Высокая вязкость и высокая жесткость пластика: выбор материала и решения DEYU
Пластики с высокой вязкостью решают задачи ударостойкости, сопротивления трещинам, надежности защелок, падения и низкотемпературной вязкости. Пластики с высокой жесткостью решают задачи модуля, стабильности размеров, несущей способности, контроля деформации и конструкционной опоры.
Краткий ответ
Пластики с высокой вязкостью и пластики с высокой жесткостью - это не одно и то же.
Высоковязкие пластики разрабатываются для сопротивления трещинам, разрушению, удару, падению, изгибу, поломке защелок, растрескиванию винтовых стоек и хрупкому разрушению при низкой температуре. Основные показатели: ударная вязкость, удлинение, сопротивление надрезу, низкотемпературный удар, усталостная стойкость и результаты drop test реальной детали.
Высокожесткие пластики разрабатываются для сопротивления деформации под нагрузкой. Основные показатели: модуль изгиба, модуль растяжения, жесткость, стабильность размеров, сопротивление ползучести, температура тепловой деформации, армирование стекловолокном или углеволокном и конструкционная опора.
Проще говоря, высокая вязкость означает, что деталь меньше склонна к трещинам, а высокая жесткость означает, что деталь меньше склонна к деформации. Вязкий материал может быть гибким, но недостаточно жестким. Жесткий материал может быть прочным, но хрупким.
Для деталей из PP, которым нужна высокая ударная вязкость и низкотемпературная надежность, существующий продукт DEYU DGK-PP 66D ударопрочный морозостойкий PP может использоваться как ориентир, а другие рецептуры DGK подбираются по реальному виду отказа детали.
Почему вязкость и жесткость часто путают
При выборе пластика заказчики часто говорят, что им нужен более прочный материал. Но прочность может означать разные вещи.
Одной детали нужно не сломаться при падении. Другой - не деформироваться под нагрузкой. Защелка должна изгибаться без поломки. Кронштейн должен держать форму под давлением. Корпус должен выдержать удар. Шестерня должна сохранять точность зубьев. Разъем должен выдержать усилие вставки. Лифтовые аксессуары, детали подшипников и механические компоненты должны сохранять размеры в течение длительной эксплуатации.
Это разные цели. Если деталь трескается, может потребоваться более высокая вязкость. Если деталь изгибается или теряет форму, может потребоваться более высокая жесткость. Если деталь и трескается, и деформируется, обычно нужна сбалансированная упрочненно-армированная рецептура.
Первый вопрос должен быть не в том, насколько материал прочный, а какой отказ нужно устранить.
Что такое пластик с высокой вязкостью
Пластик с высокой вязкостью способен поглощать энергию и сопротивляться распространению трещины при ударе, изгибе, падении, сборке, вибрации или низкой температуре.
Такие материалы важны, когда деталь должна:
- пройти drop test
- сопротивляться растрескиванию винтовых стоек
- не ломать защелки при сборке
- выдерживать холодную сборку
- сохранять ударную вязкость после старения
- изгибаться без хрупкого излома
- сопротивляться надрезу
- выдерживать повторную сборку и разборку
Обычно оценивают ударную вязкость с надрезом и без надреза, удлинение при разрыве, низкотемпературный удар, drop test, циклы защелки, растрескивание винтовых стоек, удар по линии спая и усталостную стойкость.
Типичные маршруты: ударопрочный ABS, модифицированный PP, сплав PC/ABS, PA6 и PA66 с повышенной вязкостью, модифицированный POM, гибкие системы TPU/TPE, эластомерная модификация, POE, EPDM, SEBS, MBS, акриловые или специальные модификаторы для нейлона.
Что такое пластик с высокой жесткостью
Пластик с высокой жесткостью сопротивляется изгибу, деформации, короблению, ползучести и изменению размеров под нагрузкой.
Такие материалы важны, когда деталь должна:
- поддерживать нагрузку
- сохранять форму
- уменьшать деформацию
- сопротивляться ползучести
- сохранять точность размеров
- поддерживать позиционирование при сборке
- частично заменять металл
- сохранять точность зубьев шестерни
- сохранять жесткость кронштейна
- сохранять плоскостность или прямолинейность
Обычно оценивают модуль изгиба, модуль растяжения, прочность при изгибе, прочность при растяжении, HDT, ползучесть, коробление, стабильность размеров, усадку, уровень армирования и деформацию под нагрузкой.
