, что делает его подходящим для высокотемпературных применений. PSU обладает выдающейся химической стойкостью, выдерживая воздействие широкого спектра химических веществ, включая кислоты, щёлочи и различные растворители. Эта химическая инертность делает его идеальным для использования в агрессивных производственных средах. Материал также характеризуется хорошей механической прочностью, включая высокую прочность на растяжение и ударопрочность, что обеспечивает долговечность в сложных условиях. Кроме того, PSU естественно прозрачен, что позволяет легко проводить визуальный контроль в приложениях, где важна ясность. Его превосходные электроизоляционные свойства делают его подходящим для электронных и электрических применений, а врождённая биосовместимость позволяет использовать его в медицинских изделиях. Несмотря на более высокую стоимость по сравнению со многими другими полимерами, универсальные характеристики PSU в суровых условиях оправдывают его применение в таких специализированных областях, как фильтрация воды, медицинские устройства и автомобильные компоненты.
Применение полисульфона (PSU):
- Фильтрация воды и мембранные технологии: Используется в мембранах обратного осмоса и очистке сточных вод благодаря химической и термической стойкости.
- Медицинские устройства: Применяется в диализаторах, фильтрах крови, катетерах и контейнерах для стерилизации благодаря биосовместимости и термостойкости.
- Пищевая промышленность: Используется в оборудовании для переработки пищевых продуктов, требующем устойчивости к высоким температурам и химической прочности.
- Автомобилестроение: Применяется в автомобильных компонентах, таких как соединители и датчики, где требуется высокая прочность и термостойкость.
- Электротехника и электроника: Используется для электрических компонентов, таких как разъёмы, выключатели и корпуса, благодаря электроизоляционным свойствам.
- Аэрокосмическая и оборонная промышленность: Идеален для компонентов в аэрокосмической отрасли и оборонных приложениях, требующих высокого соотношения прочности к весу и устойчивости к экстремальным условиям.
Преимущества полисульфона (PSU):
- Высокая термическая стабильность: Сохраняет прочность при температурах до 160°C.
- Химическая стойкость: Устойчив к широкому спектру химикатов, кислот, щелочей и растворителей.
- Биосовместимость: Безопасен для применения в медицинских и пищевых изделиях.
- Механическая прочность: Высокая прочность на растяжение и ударопрочность, обеспечивающие долговечность.
- Электроизоляция: Отличный электрический изолятор, идеален для электронных применений.
- Прозрачность: Естественно прозрачен, что полезно для визуального контроля и ясности в определённых применениях.
Недостатки полисульфона (PSU):
- Высокая стоимость: Дороже многих других термопластов, что ограничивает его использование в бюджетных приложениях.
- Низкая износостойкость: Не подходит для сред с высоким истиранием из-за ограниченной устойчивости к износу.
- Сложность обработки: Может быть сложным в переработке, требуя точного контроля при формовании и экструзии.
- Хрупкость при низких температурах: Становится хрупким при очень низких температурах, что влияет на механические характеристики в холодных условиях.
- Ограниченная устойчивость к УФ-излучению: Разрушается при длительном воздействии ультрафиолета, если не защищён, что ограничивает применение на открытом воздухе.
Политетрафторэтилен (ПТФЭ/тефлон)
Политетрафторэтилен (PTFE), широко известный под торговой маркой Teflon, представляет собой высокопроизводительный белый воскообразный твёрдый полимер, который славится своей выдающейся химической стойкостью и низкими фрикционными свойствами. PTFE относится к семейству фторполимеров и изготавливается путём полимеризации мономеров тетрафторэтилена (TFE).
Структура
Структура политетрафторэтилена (PTFE), известного как Teflon, состоит из длинной цепи атомов углерода, связанных с атомами фтора. Каждый атом углерода в полимерной основе соединён с двумя атомами фтора, образуя повторяющуюся единицу -C(F₂)-C(F₂)-. Эта конфигурация формирует линейный полимер с высокой степенью кристалличности и плотно упакованной структурой. Атомы фтора окружают углеродную основу, создавая плотный слой, который защищает полимер от взаимодействия с внешними веществами. Эта структура обеспечивает исключительную химическую стойкость PTFE, его антипригарные свойства и низкий коэффициент трения. Прочные углерод-фторные связи в полимере делают PTFE устойчивым к высоким температурам, химическим веществам и электропроводности, что способствует его широкому применению в суровых условиях и различных промышленных областях.
