Technische Kunststoffe können als Konstruktionsmaterialien und als Kunststoffe zum Ersetzen von Metallen bei der Herstellung von Maschinenteilen usw. verwendet werden. Technische Kunststoffe verfügen über hervorragende Gesamteigenschaften, darunter hohe Steifigkeit, geringe Kriechneigung, hohe mechanische Festigkeit, gute Hitzebeständigkeit und gute elektrische Isolierung. Sie können lange Zeit in rauen chemischen und physikalischen Umgebungen verwendet werden und können Metalle als Konstruktionsmaterialien ersetzen, sind jedoch teurer und haben eine geringere Ausbeute.
Klassifikation
Technische Kunststoffe können in zwei Kategorien unterteilt werden: allgemeine technische Kunststoffe und spezielle technische KunststoffeZu ersteren zählen im Wesentlichen fünf allgemeine technische Kunststoffe: Polyamid, Polycarbonat, Polyoxymethylen, modifizierter Polyphenylenether und thermoplastischem Polyester; Letzteres bezieht sich hauptsächlich auf technische Kunststoffe mit einer Hitzebeständigkeit von mehr als 150 °C, und die wichtigsten Sorten umfassen Polyimid, Polyphenylensulfid, Polysulfon, aromatisches Polyamid, Polyarylat, Polyphenylenester, Polyaryletherketon, Flüssigkristallpolymer und Fluorharz.
Hauptleistung
Die Leistungsmerkmale technischer Kunststoffe sind im Wesentlichen:
- Im Vergleich zu Allzweckkunststoffen verfügt es über eine hervorragende Hitze- und Kältebeständigkeit, hervorragende mechanische Eigenschaften in einem weiten Temperaturbereich und eignet sich für den Einsatz als Strukturmaterial;
- Gute Korrosionsbeständigkeit, geringere Umwelteinflüsse und gute Haltbarkeit;
- Im Vergleich zu metallischen Werkstoffen ist es leicht zu verarbeiten, weist eine hohe Produktionseffizienz auf, vereinfacht Verfahren und spart Kosten;
- Gute Dimensionsstabilität und elektrische Isolierung;
- Geringes Gewicht, hohe spezifische Festigkeit und hervorragende Reibungsreduzierung und Verschleißfestigkeit.
Geschichte
Technische Kunststoffe erlebten in den 1950er Jahren eine rasante Entwicklung. Obwohl Nylon 66 bereits 1939 erfolgreich entwickelt und in Produktion genommen wurde, diente es damals hauptsächlich der Herstellung synthetischer Fasern. Erst in den 1950er Jahren gelang der Durchbruch über die traditionelle Verwendung reiner Fasern hinaus, und es wurde zur Herstellung von Kunststoffen verarbeitet. Der Durchbruch für technische Kunststoffe erfolgte nach der erfolgreichen Entwicklung von Polyoxymethylen und Polycarbonat Ende der 1950er Jahre. Ihr Aufkommen war von großer Bedeutung. Aufgrund seiner hohen Kristallinität besitzt Polyoxymethylen hervorragende mechanische Eigenschaften und machte Kunststoffe erstmals zu einem Werkstoff, der Metalle ersetzen und sich in die Reihe der Konstruktionswerkstoffe einreihen konnte. Mit der späteren erfolgreichen Entwicklung von Copolymer-Formaldehyd und der Verbreitung von Schneckenspritzgießmaschinen wurde die wichtige Stellung der technischen Kunststoffe im Bereich der Werkstoffe weiter gefestigt. Polycarbonat ist ein transparenter technischer Kunststoff mit hervorragenden Eigenschaften. Er findet breite Anwendung und zählt zu den am schnellsten wachsenden technischen Kunststoffen. In Bezug auf Produktion und Verbrauch steht er nach Polyamid an zweiter Stelle.
