Расширенные свойства материалов PPS

PPS (полифениленсульфид) представляет собой полукристаллический материал, который часто используется в областях, связанных с воздействием агрессивных химикатов при повышенных температурах.Это связано с тем, что материал PPS обеспечивает самую широкую стойкость к химическим веществам из всех передовых инженерных пластмасс, без использования известных растворителей при температуре ниже 392 ° F (200 ° C). В сочетании с выдающимися механическими свойствами и отличной стойкостью к горячей воде и пару неудивительно, что PPS часто используется в качестве более дешевой альтернативы PEEK при низких и умеренных температурах.

Материалы PPS обеспечивают повышенную эффективность

Впервые обнаруженный в 1888 году, потенциал PPS как технического полимера, имеющего коммерческое значение, не был реализован до 1940-х годов, а первая успешная производственная операция была запущена только в 1973 году.Достижения в области материала PPS улучшили как его технологические, так и механические свойства, а благодаря его превосходной термостойкости и химической стойкости спрос на полимер возрастал.

PPS обладают отличным балансом свойств, которые делают их отличными характеристиками при умеренных температурах. Помимо высокой размерной стабильности и текучести, материалы PPS предлагают:

• Превосходная химическая стойкость — инертен к сильным основаниям, топливам и кислотам и уступает только фторированным полимерам, таким как PTFE
• Отличная стойкость к гидролизу и Очень низкое влагопоглощение
• Высокая термостойкость — непрерывное использование при 200 ° C или выше и температуре плавления 280 ° C
• Высокая диэлектрическая прочность
• Улучшенные электрические свойства — при высокой температуре, высокой влажности и высоких частотах
• Собственная огнестойкость — что делает его идеальным для высокотемпературных электрических применений
• Самозатухающий — без добавления каких-либо огнестойких химических добавок
• Очень низкий коэффициент линейного теплового расширения
• Высокая прочность на разрыв (12500 фунтов на кв. Дюйм)
• Превосходная прочность и жесткость
• Высокий модуль при армировании
• Превосходная прочность и жесткость — поддерживается в широком диапазоне температур

PPS имеет некоторые ограничения, в том числе присущую хрупкость.PPS должен иметь волокна и арматуру, чтобы преодолеть эту хрупкость, но эти наполнители влияют на прочность, поверхностные свойства, стабильность размеров, электрические свойства и общую стоимость.

Однако некоторые марки материала PPS, в частности Techtron® PPS, идеально подходят для изготовления деталей с жесткими допусками, подвергнутых механической обработке. Techtron® поддерживает отличную химическую стойкость и практически нулевое поглощение влаги, что делает его идеальным для применения в конструкциях в агрессивных средах или для замены PEEK при более низких температурах.

PPS чаще всего используется для:

• Детали научного оборудования
• Детали насоса и клапана
• Уплотнения
• Детали полупроводникового оборудования
• Электрические компоненты
• Подшипники и втулки

Для прецизионных компонентов PPS, пластик для считывания звонков

Обладая более чем 30-летним опытом, эксперты Reading Plastic могут помочь вам выбрать правильный сорт материала PPS для вашего проекта, обработать ваши компоненты с соблюдением жестких допусков и каждый раз доставлять детали вовремя.Если у вас есть проект, свяжитесь с нами сегодня, чтобы запросить ценовое предложение.

Что такое соединения PPS? | Соединения PPS

DIC.PPS, технический состав, состоящий из стекловолокна и / или минерального наполнителя, обладает характеристиками типичного технического термопласта. Тем не менее, он также демонстрирует превосходную устойчивость к повышенным температурам, улучшенные механические свойства и отличную стабильность размеров, разработанные для удовлетворения требований жестких допусков.

