Produk Plastik Kejuruteraan: Penyelesaian Bahan Berprestasi Tinggi untuk Pembuatan Perindustrian

Produk Plastik Kejuruteraan: Penyelesaian Bahan Berprestasi Tinggi untuk Pengilangan Perindustrian

Produk plastik kejuruteraan ialah pelbagai komponen struktur dan berfungsi yang diperbuat daripada bahan polimer dengan sifat mekanikal yang sangat baik, rintangan haba dan rintangan kimia melalui proses pengacuan ketepatan. Ia digunakan secara meluas dalam bidang pembuatan mewah seperti kereta, elektronik dan aeroangkasa. Berbanding dengan plastik umum, produk plastik kejuruteraan boleh mengekalkan prestasi yang stabil dalam persekitaran yang keras seperti suhu tinggi, tekanan tinggi dan kakisan kimia untuk jangka masa yang lama, dan merupakan bahan teras untuk mencapai peralatan ringan, penyepaduan fungsi dan ketepatan pembuatan. Dengan kemajuan teknologi pengubahsuaian bahan dan proses pengacuan, produk plastik kejuruteraan secara beransur-ansur menggantikan bahan tradisional seperti logam dan seramik, menggalakkan peningkatan pembuatan industri ke arah kecekapan tinggi, pemuliharaan tenaga dan perlindungan alam sekitar.

1、 Ciri teras dan penunjuk teknikal produk plastik kejuruteraan

Ciri-ciri "engineering" bagi produk plastik kejuruteraan dicerminkan dalam keupayaannya untuk melebihi sempadan prestasi plastik am, memenuhi keperluan ketat seperti galas beban struktur, rintangan alam sekitar dan kesesuaian ketepatan, dan penunjuk teknikal teras membentuk ambang utama untuk aplikasi produk.

Piawaian gred industri untuk sifat mekanikal

Sifat mekanikal produk plastik kejuruteraan adalah jauh lebih baik daripada plastik am, dengan kekuatan tegangan secara amnya antara 60-150MPa (plastik am kebanyakannya 20-50MPa) dan modulus lenturan mencapai 2000-10000MPa, yang boleh menahan beban statik jangka panjang atau tekanan lesu dinamik. Mengambil pendakap enjin kereta sebagai contoh, produk yang diperbuat daripada gentian kaca bertetulang PA66 mempunyai kekuatan tegangan 120MPa dan hayat keletihan melebihi 10 kitaran, menggantikan sepenuhnya bahagian besi tuang tradisional.

Keliatan hentaman ialah kelebihan utama produk plastik kejuruteraan, dengan kekuatan hentaman takuk biasanya antara 20-100kJ/m². Sesetengah jenis ultra lasak (seperti aloi PC/ABS) boleh mencapai 50-80kJ/m ², dan masih boleh mengekalkan nilai impak lebih 70% pada -40 ℃, jauh lebih baik daripada kerapuhan suhu rendah logam. Ciri ini menjadikannya tidak boleh ditukar ganti dalam komponen tahan hentaman seperti bampar kereta dan sarung peranti elektronik.

Rintangan haba dan kebolehsuaian persekitaran

Suhu penggunaan berterusan produk plastik kejuruteraan biasanya antara 100-250 ℃, jauh lebih tinggi daripada 60-80 ℃ plastik umum: PA66 boleh bekerja untuk masa yang lama pada 120 ℃, PBT boleh mencapai 140 ℃, dan PEEK boleh mencapai sehingga 260 ℃. Suhu herotan haba (HDT, 1.82MPa) ialah penunjuk utama, dan HDT bagi plastik kejuruteraan yang diperkukuh dan diubah suai kebanyakannya melebihi 150 ℃. Sebagai contoh, HDT PBT bertetulang gentian kaca boleh mencapai 210 ℃, yang boleh memenuhi keperluan persekitaran suhu tinggi petak enjin automotif.