Свойства
Политетрафторэтилен (PTFE), известный как Teflon, обладает рядом исключительных свойств, которые делают его незаменимым для сложных применений. Он отличается выдающейся химической стойкостью, практически не подвергаясь воздействию большинства химикатов, кислот и растворителей, что делает его идеальным для агрессивных сред. PTFE также обладает высокой термостойкостью, выдерживая температуры от -200°C до 260°C (-328°F до 500°F) без разрушения, сохраняя свои механические свойства в широком температурном диапазоне. Кроме того, PTFE имеет очень низкий коэффициент трения, что делает его отличным выбором для применений, требующих минимального трения, таких как подшипники, уплотнения и антипригарные покрытия. Его антипригарные свойства широко известны, особенно в кухонной посуде, где он предотвращает прилипание пищи к поверхностям. PTFE также является хорошим электрическим изолятором с отличными диэлектрическими свойствами, что делает его идеальным для использования в электрических кабелях и изоляции. Его низкая поверхностная энергия обеспечивает устойчивость к пятнам, грязи и влаге. Однако PTFE может быть хрупким при низких температурах и требует специальных методов обработки из-за высокого молекулярного веса. Несмотря на эти сложности, уникальное сочетание свойств, включая устойчивость к износу, высоким температурам и химикатам, делает его незаменимым в таких отраслях, как химическая переработка, медицинские устройства и электроника.
Применение PTFE (Teflon):
- Антипригарная посуда: Используется как покрытие для кухонной посуды благодаря антипригарным свойствам.
- Химическая промышленность: Применяется в прокладках, уплотнениях и облицовке труб и резервуаров из-за химической стойкости.
- Электрическая изоляция: Используется в проводах, кабелях и электрических компонентах благодаря отличным диэлектрическим свойствам и термостойкости.
- Подшипники и втулки: Применяется в механических конструкциях, требующих низкого трения и высокой долговечности.
- Медицинские устройства: Используется для катетеров, трансплантатов и других медицинских изделий благодаря биосовместимости и химической инертности.
- Аэрокосмическая промышленность: Применяется в уплотнениях, смазках и топливных системах для высокопроизводительных решений в аэрокосмической отрасли.
- Автомобилестроение: Используется в компонентах, таких как уплотнения и подшипники, которые должны выдерживать высокие температуры и воздействие химикатов.
- Пищевая промышленность: Покрытия для оборудования и машин, требующих антипригарных поверхностей или устойчивости к агрессивным чистящим средствам.
Преимущества PTFE (Teflon):
- Химическая стойкость: Практически инертен к большинству химикатов, кислот и растворителей, что делает его идеальным для суровых химических сред.
- Высокая термостойкость: Выдерживает широкий диапазон температур от -200°C до 260°C без разрушения.
- Низкое трение: Очень низкий коэффициент трения снижает износ и улучшает производительность движущихся деталей.
- Антипригарные свойства: Его антипригарная природа полезна для посуды и других применений, где требуется минимальная адгезия.
- Электрическая изоляция: Отличные электроизоляционные свойства, идеальны для кабелей и электрических компонентов.
- Устойчивость к погодным условиям: Устойчив к УФ-излучению и атмосферным воздействиям, подходит для наружного применения.
- Долговечность: Долговечный материал с высокой механической прочностью при усилении.
Недостатки PTFE (Teflon):
- Хрупкость при низких температурах: PTFE становится хрупким при очень низких температурах, что делает его неподходящим для некоторых применений в холодных условиях без усиления.
- Сложность обработки: Требует специальных методов обработки, таких как спекание и формование, что может быть сложным и дорогостоящим.
- Низкая механическая прочность: Чистый PTFE обладает низкой механической прочностью и может требовать усиления (например, стекловолокном) для структурных применений.
- Высокая стоимость: PTFE относительно дорог по сравнению с другими полимерами, что снижает его экономическую эффективность в некоторых случаях.