ДИК.ППС в целом подразделяется на два семейства полимеров — химически разветвленные и линейные полимеры. Разветвленный полимер PPS демонстрирует высокую жесткость в условиях повышенных температур. Этот тип обеспечивает уникальные преимущества, связанные с сопротивлением деформации ползучести. Другой тип основан на линейном полимере PPS и имеет желаемые характеристики, связанные с удлинением при растяжении и ударопрочностью. Поскольку линейный полимер обладает высокой чистотой, он менее склонен к поглощению влаги в условиях высокой температуры и влажности по сравнению со сшитым полимером.
В результате, портфель продуктов DIC.PPS содержит широкий спектр разработанных продуктов, рецептура которых может быть индивидуализирована для удовлетворения самых строгих требований к производительности. По сравнению с традиционными материалами, такими как сталь или термореактивные полимеры, продукты DIC.PPS обладают техническими характеристиками, необходимыми для разработки компонентов, конструкторов инструментов и специалистов по полимерным процессам, которые ищут действительно спроектированный продукт.

■ Термостойкость, обеспечивающая непрерывное использование при 200 ° C или выше
■ Сохраняет прочность и высокую жесткость в широком диапазоне температур
■ Полимер PPS по своей природе является UL V-0 (самозатухающий)
■ Превосходная стабильность размеров в большинстве условий окружающей среды условия
■ Химическая стойкость уступает только фторированным полимерам (PTFE)
■ Улучшенные электрические свойства при высоких температурах, высокой влажности, высоких частотах
■ Достижимо очень сложное и точное формование
■ Очень низкое влагопоглощение
■ Возможность вторичного использования (соответствует экологической инициативе по сравнению с традиционными материалами)

Методы адгезионного соединения полифениленсульфида »Декорирование пластмасс

Скотт Р.Сабрин, Группа Сабрин

Полифениленсульфид (PPS) — это высокотемпературный полукристаллический технический термопласт. В отрасли PPS известен как пластик, который по своим свойствам похож на металл. Возможно, это один из самых сложных полимеров для связывания с самим собой или с разнородными материалами, такими как алюминий и титан. Для успешного склеивания PPS требуется понимание его химических и физических свойств, что делает модули качества смолы разными и важными для каждого применения.В данной статье представлены проверенные на практике методы практического применения для достижения высокопрочного адгезионного соединения.

Свойства ППС

Свойства PPS, как и других высокотемпературных пластиков, включая PEEK и LCP, зависят от его характеристик кристаллизации. PPS химически инертен с низкой поверхностной энергией и предлагает самую широкую устойчивость к коррозии среди всех современных конструкционных пластмасс. Он используется в тысячах автомобильных, аэрокосмических, медицинских и промышленных приложений, где требуются высокотемпературные, устойчивые к действию растворителей и электрически экранированные детали.PPS по своей природе является негорючим материалом, что делает его идеальным материалом для изготовления конструкций самолетов, компонентов силовой передачи и топливной системы, рабочих колес водяных насосов и многого другого. Несмотря на то, что эти характеристики идеальны для рабочих характеристик, плохая смачиваемость поверхности является проблемой для производителей.

Продаются две различные формы PPS: «разветвленная» молекулярная структура и «линейная». Среди самых узнаваемых брендов — Ticona Fortron® и Chevron Phillips Ryton®. Разветвленная версия имеет тенденцию быть более жесткой.Линия обычно обеспечивает лучшую механическую прочность и прочность на изгиб, а также более высокую стабильность расплава. Линейный ПФС также содержит меньше ионных примесей1. Стекловолокно (30% и 40%) и смеси стекловолокна / минерала в соответствии со стандартным PPS позволяют выполнять специализированные и требовательные приложения. Производители электроники обычно выбирают PPS со стекловолокном на 40% для изготовления изоляции и соединителей. Проектировщики тщательно изучают выбор разветвленных или линейных, заполненных или незаполненных элементов в зависимости от эксплуатационных свойств в полевых условиях, конструкции соединительного инструмента и первичной обработки.К сожалению, обычно меньше внимания уделяется влиянию этих выборов на вторичные производственные операции, особенно процессы адгезионного соединения.

