Las propiedades y los parámetros de procesamiento de moldeo del éter de polifenileno (PPO)

Las propiedades y los parámetros de procesamiento de moldeo del éter de polifenileno (PPO)

I. Propiedades básicas del éter de polifenileno (PPO)

El éter de polifenileno (PPO), también conocido como poli 2,6-dimetil-1,4-fenileno éter, es un plástico de ingeniería de alta resistencia que surgió en la década de 1960. Se abrevia como PPO o PPE, y también se conoce como polidifenil éter, óxido de polifenileno o éter de polifenileno. Es una resina termoplástica con una baja densidad de solo 1.06 g/cm³. Tiene excelentes propiedades integrales, baja absorción de humedad y rendimiento eléctrico superior, resistencia al vapor y estabilidad dimensional. Sin embargo, tiene una flujo de fusión deficiente, lo que dificulta el moldeo. En aplicaciones de ingeniería, se utilizan varias formas modificadas de PPO.

1. Propiedades mecánicas

PPO exhibe excelentes propiedades mecánicas (ver Tabla 1-1), con una resistencia a la tracción de 80 MPa (a 23 ° C), superando los plásticos de ingeniería como policarbonato, poliacetal y ABS. La fuerza y ​​la rigidez de PPO solo disminuyen lentamente con el aumento de la temperatura. Después de ser hervido en agua durante 7200 horas, su resistencia a la tracción, alargamiento y fuerza de impacto no muestran una disminución significativa. El valor de fluencia de PPO es muy bajo, con un valor de fluencia de solo 0.5% después de 300 horas bajo una carga de 14 MPa a 23 ° C; Además, el cambio en el valor de fluencia también es mínimo con el aumento de la temperatura. Se puede usar continuamente dentro de un rango de temperatura de -160 a -150 ° C.

Las propiedades mecánicas del éter de polifenileno modificado (PPO) están cerca de las del policarbonato (PC), con alta resistencia a la tracción, resistencia a la flexión y resistencia al impacto. Tiene una gran rigidez, excelente resistencia a la fluencia y mantiene una alta resistencia en un amplio rango de temperatura, con un impacto mínimo de la humedad en su fuerza de impacto. Las tablas 1-2 y 1-3 enumeran algunas de las propiedades del éter de polifenileno modificado.

2. Propiedades térmicas

El éter de polifenileno (PPO) tiene una alta resistencia al calor, con un punto de fusión por encima de 300 ° C, una temperatura de descomposición por encima de 350 ° C, una temperatura de la fragilidad de -170 ° C, una temperatura de resistencia al calor de Martin de 160 ° C, una temperatura de uso a largo plazo de 120 ° C y una temperatura de transición de vidrio de 205 ° C. La conductividad térmica es 0.192 w/(m · ° C), y la contracción del moldura es de 0.7% a 0.9%. Su temperatura de deflexión de calor bajo una carga de 1.82 MPa es de 174 ° C, que es superior a otros plásticos de ingeniería termoplástica, como policarbonato, poliacetal, poliamida y ABS, y está cerca de plásticos termográficos como las resinas de poliéster fenólicas y no saturadas.

El rango de temperatura de fusión de PPO es amplio, con la temperatura máxima de fusión que alcanza 267 ° C. Después de que la fusión se enfría, exhibe una estructura completamente amorfa. El coeficiente de expansión térmica lineal de PPO es relativamente bajo, a 5.2 × 10^-5/° C, que está más cerca del coeficiente de metales en comparación con otros plásticos. PPO tiene una alta temperatura de deflexión de calor, y sus propiedades reológicas de fusión son casi newtonianas, lo que significa que la viscosidad de la fusión no disminuye con un aumento en la velocidad de corte. Esto da como resultado una alta viscosidad y una mala fluabilidad, lo que requiere temperaturas de procesamiento muy altas (315 ° C), lo que puede dificultar el procesamiento o conducir a un consumo excesivo de energía. PPO tiene un buen retraso de llama y propiedades autoextinguantes, y no se somete a cambios químicos después de ser expuesto al aire a 150 ° C durante 150 horas. El PPO modificado tiene propiedades térmicas ligeramente más bajas que PPO, pero tiene una amplia gama de temperaturas de deflexión de calor.