Типичные маршруты: PP со стекловолокном, PA6/PA66 со стекловолокном, PP или PA с длинным стекловолокном, PA/POM/PPS с углеволокном, минерально-наполненный PP, PP с тальком, PBT со стекловолокном, армированный PPS, PPA и высокотемпературные инженерные пластики.
Главное различие: трещины или деформация
| Параметр | Высокая вязкость | Высокая жесткость |
|---|---|---|
| Основная цель | Сопротивление трещинам и удару | Сопротивление деформации и изгибу |
| Какой отказ решает | Поломка, трещина, отказ защелки | Коробление, изгиб, ползучесть, потеря формы |
| Ключевой показатель | Удар, удлинение, надрез | Модуль изгиба, модуль растяжения, HDT |
| Типичная модификация | Эластомер, каучуковая фаза, ударный модификатор | Стекловолокно, углеволокно, минерал |
| Риск | Может стать слишком мягким | Может стать хрупким или чувствительным к надрезу |
| Подходящие детали | Клипсы, корпуса, крышки, детали с падением | Кронштейны, опоры, нагруженные детали |
| Фокус конструкции | Поглощение энергии | Конструкционная опора |
| Частая ошибка | Слишком мягко после избытка toughener | Слишком хрупко после избытка армирования |
Эти свойства часто конфликтуют. Эластомер повышает вязкость, но может снизить жесткость. Стекловолокно повышает жесткость, но может снизить ударную вязкость или повысить чувствительность к надрезу. Поэтому во многих проектах нужен ударно-сбалансированный армированный материал.
Когда выбирать высоковязкий пластик
Выбирайте высоковязкий пластик, если основная проблема - трещины после падения, поломка защелок при сборке, растрескивание винтовых стоек, хрупкость зимой, трещины углов корпуса, отказ по линии спая, повторная сборка и разборка или необходимость поглощения удара.
| Направление применения | Материалы |
|---|---|
| Корпуса с требованиями к внешнему виду | Ударопрочный ABS, PC/ABS, модифицированный PC/ABS |
| Крупные экономичные детали | Модифицированный PP, морозостойкий PP, UV-стойкий toughened PP |
| Конструкционные клипсы и автодетали | Toughened PA6, toughened PA66, ударно-сбалансированный нейлон |
| Гибкое поглощение удара | TPU, TPE, SEBS-системы |
| Точные движущиеся детали | Модифицированный POM, POM с балансом удара и износа |
Когда выбирать высокожесткий пластик
Выбирайте высокожесткий пластик, если основная проблема - изгиб под нагрузкой, недостаточная опора кронштейна, деформация после сборки, нестабильная плоскостность, длительная ползучесть, изменение размеров после нагрева, потеря точности шестерни, деформация разъема при вставке или частичная замена металла.
| Направление применения | Материалы |
|---|---|
| Экономичные конструкционные детали | PP со стекловолокном, PP с тальком, long glass fiber PP |
| Высокопрочные инженерные детали | PA66 GF, PA6 GF, PA с углеволокном |
| Точная стабильность размеров | Армированный POM, PBT GF, армированный PPS |
| Высокотемпературная жесткость | Армированный PPS, армированный PPA, PEEK при необходимости |
Когда нужны и вязкость, и жесткость
Многие детали требуют обоих свойств. Автомобильная клипса должна сгибаться при сборке, но сохранять фиксирующее усилие. Электрический корпус должен пройти drop test и держать форму. Кронштейн батареи должен выдерживать нагрузку и удар. Промышленная крышка должна быть жесткой, но не хрупкой. Лифтовые аксессуары должны сохранять размеры и не трескаться. Сепараторы подшипников требуют стабильности размеров и усталостной стойкости.
В этих случаях решение не сводится к добавлению большего количества стекловолокна или эластомера. Нужна сбалансированная рецептура.
