PPSU пластык: арыенцір 3D -друкаванай інжынернай пластмасы з высокай тэмпературай і каразійнай устойлівасцю

Уводзіны

Поліфенілен сульфонная смала (PPSU)-гэта высокапрадукцыйны тэрмапластычны араматычны палімер, вядомы сваёй выдатнай цеплааддачы, хімічнай карозіяй, біялагічнай сумяшчальнасці і стабільнасці памераў. Як высокакласны інжынерны пластык у галіне 3D-друку, PPSU паказаў незаменныя перавагі ў экстрэмальных умовах, такіх як аэракасмічная, медыцынская і хімічная прамысловасць. Гэты артыкул будзе ўсебакова прааналізаваць значэнне PPSU Plastics у 3D -друку з памераў матэрыяльных уласцівасцей, тэхналогіі друку, сцэнарыі прыкладанняў і будучых тэндэнцый.

1. Асноўныя характарыстыкі пластмасы PPSU для 3D -друку

Экстрэмальная цеплавая ўстойлівасць

PPSU мае тэмпературу шклянога пераходу (ТГ) да 205 ° С, тэмпературу плаўлення каля 280 ° С і доўгатэрміновую тэмпературу ўжывання больш за 180 ° С. Гэта матэрыял з другім найвышэйшым тэмпературным супрацівам сярод усіх тэрмапластычных матэрыялаў пасля зазірання. Тэмпература дэфармацыі цяпла (HDT) складае 207 ° С пры нагрузцы 0,45 МПа, што падыходзіць для перыферыйных дэталяў авіяцыйнага рухавіка або высокатэмпературных трубаправодаў.

Выдатны хімічны супраціў

PPSU з'яўляецца цалкам устойлівым да моцных агрэсіўных асяроддзяў, такіх як канцэнтраваная серная кіслата, азотная кіслата, моцныя шчолачы, кетоны, эфіры і г.д., і пры высокіх тэмпературах карозіі. Гэтая функцыя робіць яго пераважным матэрыялам для хімічнага абсталявання, кампанентаў паліўных элементаў і марской інжынерыі.

Баланс высокай трываласці і трываласці

PPSU мае трываласць на расцяжэнне 80-90 МПа і падаўжэнне пры разрыве ＞ 100%. Ён мае як высокую трываласць, так і ўстойлівасць да ўздзеяння (нарэзаная трываласць ＞ 10 кДж/м²), што лепш, чым большасць інжынерных пластыкаў. Яго шчыльнасць складае ўсяго 1,37 г/см³, што падыходзіць для лёгкай канструкцыі структурных дэталяў.

Сумяшчальнасць біялагічнай сумяшчальнасці і стэрылізацыі

Пры сертыфікацыі біялагічнай сумяшчальнасці ISO 10993 PPSU можа супрацьстаяць паравой стэрылізацыі высокага ціску (134 ° C/2 бар), аксіду этылену (ETO) і стэрылізацыі гама-прамянёў, і падыходзіць для медыцынскіх сцэнарыяў, такіх як хірургічныя інструменты і імплантаты.

Памерная стабільнасць і супраціў старэння

Хуткасць ўсаджвання складае 0,3%-0,5%, і прадукцыйнасць можа заставацца стабільнай нават пасля доўгатэрміновага ўздзеяння ультрафіялетавых прамянёў або вільготных умоў, што робіць яго прыдатным для вонкавых фотаэлектрычных модуляў або марскога абсталявання.

2. Асноўныя вобласці прымянення PPSU ў 3D -друку

Аэракасмічная

Выпадкі прымянення: Насадкі для паліва рухавіка, лёгкія кранштэйны, кампаненты спадарожнікавага ізаляцыі.

Перавагі да прадукцыйнасці: высокая тэмпература паліва (без дэградацыі пасля доўгага апускання ў авіяцыйную газу), значнае зніжэнне вагі (50% лягчэйшы, чым тытанавы сплаў).

Тыповы выпадак: Boeing выкарыстоўвае 3D -надрукаваны PPSU паліва, якія памяншаюць вагу на 35% і павялічваюць тэрмін службы стомленасці ў 2 разы.

Медыцынскае поле

Хірургічныя інструменты: ручкі прыбораў устойлівыя да высокага тэмпературы і стэрылізацыі высокага ціску (устойлівая да 134 ° C/2 барнай стэрылізацыі).