Rintangan kakisan kimia ialah keupayaan teras produk plastik kejuruteraan untuk menyesuaikan diri dengan keadaan kerja yang kompleks: PTFE (polytetrafluoroethylene) adalah lengai kepada hampir semua reagen kimia dan boleh digunakan untuk membuat saluran paip untuk mengangkut media yang sangat menghakis; PPS (polyphenylene sulfide) tahan kepada asid, alkali, dan pelarut organik, sesuai untuk komponen peralatan kimia; PA6 mempunyai rintangan minyak yang sangat baik dan merupakan bahan yang sesuai untuk gear kotak gear.

Kestabilan dimensi dan kebolehbentukan ketepatan

Kadar pengecutan pengacuan produk plastik kejuruteraan adalah rendah (0.2% -0.8%), pekali pengembangan linear adalah kecil (2-8 × 10 ⁻⁵/℃), dan turun naik saiz adalah kecil di bawah perubahan suhu dan kelembapan. Sebagai contoh, toleransi dimensi produk LCP (polimer kristal cecair) boleh dikawal dalam ± 0.005mm, memenuhi keperluan pemasangan ketepatan antena 5G; POM (polyoxymethylene) mempunyai pekali geseran serendah 0.04, rintangan haus yang sangat baik, dan ketepatan transmisi gear yang dibuat daripadanya mencapai standard ISO tahap 5.

2、 Kategori produk plastik kejuruteraan arus perdana dan perbezaan prestasi

Produk plastik kejuruteraan boleh dibahagikan kepada dua kategori berdasarkan bahan mentah: plastik kejuruteraan am dan plastik kejuruteraan khas. Yang pertama diwakili oleh PA, PC, POM, PBT, PPO, manakala yang kedua termasuk PEEK, PPS, PI, LCP, dsb., masing-masing membentuk medan aplikasi yang berbeza.

Produk Plastik Kejuruteraan Am

Poliamida (PA, Nylon): PA6 dan PA66 ialah jenis yang paling biasa digunakan. PA66 mempunyai kekuatan tegangan 80-90MPa dan HDT 70-80 ℃. Selepas diperkukuh dengan gentian kaca 30%, kekuatan tegangan meningkat kepada 150MPa dan HDT mencapai 250 ℃. Produk PA mempunyai rintangan minyak yang sangat baik dan sifat pelincir diri, dan digunakan secara meluas dalam saluran paip minyak automotif, gear dan penyambung elektronik. Penggunaan tahunan global melebihi 3 juta tan.

Polikarbonat (PC): Transmisi cahaya 89% -90%, kekuatan hentaman 60-80 kJ/m ², HDT 130-140 ℃, ialah penanda aras untuk plastik kejuruteraan lutsinar. Produk PC seperti lampu kereta, botol bayi dan kaca kalis peluru mempunyai ketelusan dan rintangan hentaman, tetapi mempunyai rintangan kimia yang lemah dan mudah terhakis oleh pelarut organik.

Polyoxymethylene (POM): dengan kehabluran sehingga 75% -85%, kekuatan tegangan 60-70MPa, pekali geseran 0.04-0.06, dan rintangan keletihan yang sangat baik (dengan kadar pengekalan kekuatan 70% selepas 10 kitaran). Produk POM seperti gear, galas dan ritsleting adalah bahan pilihan untuk komponen penghantaran mekanikal, biasanya dikenali sebagai "Saigang".

Polybutylene terephthalate (PBT): penebat elektrik yang sangat baik (resistiviti volum 10 ¹⁴Ω· cm), HDT 210-220 ℃ (gred dipertingkat), sesuai untuk membuat komponen elektronik dan elektrik. Produk PBT seperti penyambung, bingkai gegelung dan suis menyumbang lebih 20% daripada penggunaan plastik kejuruteraan dalam bidang elektronik.