Первичная обработка

Правильная обработка PPS имеет решающее значение для достижения заявленных свойств этого материала. Продукты PPS не гигроскопичны и, следовательно, не испытывают проблем с расширением размеров, таких как нейлон (полиамиды). Тем не менее, при формовании деталей важно использовать сухую смолу. Влага сама по себе проблематична.Высокий уровень влажности может создать пустоты, которые могут отрицательно повлиять на характеристики детали, повлиять на адгезию и изменить внешний вид. Время между сушкой и обработкой должно быть как можно короче. PPS следует сушить в осушающих бункерных сушилках. Духовки с горячим воздухом не рекомендуются, хотя их можно использовать, если соблюдать особую осторожность. Причины, по которым использование таких печей не рекомендуется: a) если лотки заполнены слишком высоко (более 1-1,5 дюйма), материал на дне лотка не высушен должным образом; б) если в печи (на разных противнях) одновременно сушатся несколько различных видов материалов, гранулы могут легко упасть на нижний противень, вызывая загрязнение материала на нижнем противне2.

Для достижения полностью кристаллического состояния требуется температура пресс-формы от 275 до 300 градусов по Фаренгейту. Когда PPS формуют при температуре ниже 275 градусов по Фаренгейту, отливки являются аморфными или полукристаллическими и остаются в этом состоянии до тех пор, пока не будут подвергаться воздействию более высоких рабочих температур (включая тепловое отверждение клеев). Если рабочая температура превышает температуру формования, детали станут более кристаллическими, что приведет к изменению размеров и свойств. Например, температура теплового отклонения (HDT) при 264 фунтах на квадратный дюйм (1.8 МПа), 40-процентный стеклонаполненный ПФС, отформованный в некристаллическом состоянии, составляет всего 350 градусов по Фаренгейту, но увеличивается до> 500 градусов по Фаренгейту (260 градусов по Цельсию) в кристаллическом состоянии. Это очень важно для расчета оптимальной температуры и времени отверждения клея (в зависимости от количества деталей в печи, общей массы), необходимых для достижения полного химического сшивания. Кроме того, температура формы оказывает сильное влияние на внешний вид поверхности. Процесс склеивания следует выполнять как можно скорее после операций формования или плотно упаковать детали в полиэтиленовые пакеты.

Очистка поверхностей

Для продуктов PPS чистота поверхности и предварительная плазменная обработка являются критическими предпосылками для достижения высокопрочных соединений. Поверхности должны быть очищены от грязи, жира и масел. Материалы с низким молекулярным весом (LMWM), такие как силиконы, смазка для форм и противоскользящие вещества, препятствуют склеиванию. Для очистки поверхностей PPS растворителем и удаления материалов LMWM (в соответствии с политикой компании и законодательством штата) рекомендуется использовать ацетон или метилэтилкетон (MEK). Более слабые растворители, такие как ксилол, толуол и спирт (IPA), можно использовать для удаления поверхностных загрязнений, но не углеводородных загрязнений.Избегайте использования избытка растворителя, поскольку он может создать слабые пограничные слои из не удаленных химикатов, оставляя нарастание дымки, препятствующее склеиванию. Всегда используйте надлежащую технику, в том числе безворсовую ткань и защитные перчатки без пудры. Очистка растворителем эффективна для открытых доступных поверхностей, но, как правило, нецелесообразна для удаленных изолированных областей, таких как отверстия малого диаметра в электронных соединителях. Процессы плазменной обработки имеют разную степень эффективности для одновременной очистки и предварительной обработки всех поверхностей.

Предварительная обработка поверхности окислением

Важно понимать, зачем нужна предварительная обработка и как с ее помощью повышается прочность адгезионного соединения. Основные причины, по которым многие пластмассы трудно склеивать, заключаются в том, что они являются гидрофобными неполярными материалами, химически инертными и обладают плохой смачиваемостью поверхности (то есть низкой поверхностной энергией). Хотя эти рабочие характеристики идеальны для дизайнеров, они являются заклятием для производителей, которым необходимо связать эти материалы.Как правило, приемлемая адгезия достигается, когда поверхностная энергия пластикового субстрата примерно на 8-10 дин / см превышает поверхностное натяжение жидкого клея, покрытия или краски. В этой ситуации говорят, что жидкость «смачивается» или прилипает к поверхности. Метод измерения поверхностной энергии «смачивания» — это использование калиброванных растворов дина в соответствии со стандартом ASTM D2578.