Імплантанты: порыстыя пласціны фіксацыі костак PPSU (сітаватасць> 60%, час звязвання костак скарочаны на 40%).

Стаматалагічныя прымяненне: празрыстыя артадантычныя прыборы (прапусканне святла> 85%), імплантаты (выдатная біялагічная сумяшчальнасць).

Хімічная і энергія

Карозійнае абсталяванне: канцэнтраваная падшэўка для захоўвання сернай кіслаты (устойлівая да 98% канцэнтрацыі сернай кіслаты), біпалярныя пласціны паліўных элементаў (тэрмін службы> 50 000 гадзін).

Марская інжынерыя: Кампаненты мембраны апраснення марской вады (устойлівыя да іённай карозіі хларыду), падводныя раздымы трубаправода (праектнае жыццё 50 гадоў).

Электроніка і электрычная

Ізалятары высокай частоты: корпус фільтра базавай станцыі 5G (дыэлектрычная канстанта 2.9, дыэлектрычная страта 0,0004).

Цёплая радыятар: цеплаправоднасць 1,5 Вт/м · К, лепш, чым традыцыйны матэрыял з выглядам.

Абарона навакольнага асяроддзя і энергія

Фотаэлектрычныя модулі: устойлівая да надвор'я скрынка для злучэння (без старэння пасля 2000 гадзін ультрафіялетавага апрамянення), структура падтрымкі фотаэлектрычнага адбівальніка.

Энергетычнае абсталяванне вадароду: ушчыльненне рэзервуара для захоўвання вадароду (устойлівая да звыш ніжняй тэмпературы -253 ° С, без халоднай рассылкі).

3. Тэхнічныя вузкія месцы і напрамкі развіцця ў будучыні

Бягучыя праблемы

Высокія выдаткі на апрацоўку: цана чыстага матэрыялу PPSU ў 80-100 разоў, чым у PLA, і яна абапіраецца на імпарт (Solvay і Sumitomo з'яўляюцца асноўнымі пастаўшчыкамі).

Складанасць працэсу: Патрабуецца кантроль тэмпературы і інэртны газ, а пасля апрацоўкі (адпал, паліроўка паверхні) займае шмат часу.

Доўгатэрміновае старэнне: доўгатэрміновае ўльтрафіялетавае ўздзеянне можа прывесці да мікратрэнацыі, і неабходна дадаць стабілізатары лёгкіх HALS.

Напрамак прарыву тэхналогій

Матэрыяльныя інавацыі: Распрацоўка кампазітных матэрыялаў PPSU з недарагой PPSU (напрыклад, мінеральная начынне, кароткае ўмацаванне шкляных валокнаў).

Аптымізацыя працэсаў: распрацаваць шматбаковае сумеснае абсталяванне SLS для паляпшэння хуткасці і дакладнасці друку.

Інтэграцыя функцый: вывучыць PPSU і графен кампазіт (праводнасць павялічылася ў 10^5 разоў) або нана-керамічнае армаванне (знос устойлівасці павялічыўся ў 3 разы).

Перспектывы рынку

Згодна з Grand View Research, у 2023 годзе глабальны высокапрадукцыйны палімерны рынак 3D-друку дасягне 1,62 млрд долараў ЗША, з якіх патрабаванне PPSU ў медыцынскіх і новых энергетычных палях будзе складаць больш за 50%. З развіццём вадароднай эканомікі і персаналізаванай медыцыны PPSU можа стаць адным з асноўных матэрыялаў для вытворчасці высокага класа.

Выснова

ППСУ пластмасы праходзяць праз абмежаванні традыцыйнага вытворчасці ў складаных умовах і функцыянальнай інтэграцыі з яго патройнымі характарыстыкамі "экстрэмальнай тэмпературнай устойлівасці, каразійнай устойлівасці і біялагічнай сумяшчальнасці". Нягледзячы на ​​праблемы з выдаткамі і працэсам, з прарывам тэхналогіі мадыфікацыі матэрыялаў і інтэграцыі мультыпрацэса, патэнцыял прымянення PPSU ў аэракасмічных лёгкіх кампанентах, медыцынскіх імплантатах і вадароду энергетычнага абсталявання будзе выпушчана дадаткова, кіруючы вытворчай галіной да высокай прадукцыйнасці, доўгай жыцця і ўстойлівасці.