Technische kunststoffen kunnen worden gebruikt als technische materialen en als kunststoffen ter vervanging van metalen bij de productie van machineonderdelen, enz. Technische kunststoffen hebben uitstekende uitgebreide eigenschappen, waaronder hoge stijfheid, lage kruip, hoge mechanische sterkte, goede hittebestendigheid en goede elektrische isolatie. Ze kunnen lange tijd worden gebruikt in zware chemische en fysieke omgevingen en kunnen metalen vervangen als technische structurele materialen, maar ze zijn duurder en hebben een kleinere output.
Classificatie
Technische kunststoffen kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën: algemene technische kunststoffen en speciale technische kunststoffen . De eerste categorie omvat hoofdzakelijk vijf algemene technische kunststoffen: polyamide , polycarbonaat , polyoxymethyleen , gemodificeerd polyfenyleenether en thermoplastisch polyester; de tweede categorie verwijst voornamelijk naar technische kunststoffen met een hittebestendigheid van meer dan 150 °C, en de belangrijkste varianten zijn polyimide, polyfenyleensulfide , polysulfon, aromatisch polyamide, polyarylaat, polyfenyleenester, polyaryletherketon, vloeibaar kristalpolymeer en fluorhars.
Belangrijkste prestaties
De prestatiekenmerken van technische kunststoffen zijn voornamelijk:
- Vergeleken met algemeen gebruikte kunststoffen heeft het een uitstekende hitte- en koudebestendigheid, uitstekende mechanische eigenschappen in een breed temperatuurbereik en is het geschikt voor gebruik als constructiemateriaal;
- Goede corrosiebestendigheid, minder beïnvloed door de omgeving en goede duurzaamheid;
- Vergeleken met metalen materialen is het eenvoudig te bewerken, heeft het een hoge productie-efficiëntie, vereenvoudigt het procedures en bespaart het kosten;
- Goede maatvastheid en elektrische isolatie;
- Lichtgewicht, hoge specifieke sterkte en uitstekende wrijvingsvermindering en slijtvastheid.
Geschiedenis
Technische kunststoffen ontwikkelden zich snel in de jaren vijftig. Hoewel nylon 66-hars al in 1939 succesvol was ontwikkeld en in productie werd genomen, werd het destijds voornamelijk gebruikt voor de productie van synthetische vezels. Pas in de jaren vijftig werd het traditionele gebruik van zuivere vezels overstegen en werd het gebruikt voor de productie van kunststoffen. De ontwikkeling van technische kunststoffen ging pas echt snel na de succesvolle ontwikkeling van polyoxymethyleen en polycarbonaat eind jaren vijftig. Hun opkomst was van groot belang. Dankzij de hoge kristalliniteit van polyoxymethyleen heeft het uitstekende mechanische eigenschappen, waardoor kunststoffen voor het eerst metalen konden vervangen en tot de structurele materialen konden worden gerekend. Later, met de succesvolle ontwikkeling van het copolymeer formaldehyde en de popularisering van schroefspuitgietmachines, werd de belangrijke positie van technische kunststoffen in de materiaalsector verder versterkt. Polycarbonaat is een transparante technische kunststof met uitstekende algehele eigenschappen. Het wordt veel gebruikt en is een van de snelstgroeiende technische kunststoffen. Op het gebied van technische kunststoffen is de productie en het verbruik ervan na polyamide het meest voorkomende materiaal.
In 1961 ontwikkelde DuPont met succes polyimide, wat de weg vrijmaakte voor de ontwikkeling van speciale technische kunststoffen. De opkomst van polyimide bevorderde ook de ontwikkeling van veel hittebestendige technische kunststoffen zoals polysulfon, polyfenyleensulfide en polybenzimidazool, wat een diepgaande impact had op de ontwikkeling van de kunststofindustrie.
In 1964 begon het Amerikaanse General Motors met de industriële productie van de door hen ontwikkelde polyfenyleenetherhars.
In 1980 ontwikkelde het Britse bedrijf ICI met succes polyetheretherketone (PEEK), een speciale technische kunststof met een smeltpunt tot 336 °C. PEEK heeft een uitstekende hittebestendigheid, stralingsbestendigheid en chemische bestendigheid en kan worden spuitgegoten, wat veel aandacht heeft getrokken. Composietmaterialen gemaakt van PEEK als matrix en versterkt met glasvezel of koolstofvezel zijn gebruikt in de luchtvaart en ruimtevaart.