Поверхностная энергия необработанного PPS составляет примерно 38 дин / см (расчетный угол смачивания с водой равен 80.3 °). Поверхностное натяжение совместимых клеев на основе эпоксидной смолы составляет 45-50 дин / см. Следовательно, расчетная поверхностная энергия после обработки должна находиться в диапазоне не менее 48-54 дин / см. В этой ситуации говорят, что жидкость «смачивается» или прилипает к поверхности. Практически наиболее прочное связывание PPS достигается при поверхностной энергии 60-70 дин / см. Этот более высокий уровень обработки плазмой имеет дополнительное преимущество, заключающееся в увеличении срока хранения до обработки на два года или дольше. Обычно это не относится к другим полимерам.

Из-за неполярной гидрофобной природы адгезионные соединения PPS обычно требуют предварительной плазменной обработки поверхности сразу после очистки растворителем для увеличения поверхностной энергии и обеспечения химической функциональности. Общие предварительные обработки для PPS включают в себя электрический коронный разряд, атмосферный ионный удар, пламенную плазму и высокочастотный холодный газ (низкое давление). Эти процессы характеризуются своей способностью генерировать «газовую плазму», чрезвычайно реактивный газ, состоящий из свободных электронов, положительных ионов и других частиц.Также происходит химическая функционализация поверхности 3. В физике механизмы образования плазмы различны, но их влияние на смачиваемость поверхности схоже. Каждый метод зависит от приложения и имеет преимущества и / или ограничения4. Следует учитывать геометрию детали, автоматизацию погрузочно-разгрузочных работ и проводящие свойства подложки. PPS черного цвета обычно выбирают по разным причинам. Поскольку технический углерод может иметь разную степень проводимости, важна тщательная оценка методов предварительной электрической обработки, чтобы гарантировать, что электрическая дуга во время процесса обработки не возникнет.Возникновение дуги может ухудшить свойства сопротивления изоляции материала, которые необходимы для электронных компонентов.

Классический электрический коронный разряд получают с использованием генератора и электродов, подключенных к источнику высокого напряжения, противоэлектрода с нулевым потенциалом и диэлектрика, используемого в качестве барьера. То есть высокочастотный высоковольтный разряд (повышающий трансформатор), создающий разность потенциалов между двумя точками, требующими заземления 35 + кВ и 20-25 кГц. Индивидуальные конфигурации электродов позволяют обрабатывать поверхности различной геометрии — плоские, профилированные, утопленные, изолированные и т. Д.Одним из примеров специального применения является система обработки коронным разрядом для электрических соединителей, в которой комбинация штифтовых и шариковых электродов одновременно обрабатывает трехмерные отверстия малого диаметра (= 0,0305 ″) и плоские внешние поверхности во многих плоскостях, Патент США US5051586 (1991). Для соединителей PPS военного назначения срок хранения до обработки составляет более двух лет. Озон образуется в области плазмы в результате электрического разряда. Коронный разряд практически не имеет очищающей способности (см. Рис.1 на странице 36).

Атмосферная плазма или плазма с электрическим выдувом ионов (также называемая плазмой с фокусированным коронным разрядом) использует один электрод с узким соплом, питаемый от электрического генератора и повышающего трансформатора, и воздух под высоким давлением, в котором интенсивная сфокусированная плазма генерируется внутри обрабатывающей головки. и течет наружу. Этот процесс предварительной обработки может очистить основание от грязи, мусора и некоторых углеводородов, но не от большинства силиконов и противоскользящих веществ. Новое исследование показывает, что тонкое травление поверхности может создать новую топографию для улучшения механического сцепления.Озон не является побочным продуктом, но образуются оксиды азота (NOx), которые могут иметь обманчиво похожий запах.