3. Propiedades eléctricas

El éter de polifenileno (PPO) no contiene grupos altamente polares en su estructura molecular, lo que significa que no forma dipolos. Como resultado, sus propiedades eléctricas son muy estables, manteniendo un excelente rendimiento en una amplia gama de temperaturas y frecuencias (ver Tabla 1-4). La resistividad del volumen de PPO es tan alta como el orden de 10^15 y esencialmente no se ve afectado por la humedad. La tangente de pérdida dieléctrica constante y dieléctrica es la más baja entre todos los plásticos de ingeniería y apenas están influenciados por la temperatura y la frecuencia. El éter de polifenileno modificado todavía posee excelentes propiedades eléctricas.

4. Resistencia química

El éter de polifenileno (PPO) exhibe una excelente resistencia al agua y generalmente no se ve afectado por productos químicos acuosos como ácidos, bases, soluciones salinas y detergentes, ya sea a temperatura ambiente o bajo calor. Sin embargo, tiene poca resistencia a los solventes; Los hidrocarburos alifáticos halogenados e hidrocarburos aromáticos pueden hacer que PPO se hinche o se disuelva. Bajo estrés, no es resistente a los hidrocarburos aromáticos, hidrocarburos halogenados, aceites, cetonas y ésteres, y es propenso a la hinchazón o la agrietamiento del estrés. En ácido sulfúrico concentrado a 85 ° C y bajo una carga de 12 MPa, puede ocurrir un agrietamiento por estrés. También tiene poca resistencia a la oxidación. La resistencia química del éter de polifenileno se muestra en la Tabla 1-5.

5. Aplicaciones de polifenileno éter (PPO)

El éter de polifenileno es adecuado para aplicaciones en entornos húmedos con cargas, donde se requiere un excelente aislamiento eléctrico, propiedades mecánicas y estabilidad dimensional. En la industria mecánica y eléctrica, se puede utilizar para fabricar engranajes, rodamientos, levas, piezas para maquinaria de transporte, cuchillas del impulsor, cuchillas de soplador, componentes de la bomba de agua, tuberías de la industria química, válvulas y piezas de ingeniería municipal de agua. También puede reemplazar el acero inoxidable para la producción de varios equipos y componentes químicos. Debido a su buena resistencia a la relajación de la fluencia y el estrés, así como su alta resistencia, el éter de polifenileno también es adecuado para hacer tornillos, sujetadores y piezas de conexión. Además, sus propiedades eléctricas superiores lo hacen adecuado para su uso como núcleos de devanado de motor, rotores, carcasas y piezas de equipos electrónicos, así como placas de circuito impresos de alta frecuencia. El éter de polifenileno de grado eléctrico, utilizado en el rango de frecuencia ultra alta, se puede fabricar en placas de ajuste de televisión, aislamiento de microondas, núcleos de bobina, mangas de blindaje de transformadores, marcos de bobina, asientos de tubos y componentes del sistema de deflexión de televisión. Debido a que el éter de polifenileno puede resistir la esterilización de vapor, puede reemplazar el acero inoxidable en instrumentos quirúrgicos. Además, las películas de éter de polifenileno, debido a su alta resistencia al calor y buena resistencia mecánica, tienen amplias perspectivas de aplicación en las industrias eléctricas, mecánicas, electrónicas, aeroespaciales y de aviación.