- Ограниченная износостойкость: Хотя он обладает низким трением, PTFE может изнашиваться со временем при высоких нагрузках, если не усилен наполнителями.
Полициклогексилендиметилентерефталат (PCT-G)
Полициклогексилен диметилен терефталат (PCT-G) — это высокопроизводительный полукристаллический термопластичный полимер, относящийся к семейству полиэфиров. Он образуется путём полимеризации циклогексилен диметилен гликоля с терефталевой кислотой. PCT-G известен своими превосходными механическими свойствами, химической стойкостью и высокой термической стабильностью. Он особенно ценится в применениях, где требуются долговечность и производительность при повышенных температурах.
Структура
Структура полициклогексилен диметилен терефталата (PCT-G) состоит из повторяющихся эфирных связей, образующихся между циклогексилен диметилен гликолем и терефталевой кислотой. Мономерная единица получается в результате реакции циклогексилен диметилен гликоля, содержащего циклогексановое кольцо, соединённое с двумя метиленовыми группами, с терефталевой кислотой, которая состоит из бензольного кольца с двумя карбоксильными группами. Полимерная основа состоит из чередующихся ароматических колец от терефталевой кислоты и гибких циклогексиленовых групп, что способствует полукристаллической структуре PCT-G. Это сочетание обеспечивает баланс между жёсткостью единиц терефталевой кислоты и гибкостью единиц циклогексилен гликоля, придавая полимеру механическую прочность, термостойкость и ударопрочность. Общая структура обеспечивает материал с отличной размерной стабильностью, прозрачностью и химической стойкостью.
Свойства
Полициклогексилен диметилен терефталат (PCT-G) — это высокопроизводительный полимер, известный своими превосходными механическими и термическими свойствами. Он обладает высокой прочностью на растяжение, ударопрочностью и жёсткостью, что делает его подходящим для сложных применений. PCT-G демонстрирует отличную термостойкость с высокой температурой стеклования и точкой плавления, что позволяет ему сохранять свои механические свойства даже при повышенных температурах. Материал также обладает химической стойкостью, обеспечивая защиту от масел, топлив и растворителей, что делает его идеальным для автомобильной и промышленной сфер. PCT-G известен своей размерной стабильностью, что означает, что он сохраняет форму и размер под нагрузкой и при воздействии тепла. Кроме того, он имеет низкое влагопоглощение, что помогает сохранять его физические свойства со временем. Полимер также обеспечивает хорошую прозрачность, что делает его подходящим для оптических применений. Его можно легко обрабатывать традиционными методами, такими как литьё под давлением и экструзия, что обеспечивает универсальность в производстве. Однако, несмотря на множество преимуществ, PCT-G может быть более хрупким, чем некоторые другие полимеры, и требует более высоких температур обработки, что может увеличить затраты на производство.
Применение:
- Медицинские устройства: Используется благодаря высокой химической стойкости и прозрачности.
- Электрические соединители и компоненты: Применяется из-за отличных диэлектрических свойств.
- Упаковка для пищевых продуктов: Используется благодаря соответствию стандартам FDA и низкому уровню экстрагируемых веществ.
- Оптические линзы и прозрачные корпуса: Применяется в бытовой электронике.
- Филаменты для 3D-печати: Используется для высокопроизводительных инженерных деталей.
Преимущества:
- Высокая термостойкость: Хорошо работает в условиях высоких температур.
- Отличная химическая стойкость: Устойчив к кислотам, щелочам и растворителям.
- Превосходная прозрачность: Обеспечивает оптическую ясность, идеально подходит для медицинских и упаковочных применений.
- Хорошая механическая прочность: Высокая ударопрочность и жёсткость.
- Низкое влагопоглощение: Гарантирует размерную стабильность во влажных условиях.
- Одобрено FDA: Безопасно для пищевых и медицинских применений.
Недостатки:
- Высокая стоимость: Дороже стандартных PET или PBT.
- Ограниченная доступность: Менее распространён, чем другие термопласты.
- Сложность обработки: Требует точного контроля температуры при формовании.
- Низкая устойчивость к УФ: Может разрушаться при длительном воздействии солнца без добавок.
- Хрупкость при низких температурах: Может терять ударопрочность в сильном холоде.