De succesvolle ontwikkeling van thermotrope vloeibare kristalpolymeren in het midden van de jaren 1980 was een andere belangrijke gebeurtenis in de geschiedenis van de ontwikkeling van speciale technische kunststoffen. Vloeibare kristalpolymeren hebben een uitstekende hittebestendigheid en kunnen worden gebruikt bij temperaturen boven 200 °C. Ze hebben de kenmerken van zelfversterking, hoge sterkte, hoge modulus en chemische bestendigheid. Ze hebben een lage smeltviscositeit en zijn gemakkelijk te vormen. Ze hebben zeer brede toepassingsmogelijkheden in de elektronica-industrie.
Toepassingen
Vergeleken met algemeen bruikbare kunststoffen kunnen technische kunststoffen voldoen aan hogere eisen op het gebied van mechanische eigenschappen, duurzaamheid en corrosiebestendigheid
Technische kunststoffen worden steeds vaker gebruikt in auto's, vooral voor bumpers, brandstoftanks, dashboards, carrosseriepanelen, deuren, koplampkappen, brandstofleidingen, radiatoren en motoronderdelen.
In machines kunnen technische kunststoffen worden gebruikt in mechanische onderdelen zoals lagers, tandwielen, moeren, afdichtingen en mechanische constructiedelen zoals behuizingen, afdekkingen, handwielen, handgrepen, bevestigingsmiddelen en pijpverbindingen.
In elektronische apparaten kunnen technische kunststoffen worden gebruikt voor de bekleding van draden en kabels, printplaten, isolatiefolies en andere isolatiematerialen en voor structurele onderdelen van elektrische apparatuur.
In huishoudelijke apparaten kunnen technische kunststoffen worden gebruikt in koelkasten, wasmachines, airconditioners, televisies, elektrische ventilatoren, stofzuigers, strijkijzers, magnetrons, rijstkokers, radio's, stereoapparatuur en verlichtingsarmaturen.
In de chemische industrie kunnen technische kunststoffen worden gebruikt in chemische apparatuur zoals warmtewisselaars, bekledingen van chemische apparatuur en in chemische pijpleidingen zoals buizen en buisfittingen, kleppen en pompen.
Door de snelle ontwikkeling van de Chinese automobiel-, elektronica- en bouwindustrie is China het land geworden met de snelste groei in de vraag naar technische kunststoffen ter wereld. Volgens analyses zal de vraag naar technische kunststoffen verder toenemen met de voortdurende ontwikkeling van de Chinese economie, en de ontwikkelingsvooruitzichten van de Chinese technische kunststoffenindustrie zijn zeer breed. In de huishoudelijke apparatenindustrie zal de jaarlijkse vraag naar technische kunststoffen voor koelkasten, diepvriezers, wasmachines, airconditioners en verschillende kleine huishoudelijke apparaten ongeveer 600,000 ton bedragen. De hoeveelheid technische kunststoffen die wordt gebruikt in de bouw van communicatie-infrastructuur, spoorwegen en snelwegen is nog verbazingwekkender, en naar verwachting zal de totale vraag in de komende jaren meer dan 4.5 miljoen ton bedragen.
In 2010 bereikte de Chinese consumptie van engineering plastics 2.443 miljoen ton, een stijging van 11% op jaarbasis, waarmee het het land met de snelste vraaggroei ter wereld is; in 2011 bedroeg de Chinese consumptie van engineering plastics 2.72 miljoen ton, een stijging van 11.34% op jaarbasis. Verwacht wordt dat de Chinese consumptie van engineering plastics in 3.37 2013 miljoen ton zal bereiken en in 4.17 2015 miljoen ton.
Ontwikkelingsperspectieven
Volgens een onderzoeksrapport van Markets and Markets bedroeg de wereldwijde marktwaarde voor technische kunststoffen in 53.58 ongeveer 2013 miljard dollar en zal deze naar verwachting in 79.03 2018 miljard dollar bedragen, met een samengestelde jaarlijkse groei van 8%.