Типичные маршруты: ударно-сбалансированный PA66 со стекловолокном, PP со стекловолокном и toughening-системой, PC/ABS с балансом удара и жесткости, POM с балансом износа и удара, PA66 со стекловолокном и ударным модификатором, PP с тальком и эластомером, углеволоконные материалы с корректировкой вязкости.
Как повысить вязкость
Эластомерная модификация
POE, EPDM, SEBS и специальные модификаторы для нейлона повышают ударную вязкость и низкотемпературную надежность. Риск - снижение жесткости, теплостойкости, изменение поверхности и текучести.
Оптимизация каучуковой фазы
ABS и некоторые модифицированные полимеры используют каучуковую фазу для поглощения энергии удара. Это повышает удар, сопротивление трещинам и надежность корпуса, но нужно контролировать UV-старение, теплостойкость и глянец.
Сплавная модификация
PC/ABS, PA/ABS, PP/EPDM и другие сплавы балансируют вязкость, теплостойкость, внешний вид и переработку. Совместимость фаз критична, иначе свойства падают.
Как повысить жесткость
Стекловолокно
Стекловолокно - самый распространенный способ повышения жесткости. Оно увеличивает модуль, прочность, сопротивление тепловой деформации и контроль усадки. Риски: снижение удара, коробление из-за ориентации волокна, выход волокна на поверхность и слабая линия спая.
Углеволокно
Углеволокно дает высокую жесткость, стабильность размеров, проводимость и снижение веса. Риски: высокая стоимость, хрупкость, темный цвет и более грубая поверхность.
Минеральные наполнители и тальк
Минеральные наполнители повышают жесткость и стабильность размеров при меньшей стоимости. Они могут снижать удар, увеличивать плотность и менять поверхность или текучесть.
Длинное волокно
Long glass fiber системы могут дать более сильное конструкционное армирование, чем короткое волокно. Они полезны для баланса удара и жесткости, но требуют контроля переработки и сохранения длины волокна.
Кейс 1: высоковязкий ABS корпус с трещинами после падения
Клиент использовал стандартный ABS для корпуса промышленного устройства. Поверхность была хорошей, но корпус трескался на углах при drop test. Винтовые стойки белели, линии спая были слабыми, результаты падения нестабильными.
| Параметр | Исходный ABS | DEYU DGK high-toughness ABS |
|---|---|---|
| Удар с надрезом | 14 kJ/m2 | 29 kJ/m2 |
| Drop test 1.2 м | 5 отказов / 10 образцов | 0 отказов / 10 образцов |
| Трещины винтовых стоек после сборки | 4 отказа / 20 образцов | 0 отказов / 20 образцов |
| Модуль изгиба | 2,250 MPa | 2,050 MPa |
| Внешний вид | Хороший | Хороший |
Клиенту нужна была вязкость, а не жесткость. Если бы добавили стекловолокно для повышения жесткости, трещины углов могли бы усилиться. Правильным маршрутом был ударопрочный ABS с контролируемой модификацией.
Кейс 2: высокожесткий PA66 кронштейн против деформации
Клиент использовал обычный PA66 для механического кронштейна. Деталь не трескалась, но деформировалась под нагрузкой после длительной эксплуатации.
| Параметр | Исходный PA66 | DEYU DGK-PA66 high-rigidity reinforced material |
|---|---|---|
| Прочность на растяжение | 78 MPa | 132 MPa |
| Модуль изгиба | 2,600 MPa | 7,800 MPa |
| Деформация после 72 часов нагрузки | 1.35 mm | 0.32 mm |
| Деформация при нагреве и сборке | Видимая | Значительно снижена |
| Трещины при сборке | Неочевидны | Не наблюдались |
В этом проекте сначала была нужна не более высокая вязкость, а более высокая жесткость. Армированный PA66 снизил ползучесть и улучшил стабильность размеров.
