在当今快节奏的世界中，技术进步和人类创新不断发展，各行各业都要求组件在负载、速度或温度方面表现更好。高性能塑料 （HPP） 在许多应用中是金属的合理替代品，并允许在原本不切实际的地方使用聚合物。HPP 可以承受极高的温度，提供出色的机械性能和良好的耐磨性，摩擦相对较小，并表现出卓越的耐化学性和兼容性。
有多种类型的 HPP 可以以不同的方式制造。许多可以注塑成型，这些高性能热塑性塑料允许产生独特而复杂的几何形状，否则必须进行机械加工。
使用高性能热塑性塑料可以显著减少设计、原型制作和制造过程中的时间和费用。它们是可回收的，可以减少浪费，并且它们与不同材料粘合的能力使混合结构的创建成为可能。此外，HPP 部件比钢制部件更轻，因此汽车等应用需要更少的能源来运行。
这是 PEEK 吗？
热塑性塑料和 HPP 包括一系列材料，包括：
- PAEK （聚芳醚酮）
- PEI （聚醚酰亚胺）
- PEEK （聚醚醚酮）
- PPS（聚苯硫醚）
- PEKK（聚醚酮酮）
- PPA（聚丘脑酰胺）
- PEKEKK（聚醚酮醚酮酮）
- PPSU （聚苯砜）
- PBI（聚苯并咪唑）
- POM（均聚甲醛）
- PA （聚酰胺）
- PBT （聚对苯二甲酸丁酯）
添加剂可根据应用需求进一步提高 HPP 的性能。例如，碳纤维或玻璃纤维使材料变硬，而聚四氟乙烯 （PTFE） 和石墨可降低摩擦水平并提高耐磨性。这使得 HPP 非常适合用于汽车、医疗保健、化工运输、工业自动化、航空航天和半导体行业。
通过模具、热管理克服挑战
使用 HPP 生产组件，尤其是当它们加入添加剂时，会带来与模具、温度和零件收缩相关的挑战。高性能塑料对压力机部件具有很强的磨损性，因此压力机通常配备定制设计的螺杆和机筒系统，以减少磨损并延长使用寿命，从而提高加工能力。由于 HPP 的分子化学特性，多腔工具中的材料流动具有挑战性。
为了成功生产组件，成型需要在非常高的温度下进行。使用标准聚合物对组件进行冲压成型时，熔体温度在 392 至 527°F（200 至 275°C）之间。HPP 的压力机最高可达 797°F （425°C）。保持所有模具部件的温度很困难，因此可以安装使用处理过的软水的可编程热管理系统，以成功运行 440°F （227°C） 的水。
填料、添加剂如何影响性能
一系列可以提高机械性能的填料和添加剂包括：
- 染料 – 影响颜色
- 矿物填料 — 提高刚度和尺寸稳定性
- 玻璃纤维 — 提高所有特性的总体性能
- 长纤维 — 良好的机械性能，适用于特定应用
- 碳纤维 — 重量轻、坚硬且具有极高的承载能力
- 芳纶纤维 — 与玻璃纤维类似，但对配合组件表面的磨蚀性较小
热塑性塑料成型的热管理机制也很复杂。控制工具的温度有助于确保材料具有正确的机械特性，并且零件的结晶度和循环时间不会受到负面影响。适当的冷却对于平坦的高精度零件尤其重要，因为它们容易翘曲。
与温度相关的另一个挑战是零件收缩。当零件冷却到室温时，它会改变体积。在考虑零件收缩的同时设计具有最佳冷却能力的工具，需要经验丰富的工程师具备深入的知识，以克服多重挑战。
拧紧关键汽车部件的公差
一家汽车客户要求 Trelleborg Sealing Solutions 改进聚醚醚酮 （PEEK） 液压密封件的性能和规格。特瑞堡已经制造了具有严格公差的密封件，但客户要求将公差减半，并使其在大批量生产中具有可重复性。
特瑞堡使用精密的 16 腔大批量生产工具，将密封件的长度控制在客户规格的 25 微米以内。在聚合物从模具中收缩的外部零件尺寸上，保持了具有挑战性的公差。工艺、工具设计和材料的专家开发使密封解决方案提供商能够将该关键部件的质量不合格水平保持在百万分之零 （PPM）。
高性能塑料的一些特性
- 适合大批量生产
- 工作温度升高