Polyphenylene oxide (PPO): PPO tulen sukar diproses, selalunya diadun dengan PS (MPPO), HDT 120-170 ℃, pemalar dielektrik rendah (3.0-3.2), sesuai untuk komponen elektronik frekuensi tinggi. Produk MPPO seperti penutup radar dan sarung ketuhar gelombang mikro mengekalkan prestasi elektrik yang stabil walaupun dalam persekitaran lembap.

Produk plastik kejuruteraan khas

Polifenilena sulfida (PPS): Suhu penggunaan berterusan 200-220 ℃, kalis api sehingga tahap UL94 V0, rintangan kimia hampir dengan PTFE. Produk PPS seperti penebat paip ekzos automotif dan pembawa kimpalan elektronik boleh menahan suhu tinggi jangka pendek 260 ℃ (seperti pematerian gelombang).

Polieter eter keton (PEEK): plastik kejuruteraan khas dengan prestasi komprehensif terbaik, kekuatan tegangan 90-100MPa, HDT 315 ℃, suhu penggunaan berterusan 260 ℃, dan biokompatibiliti (ISO 10993). Produk PEEK seperti komponen struktur aeroangkasa, peranti implan perubatan, dan lapisan penebat kabel laut dalam mempunyai harga seunit sehingga 800-1000 yuan/kg

Polimida (PI): raja rintangan suhu, dengan prestasi yang stabil dalam julat suhu 260-300 ℃ dan -269 ℃ hingga 300 ℃ untuk kegunaan jangka panjang. Ia tahan radiasi dan penuaan. Produk PI seperti lapisan perlindungan haba kapal angkasa dan kabel industri nuklear sukar diproses dan mahal (1000-2000 yuan/kg).

Polimer hablur cecair (LCP): Dalam keadaan cair, ia berada dalam fasa kristal cecair, dengan kadar pengecutan acuan <0.1% dan pekali pengembangan linear 1-3 × 10 ⁻⁶/℃, sesuai untuk komponen ultra ketepatan. Produk LCP seperti antena 5G dan pembawa pembungkusan cip boleh memenuhi keperluan ketepatan saiz paras 0.01mm.

3、 Teknologi pemprosesan dan kawalan kualiti

Pemprosesan produk plastik kejuruteraan perlu sepadan dengan ciri prestasi tinggi mereka, dengan proses pengacuan yang lebih kompleks dan keperluan yang lebih tinggi untuk ketepatan peralatan dan kawalan parameter. Proses teras termasuk pengacuan suntikan, penyemperitan, pengacuan, dsb., ditambah dengan teknologi pasca pemprosesan ketepatan.

Pengacuan suntikan ketepatan

Pengacuan suntikan adalah kaedah pemprosesan utama untuk produk plastik kejuruteraan, menyumbang lebih daripada 60% daripada jumlah keluaran. Teknologi utama termasuk:

Pemplastikan suhu tinggi: Plastik kejuruteraan mempunyai suhu lebur yang tinggi (PA66 260-280 ℃, PEEK 380-400 ℃), memerlukan penggunaan tong bahan tahan suhu tinggi (bahan aloi berasaskan nikel) dan sistem kawalan suhu ketepatan (perbezaan suhu ± 1 ℃).

Suntikan tekanan tinggi: Plastik kejuruteraan bertetulang mempunyai kelikatan cair yang tinggi dan memerlukan tekanan suntikan 150-250MPa (plastik am hanya 50-100MPa), dilengkapi dengan sistem hidraulik servo untuk memastikan kestabilan tekanan.

Pegangan tekanan ketepatan: Tekanan pegangan ialah 70% -90% daripada tekanan suntikan, dan masa pegangan diselaraskan secara dinamik mengikut ketebalan dinding (1-10 saat) untuk mengurangkan ubah bentuk meledingkan yang disebabkan oleh tekanan dalaman.

Kawalan suhu acuan: Menggunakan mesin suhu minyak untuk mengawal suhu acuan dengan tepat (60-120 ℃), memastikan plastik kejuruteraan kristal (seperti PA, POM) membentuk struktur kristal yang lengkap dan meningkatkan sifat mekanikal.