Кейс 3: баланс вязкости и жесткости для автомобильной клипсы
Автомобильный клиент использовал жесткую армированную нейлоновую клипсу. Фиксирующее усилие было хорошим, но клипса ломалась при холодной сборке. При переходе на toughened nylon поломка снизилась, но фиксирующее усилие стало недостаточным.
| Параметр | Жесткий PA66-GF | Toughened PA66 | DEYU balanced PA66 |
|---|---|---|---|
| Модуль изгиба | 6,800 MPa | 2,400 MPa | 4,900 MPa |
| Удар с надрезом при -30 deg C | 2.4 kJ/m2 | 7.5 kJ/m2 | 6.2 kJ/m2 |
| Отказ холодной сборки | 6 / 20 | 0 / 20 | 0 / 20 |
| Фиксирующее усилие | 100% reference | 72% reference | 91% reference |
| Циклы снятия | 6 | 14 | 18 |
Финальное решение не было чисто вязким или чисто жестким. Нужен был армированно-упрочненный нейлон, который сгибается при сборке и сохраняет фиксирующее усилие.
Кейс 4: высокожесткая PP крышка с ударным балансом
Клиент использовал обычный PP для крупной крышки оборудования. Удар был приемлемым, но после сборки крышка коробилась и теряла плоскостность. Минерально-наполненный PP улучшил жесткость, но сделал крышку хрупкой при перевозке.
| Параметр | Обычный PP | Mineral-filled PP | DEYU balanced PP |
|---|---|---|---|
| Модуль изгиба | 1,350 MPa | 2,850 MPa | 2,350 MPa |
| Drop test | 0 / 10 отказов | 4 / 10 отказов | 0 / 10 отказов |
| Отклонение плоскостности | 2.8 mm | 1.1 mm | 1.3 mm |
| Трещины углов при перевозке | Неочевидны | Частые | Значительно снижены |
| Поверхность | Хорошая | Приемлемая | Хорошая |
Для крупных PP крышек материал не может быть только вязким или только жестким. Нужно балансировать жесткость, коробление, удар, поверхность и текучесть.
Платформа DEYU DGK
Yuyao Deyu DEYU Plastics предлагает индивидуальные решения DGK для высокой вязкости, высокой жесткости и баланса вязкости с жесткостью на базе PP, ABS, PC/ABS, PA6, PA66, POM, PBT, PPS, TPU, TPE и других смол.
Направления высокой вязкости включают DGK-ABS high-toughness series, DGK-PP low-temperature toughened series, DGK-PC/ABS high-impact series, DGK-PA6 toughened series, DGK-PA66 impact-balanced series, DGK-POM impact-modified series, DGK-TPU low-temperature impact series и DGK-TPE flexible impact series.
Направления высокой жесткости включают DGK-PP glass fiber reinforced series, DGK-PP talc-filled high-rigidity series, DGK-PA66 glass fiber reinforced series, DGK-PA6 reinforced series, DGK-PBT glass fiber reinforced series, DGK-PPS reinforced series, DGK-POM reinforced series, DGK-PA66 carbon fiber reinforced series и DGK-PPA high-temperature reinforced series.
DEYU может настраивать базовую смолу, ударный модификатор, стекловолокно, углеволокно, минеральный наполнитель, дозировку toughener, совместитель, модуль изгиба, удар с надрезом, прочность на растяжение, теплостойкость, ползучесть, коробление, усадку, текучесть, поверхность, цвет, огнестойкость, антистатику или проводимость, износостойкость и UV-стойкость.
Данные для выбора материала
Для правильного выбора DEYU рекомендует предоставить текущий материал, применение изделия, основной вид отказа, трескается деталь или деформируется, температуру ударного испытания, нагрузку, толщину детали, винтовые стойки или защелки, требуемый модуль или жесткость, требуемую ударную вязкость, теплостойкость, процесс литья, чертеж или образец, цвет, требования по огнестойкости, UV, износу или антистатике и стандарт испытаний клиента.
Заключение
Высоковязкие и высокожесткие пластики решают разные инженерные задачи. Высокая вязкость направлена на сопротивление трещинам, поглощение энергии, низкотемпературную надежность, безопасность защелок и drop performance. Высокая жесткость направлена на контроль деформации, модуль, стабильность размеров, сопротивление ползучести и несущую способность.
Вязкий материал не всегда жесткий. Жесткий материал не всегда вязкий. Во многих реальных проектах лучший ответ - сбалансированная рецептура, разработанная под реальный отказ детали.