Советы по выбору термостойкого пластика

Если вы когда-нибудь оставляли пищевой контейнер Rubbermaid в микроволновой печи на слишком долгое время, вы хорошо знаете, что некоторые виды пластика плохо переносят высокие температуры. В зависимости от урожая и типа контейнера вы можете хранить вчерашний ужин в полипропилене (ПП), поликарбонате (ПК) или полиэтилене (ПЭ), ни один из которых не является термостойким супергероем. Полипропилен, например, начинает терять прочность при 180°F (82°C). Полиэтилен работает лучше при 266°F (130°C), но даже так называемый «высокотемпературный» поликарбонат рассчитан только на 284°F (140°C).

Во время пандемии COVID-19 на рабочих местах было сложно поддерживать социальную дистанцию ​​между сотрудниками. Triax Technologies Proximity Trace предоставляет оповещения, помогающие обеспечить безопасность сотрудников. Эта отлитая под давлением деталь является одним из элементов устройства и изготовлена ​​из АБС-пластика.

Определение горячего: что такое термостойкий пластик?

Как видно из крошечного символа микроволновой печи на задней стороне этих контейнеров, каждый из только что перечисленных полимеров явно подходит для разогрева остатков пищи. Однако для высокотемпературных приложений требуется что-то более надежное. Но что это значит? Другими словами, насколько горячо горячо? Точный ответ зависит от требований приложения, но для целей данного совета по проектированию давайте определим его как 350°F (177°C).

Также уточним, что по большей части речь идет о рабочих температурах, а не о температурах, необходимых для плавления или кристаллизации полимера. Эта тема освещена в другом месте на нашем сайте. Мы также не обсуждаем огнезащитные свойства полимера. Как вы увидите, это важное свойство имеет мало общего с термостойкостью полимера.

Обратите внимание на акрилонитрил-бутадиен-стирол, распространенный пластик, известный вам как АБС. Любимец сантехников и производителей игрушек во всем мире, ABS имеет температуру размягчения по Вика — температуру, при которой материал теряет свою «стабильную форму» — примерно 219°С.°F (104°C) и теплостойкостью всего 201°F (94°C). При добавлении органического галогенированного соединения или другого огнезащитного соединения эти значения на самом деле значительно снижаются, хотя вероятность воспламенения материала гораздо меньше.

Тефлон «делает вещи лучше»

Итак, что представляют собой эти высокотемпературные полимеры? Начнем с политетрафторэтилена (ПТФЭ), более известного под торговым названием тефлон. Случайно обнаруженный в DuPont в 1938 году, ПТФЭ может выдерживать непрерывную рабочую температуру 500°F (280°C). И несмотря на то, что только что было сказано о огнестойкости, ПТФЭ также может похвастаться замечательным рейтингом V-0. Он гидрофобный (отталкивает воду), имеет один из самых низких коэффициентов трения (делает его чрезвычайно скользким). Кроме того, он обладает высокой устойчивостью к большинству кислот, растворителей и других агрессивных химических веществ.

ПТФЭ часто используется в качестве покрытия для ковров и одежды, но благодаря своей высокой прочности и ударопрочности он также является отличным выбором для механических компонентов, таких как блоки подшипников и корпуса. В пользу этого говорит тот факт, что ПТФЭ очень легко обрабатывается и сохраняет свои размеры. Однако, поскольку он не течет при нагревании выше его температуры плавления 620 ° F (327 ° C), он не может быть отлит из пластика под давлением или напечатан на 3D-принтере.

Материальные блоки Ultem для станков с ЧПУ.

PEEK Performance

Одним из термостойких термопластов, поддающихся как механической обработке, так и литью под давлением, является полиэфирэфиркетон, или PEEK. Имея температуру плавления, близкую к температуре плавления ПТФЭ, PEEK сохраняет свои механические свойства, которые, кстати, весьма превосходны, при температуре 482°F (250°C) или выше. Он также устойчив к радиации, химическому воздействию и гидролизу. Эта последняя характеристика означает, что PEEK можно стерилизовать в автоклаве, что делает его фаворитом в медицинской промышленности для использования в спинальных имплантатах и ​​устройствах фиксации. Эти же свойства делают его пригодным в качестве пищевого полимера.

PEEK также является диэлектриком, поэтому его обычно используют в качестве изолятора в полупроводниковых устройствах. Он не «скользкий», как ПТФЭ, но очень износостойкий и находит широкое применение в автомобильных уплотнениях, компенсационных кольцах и поверхностях подшипников. А благодаря высокому соотношению прочности к весу и другим физическим свойствам PEEK часто заменяет металлические сплавы в различных компонентах самолетов (он на 70% легче стали и примерно вдвое легче алюминия). Как и ПТФЭ, PEEK — действительно удивительный материал…

Остальная часть высокотемпературного хит-парада

Полифениленсульфид (PPS). Хотя он не соответствует PEEK и PTFE с точки зрения тепловых характеристик, он по-прежнему обеспечивает достойную рабочую температуру 428 ° F (220 ° C). Этот термопласт, известный инженерам-автомобилестроителям и инженерам-электрикам как Ryton, обеспечивает хорошее сочетание коррозионной стойкости, механической прочности и диэлектрических свойств. Он также хорошо течет в операциях литья пластмасс под давлением и демонстрирует минимальную усадку, что делает его хорошим кандидатом для прецизионных электрических соединителей и аналогичных компонентов.