1961 entwickelte DuPont erfolgreich Polyimid und ebnete damit den Weg für die Entwicklung spezieller technischer Kunststoffe. Das Aufkommen von Polyimid förderte auch die Entwicklung vieler hitzebeständiger technischer Kunststoffe wie Polysulfon, Polyphenylensulfid und Polybenzimidazol, die einen tiefgreifenden Einfluss auf die Entwicklung der Kunststoffindustrie hatten.
Im Jahr 1964 begann der US-Konzern General Motors mit der industriellen Produktion des von ihm entwickelten Polyphenylenetherharzes.
1980 entwickelte das britische Unternehmen ICI erfolgreich Polyetheretherketon (PEEK), einen speziellen technischen Kunststoff mit einem Schmelzpunkt von bis zu 336 °C. PEEK weist eine hervorragende Hitzebeständigkeit, Strahlungsbeständigkeit und Chemikalienbeständigkeit auf und kann spritzgegossen werden, was große Aufmerksamkeit erregte. Verbundwerkstoffe aus PEEK als Matrix, die mit Glasfaser oder Kohlefaser verstärkt sind, werden in den Bereichen Luft- und Raumfahrt eingesetzt.
Die erfolgreiche Entwicklung thermotroper Flüssigkristallpolymere Mitte der 1980er Jahre war ein weiteres wichtiges Ereignis in der Geschichte der Entwicklung spezieller technischer Kunststoffe. Flüssigkristallpolymere haben eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit und können bei Temperaturen über 200 °C verwendet werden. Sie haben die Eigenschaften der Selbstverstärkung, der hohen Festigkeit, des hohen Moduls und der chemischen Beständigkeit. Sie haben eine niedrige Schmelzviskosität und sind leicht zu formen. Sie haben sehr breite Anwendungsaussichten in der Elektronikindustrie.
Anwendungen
Im Vergleich zu Allzweckkunststoffen können technische Kunststoffe höhere Anforderungen hinsichtlich mechanischer Eigenschaften, Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit erfüllen
Technische Kunststoffe werden in zunehmendem Maße in Automobilen verwendet, hauptsächlich als Stoßfänger, Kraftstofftanks, Armaturenbretter, Karosserieteile, Türen, Scheinwerferabdeckungen, Kraftstoffleitungen, Kühler und Motorteile.
Im Maschinenbau können technische Kunststoffe in mechanischen Teilen wie Lagern, Zahnrädern, Schraubenmuttern, Dichtungen und mechanischen Strukturteilen wie Gehäusen, Abdeckungen, Handrädern, Griffen, Befestigungselementen und Rohrverbindungen verwendet werden.
In elektronischen Geräten können technische Kunststoffe für Draht- und Kabelummantelungen, Leiterplatten, Isolierfolien und andere Isoliermaterialien sowie Strukturteile elektrischer Geräte verwendet werden.
In Haushaltsgeräten können technische Kunststoffe in Kühlschränken, Waschmaschinen, Klimaanlagen, Fernsehern, elektrischen Ventilatoren, Staubsaugern, Bügeleisen, Mikrowellenherden, Reiskochern, Radios, Stereoanlagen und Beleuchtungskörpern verwendet werden.
In der chemischen Industrie können technische Kunststoffe in chemischen Geräten wie Wärmetauschern, Auskleidungen chemischer Geräte und in chemischen Rohrleitungen wie Rohren und Rohrverbindungsstücken, Ventilen und Pumpen verwendet werden.