Pengacuan suntikan plastik kejuruteraan tinggi memerlukan sistem pemantauan kualiti dalam talian, yang mengesan kelikatan leburan dalam masa nyata melalui penderia inframerah dan melaraskan parameter proses secara automatik melalui algoritma AI. Kadar sekerap boleh dikawal di bawah 0.5%.

Proses pengacuan lain

Pengacuan penyemperitan: digunakan untuk paip, plat dan profil seperti paip minyak PA, papan PC dan rod POM. Perkara utama adalah untuk mengawal nisbah mampatan skru (3-5:1) dan kelajuan penyemperitan (5-20m/min) untuk memastikan pemplastikan seragam cair.

Pengacuan mampatan: Sesuai untuk plastik kejuruteraan termoset (seperti resin fenolik) dan plastik khusus kelikatan tinggi (seperti PI), bahan diawet dan dibentuk dengan menekan (10-50MPa) dan pemanasan (150-300 ℃), menghasilkan kekuatan produk yang tinggi tetapi kecekapan pengeluaran yang rendah.

Pencetakan 3D: Menggunakan wayar atau serbuk plastik kejuruteraan, komponen struktur kompleks seperti implan ortopedik PEEK dan prototaip automotif PA66 dihasilkan melalui pemodelan pemendapan bercantum (FDM) atau pensinteran laser terpilih (SLS), sesuai untuk pengeluaran tersuai berskala kecil.

Teknologi pemprosesan pasca

Produk plastik kejuruteraan sering memerlukan rawatan selepas untuk meningkatkan prestasi:

Rawatan penyepuhlindapan: Produk PA disimpan dalam ketuhar pada suhu 120-150 ℃ selama 2-4 jam untuk menghilangkan tekanan dalaman dan meningkatkan kestabilan dimensi sebanyak 30%.

Rawatan permukaan: Salutan PC meningkatkan rintangan haus, pemesinan nyahcas elektrik POM membentuk lapisan tahan haus, dan penyaduran PA mencapai tekstur logam.

Pemesinan ketepatan: Komponen yang memerlukan ketepatan dimensi yang sangat tinggi, seperti penyambung LCP, perlu dimesin lagi melalui pengilangan CNC dengan toleransi dikawal dalam ± 0.001mm

4、 Medan Aplikasi dan Kes Produk Biasa

Produk plastik kejuruteraan telah menembusi pelbagai bidang teras ekonomi negara, memainkan peranan yang tidak boleh diganti dalam mengurangkan berat badan, meningkatkan prestasi dan menurunkan kos. Berikut adalah kes tipikal beberapa kawasan aplikasi utama.

Industri Automotif: Ringan dan Pemuliharaan Tenaga dan Pengurangan Pelepasan

Jumlah plastik kejuruteraan yang digunakan dalam setiap kereta mencapai 30-50kg, menyumbang 30% -40% daripada jumlah penggunaan plastik dalam kenderaan, dan merupakan bahan teras untuk ringan:

Sistem kuasa: Kuali minyak enjin diperbuat daripada PA66+30% GF, iaitu berat 60% lebih ringan daripada bahagian besi tuang dan mempunyai rintangan suhu melebihi 150 ℃; PPS intake manifold tahan kakisan gas ekzos enjin dan mempunyai jangka hayat sehingga 100000 kilometer.

Sistem penghantaran: Gear POM menggantikan gear logam, mengurangkan hingar sebanyak 10-15 desibel dan meningkatkan rintangan haus sebanyak 50%; Sangkar galas PA66 mempunyai ciri pelincir sendiri yang baik dan tempoh bebas penyelenggaraan yang dilanjutkan sehingga 80000 kilometer.

Sistem casis: Penutup hujung penyerap hentak diperbuat daripada aloi PC/ABS, tahan hentaman dan ringan; Paip minyak PA6 tahan tekanan tinggi (10MPa) dan suhu minyak (120 ℃), menggantikan paip getah untuk mengurangkan risiko kebocoran.