PPS не подходит для механических деталей, но PPSU подходит. Полифенилсульфон (также известный как Radel) имеет рабочую температуру, довольно близкую к PPS, обладает аналогичными механическими и электрическими характеристиками, может быть стерилизован и вполне поддается механической обработке. Он используется в оконных рамах самолетов, ручках хирургических инструментов, фитингах для горячей воды, а поскольку он соответствует требованиям FDA (как и другие полимеры, перечисленные выше), он подходит для прямого контакта с пищевыми продуктами.

Точно так же существует полиэфиримид (PEI), известный как Ultem. PEI поддается как механической обработке, так и литью под давлением, и доступен с различными уровнями заполнения стеклом (GF). С максимальной непрерывной рабочей температурой 340 ° F (171 ° C) Ultem не совсем совместим с выпечкой печенья, но это отличный универсальный полимер для применений, требующих прочности, жесткости, устойчивости к растворителям и пламени, а также диэлектрических свойств. .

Напечатанная на 3D-принтере керамическая (Advanced High-Temp) стереолитографическая деталь PerFORM.

Как насчет термостойких материалов для 3D-печати?

Другие известные высокотемпературные полимеры включают Vectra, тип жидкокристаллического полимера (LCP) для литья под давлением, обычно используемый в промышленности SMT (технология поверхностного монтажа). Он обладает превосходными характеристиками текучести, позволяет изготавливать детали с очень тонкими стенками и имеет рабочий диапазон до 464°F (240°C). Существует также ПК/ПБТ, смесь поликарбоната и полибутилентерефталата, способная выдерживать температуры до 266°F (130°C) — далеко не аналоги, описанные до сих пор, но все же предлагая хороший баланс прочности и устойчивости к атмосферным воздействиям, особенно там, где низкие температуры вызывают беспокойство (например, при -40 ° F, что также составляет -40 ° C).

Вы можете подумать: «А как насчет 3D-печатных деталей? Какие здесь есть варианты для высокотемпературных материалов?» Вам повезло. Главным среди них является керамическая усовершенствованная высокотемпературная (PerFORM) стереолитографическая смола, способная выдерживать температуры до 514 ° F (268 ° C) после дополнительного процесса пост-отверждения. Это дает разработчикам возможность создавать прототипы прочных и жестких деталей для использования в таких приложениях, как испытания в аэродинамической трубе, быстрая оснастка, корпуса для электронных устройств и многое другое. Точно так же PC-подобный усовершенствованный высокотемпературный материал (Accura 5530) представляет собой полупрозрачный материал, сочетающий оптическую прозрачность с хорошей термостойкостью. Подобно поликарбонатам, используемым для механических и литьевых пластмассовых компонентов, Accura 5530 устойчива к воде, химическим веществам, огню и электрическим воздействиям.

Вопросы производства

Поскольку каждый из обсуждаемых здесь технических полимеров является прочным и стабильным, с точки зрения технологичности конструкции беспокоиться не о чем. Некоторые из них более абразивны, чем другие, и требуют от машиниста использования твердосплавных сверл и концевых фрез, в то время как те, у которых очень высокая температура плавления, могут потребовать некоторых корректировок в процессе литья пластмасс под давлением. Тем не менее, поскольку все они перечислены в качестве стандартных материалов Protolabs, любые проблемы будут решаться в процессе онлайн-цитирования.

Мы рекомендуем вам ознакомиться с обширным перечнем спецификаций материалов, доступных на нашем веб-сайте, для получения дополнительной информации. Доступно более 140 полимеров и 30 типов эластомеров или жидкого силиконового каучука (LSR), некоторые из которых могут выдерживать довольно высокие температуры, поэтому вы обязательно найдете идеальный материал для вашего следующего проекта. Если у вас есть какие-либо вопросы, напишите нам. Наши инженеры по приложениям всегда готовы помочь по телефону 877-479-3680 или [email protected].

Полипропиленовый поглотитель для упрощения внедрения рассольных тепловых насосов – журнал pv International

Немецкая компания Mefa Befestigungs- und Montagetechnik разработала поглотители из полипропилена, предназначенные для упрощения использования рассольных тепловых насосов. Новая технология должна позволить объединить несколько источников тепла, включая воду, землю, воздух, а также хранение льда в одной системе.