Термопластичный полиамидный эластомер (TPA)
Термопластичный полиамидный эластомер (TPA) — это разновидность термопластичных эластомеров (TPE), который сочетает гибкость и эластичность эластомеров с прочностью и технологичностью термопластов. TPAs состоят из чередующихся мягких и жестких сегментов, где мягкие сегменты обеспечивают эластичность, а жесткие сегменты (обычно на основе полиамида) придают механическую прочность и термическую стабильность.
Структура
Структура термопластичного полиамидного эластомера (TPA) представляет собой фазово-разделенную морфологию с чередующимися мягкими и жесткими сегментами. Мягкие сегменты, как правило, состоят из полиэфирных или полиэфирэфирных цепей, обеспечивающих гибкость, эластичность и устойчивость к низким температурам. Жесткие сегменты образованы полиамидными (нейлоновыми) компонентами, которые способствуют механической прочности, химической стойкости и термостойкости.
Эта блочная структура позволяет TPA сочетать резиноподобную эластичность с возможностью переработки, характерной для термопластов. Жесткие полиамидные домены действуют как физические сшивки, укрепляя материал и обеспечивая его форму, в то время как мягкие сегменты придают растяжимость и способность поглощать энергию. Благодаря такой уникальной микроархитектуре TPAs обладают отличными механическими свойствами, а также могут повторно перерабатываться и вторично использоваться, как обычные термопласты.
Свойства
Термопластичный полиамидный эластомер (TPA) обладает уникальным сочетанием гибкости, прочности и химической стойкости, что делает его универсальным материалом. Он обладает высокой эластичностью и отличной восстановительной способностью, позволяя ему вести себя как резина, но с возможностью термопластической переработки.
TPAs демонстрируют превосходную механическую прочность, стойкость к истиранию и долговечность, что делает их подходящими для эксплуатации в сложных условиях. Они также обладают высокой устойчивостью к химическим веществам и маслам, особенно к топливам, растворителям и промышленным химикатам, что увеличивает их эксплуатационные характеристики в агрессивных средах.
Дополнительно, TPAs обладают хорошей термической стабильностью, позволяя выдерживать широкий диапазон температур без значительной деградации. Однако, из-за их гигроскопической природы, они склонны к поглощению влаги из окружающей среды, что требует тщательной сушки перед переработкой. Несмотря на этот недостаток, их легкость, возможность вторичной переработки и легкость обработки стандартными методами термопластов, такими как литье под давлением и экструзия, делают TPAs привлекательным выбором для различных отраслей промышленности, включая автомобилестроение, электронику и медицину.
Применение TPA
- Автомобильная промышленность: топливопроводы, воздушные каналы, уплотнители, прокладки, шланги.
- Электроника: изоляция проводов, разъемы, защитные корпуса.
- Медицинские устройства: трубки, катетеры, гибкие компоненты, ручки.
- Промышленное оборудование: конвейерные ленты, уплотнения, виброгасящие элементы, гибкие муфты.
- Спорт и потребительские товары: подошвы обуви, гибкие накладки, защитное снаряжение, износостойкие текстильные материалы.
Преимущества TPA
✔ Высокая химическая и маслостойкость – устойчив к топливам, растворителям и промышленным химикатам.
✔ Отличная механическая прочность – высокая жесткость, долговечность и устойчивость к истиранию.
✔ Хорошая гибкость и эластичность – обеспечивает резиноподобные свойства с преимуществами термопластической переработки.
✔ Широкий диапазон рабочих температур – сохраняет свойства при высоких и низких температурах.
✔ Легкий и перерабатываемый – более экологичный по сравнению с традиционной резиной.
✔ Простота переработки – подходит для литья под давлением, экструзии и выдувного формования.
Недостатки TPA
✖ Высокая стоимость – дороже стандартных термопластичных эластомеров (TPEs).
✖ Гигроскопичность – впитывает влагу, что требует сушки перед переработкой.
✖ Меньшая гибкость по сравнению с полностью вулканизированной резиной – не всегда заменяет эластомеры с высокой растяжимостью.
✖ Ограниченная устойчивость к УФ-излучению – некоторые марки требуют добавления стабилизаторов для использования на открытом воздухе.