Actualmente, el éter de polifenileno modificado (PPO) que se usa ampliamente en productos comerciales se realiza mezclándolo con poliestireno de alto impacto. El PPO modificado tiene excelentes propiedades de moldeo y procesamiento, con baja contracción de moldeo, buena estabilidad dimensional, baja absorción de agua y buena resistencia eléctrica y térmica. No se descompone fácilmente cuando se expone al agua caliente, es resistente a los ácidos y las bases, tiene una baja densidad y puede cumplir fácilmente con los estándares de retraso de la llama UL con retardantes de llama no halógenos. Como un plástico de ingeniería importante, el PPO modificado se usa ampliamente en varios campos, como televisores, componentes electrónicos, automóviles, maquinaria de oficina y electrodomésticos.

II. Moldeo y procesamiento de polifenileno éter (PPO)

A diferencia de los plásticos cristalinos como POM (polioximetileno) y PA (poliamida), PPO es similar a la PC (policarbonato) en términos de buena estabilidad dimensional. PPO no se somete a un proceso de cristalización durante el moldeo, y el estrés interno residual puede conducir al agrietamiento del estrés, por lo que las condiciones de moldeo deben considerarse cuidadosamente.

1. Características de moldeo y procesamiento

El éter de polifenileno tiene un alto punto de fusión, con la temperatura de fusión de su porción cristalina que alcanza hasta 262–267 ° C. Además, su viscosidad de fusión es bastante alta por debajo de 300 ° C, lo que plantea dificultades para el moldeo y el procesamiento de PPO. Tanto las fundidas PPO y PPO modificadas son fluidos no newtonianos, y la viscosidad de la masa fundida depende en gran medida de la temperatura, disminuyendo linealmente con la temperatura aumentada. Esta característica de alta viscosidad y mala fluidez requiere el uso de temperaturas muy altas durante el procesamiento, lo que lo hace desafiante e intensivo en energía.

La contracción de moldura de polifenileno éter (PPO) y PPO modificado es muy baja, y permanece esencialmente sin cambios en varias condiciones de moldeo, lo que es muy ventajoso para la producción de piezas moldeadas de precisión, y los problemas de eyección rara vez se encuentran.

PPO tiene baja absorción de humedad, y el material generalmente se puede moldear sin secado previo. Sin embargo, si el proceso de granulación de fusión del material implica el enfriamiento del agua, o si el material está mal empaquetado, puede adsorbir una pequeña cantidad de humedad del aire debido a su baja densidad y una gran área superficial, especialmente en el caso de la resina PPO en polvo, lo que es más propenso a la humedad absorbente. Si no se seca, esto puede conducir a la formación de rayas de plata y a la creación de burbujas en la superficie de los productos moldeados durante el proceso de moldeo. Además, el secado también sirve una función de precalentamiento. Esto es particularmente beneficioso para el moldeo de productos de paredes delgadas de área grande, ya que puede mejorar el brillo superficial de los productos terminados. El secado se puede hacer en equipos simples como un horno, y para materiales con un grosor de 50 mm, generalmente es suficiente para secar a alrededor de 107 ° C durante aproximadamente 2 horas.

2. Moldeo de inyección

Las máquinas de inyección de tipo pistón o tornillo pueden procesar el éter de polifenileno (PPO), con las máquinas de inyección de tipo tornillo que generalmente se prefieren. Se requiere que la relación longitud-diámetro del tornillo sea mayor que 15, y la relación de compresión debe estar entre 1.7 y 4.0 (típicamente 2.5 a 3.5). Se recomienda un perfil de tornillo que cambia gradualmente. La boquilla debe ser del tipo recto, ya que tiene menos pérdida de presión en comparación con una boquilla de apertura automática y cierre, y es menos probable que cause retención de material. El molde debe estar equipado con un dispositivo de calefacción, y debe haber una placa aislante entre el molde y la placa de la máquina de inyección.

