1. Giới thiệu
Nhựa kỹ thuật, chẳng hạn như polyamide (PA), polycarbonate (PC), polybutylen terephthalate (PBT) và polyphenylen sulfide (PPS), là một lớp nhựa nhiệt dẻo thể hiện cường độ cao, khả năng chống nhiệt và độ bền. Mặc dù có lợi thế, những hạn chế vốn có như độ giòn, dễ cháy và khả năng xử lý kém trong một số điều kiện nhất định hạn chế các ứng dụng của họ. Để khắc phục những hạn chế này, các kỹ thuật sửa đổi khác nhau đã được phát triển. Chúng bao gồm pha trộn với các polyme khác, kết hợp chất độn hoặc quân tiếp viện, áp dụng các phương pháp xử lý hóa học và sử dụng các chất phụ gia để điều chỉnh các thuộc tính cho các yêu cầu sử dụng cuối cụ thể.
2. Kỹ thuật và chiến lược sửa đổi
2.1. Củng cố bằng sợi hoặc chất độn
Củng cố nhựa kỹ thuật với các vật liệu như sợi thủy tinh, sợi carbon hoặc nano-clays cải thiện đáng kể cường độ cơ học và độ ổn định kích thước của chúng. Ví dụ, PA được gia cố bằng sợi thủy tinh thể hiện cường độ kéo và độ cứng nâng cao, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng chịu tải. Sợi carbon, mặc dù đắt hơn, cung cấp tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng đặc biệt và độ dẫn điện. Các sợi nano, chẳng hạn như silicat phân lớp và graphene, cung cấp các cải tiến ở hàm lượng chất độn thấp hơn, ảnh hưởng đến sự ổn định nhiệt và tính chất rào cản.
2.2. Sửa đổi độ trễ ngọn lửa
Nhựa kỹ thuật thường yêu cầu các đặc tính chống cháy cho các ứng dụng trong nội thất điện tử và ô tô. Chất làm chậm ngọn lửa halogen thông thường đang được thay thế bằng các lựa chọn thay thế thân thiện với môi trường như các hợp chất dựa trên phốt pho, hệ thống phun và vật liệu nano. Ví dụ, việc thêm than chì có thể mở rộng và amoni polyphosphate vào polyamide có thể đạt được xếp hạng UL-94 V-0 trong khi duy trì tính toàn vẹn cơ học.
2.3. Cải thiện tác động và độ bền
Nhiều loại nhựa kỹ thuật vốn đã giòn ở nhiệt độ thấp. Các tác nhân tăng cường như chất đàn hồi (ví dụ: EPDM, SEBS) hoặc các hạt vỏ lõi được kết hợp để cải thiện khả năng chống va đập. Các bộ điều chỉnh này hoạt động bằng cách hấp thụ năng lượng và khởi đầu nhiều năng suất cắt trong quá trình tác động, do đó tăng cường độ dẻo mà không ảnh hưởng đáng kể đến điện trở nhiệt.
2.4. Cải tiến ổn định nhiệt và UV
Các chất ổn định nhiệt (ví dụ, các phenol bị cản trở, phosphites) và chất hấp thụ tia cực tím (ví dụ, benzotriazole, chất ổn định ánh sáng amin bị cản trở) được thêm vào các loại nhựa kỹ thuật được sử dụng trong môi trường ngoài trời hoặc nhiệt độ cao. Những chất phụ gia này ngăn chặn sự phân tách chuỗi và suy thoái oxy hóa, kéo dài tuổi thọ của các thành phần tiếp xúc với nhiệt hoặc ánh sáng mặt trời.
2.5. Sửa đổi dựa trên sinh học và xanh
Với sự tập trung ngày càng tăng vào tính bền vững, các loại nhựa kỹ thuật dựa trên sinh học như Polylactic Acid (PLA) đang được sửa đổi để tăng cường hiệu suất của chúng. Các kỹ thuật bao gồm pha trộn với các polyme cứng, thêm các sợi tự nhiên (ví dụ: cây gai dầu, kenaf) hoặc đùn phản ứng với các bộ mở rộng chuỗi để cải thiện độ bền và độ bền của nhiệt.
3. Cải thiện hiệu suất
3.1. Tính chất cơ học
Nhựa kỹ thuật sửa đổi cho thấy những cải thiện rõ rệt về độ bền kéo, khả năng chống va đập và hành vi mệt mỏi. Ví dụ, PBT được gia cố bằng sợi thủy tinh có thể chịu được tải trọng cao hơn và ứng suất lặp đi lặp lại mà không bị hỏng.
