Können Polyphenylsulfon -PPSU -Blätter thermoformiert werden?

I. Materialeigenschaften und theoretische Grundlage für die Thermoformierung von PPSU

PPSU hat eine Glasübergangstemperatur (TG) von etwa 220 ° C und einen Schmelzpunkt von mehr als 300 ° C. Diese Hochtemperatureigenschaft bestimmt, dass ihre Thermoformierung eine präzise Temperaturregelung erfordert. Im Vergleich zu allgemeinen Plastik wie gewöhnlichem PS oder ABS hält PPSU bei hohen Temperaturen eine hohe Schmelzenfestigkeit bei, was die Möglichkeit von Thermoformierung komplexen Formen bietet. Nach materiellen Rheologiedaten weist PPSU geeignete Schmelzflussmerkmale im Bereich von 260 bis 320 ° C auf, wobei das Material ausreichend fließt, um das Formprofil anzupassen und aufgrund einer übermäßigen Erweide ungleiche Wandstärken zu vermeiden.

Es ist erwähnenswert, dass die Hygroskopizität von PPSU (Gleichgewichtswasserabsorption von etwa 0,37%) vor der Thermoformierung (normalerweise mehr als 4 Stunden bei 120 ° C) eine angemessene Trocknung erfordert, andernfalls kann die Verdampfung von Feuchtigkeit zu Blasen oder Versilber auf der Oberfläche des Produkts führen. Experimentelle Daten eines medizinischen Herstellers eines Herstellers zeigen, dass das PPSU -Blatt -Thermoforming -Schrottrate von bis zu 35%, während die standardisierte Trocknung auf weniger als 5%reduziert werden kann.

Ii. PPSU -Thermoformierungsprozessschlüsselparameter

1. Temperaturkontrollsystem

Der optimale Temperaturbereich von 280-310 ° C, das Zonenheizsystem verwendet, um sicherzustellen, dass die Platte gleichmäßig erhitzt wird. Die Temperaturen unter 270 ° C -Material Duktilität sind nicht ausreichend, leicht zu einem Eckbruch zu führen. Mehr als 330 ° C können zu einem molekularen Kettenabbau führen. Eine Untersuchung eines deutschen Geräteherstellers zeigt, dass die Verwendung von Infrarotheizungen mit heißer Luftzirkulation des Verbundheizungsverfahrens 3 mm dicke PPSU -Platte in 90 Sekunden machen kann, um die ideale Temperatur des Formteils zu erreichen.

2. Formdruck und Vakuum

Normalerweise wird ein Luftdruck von 0,4-0,8 mPa benötigt, um das Formteil zu unterstützen, und für die tiefen Zeichnungs-Teile (Stretch-Verhältnis> 2: 1) wird empfohlen, die Vorblowing-Technologie (Vorabstreckung) zu verwenden. Die Vakuumformung muss ein Vakuum von -95 kPa oder mehr aufrechterhalten. Die Produktionsunterlagen eines japanischen Unternehmens zeigen, dass die Reaktionszeit des Vakuumsystems innerhalb von 0,5 Sekunden kontrolliert werden sollte, um sicherzustellen, dass die Details des zusammengesetzten Systems.

3. Kühlratenkontrolle

Da die Wärmeverzögerungstemperatur von PPSU 207 ° C (1,82 MPa) erreicht, muss eine Gradientenkühlungsstrategie angewendet werden: zuerst mit einer Geschwindigkeit von 20-30 ° C/s zuerst bis unter tg abkühlen und dann langsam auf Raumtemperatur abkühlen. Übermäßige Kühlung kann zu einer Konzentration von internen Spannungen führen, und die Röntgenbeugungsanalyse durch einen Lieferanten des Luft- und Raumfahrtkomponenten bestätigte, dass eine unsachgemäße Kühlung die Restspannungen im Produkt um 40%erhöhen kann.

III. Typische Anwendungsfälle und technische Herausforderungen

Auf dem Gebiet der medizinischen Sterilisationsschalen können thermoformierte Produkte aus PPSU mehr als 2.000 Autoklavensterilisationszyklen bei 134 ° C standhalten. Das PPSU wird auch zur Sterilisation von chirurgischen Instrumenten verwendet. Die US-amerikanische FDA genehmigte ein Modell von chirurgischen Instrumentenschalen unter Verwendung von 1,5 mm dickem PPSU-Blatt, das durch Thermoforming mit mehreren Stationen und Wanddicke in ± 0,1 mm hergestellt wurde. Es wird jedoch auch in der Praxis festgestellt, dass PPSU die Anforderungen an die Formoberfläche extrem hoch sind (RA <0,2 μm), ansonsten bei der Entbindung leicht zu produzieren.

Innovative Anwendungen in der Automobilindustrie spiegeln technologische Durchbrüche wider. Die Batterieabdeckung des BMW-Elektroautos verwendet PPSU/PES-Leichtmetallblech, um eine 3D-gekrümmte Struktur durch hochdruckgasunterstützte Thermoformierung zu erreichen, und die flammhemmende Leistung erreicht UL94 V-0. Die Schwierigkeit dieses Prozesses liegt in der Kristallinitätskontrolle des Materials im Formprozess, was eine genaue Einstellung der Formtemperatur zwischen 160 bis 180 ° C erfordert. Das Material kann in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, einschließlich der Batterieabdeckung für Elektroautos.

IV.Die Vorteile des Vergleichs mit anderen Materialien

Im Vergleich zu Polycarbonat (PC) sind PPSU -thermoformierte Produkte in chemischer Resistenz besser, insbesondere resistent gegen Iodophor, Peroxyessigsäure und andere medizinische Desinfektionsmittel. Im Vergleich zu PEI (Polyetherimid) weist PPSU eine höhere Aufprallfestigkeit auf und eignet sich für die Herstellung von Verpackungsbehältern, die einen Abfallwiderstand erfordern. Labordaten zeigen, dass die gekerbte Schlagstärke von 2 mm dickem PPSU -Blatt bei -40 ° C über 15 kJ/m² bleibt.

Das Verarbeitungsfenster von PPSU ist jedoch enger (etwa ± 5 ° C), was für die Präzision der Geräte anspruchsvoll ist. Ein inländisches Unternehmen führte die deutsche vollautomatische Thermoformierungsproduktionslinie ein. Nur das Temperaturkontrollsystem macht 25% der Gesamtkosten aus, was in gewissem Maße die Beliebtheit von PPSU -Anwendungen einschränkt.

V.Der zukünftiger Entwicklungstrend

Die Entstehung neuer Nanokomposit -PPSU -Materialien erweitert die Grenzen der Thermoformierung. Fügen Sie 2% Graphen -PPSU -Verbundwerkstoffe hinzu, seine thermische Leitfähigkeit stieg um das dreifache, so dass die Kühlzeit um 40% verringert wird. Die 3D-Thermoformierungstechnologie mit 3D-Drucken hat ebenfalls angewendet, das erste Druckverstärkungsskelett und dann die PPSU-Blech-Verkleidungsform, die durch herkömmliche Prozesse hergestellt werden können, können in der heterogenen Struktur nicht erreicht werden.

Branchenexperten gehen davon aus, dass der globale PPSU-Thermoforming-Markt im Jahr 2028 1,2 Milliarden US-Dollar erreichen wird, was zu einem CAGR von etwa 8,5%wächst, da die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen und High-End-Medizinprodukten wächst. Die Materialkosten (derzeit ca. 25 USD/kg) und der Energieverbrauch (der Energieverbrauch von 30% höher als PC) sind jedoch noch Engpässe, die durchgebrochen werden müssen.