Aufgrund der rasanten Entwicklung der chinesischen Automobil-, Elektronik- und Bauindustrie ist China das Land mit der weltweit am schnellsten wachsenden Nachfrage nach technischen Kunststoffen geworden. Analysen zufolge wird mit der kontinuierlichen Entwicklung der chinesischen Wirtschaft die Nachfrage nach technischen Kunststoffen weiter steigen, und die Entwicklungsaussichten der chinesischen technischen Kunststoffindustrie sind sehr gut. In der Haushaltsgeräteindustrie wird die jährliche Nachfrage nach technischen Kunststoffen für Kühlschränke, Gefrierschränke, Waschmaschinen, Klimaanlagen und verschiedene kleine Haushaltsgeräte etwa 600,000 Tonnen erreichen. Noch erstaunlicher ist die Menge an technischen Kunststoffen, die beim Bau von Kommunikationsinfrastrukturen sowie beim Eisenbahn- und Autobahnbau verwendet werden. Es wird erwartet, dass die Gesamtnachfrage in den nächsten Jahren mehr als 4.5 Millionen Tonnen erreichen wird.
Im Jahr 2010 betrug der chinesische Verbrauch an technischen Kunststoffen 2.443 Millionen Tonnen, ein Anstieg von 11 % gegenüber dem Vorjahr. Damit ist China das Land mit dem weltweit schnellsten Nachfragewachstum. Im Jahr 2011 betrug der chinesische Verbrauch an technischen Kunststoffen 2.72 Millionen Tonnen, ein Anstieg von 11.34 % gegenüber dem Vorjahr. Es wird erwartet, dass der chinesische Verbrauch an technischen Kunststoffen 3.37 2013 Millionen Tonnen und 4.17 2015 Millionen Tonnen erreichen wird.
Entwicklungsperspektiven
Laut einem Forschungsbericht von Markets and Markets betrug der globale Marktwert für technische Kunststoffe im Jahr 53.58 ungefähr 2013 Milliarden US-Dollar und dürfte bis 79.03 bei einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 2018 % 8 Milliarden US-Dollar erreichen.
Technische Kunststoffe haben aufgrund ihrer hervorragenden Stabilität, guten Hitze- und Chemikalienbeständigkeit sowie hohen Festigkeit ein breites Anwendungsspektrum und ihre Nachfrage wächst weiterhin rasant. Eine der Hauptanwendungen von technischen Kunststoffen ist der Ersatz von Metallen in verschiedenen Endindustrien. Insbesondere verlangen immer strengere Umweltvorschriften, dass Autos weniger Emissionen verursachen und den Kraftstoffverbrauch senken, und technische Kunststoffe werden in der Automobil- und Transportindustrie häufig eingesetzt. Darüber hinaus werden technische Kunststoffe auch häufig in Verbraucher- und Haushaltsgeräten, elektrischen und elektronischen Produkten, Industriemaschinen, Verpackungen sowie in der Medizin-, Bau- und anderen Industrien eingesetzt.
Im Jahr 2014 nahm der asiatisch-pazifische Raum den größten Teil des weltweiten Marktes für technische Kunststoffe ein. Laut Statistik entfielen 47.9 2013 % der weltweiten Nachfrage nach technischen Kunststoffen auf den asiatisch-pazifischen Raum. Es wird erwartet, dass der asiatisch-pazifische Raum auch 2018 seine Position als weltweit größter Markt für technische Kunststoffe behaupten wird, gefolgt vom westeuropäischen Markt. In den nächsten fünf Jahren wird die Nachfrage nach technischen Kunststoffen voraussichtlich jährlich um durchschnittlich 7.8 % wachsen.
Haupttypen
Zu den technischen Kunststoffen zählen vor allem Polycarbonat (PC), Polyamid (PA), Polyacetal (POM), Polyphenylenoxid (PPO), Polyester (PET, PBT), Polyphenylensulfid (PPS), Polyarylat usw.
