Chọn vật liệu nhựa

Trong bối cảnh công nghiệp đang phát triển nhanh chóng hiện nay, vật liệu nhựa đã trở thành một thành phần không thể thiếu do hiệu suất vượt trội và phạm vi ứng dụng rộng rãi của chúng. Chúng không chỉ có mặt ở khắp mọi nơi trong cuộc sống hàng ngày mà còn đóng một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như các ngành công nghệ cao, thiết bị y tế, sản xuất ô tô, hàng không vũ trụ, và hơn thế nữa. Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học vật liệu, sự đa dạng và hiệu suất của vật liệu nhựa ngày càng tăng, mang đến cho các kỹ sư và nhà thiết kế nhiều lựa chọn và thách thức hơn. Làm thế nào để chọn vật liệu nhựa phù hợp nhất từ vô số các lựa chọn cho một ứng dụng cụ thể đã trở thành một vấn đề phức tạp nhưng quan trọng. Bài viết này nhằm cung cấp một hướng dẫn toàn diện để giúp người đọc hiểu các tính chất cơ bản của vật liệu nhựa, kỹ thuật xử lý, yêu cầu về hiệu suất và cách chúng tác động đến hiệu suất và chi phí của sản phẩm cuối cùng. Chúng ta sẽ thảo luận về các đặc tính hóa học và vật lý của các loại vật liệu nhựa khác nhau, phân tích hiệu suất của chúng trong các điều kiện môi trường và ứng dụng khác nhau, đồng thời đưa ra lời khuyên lựa chọn thực tế. Bằng cách đi sâu vào quá trình lựa chọn vật liệu nhựa, chúng tôi hy vọng sẽ hỗ trợ người đọc đưa ra các quyết định sáng suốt trong giai đoạn thiết kế và phát triển sản phẩm, đảm bảo độ tin cậy, độ bền và hiệu quả kinh tế của sản phẩm. Sau lời nói đầu này, chúng ta sẽ bắt đầu một hành trình vào thế giới của vật liệu nhựa, khám phá những bí mật của chúng và học cách áp dụng kiến thức này vào thiết kế sản phẩm thực tế. Cho dù bạn là một kỹ sư giàu kinh nghiệm hay một người mới làm quen với lĩnh vực khoa học vật liệu, chúng tôi hy vọng rằng bài viết này sẽ cung cấp cho bạn những thông tin và cảm hứng giá trị. Hãy cùng nhau bắt đầu hành trình này để khám phá những bí ẩn của việc lựa chọn vật liệu nhựa.

Cho đến nay, hơn mười nghìn loại nhựa đã được báo cáo, với hàng ngàn trong số đó được sản xuất công nghiệp. Việc lựa chọn vật liệu nhựa liên quan đến việc chọn một loại phù hợp từ vô số các loại nhựa. Thoạt nhìn, vô số các loại nhựa có sẵn có thể gây choáng ngợp. Tuy nhiên, không phải tất cả các loại nhựa đều được ứng dụng rộng rãi. Việc lựa chọn vật liệu nhựa mà chúng ta đề cập không phải là tùy tiện mà được lọc trong các loại nhựa thường được sử dụng.

• Hiệu suất so sánh của các vật liệu khác nhau;
• Các điều kiện không phù hợp để lựa chọn nhựa;
• Các điều kiện phù hợp để lựa chọn nhựa.

1. Ứng suất cơ học lên sản phẩm nhựa;
2. Tính chất điện của sản phẩm nhựa;
3. Yêu cầu về độ chính xác kích thước của sản phẩm nhựa;
4. Yêu cầu về độ thấm của sản phẩm nhựa;
5. Yêu cầu về độ trong suốt của sản phẩm nhựa;
6. Yêu cầu về hình thức của sản phẩm nhựa.

1. Nhiệt độ môi trường;
2. Độ ẩm môi trường;
3. Môi trường tiếp xúc;
4. Ánh sáng, oxy và bức xạ trong môi trường.

• Khả năng gia công của nhựa;
• Chi phí xử lý của nhựa;
• Chất thải phát sinh trong quá trình xử lý nhựa.

• Giá của nguyên liệu nhựa;
• Tuổi thọ của sản phẩm nhựa;
• Chi phí bảo trì của sản phẩm nhựa.

Trong quá trình lựa chọn thực tế, một số loại nhựa có các tính chất rất giống nhau, gây khó khăn cho việc lựa chọn. Việc chọn loại nào phù hợp hơn đòi hỏi sự cân nhắc đa diện và cân nhắc lặp đi lặp lại trước khi đưa ra quyết định. Do đó, việc lựa chọn vật liệu nhựa là một nhiệm vụ rất phức tạp và không có quy tắc rõ ràng nào để tuân theo. Một điều cần lưu ý là dữ liệu hiệu suất của vật liệu nhựa được trích dẫn từ nhiều sách và ấn phẩm khác nhau được đo trong các điều kiện cụ thể, có thể khác biệt đáng kể so với điều kiện làm việc thực tế.