Technische kunststoffen hebben een breed scala aan toepassingen vanwege hun uitstekende stabiliteit, goede hitte- en chemische bestendigheid en hoge sterkte, en de vraag ernaar blijft snel groeien. Een van de belangrijkste toepassingen van technische kunststoffen is het vervangen van metalen in verschillende terminalindustrieën. Met name de steeds strengere milieuvoorschriften vereisen dat auto's emissies verminderen en het brandstofverbruik verbeteren, en technische kunststoffen worden op grote schaal gebruikt in de automobiel- en transportindustrie. Daarnaast worden technische kunststoffen ook op grote schaal gebruikt in consumenten- en huishoudelijke apparaten, elektrische en elektronische producten, industriële machines, verpakkingen, evenals medische, bouw- en andere industrieën.
In 2014 bezette de regio Azië-Pacific het grootste deel van de wereldwijde markt voor technische kunststoffen. Volgens statistieken was de regio Azië-Pacific goed voor 47.9% van de wereldwijde vraag naar technische kunststoffen in 2013. Verwacht wordt dat de regio Azië-Pacific in 2018 zijn positie als 's werelds grootste markt voor technische kunststoffen zal behouden, gevolgd door de West-Europese markt. In de komende vijf jaar zal de vraag naar de markt voor technische kunststoffen naar verwachting met een gemiddeld jaarlijks percentage van 7.8% groeien.
Belangrijkste soorten
Technische kunststoffen omvatten hoofdzakelijk polycarbonaat (PC), polyamide (PA), polyacetaal (POM), polyfenyleenoxide (PPO), polyester (PET, PBT), polyfenyleensulfide (PPS), polyarylaat, enzovoort.
Polyamide
Polyamide (PA, algemeen bekend als nylon) heeft de aandacht van mensen getrokken vanwege zijn unieke lage soortelijke massa, hoge treksterkte, slijtvastheid, goede zelf-smering, uitstekende slagvastheid en zowel stijve als flexibele prestaties. Bovendien is het gemakkelijk te verwerken, zeer efficiënt, licht in soortelijke massa (slechts 1/7 van metaal) en kan het worden verwerkt tot verschillende producten ter vervanging van metaal. Het wordt veel gebruikt in de automobiel- en transportindustrie. Typische producten zijn onder meer pompwaaiers, ventilatorbladen, klepzittingen, bussen, lagers, verschillende instrumentenpanelen, elektrische instrumenten voor auto's, warme en koude luchtregelkleppen en andere onderdelen. Per auto wordt ongeveer 3.6 tot 4 kilogram aan nylonproducten verbruikt. Het verbruiksaandeel van polyamide in de automobielindustrie is het grootst, gevolgd door elektronica en elektriciteit.
Volgens de verschillende doeleinden van polyamidemodificatie kan polyamidemodificatie worden onderverdeeld in versterkings-, taaiheids-, vlamvertragende, vullings- en legeringstypen. Onderzoek naar polyamide nanocomposieten heeft ook grote vooruitgang geboekt.
Om polyamidematerialen met een hogere sterkte en warmtevervormingstemperatuur te verkrijgen, worden anorganische of organische vezels of vulstoffen aan de polyamidematrix toegevoegd. Door menging en extrusie worden zeer sterke polyamidecomposietmaterialen verkregen. Er bestaan veel varianten van versterkt PA, en vrijwel alle polyamidematerialen kunnen worden versterkt.
De belangrijkste commerciële varianten zijn: versterkt PA6, versterkt PA66, versterkt PA46, versterkt PA1010, versterkt PA610, enz. De grootste output hiervan is versterkt PA6 en PA66. Veelgebruikte polyamideversterkingsmaterialen zijn glasvezel, koolstofvezel, aramidevezel en anorganische snorharen worden ook gebruikt om polyamide te versterken.
Polyfenyleensulfide
Afgekort als PPS.
De uitstekende eigenschappen van PPS zijn: ① goede hittebestendigheid, bruikbaar in het temperatuurbereik van 180 ~ 220 ℃; ② corrosiebestendigheid vergelijkbaar met die van polytetrafluorethyleen ; ③ uitstekende elektrische eigenschappen; ④ uitstekende mechanische eigenschappen; ⑤ goede brandvertragende eigenschappen.