La temperatura de moldeo por inyección para PPO es relativamente alta, y dependiendo del tamaño y la forma del producto, la temperatura del cañón generalmente se controla entre 280 ° C y 340 ° C. Cuando el volumen de inyección es del 20% al 50% de la capacidad del barril, la temperatura del cañón puede ser tan alta como 330 ° C sin causar degradación. Sin embargo, no debe exceder los 340 ° C, ya que las temperaturas superiores a 340 ° C pueden conducir a la degradación del material y una reducción en el rendimiento; Las temperaturas por debajo de 280 ° C pueden dar lugar a una viscosidad excesiva del material, lo que dificulta el procesamiento. La temperatura de la boquilla generalmente es ligeramente más baja que la temperatura de la zona de fusión del barril en 10 ° C a 20 ° C para evitar la fuga del material de la boquilla.

La temperatura del molde debe determinarse en función de factores como el grosor del producto y la temperatura del cañón, que generalmente varía de 100 ° C a 150 ° C. Este rango puede minimizar el estrés, lo cual es beneficioso para reducir la rugosidad de la superficie y llenar secciones de paredes delgadas. Superior a 150 ° C puede causar fácilmente burbujas y extender el ciclo de moldeo; Las temperaturas inferiores a 100 ° C pueden dar como resultado un mayor estrés residual y defectos, como el reclamo y la delaminación.

El éter de polifenileno (PPO) no debe mantenerse a altas temperaturas durante períodos prolongados. Si el material permanece en el barril durante más de 2 horas, puede ocurrir la decoloración y la degradación, y el barril debe limpiarse rápidamente. El material de desecho del moldeo por inyección PPO se puede reutilizar varias veces, típicamente hasta tres veces, sin una disminución significativa en las propiedades mecánicas. La Tabla 2-1 enumera las condiciones del proceso de moldeo por inyección para algunos grados de NORYL PPO.

3. Moldeo de compresión

El moldeo por compresión se puede utilizar para fabricar éter de polifenileno (PPO) en láminas de varios espesores utilizando una prensa hidráulica. Al comprimir hojas más gruesas, es necesario procesarlas a una temperatura de aproximadamente 10 ° C más baja que la temperatura de uso durante 24 horas para eliminar el estrés interno. Durante el moldeo, es importante asegurarse de que la temperatura de la demolda sea lo suficientemente alta como para evitar que las sábanas se agriguen. Además, demolear inmediatamente las sábanas después de que se liberen de la prensa pueden hacer que se adhieran al molde, y el enfriamiento repentino puede provocar agrietos. Por lo tanto, se debe permitir que las sábanas se enfríen lentamente a una determinada temperatura antes del desmoldeamiento.

El proceso específico de moldeo por compresión para laminados de tela de vidrio PPO es el siguiente:

(1) Preparación del adhesivo: disuelva la resina PPO en un disolvente de benceno para crear una solución con una fracción de masa del 10% al 18%. Caliente y revuelva a 60 ° C hasta que la resina esté completamente disuelta, lo que resulta en un líquido transparente.

(2) Recubrimiento: trate la tela de vidrio de 0.1 mm de espesor con agente de acoplamiento H151 y luego sumérjalo y seca en una máquina de recubrimiento. Las temperaturas de secado son de 100–110 ° C para la capa superior, 90-100 ° C para la capa media y 70-80 ° C para la capa inferior. La velocidad de recubrimiento es de 0,5 m/min, con un contenido de resina del 30% al 40% (fracción de masa).

(3) Moldado: Corte y apile la tela recubierta con un grosor de aproximadamente 4–10 mm y forme bajo calor y presión en la prensa. Comience con el molde a temperatura ambiente, luego caliente a 250 ° C y mantenga sujeción durante 5 minutos, aplicando presión a 6MPa de una vez; continúe calentando a 300 ° C y manteniendo durante 1 hora; Luego enfríe a 180 ° C y, finalmente, enfríe con agua a temperatura ambiente antes de desmoldear.