Polyamid
Polyamid (PA, allgemein als Nylon bekannt) hat aufgrund seines einzigartig niedrigen spezifischen Gewichts, seiner hohen Zugfestigkeit, Verschleißfestigkeit, guten Selbstschmierung, hervorragenden Schlagzähigkeit und seiner sowohl starren als auch flexiblen Leistung die Aufmerksamkeit der Menschen auf sich gezogen. Darüber hinaus ist es leicht zu verarbeiten, hocheffizient, hat ein geringes spezifisches Gewicht (nur 1/7 von Metall) und kann zu verschiedenen Produkten verarbeitet werden, um Metall zu ersetzen. Es wird häufig in der Automobil- und Transportindustrie verwendet. Typische Produkte sind Pumpenlaufräder, Lüfterflügel, Ventilsitze, Buchsen, Lager, verschiedene Instrumententafeln, elektrische Instrumente für Kraftfahrzeuge, Heiß- und Kaltluftsteuerventile und andere Teile. Pro Auto werden etwa 3.6 bis 4 Kilogramm Nylonprodukte verbraucht. Der Verbrauchsanteil von Polyamid in der Automobilindustrie ist am größten, gefolgt von Elektronik und Elektrik.
Entsprechend den verschiedenen Zwecken der Polyamidmodifizierung kann die Polyamidmodifizierung in Verstärkungs-, Härtungs-, Flammschutz-, Füll- und Legierungstypen unterteilt werden. Die Forschung an Polyamid-Nanokompositen hat ebenfalls große Fortschritte gemacht.
Um Polyamidwerkstoffe mit höherer Festigkeit und Wärmeverformungstemperatur zu erhalten, werden der Polyamidmatrix anorganische oder organische Fasern oder Füllstoffe zugesetzt, und hochfeste Polyamid-Verbundwerkstoffe werden erhalten durch Vermischung und Extrusion. Es gibt viele Arten von verstärktem PA, und fast alle Polyamidmaterialien können in verstärkte Varianten umgewandelt werden.
Die wichtigsten kommerziellen Sorten sind: verstärktes PA6, verstärktes PA66, verstärktes PA46, verstärktes PA1010, verstärktes PA610 usw. Die größte Produktion davon wird verstärktes PA6 und PA66 erzielt. Häufig verwendete Polyamid-Verstärkungsmaterialien sind Glasfaser, Kohlefaser, Aramidfaser und anorganische Whisker werden ebenfalls zur Verstärkung von Polyamid verwendet.
Polyphenylensulfid
Abgekürzt als PPS.
Die herausragenden Eigenschaften von PPS sind: ① gute Hitzebeständigkeit, kann im Temperaturbereich von 180 ~ 220 ℃ verwendet werden; ② Korrosionsbeständigkeit nahe Polytetrafluorethylen; ③ hervorragende elektrische Eigenschaften; ④ hervorragende mechanische Eigenschaften; ⑤ gute flammhemmende Eigenschaften.
Die Nachteile von PPS sind: ① Der Preis ist zu hoch. Es ist unter den hochtemperaturbeständigen Kunststoffen am günstigsten, aber viel teurer als allgemeine technische Kunststoffe; ② Geringe Zähigkeit und Sprödigkeit; ③ Instabile Viskosität während der Verarbeitung. Reines PPS wird aufgrund seiner Sprödigkeit selten allein verwendet. Das verwendete PPS sind leistungsmodifizierte Varianten. Genauer gesagt: 40 % glasfaserverstärktes PPS (R4), anorganisch gefülltes PPS (R8), kohlenstofffaserverstärktes PPS (G6) usw. PPS wird zu 45 % in Automobilen, zu 30 % in Elektronik und Elektrogeräten und zu 25 % in anderen Bereichen verwendet. PPS entwickelt sich rasant und wird voraussichtlich der sechstgrößte technische Kunststoff werden.