De nadelen van PPS zijn: ① De prijs is te hoog. Het is goedkoop onder hittebestendige kunststoffen, maar veel duurder dan algemene technische kunststoffen; ② Slechte taaiheid en brosheid; ③ Onstabiele viscositeit tijdens verwerking. Puur PPS wordt zelden alleen gebruikt vanwege zijn brosheid. De gebruikte PPS zijn de prestatie-gemodificeerde varianten. Specifiek: 40% glasvezelversterkte PPS (R4), anorganisch gevulde PPS (R8), koolstofvezelversterkte PPS (G6), enz. PPS wordt gebruikt in auto's en is goed voor 45%, in elektronica en elektrische apparaten voor 30% en in andere velden voor 25%. PPS ontwikkelt zich snel en zal naar verwachting de zesde grootste technische kunststof worden.
Polycarbonaat
Polycarbonaat (PC) heeft een vergelijkbare sterkte als non-ferrometalen en is tegelijkertijd ductiliteit en taaiheid. Het heeft een extreem hoge slagvastheid en kan niet worden beschadigd door hameren. Het kan de explosie van tv-schermen weerstaan. Polycarbonaat heeft een uitstekende transparantie en kan op elke manier worden gekleurd. Vanwege de bovenstaande uitstekende eigenschappen van polycarbonaat is het op grote schaal gebruikt in verschillende veiligheidslampenkappen, signaallichten, transparante beschermplaten voor gymzalen en stadions, verlichtingsglas, glas voor hoogbouw, autoreflectoren, voorruitpanelen, cockpitglas van vliegtuigen en motorhelmen. De grootste markt is computers, kantoorapparatuur, auto's en vervangend glas en platen. Cd's en dvd's zijn een van de meest potentiële markten.
Polyoxymethyleen
Polyoxymethyleen (POM) is een technisch plastic met uitstekende prestaties, in het buitenland bekend als "staal" en "superstaal". POM heeft de hardheid, sterkte en stijfheid die vergelijkbaar zijn met metalen, en heeft een goede zelf-smering, goede vermoeiingsweerstand en elasticiteit in een breed temperatuur- en vochtigheidsbereik. Bovendien heeft het een goede chemische bestendigheid. Met lagere kosten dan veel andere technische kunststoffen vervangt POM een aantal markten die traditioneel door metalen worden bezet, zoals zink, messing, aluminium en staal om veel onderdelen te maken. Sinds de introductie wordt POM op grote schaal gebruikt in elektronica, machines, instrumentatie, dagelijkse lichte industrie, auto's, bouwmaterialen, landbouw en andere gebieden. In veel nieuwe toepassingsgebieden, zoals medische technologie en sportuitrusting, vertoont POM ook een goede groeitrend.
PBT
Polybutyleentereftalaat (PBT) is een thermoplastisch polyester. In vergelijking met andere thermoplastische technische kunststoffen heeft niet-versterkt PBT betere verwerkingseigenschappen en elektrische eigenschappen. PBT heeft een lage glasovergangstemperatuur, kan snel kristalliseren bij een vormtemperatuur van 50 °C en heeft een korte verwerkingstijd. Polybutyleentereftalaat (PBT) wordt veel gebruikt in de elektronica-, elektrotechnische en automobielindustrie. Dankzij de hoge isolatiewaarde en temperatuurbestendigheid kan PBT worden gebruikt als flyback-transformatoren voor televisies, auto-ontstekingsverdelers en -bobines, behuizingen en onderstellen van kantoorapparatuur, diverse auto-onderdelen, ventilatoren voor airconditioners, onderstellen van elektrische fornuizen en behuizingen van kantoorapparatuur.
Polyfenyleenoxide
PPO in het kort. Het heeft uitstekende uitgebreide eigenschappen. De grootste eigenschap is dat het uitstekende dimensionale stabiliteit en uitstekende elektrische isolatie heeft onder langdurige belasting. Het heeft een breed bedrijfstemperatuurbereik en kan langdurig worden gebruikt in het bereik van -127 tot 121 °C. Het heeft uitstekende waterbestendigheid en stoombestendigheid. De producten hebben een hoge treksterkte en slagvastheid en een goede kruipweerstand. Bovendien heeft het een goede slijtvastheid en elektrische eigenschappen. Het wordt voornamelijk gebruikt om roestvrij staal te vervangen bij de productie van chirurgische medische apparatuur. In de elektromechanische industrie kan het worden gebruikt om tandwielen, blaasbladen, buizen, kleppen, schroeven en andere bevestigingsmiddelen en connectoren te maken, enz. Het wordt ook gebruikt om onderdelen te maken in de elektronica- en elektrotechnische industrie, zoals spoelskeletten en printplaten.