- 可实现高精度和严格的公差
- 出色的耐化学性
- 低摩擦
- 适用于高 PV 应用（压力乘以速度）
- 密封不适合弹性体的地方，例如氢气等小分子介质
- 旋转应用的理想选择
- 适用于低摩擦是关键特性的高速运动应用
- 可以减少噪音、振动和声振粗糙度 （NVH）
- 提供电绝缘或导电性
- 可以提供隔热
最终目标：为 OEM 提供大量公差小的零件
投资于世界级模具并了解如何应对注塑成型 HPP 挑战的零部件供应商可以为原始设备制造商 （OEM） 提供大批量的严格公差零件。一些供应商可以提供与热塑性塑料相关的全套服务，包括商业产品的设计协助、可行性和原型制作、质量体系和设施，这些都经过优化，以最大的灵活性满足客户的独特要求。
保持严格公差的变量
在注塑成型高性能塑料时保持严格的公差需要经验，并且需要特别考虑：
零件设计。整体零件尺寸和几何形状会影响公差，应在设计阶段的早期进行评估。零件的形状会影响材料的流动方式以及材料聚集在一起的接头，称为 Knit Line。
壁厚。虽然薄壁截面相对容易控制，但厚壁截面存在一些挑战。在模具的厚壁部分，材料的外层首先硬化，而中心保持熔融。较高的体积收缩率可能会导致零件完成冷却时出现空隙、塌陷的部分或翘曲。
浇注。 客户可能对浇口位置有特定要求，尤其是对于需要干净边缘的化妆品。浇口要求会影响模具的填充方式，因此可能会影响公差和最终形状。
温度控制。工具冷却和热管理非常重要，因为它会影响树脂的行为。整个工具的温度变化是很常见的，需要平衡措施来控制最终产品。
加工步骤。 注意注塑成型过程中的三个主要步骤将有助于产生预期的结果：
- 填补。在第一阶段，熔融塑料材料流经整个型腔。
- 包。填充后，对系统施加压力，以将额外的塑料推入模具并靠在壁上。不良的包装会导致零件变形和尺寸不稳定。
- 凉。在此阶段，零件冷却以准备顶出。此步骤对于避免零件翘曲和实现所需的零件特性和尺寸稳定性至关重要。
高性能塑料和凸轮分割器有着密切的联系
高性能塑料和凸轮分割器在设计、制造和应用方面有着密切的联系。通过合理选择和应用高性能塑料，可以提高TANTZU凸轮分割器的性能、降低成本，并扩展其在各种工业环境中的应用。
- 材料选择：
- 高性能塑料因其优异的机械性能、耐化学性、耐温性和耐磨性，常被用于制造凸轮分割器的某些部件。这些塑料部件可以在恶劣的工业环境中保持性能，减少维护需求。
- 轻量化设计：
- 在自动化设备的设计中，使用高性能塑料可以减轻凸轮分割器的重量，同时保持所需的强度和耐用性。这对于提高设备的整体性能和能效是有益的。
- 定制化部件：
- 高性能塑料可以通过注塑成型等工艺制造出复杂的几何形状，这使得它们适合用于制造凸轮分割器中的定制化部件，如凸轮、滚子、轴承等。
- 降低成本：
- 与传统金属材料相比，高性能塑料在某些应用中可以降低制造成本。此外，塑料部件的加工和维护成本通常较低，这有助于降低整个凸轮分割器系统的总拥有成本。
- 减少噪音和振动：
- 在凸轮分割器的运行中，使用高性能塑料部件可以减少噪音和振动，因为塑料材料具有更好的阻尼特性。
- 耐腐蚀和耐化学性：
- 在化学工业或食品加工等需要耐腐蚀和耐化学性的环境中，高性能塑料可以保护凸轮分割器免受腐蚀，延长其使用寿命。
- 自润滑性能：
- 某些高性能塑料具有自润滑特性，这可以减少凸轮分割器在运动过程中的摩擦和磨损，降低维护需求。
- 环保和可回收性：
- 高性能塑料通常更容易回收和再利用，这有助于提高凸轮分割器的环保性能。
- 提高设计灵活性：
- 使用高性能塑料可以提供更多的设计灵活性，因为塑料可以更容易地被加工成不同的形状和尺寸，以适应特定的应用需求。
- 提高安全性：
- 在某些应用中，使用高性能塑料可以提高凸轮分割器的安全性，因为塑料部件在发生故障时不太可能造成严重的人身伤害。