Khi đối mặt với bản vẽ thiết kế của một sản phẩm sẽ được phát triển, việc lựa chọn vật liệu nên tuân theo các bước sau:

• Đầu tiên, xác định xem sản phẩm có thể được sản xuất bằng vật liệu nhựa hay không;
• Thứ hai, nếu xác định rằng vật liệu nhựa có thể được sử dụng để sản xuất, thì việc chọn vật liệu nhựa nào sẽ trở thành yếu tố tiếp theo cần xem xét.

Các chỉ số thường được sử dụng là nhiệt độ lệch nhiệt, nhiệt độ chịu nhiệt Martin và điểm hóa mềm Vicat, trong đó nhiệt độ lệch nhiệt được sử dụng phổ biến nhất.

• Xem xét mức độ chịu nhiệt:
  1. Đáp ứng các yêu cầu về khả năng chịu nhiệt mà không chọn quá cao, vì nó có thể làm tăng chi phí;
  2. Tốt nhất là sử dụng nhựa thông thường đã được sửa đổi. Nhựa chịu nhiệt chủ yếu thuộc về nhựa đặc biệt, có giá thành đắt; nhựa thông thường có giá thành tương đối rẻ hơn;
  3. Tốt nhất là sử dụng nhựa thông thường với biên độ sửa đổi chịu nhiệt lớn.
• Xem xét các yếu tố môi trường chịu nhiệt:
  1. Khả năng chịu nhiệt tức thời và dài hạn;
  2. Khả năng chịu nhiệt khô và ướt;
  3. Khả năng chống ăn mòn trung bình;
  4. Khả năng chịu nhiệt không có oxy và oxy;
  5. Khả năng chịu nhiệt có tải và không tải.

Hầu hết các chất độn khoáng vô cơ, ngoại trừ vật liệu hữu cơ, có thể cải thiện đáng kể nhiệt độ chịu nhiệt của nhựa. Các chất độn chịu nhiệt thông thường bao gồm: canxi cacbonat, talc, silica, mica, đất sét nung, alumina và amiăng. Kích thước hạt của chất độn càng nhỏ thì hiệu quả sửa đổi càng tốt.

• Chất độn nano:
  • PA6 được lấp đầy bằng 5% nano montmorillonite, nhiệt độ lệch nhiệt có thể tăng từ 70°C lên 150°C;
  • PA6 được lấp đầy bằng 10% nano meerschaum, nhiệt độ lệch nhiệt có thể tăng từ 70°C lên 160°C;
  • PA6 được lấp đầy bằng 5% mica tổng hợp, nhiệt độ lệch nhiệt có thể tăng từ 70°C lên 145°C.
• Chất độn thông thường:
  • PBT được lấp đầy bằng 30% talc, nhiệt độ lệch nhiệt có thể tăng từ 55°C lên 150°C;
  • PBT được lấp đầy bằng 30% mica, nhiệt độ lệch nhiệt có thể tăng từ 55°C lên 162°C.

Tăng cường khả năng chịu nhiệt của nhựa thông qua sửa đổi gia cường thậm chí còn hiệu quả hơn so với việc điền đầy. Các sợi chịu nhiệt thông thường chủ yếu bao gồm: sợi amiăng, sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi râu và poly.

• Nhựa kết tinh được gia cường bằng 30% sợi thủy tinh để sửa đổi khả năng chịu nhiệt:
  • Nhiệt độ lệch nhiệt của PBT tăng từ 66°C lên 210°C;
  • Nhiệt độ lệch nhiệt của PET tăng từ 98°C lên 238°C;
  • Nhiệt độ lệch nhiệt của PP tăng từ 102°C lên 149°C;
  • Nhiệt độ lệch nhiệt của HDPE tăng từ 49°C lên 127°C;
  • Nhiệt độ lệch nhiệt của PA6 tăng từ 70°C lên 215°C;
  • Nhiệt độ lệch nhiệt của PA66 tăng từ 71°C lên 255°C;
  • Nhiệt độ lệch nhiệt của POM tăng từ 110°C lên 163°C;
  • Nhiệt độ lệch nhiệt của PEEK tăng từ 230°C lên 310°C.
• Nhựa vô định hình được gia cường bằng 30% sợi thủy tinh để sửa đổi khả năng chịu nhiệt:
  • Nhiệt độ lệch nhiệt của PS tăng từ 93°C lên 104°C;
  • Nhiệt độ lệch nhiệt của PC tăng từ 132°C lên 143°C;
  • Nhiệt độ lệch nhiệt của AS tăng từ 90°C lên 105°C;
  • Nhiệt độ lệch nhiệt của ABS tăng từ 83°C lên 110°C;
  • Nhiệt độ lệch nhiệt của PSF tăng từ 174°C lên 182°C;
  • Nhiệt độ lệch nhiệt của MPPO tăng từ 130°C lên 155°C.