24 октября 2022 г. Корнелия Лихнер

Вода, земля и воздух — три из четырех древнегреческих элементов подходят в качестве источников тепла для электрических тепловых насосов. В зависимости от местных условий установщики должны порекомендовать подходящий тепловой насос на основе наиболее подходящего источника. Немецкая компания Mefa Befestigungs- und Montagetechnik теперь хочет упростить задачу, разрабатывая поглотители, которые подходят для использования со всеми тремя источниками тепла, а также для хранения льда.

Имея подходящий поглотитель, установщик сможет справиться практически с любой ситуацией с тепловым насосом с рассолом. На пресс-конференции управляющий партнер компании Мартин Шнайдер представил продукт, который также используется для обогрева собственной производственной площадки в Купферцелле зимой и для охлаждения летом.

Новые поглотители, получившие название multiQ, изготовлены из полипропиленового полимера и имеют почти одинаковую конфигурацию для использования в земле, на крышах или на фасаде в сочетании с фотоэлектрическими элементами или для хранения льда и в водоемах.

Размеры

Поглотитель грунта имеет длину 7 м, высоту 1,20 м и толщину несколько миллиметров. Внутри водно-гликолевая смесь циркулирует в капиллярах и переносит тепло к распределителю и тепловому насосу. Несколько таких лопастей поглотителя можно закопать в узкую траншею на глубину 2,50 м для экономии места. Обычно для этого в Германии не требуется никаких разрешений, за исключением водоохранных зон. Пока температура воздуха все еще выше температуры земли, тепловой насос может также отводить тепло окружающей среды с крыши.

Поглотитель для фотоэлектрических систем имеет ширину 1,20 м и длину 5 м. Однако доступны и более короткие варианты, например, длиной 3,50 м. «5-метровый абсорбер весит 27,7 кг без груза, и его могут поднять с лесов на крышу два человека», — сказал Петер Коммельт, технический менеджер Mefa Energy Systems.

На скатных крышах вертикальные рейки крепятся кровельными крюками, на которые горизонтально укладывается амортизатор. Затем над и под поглотителем можно привинтить горизонтальные направляющие, на которые затем можно закрепить большинство имеющихся в продаже фотогальванических модулей в вертикальном формате с помощью модульных зажимов.

Для плоских крыш Mefa предлагает монтажную конструкцию с востока на запад, на которой либо поглотитель покрыт фотоэлектрическими элементами, либо два поглотителя могут быть установлены друг на друга. Заполненный поглотитель весит 44 кг и покрывает шесть квадратных метров крыши. В зависимости от погоды поглотитель вырабатывает тепло от 250 Вт на квадратный метр и выше.

Популярный контент

По данным компании Kömmelt, измерения, проведенные компанией на клиентских системах, показали, что средняя тепловая мощность в Германии с ноября по март составляет от 500 до 750 кВтч на квадратный метр. При использовании двух источников – геотермального и окружающего воздуха – кровельный поглотитель используется до тех пор, пока его тепловая мощность не упадет ниже 500 Вт на квадратный метр, а затем переключается на геотермальный поглотитель.

По данным компании, ее поглотители прошли сертификацию Solar Keymark, устойчивы к ультрафиолетовому излучению и граду. Одна и та же гликолевая среда проходит через все поглотители multiQ, что позволяет использовать самые разные режимы работы. В зависимости от погоды слишком теплый рассол может охлаждаться с крыши в земле и регенерировать почву. Можно пассивно кондиционировать здание с помощью геотермальной энергии или активно излучать тепло через поверхности на крыше в ночное время.

Окупаемость инвестиций

В штаб-квартире компании в Купферцелле, построенной в 2017 году, абсорбер виден как масштабная фасадная система многоярусного склада. Кроме того, имеются поглотители под фотоэлектрической системой на крыше, под плитой перекрытия здания, а также в хранилище льда. Вместе с тремя тепловыми насосами они покрывают необходимые 500 кВт тепловой мощности и 1 200 000 кВтч тепла на объекте.

Хранилище льда в основном используется для охлаждения машин и серверных. Летом офисы пассивно охлаждаются, а почва регенерируется. По словам Коммельта из Mefa, благодаря сложному контролю самого дешевого источника в каждом случае тепловые насосы достигли поразительного семилетнего коэффициента производительности. Это означает, что из одной части электроэнергии, в основном с крыши, вырабатывается семь частей тепла.

С помощью своей системы Mefa хочет бороться с превосходством простого в установке воздушного теплового насоса. Рассольный тепловой насос с геопоглотителями работает тихо, полностью защищен от непогоды и, как ожидается, прослужит гораздо дольше. Кроме того, более низкое энергопотребление и более высокий годовой коэффициент полезного действия рассольного теплового насоса компенсируют более высокие инвестиционные затраты всего через несколько лет, говорит Шнайдер. В представленном примере системы в доме на одну семью с тепловой мощностью 8 кВт и потреблением тепла 16 000 кВтч в год дополнительные инвестиции в геопоглотители и подземную установку окупились бы через шесть лет.