Promosi kenderaan tenaga baharu sedang mempercepatkan penggunaan plastik kejuruteraan. Selongsong bateri diperbuat daripada PA66 kalis api, yang mempunyai kedua-dua sifat penebat (rintangan isipadu>10 ¹⁴Ω· cm) dan rintangan hentaman, dan beratnya 40% lebih ringan daripada selongsong aloi aluminium.

Industri Elektronik dan 3C: Ketepatan dan Penyepaduan

Elektronik pengguna: Bingkai telefon aloi PC/ABS, dengan rintangan jatuh memenuhi ujian kejatuhan 1.5m, dan permukaan boleh mencapai sambungan lancar antara pengacuan suntikan nano (NMT) dan bingkai logam; Antena LCP 5G dengan pemalar dielektrik yang stabil (3.0 ± 0.1), sesuai untuk penghantaran isyarat frekuensi tinggi.

Perkakas rumah: blok terminal pemampat penyaman udara diperbuat daripada PBT+30% GF, dengan rintangan suhu 150 ℃ dan prestasi penebat yang sangat baik; Kulit ketuhar gelombang mikro PPO, kehilangan dielektrik rendah (<0.002), sesuai untuk persekitaran gelombang mikro.

Elektronik industri: Filem PI sebagai substrat papan litar fleksibel, tahan suhu pematerian 280 ℃; Penyambung PPS mengekalkan prestasi elektrik yang stabil dalam persekitaran lembap dan panas (85 ℃/85% RH).

Aeroangkasa dan peralatan mewah

Medan penerbangan: Bahagian dalaman kabin PEEK, 30% lebih ringan daripada aloi aluminium, tahan kakisan minyak tanah penerbangan; Lapisan penebat kabel PI mengekalkan keanjalan pada -55 ℃ hingga 150 ℃, sesuai untuk pendawaian kabin.

Medan aeroangkasa: Bahan struktur sarang lebah PI digunakan untuk substrat sayap solar satelit, dengan ketumpatan permukaan hanya 200-300g/m² dan rintangan sinaran suhu tinggi; Baut PEEK menggantikan aloi titanium, mengurangkan berat sebanyak 40% dan tahan terhadap kakisan oksigen atom angkasa.

Peralatan mewah: Cincin pengedap PTFE digunakan untuk sistem hidraulik tekanan ultra tinggi (300MPa), dengan pekali geseran 0.02; Pendesak pam PPS mengangkut media asid kuat dan mempunyai jangka hayat lima kali ganda daripada keluli tahan karat.

Bidang perubatan dan kesihatan

Peralatan perubatan: Cangkang pam infusi PC adalah telus dan tahan hentaman; Implan ortopedik PEEK (seperti sendi buatan) mempunyai ketumpatan tulang yang serupa dengan tubuh manusia (1.3-1.4g/cm ³), dan tiada tindak balas penolakan.

Bahan habis pakai dan pembungkusan: Batang tolak picagari PBT, dengan ketegaran yang baik dan ketahanan terhadap kakisan dadah; Beg infusi kopolimer PP, tahan pensterilan suhu rendah (-40 ℃ pengeringan beku).

Peralatan pemulihan: Rangka kerusi roda PA66, dengan kekuatan hampir dengan keluli tetapi berat 50% lebih ringan; Tempat letak tangan bantuan berjalan PC, tidak tergelincir dan tahan terhadap penuaan UV.

5、 Trend Pembangunan dan Inovasi Teknologi

Produk plastik kejuruteraan sedang membangun ke arah prestasi tinggi, penyepaduan fungsi, dan hala tuju hijau, dengan pengubahsuaian bahan, inovasi proses dan teknologi kitar semula menjadi tiga bidang inovasi teras.