Pha trộn nhựa để tăng cường khả năng chịu nhiệt liên quan đến việc kết hợp nhựa chịu nhiệt cao vào nhựa chịu nhiệt thấp, do đó làm tăng khả năng chịu nhiệt của chúng. Mặc dù sự cải thiện khả năng chịu nhiệt không đáng kể như đạt được bằng cách thêm các chất sửa đổi chịu nhiệt, nhưng lợi thế là nó không ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất ban đầu của vật liệu trong khi tăng cường khả năng chịu nhiệt.

• ABS/PC: Nhiệt độ lệch nhiệt có thể tăng từ 93°C lên 125°C;
• ABS/PSF (20%): Nhiệt độ lệch nhiệt có thể đạt 115°C;
• HDPE/PC (20%): Điểm hóa mềm Vicat có thể tăng từ 124°C lên 146°C;
• PP/CaCo3/EP: Nhiệt độ lệch nhiệt có thể tăng từ 102°C lên 150°C.

Liên kết chéo nhựa để cải thiện khả năng chịu nhiệt thường được sử dụng trong đường ống và cáp chịu nhiệt.

• HDPE: Sau khi xử lý liên kết chéo silan, nhiệt độ lệch nhiệt của nó có thể tăng từ 70°C ban đầu lên 90-110°C;
• PVC: Sau khi liên kết chéo, nhiệt độ lệch nhiệt của nó có thể tăng từ 65°C ban đầu lên 105°C.

• Màng trong suốt: Bao bì sử dụng PE, PP, PS, PVC và PET, v.v., nông nghiệp sử dụng PE, PVC và PET, v.v.;
• Tấm và bảng trong suốt: Sử dụng PP, PVC, PET, PMMA và PC, v.v.;
• Ống trong suốt: Sử dụng PVC, PA, v.v.;
• Chai trong suốt: Sử dụng PVC, PET, PP, PS và PC, v.v.

Chủ yếu được sử dụng làm chao đèn, thường sử dụng PS, PS đã sửa đổi, AS, PMMA và PC.

• Thân ống kính cứng: Chủ yếu sử dụng CR-39 và J.D;
• Kính áp tròng: Thường sử dụng HEMA.

• Kính ô tô: Thường sử dụng PMMA và PC;
• Kính kiến trúc: Thường sử dụng PVF và PET.

Thường sử dụng PMMA, PC, GF-UP, FEP, PVF và SI, v.v.

Lớp lõi sử dụng PMMA hoặc PC và lớp vỏ là một polyme fluoro-olefin, loại metyl metacrylat flo hóa.

Thường sử dụng PC và PMMA.

PMMA bề mặt cứng, FEP, EVA, EMA, PVB, v.v.

• Vỏ TV:
  • Kích thước nhỏ: PP đã sửa đổi;
  • Kích thước trung bình: PP đã sửa đổi, HIPS, ABS và hợp kim PVC/ABS;
  • Kích thước lớn: ABS.
• Lớp lót cửa và lớp lót bên trong tủ lạnh:
  • Thường sử dụng bảng HIPS, bảng ABS và bảng composite HIPS/ABS;
  • Hiện tại, ABS là vật liệu chính, chỉ tủ lạnh Haier sử dụng HIPS đã sửa đổi.
• Máy giặt:
  • Lồng và nắp bên trong chủ yếu sử dụng PP, một lượng nhỏ sử dụng hợp kim PVC/ABS.
• Máy điều hòa không khí:
  • Sử dụng ABS, AS, PP gia cường.
• Quạt điện:
  • Sử dụng ABS, AS, GPPS.
• Máy hút bụi:
  • Sử dụng ABS, HIPS, PP đã sửa đổi.
• Bàn ủi:
  • Không chịu nhiệt: PP đã sửa đổi;
  • Chịu nhiệt: ABS, PC, PA, PBT, v.v.
• Lò vi sóng và nồi cơm điện:
  • Không chịu nhiệt: PP và ABS đã sửa đổi;
  • Chịu nhiệt: PES, PEEK, PPS, LCP, v.v.
• Radio, máy ghi âm, máy ghi hình:
  • Sử dụng ABS, HIPS, v.v.
• Điện thoại:
  • Sử dụng ABS, HIPS, PP đã sửa đổi, PVC/ABS, v.v.