3.2. Tính chất nhiệt
Độ dẫn nhiệt, nhiệt độ lệch nhiệt (HDT) và điểm nóng chảy có thể được điều chỉnh thông qua chất độn và phụ gia. PPS được sửa đổi với boron nitride thể hiện độ dẫn nhiệt được cải thiện, lý tưởng cho tản nhiệt và vỏ điện tử.
3.3. Tính chất điện
Trong các ứng dụng yêu cầu cách nhiệt hoặc độ dẫn điện được kiểm soát, nhựa đã được sửa đổi với các tác nhân chống tĩnh điện, màu đen carbon hoặc polyme dẫn điện được sử dụng. Ví dụ, PC-ABS pha trộn với ống nano carbon cung cấp bảo vệ xả tĩnh điện trong các thiết bị điện tử nhạy cảm.
3.4. Kháng hóa chất và khả năng thời tiết
Các chất phụ gia như fluoropolyme hoặc tác nhân ghép silane tăng cường trơ hóa hóa học và giảm độ hấp thụ độ ẩm. Chất ổn định UV và chất chống oxy hóa giúp duy trì sự xuất hiện và chức năng trong điều kiện ngoài trời.
3.5. Khả năng xử lý
Cải thiện hành vi dòng chảy, khả năng đúc và độ ổn định nhiệt trong quá trình xử lý đạt được thông qua các biến đổi lưu biến và hỗ trợ xử lý, cho phép hình học phần phức tạp và chất lượng sản xuất phù hợp.
4. Trường ứng dụng
4.1. Ngành công nghiệp ô tô
Nhựa kỹ thuật sửa đổi được sử dụng trong các thành phần dưới chân, tấm cơ thể và các bộ phận bên trong. PA được gia cố bằng sợi thủy tinh thay thế các bộ phận kim loại, giảm trọng lượng xe và mức tiêu thụ nhiên liệu. Hỗn hợp PC chống cháy được sử dụng cho các hệ thống chiếu sáng và bảng điều khiển.
4.2. Điện và Điện tử
Nhựa hiệu suất cao như PPS và PBT, được sửa đổi với chất chống cháy và chất ổn định nhiệt, được sử dụng trong các đầu nối, bảng mạch và vỏ. Tính chất ổn định kích thước của chúng và tính chất cách nhiệt là rất quan trọng trong môi trường thu nhỏ và sử dụng nhiệt.
4.3. Hàng tiêu dùng
Nhựa tăng cường và ổn định UV được sử dụng trong các công cụ điện, thiết bị và hàng thể thao. ABS được điều chỉnh tác động là phổ biến trong vỏ mũ bảo hiểm và thiết bị bảo vệ, trong khi PC chống trầy xước được sử dụng trong kính mắt và màn hình.
4.4. Y tế và chăm sóc sức khỏe
Nhựa kỹ thuật được sửa đổi cho khả năng kháng khử trùng và khả năng tương thích sinh học, như PPSU và PEI, được sử dụng trong các dụng cụ phẫu thuật, thiết bị chẩn đoán và các công cụ nha khoa. Các công thức không có phụ gia và thấp là rất quan trọng đối với các ứng dụng nhạy cảm.
4.5. Xây dựng và sử dụng công nghiệp
Nhựa sửa đổi cung cấp khả năng chống ăn mòn, cách nhiệt và tính toàn vẹn cấu trúc trong xây dựng. Các polyolefin và polyesters được gia cố GF được sử dụng trong các đường ống, tấm và các bộ phận máy móc tiếp xúc với hóa chất và ứng suất tải.
5. Thách thức và triển vọng tương lai
Mặc dù có lợi thế, nhựa kỹ thuật sửa đổi phải đối mặt với những thách thức như chi phí vật liệu cao, các vấn đề về khả năng tái chế và tác động môi trường của một số chất phụ gia. Sự phát triển của nhựa kỹ thuật có nguồn gốc sinh học và hoàn toàn có thể tái chế là một hướng đi quan trọng trong tương lai. Vật liệu thông minh với sự tự phục hồi, bộ nhớ hình dạng và tính chất thích ứng đại diện cho biên giới tiếp theo. Những đổi mới trong xử lý phản ứng, công nghệ nano và thiết kế vật liệu hướng dẫn học máy được dự kiến sẽ đẩy nhanh sự phát triển của nhựa hiệu suất cao, kỹ thuật bền vững.