Polycarbonate
Polycarbonat (PC) hat eine ähnliche Festigkeit wie Nichteisenmetalle und ist gleichzeitig dehnbar und zäh. Es hat eine extrem hohe Schlagfestigkeit und kann durch Hämmern nicht beschädigt werden. Es hält der Explosion von Fernsehbildschirmen stand. Polycarbonat hat eine ausgezeichnete Transparenz und kann beliebig eingefärbt werden. Aufgrund der oben genannten hervorragenden Eigenschaften von Polycarbonat wird es häufig in verschiedenen Sicherheitslampenschirmen, Signallichtern, transparenten Schutzplatten für Turnhallen und Stadien, Beleuchtungsglas, Glas für Hochhäuser, Autoreflektoren, Windschutzscheiben, Flugzeugcockpitglas und Motorradhelmen verwendet. Der größte Markt sind Computer, Bürogeräte, Autos sowie Ersatzglas und -platten. CDs und DVDs sind einer der potenziellsten Märkte.
Polyoxymethylen
Polyoxymethylen (POM) ist ein technischer Kunststoff mit hervorragender Leistung, der im Ausland als „Stahl“ und „Superstahl“ bekannt ist. POM hat eine Härte, Festigkeit und Steifigkeit, die denen von Metallen ähnelt, und ist in einem weiten Temperatur- und Feuchtigkeitsbereich gut selbstschmierend, ermüdungsbeständig und elastisch. Darüber hinaus ist es gut chemikalienbeständig. Da es kostengünstiger als viele andere technische Kunststoffe ist, ersetzt POM einige Märkte, die traditionell von Metallen besetzt sind, beispielsweise Zink, Messing, Aluminium und Stahl bei der Herstellung vieler Teile. Seit seiner Einführung wird POM häufig in der Elektronik, im Maschinenbau, in der Instrumentierung, in der Leichtindustrie, in der Automobilindustrie, bei Baumaterialien, in der Landwirtschaft und in anderen Bereichen eingesetzt. In vielen neuen Anwendungsbereichen, wie der Medizintechnik und bei Sportgeräten, zeigt POM ebenfalls einen guten Wachstumstrend.
PBT
Polybutylenterephthalat (PBT) ist ein thermoplastischer Polyester. Im Vergleich zu anderen thermoplastischen technischen Kunststoffen weist unverstärktes PBT eine bessere Verarbeitungsleistung und bessere elektrische Eigenschaften auf. PBT hat eine niedrige Glasübergangstemperatur, kann bei einer Formtemperatur von 50 °C schnell kristallisieren und hat einen kurzen Verarbeitungszyklus. Polybutylenterephthalat (PBT) wird häufig in der Elektronik-, Elektro- und Automobilindustrie verwendet. Aufgrund seiner hohen Isolierung und Temperaturbeständigkeit kann PBT als Rücklauftransformator für Fernseher, Automobilverteiler und Zündspulen, Gehäuse und Sockel von Bürogeräten, verschiedene Außenteile von Autos, Klimaanlagenlüfter, Sockel von elektronischen Herden und Gehäuse von Bürogeräten verwendet werden.
Polyphenylenoxid
PPO ist eine Abkürzung. Es verfügt über hervorragende umfassende Eigenschaften. Sein größtes Merkmal ist seine hervorragende Dimensionsstabilität und hervorragende elektrische Isolierung bei Langzeitbelastung. Es verfügt über einen breiten Betriebstemperaturbereich und kann im Bereich von -127 bis 121 °C lange verwendet werden. Es ist hervorragend wasser- und dampfbeständig. Die Produkte verfügen über eine hohe Zugfestigkeit und Schlagfestigkeit sowie eine gute Kriechfestigkeit. Darüber hinaus verfügt es über eine gute Verschleißfestigkeit und gute elektrische Eigenschaften. Es wird hauptsächlich als Ersatz für Edelstahl bei der Herstellung chirurgischer medizinischer Geräte verwendet. In der elektromechanischen Industrie kann es zur Herstellung von Zahnrädern, Gebläseflügeln, Rohren, Ventilen, Schrauben und anderen Befestigungselementen und Verbindungselementen usw. verwendet werden. Es wird auch zur Herstellung von Teilen in der Elektronik- und Elektroindustrie verwendet, wie Spulenskeletten und Leiterplatten.
