С ростом спроса на специальные виды инженерных пластиков для ответственных сфер применения, производители расширяют ассортимент производимых полуфабрикатов этих материалов (листов, плит, стержней и т.д.), поскольку зачастую малый тираж изделий не позволяет выпускать их методом инжекционного литья. В данном обзоре приводится обзор инженерных пластиков, выпускаемых в виде полуфабрикатов, которые предназначены для эксплуатации при повышенных температурах, и соответствующих следующим требованиям:

•  Верхняя граница постоянной рабочей температуры – 200°С и выше.
•  Минимальное значение прочности на растяжение при 200°С – 4000 PSI

В данном обзоре, с единственным исключением, рассматриваются только базовые версии инженерных пластиков, без армирующих добавок.

Общая закономерность, которую должны учитывать инженеры-проектировщики при выборе конструкционного материала – чем выше рабочая температура, тем дороже инженерные пластики, которые можно при ней использовать.


Полибензимидинол (PBI)

Полибензимидинол (PBI) обладает лучшей несущей способностью и стойкостью к износу по сравнению с другими инженерными пластиками, при температурах эксплуатации близких к верхней границе рабочей температуры материала. Данный материал характеризуется низким содержанием ионов, в сочетании с великолепной прозрачностью для ультразвуковых волн.

Преимущества:

• Прочность на растяжение при 200°С – 19000 PSI
• Верхняя граница постоянной рабочей температуры – до 350° С, кратковременно – до 540°С
• Крайне низкий коэффициент линейного расширения/сжатия – 1.3х10^-5

Недостатки:

• Низкая сопротивляемость воздействию агрессивных сред – кислот, шелочей и горячему пару.
• Высокая водная абсорбция
• Трудность механической обработки


Полиимиды (PI)

Полиимиды представляют собой обширное семейство материалов, сильно отличающихся по своим свойствам – от труднообрабатываемых реактопластов до инженерных пластиков с термопластическими свойствами обычных инженерных пластиков (термопластов). В целом данная группа материалов отличается пониженной термостойкостью, несколько большим коэффициентом линейного расширения/сжатия, пониженными механическими свойствами и лучшей стойкостью к агрессивным средам по сравнению с PBI.

Преимущества (в среднем для всего семейства):

• Прочность на растяжение при 260°С – не мене 5000 PSI (для большинства материалов семейства – выше)
• Верхняя граница постоянной рабочей температуры – до 260° С (для большинства материалов семейства – выше)
• Умеренная стойкость к воздействию агрессивных сред

Недостатки:

• Ограниченная стойкость к воздействию горячей воды и пара
• Умеренные механические свойства


Полиамид-имид (PAI)

Полиамид-имид (PAI), пожалуй, является наиболее сложным материалом с точки зрения термопластичности, который в этом отношении мало отличается от реактопластов. Скажем температура стеклования данного материала (260°С) очень близка к его верхней границе рабочей температуры. Полиамид-имид (PAI) обладает несколько лучшей стойкостью к воздействию агрессивных сред по сравнению с PBI и PI, однако этого недостаточно, чтобы уверенно рекомендовать его в случаях, когда есть альтернативы.

Преимущества:

• Отличная стойкость к низким температурам
• Крайне низкий коэффициент линейного расширения/сжатия
• Прочность на растяжение при 200°С – не мене 12000 PSI

Недостатки:

• Существенная водная абсорбция
• Недостаточная стойкость к воздействию горячей воды и пару, хотя и лучше чем у PBI и PI.


Полиэфирэфиркетон (PEEK)

Наиболее известный вид материалов из семейства кетон-полимеров, широко применяющийся в самых различных отраслях. Хотя верхняя граница рабочей температуры данного материала не превышает 260°С, тем не менее чрезвычайно ценится его стойкость к воздействию агрессивных сред при данной температуре.



Листы, плиты и стержни из полиэфирэфиркетона


Преимущества:

• Великолепная стойкость к воздействию к большинству кислот
• Великолепная стойкость к воздействию горячей воды и пару
Недостатки:
• Низкие механические свойства при температурах выше 200°С


Полифенилсульфид (PPS)

Данный материал может иметь как разветвленную, так и линейную структуру. Из материала с разветвленной структурой посредством экструзии можно производить полуфабрикаты только в случае введения в его состав не мене 40% армирующих добавок (стекло- и углеволокна), поскольку без них получаемые изделия отличаются слишком высокой хрупкостью. Материал с линейной структурой можно свободно экструдировать, однако его верхняя граница рабочей температуры недостаточна, для соответствия заданным выше критериям.



Детали из полифенилсульфида (PPS)


PPS с 40% содержанием стекловолокна обладает великолепным соотношением свойств и стоимости.

Преимущества:

• Не подвержен воздействию растворителей при температурах до 250°С
• Великолепная стойкость к воздействию агрессивных химических соединения и процессу гидролиза
• Отличное сопротивление ползучести и деформациям под нагрузкой

Недостатки:

• Повышенная хрупкость


Общие свойства вышеперечисленных материалов

Преимущества:

•  Группа воспламеняемости V0 по UL94, низкая дымообразование, значение кислородных индексов – от 30% до 40%
•  Низкое содержание ионов и эмиссия газов
•  Естественная стойкость к износу

Недостатки:

•  Сложность в обработке, чувствительность к образованию трещин, что требует высокой квалификации оператора обрабатывающего оборудования
•  Перед началом эксплуатации деталей из PBI, PI и PAI, в случае если предполагается что они будут подвергнуты воздействию температур свыше 150°С, их обязательно необходимо просушить. Влажные детали из вышеперечисленных материалов при повышенных температурах эксплуатации могут быстро выйти из строя с катастрофическими последствиями