Prestasi tinggi dan integrasi fungsi

Pengubahsuaian nanokomposit: Menambah pengisi nano seperti graphene dan tiub nano karbon boleh meningkatkan kekuatan tegangan PA6 sebanyak 50% dan kekonduksian terma sebanyak 3-5 kali ganda, yang digunakan untuk komponen pelesapan haba LED.

Teknologi pengaloian: Aloi PC/ABS menggabungkan rintangan hentaman PC dengan kebolehprosesan ABS, menyumbang 60% daripada pasaran aloi plastik kejuruteraan; Aloi PA/PPO meningkatkan rintangan air dan digunakan untuk komponen struktur dalam persekitaran lembap.

Penyepaduan fungsi: Membangunkan plastik kejuruteraan antibakteria (dengan tambahan ion perak) dengan kadar pembunuhan lebih 99% terhadap Escherichia coli, untuk digunakan dalam peranti perubatan; POM pembaikan sendiri boleh membaiki calar dalam masa 1 jam pada 60 ℃ melalui teknologi mikrokapsul.

Penghijauan dan Ekonomi Pekeliling

Plastik kejuruteraan berasaskan bio: PA56 berasaskan bio (bahan mentah daripada minyak kastor) mempunyai sifat yang serupa dengan PA66, mengurangkan jejak karbon sebanyak 60%, dan telah digunakan dalam panel pintu automotif; PC berasaskan bio (diperbuat daripada isosorbida) mempunyai penghantaran cahaya sebanyak 85% dan secara beransur-ansur menggantikan PC berasaskan petroleum

Teknologi kitar semula kimia: Sisa PA6 ditukar kepada monomer kaprolaktam melalui tindak balas penyahpolimeran, dengan ketulenan 99.9%. Selepas pempolimeran semula, prestasi adalah konsisten dengan bahan mentah asal, dan kos kitar semula gelung tertutup dikurangkan kepada 80% daripada bahan mentah asal.

Reka bentuk ringan: Melalui pengoptimuman topologi dan simulasi struktur, ketebalan dinding produk plastik kejuruteraan dikurangkan sebanyak 10% -20%. Sebagai contoh, pendakap papan pemuka kereta menggunakan struktur kekisi, mengurangkan berat sebanyak 30% sambil mengekalkan kekuatan.

Pembuatan Pintar dan Inovasi Proses

Teknologi kembar digital: Bina model pengeluaran maya untuk produk plastik kejuruteraan, simulasi prestasi bahan mentah yang berbeza dan parameter proses, dan memendekkan kitaran pembangunan produk baharu sebanyak 50%.

Peralatan pengacuan ketepatan: Mesin pengacuan suntikan servo mempunyai ketepatan kebolehulangan ±0.1%, ditambah dengan penderia dalam acuan untuk pelarasan parameter masa nyata, memastikan bahawa toleransi dimensi penyambung LCP adalah kurang daripada 0.005mm

Aplikasi pembuatan tambahan: Pencetakan PEEK 3D membolehkan implan perubatan diperibadikan, manakala pensinteran serbuk PA12 menghasilkan komponen penerbangan struktur yang kompleks, dengan kadar penggunaan bahan meningkat daripada 60% dalam proses tradisional kepada 95%

Produk plastik kejuruteraan, sebagai "MSG" pembuatan perindustrian, secara langsung memacu peningkatan industri pembuatan peralatan melalui peningkatan prestasi dan pengembangan aplikasinya. Daripada pemberatan kereta yang ringan kepada komunikasi 5G, daripada aeroangkasa kepada kesihatan perubatan, produk plastik kejuruteraan memanfaatkan kelebihan bahan unik mereka untuk mengatasi kesesakan teknikal yang dihadapi oleh bahan tradisional. Pada masa hadapan, dengan peningkatan permintaan untuk pembangunan mampan dan inovasi teknologi yang semakin mendalam, produk plastik kejuruteraan akan terus membuat penemuan dalam laluan prestasi tinggi, penggunaan tenaga yang rendah dan kebolehkitar semula, menjadi sistem bahan teras yang menyokong pembuatan mewah.