4. Moldeo de extrusión

La moldura de extrusión puede procesar el éter de polifenileno (PPO) en varillas, tuberías, sábanas y recubrimientos de alambre. La extrusora generalmente usa una extrusora ventilada con una relación longitud-diámetro del tornillo que generalmente varía de 20 a 24, y una relación de compresión de 2.5 a 3.5. El tornillo a menudo adopta un diseño de profundidad equidistante pero desigual, y la sección de medición tiene una profundidad adecuada. El extrusor debe tener una sección recta larga en la muerte para acomodar la temperatura de enfriamiento más alta del material PPO durante la extrusión. Durante el moldeo de extrusión, la temperatura del barril es ligeramente más baja que la utilizada en el moldeo por inyección.

Iii. Ventajas y aplicaciones de polifenileno éter

Polifenylene Ether (PPO) es un plástico de ingeniería con una variedad de ventajas, cuyos principales beneficios de rendimiento incluyen:

1. Excelente estabilidad térmica: PPO puede mantener sus propiedades físicas a altas temperaturas, con un amplio rango de temperaturas de uso a largo plazo, generalmente entre -127 ° C y 120 ° C.

2. Buen aislamiento eléctrico: PPO tiene excelentes propiedades de aislamiento eléctrico, y su rendimiento dieléctrico ocupa el primer lugar entre los plásticos.

3. Alta resistencia mecánica: PPO tiene una alta resistencia a la tensión y al impacto, e incluso después de 200 tratamientos en vapor de alta presión a 132 ° C, no habrá cambios significativos.

4. Resistencia al agua y vapor: PPO tiene una buena tolerancia al agua y al vapor, con una baja tasa de absorción de agua.

5. Buena estabilidad dimensional: PPO exhibe una buena estabilidad dimensional sobre el uso a largo plazo, y no es propenso a arrastrarse.

6. Resistencia química: PPO es resistente a la corrosión por una variedad de productos químicos, incluidos ácidos inorgánicos, bases y ciertos solventes orgánicos.

7. Retraso de la llama: PPO se autoextinta y se considera un material resistente a la llama, lo que lo hace adecuado para aplicaciones donde la seguridad contra incendios es una preocupación.

8. Rendimiento de procesamiento: PPO es fácil de procesar y se puede formar a través de métodos como extrusión, moldeo por inyección y moldeo por compresión.

Los campos de aplicación del éter de polifenileno (PPO) son muy extensos, principalmente incluyendo:

1. Electrónica e industria eléctrica: se utiliza para conectores de fabricación, núcleos de bobina, enchufes de tubos, ejes de control, mangas de blindaje de transformadores, etc.

2. Industria automotriz: utilizado para fabricar paneles, parachoques, rejillas de radiador, rejillas de altavoces, etc.

3. Dispositivos médicos: debido a su resistencia a la hidrólisis, al vapor y al calor, PPO se puede utilizar para fabricar dispositivos médicos y equipos de esterilización.

4. Sector aeroespacial: utilizado para fabricar componentes estructurales livianos y materiales funcionales.

5. Electrodomésticos: utilizado para partes de televisores, aires acondicionados, hornos de microondas y otros electrodomésticos.

6. Equipo de oficina: utilizado para las carcasas y componentes de computadoras, impresoras, máquinas de fax y otros dispositivos de oficina.

7. MAQUINARIA INDUSTRIAL: Utilizado para partes de bombas, sopladores, válvulas y otra maquinaria industrial.

8. Nuevo sector energético: utilizado como materiales de almacenamiento de energía, materiales de aislamiento y materiales de batería, etc.

Debido a sus excelentes propiedades integrales, PPO se ha convertido en uno de los cinco principales plásticos de ingeniería de propósito general y juega un papel importante en varias industrias.

IV. Conclusión

En conclusión, el óxido de polifenileno (PPO) es un plástico de ingeniería de alto rendimiento conocido por sus diversas propiedades excelentes, lo que lo hace muy favorecido en muchas industrias. La adaptabilidad de PPO a diversas temperaturas y retraso de la llama lo convierte en una opción ideal para aplicaciones con altos requisitos de seguridad contra incendios. Además de esto, PPO se puede combinar con el retardante Red Phosphlame de Red Phosph de Yinsu Flame FRP-950X para soluciones de retardante de llama de caderas.

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