Плазменная обработка использует высокореактивные частицы, присутствующие при сгорании воздуха и углеводородного газа (для создания плазмы). Хотя обработка пламенем экзотермична, нагрев не создает химической функциональности и улучшения смачивания поверхности. Пламя очистит поверхность от грязи, мусора и некоторых углеводородов. Горение не удаляет силиконы, смазки для плесени и добавки, снижающие скольжение.Обработка пламенем может обеспечить более высокое смачивание, окисление и срок хранения, чем предварительная электрическая обработка, из-за относительной меньшей глубины обработки от поверхности, 5-10 нм. Озон не производится. Приобретая горелки для обработки пламенем, сравните ленту и отверстие с отверстием, а также преимущества регуляторов с нулевой балансировкой.

Плазма холодного газа , также называемая «плазмой холодного газа низкого давления», проводится в закрытой откачанной камере по сравнению с методами предварительной обработки поверхности атмосферным воздухом.Обычно используется промышленный 100-процентный газообразный кислород (O2). Газ выпускается в камеру под частичным вакуумом и подвергается воздействию высокочастотного электрического поля. Это реакция высокореактивных частиц, образующихся с полимерами, помещенными в поле плазмы, на алюминиевые полки или клетки внутренних проводящих электродов, разрушение молекулярных связей, что приводит к очистке и химическим / физическим модификациям (включая увеличение шероховатости поверхности, что улучшает механическое соединение). Существенным преимуществом процессов плазменной резки холодного газа является удаление углеводородов, что исключает очистку растворителем.Предварительная атмосферная обработка не удаляет / очищает все полиароматические углеводороды, поэтому может потребоваться очистка растворителем (перед предварительной обработкой).

Клеи и отверждение

Оптимальная конструкция шва имеет решающее значение в любом применении клея. Склеенные соединения могут подвергаться силам растяжения, сжатия, сдвига, отслаивания или раскола, часто в сочетании. Для многих применений PPS идеально подходят двухкомпонентные термоотверждаемые структурные эпоксидные клеи.Равномерная тонкая толщина линии соединения (от 0,002 до 0,007 дюйма) является предпочтительной для оптимальных характеристик прочности на сдвиг и растяжение. Кроме того, концентрация в воздушной полости меньше. По возможности, особенно для швов без опоры, основания следует зажимать, пока клей застывает / остывает.

Для применений из PPS со стекловолокном температура теплового отклонения в кристаллическом состоянии составляет> 500 градусов по Фаренгейту. Таким образом, безопасная температура отверждения в духовке может составлять от 300 до 350 градусов по Фаренгейту.Важно отметить, что это температура деталей, достигнутая во время отверждения, которая может отличаться от заданной температуры печи. Избегайте штабелирования деталей. Детали должны оставаться при температуре до полного отверждения, чтобы обеспечить полное сшивание клея. Недостаточное отверждение (температура / время) — одна из наиболее частых проблем, приводящих к нарушению адгезии. По определению «нарушение адгезии» происходит на границе раздела между адгезивом и адгезивом (подложкой). Визуально остатки клея остаются в любом месте только на одной поверхности, а не на второй подложке.

В дополнение к очистке растворителем и предварительной плазменной обработке текстурированная поверхность после формования увеличивает механическую сцепляемую адгезию. Текстура может быть выполнена с помощью инструмента для формования или вручную с помощью тампона Scotch-Brite. Например, обработка полости пресс-формы NTMA «40-алмазная полировка с зернистостью 1200», вероятно, улучшит прочность сцепления по сравнению с покрытием «10-мелкая алмазная зернистость 8000» (диапазон 0–3 микрон). Полезны даже слегка текстурированные поверхности. Для соединительных изделий и других применений с утопленными отверстиями высокоэффективны протравленные стержни в форме.

Таким образом, для достижения высокопрочного адгезионного соединения PPS (30-40 процентов стекловолокна) и термоотверждаемых эпоксидных клеев я рекомендую следующее:

• Убедитесь, что смола PPS должным образом высушена перед формованием и обработана при температуре от 275 до 300 градусов по Фаренгейту.
• проведите процесс склеивания как можно скорее после формования
• очищенные растворителем поверхности деталей
• использовать предварительную плазменную обработку для увеличения смачивания поверхности и химической функционализации
• нанести равномерную тонкую клеевую линию
• для отверждения в духовке при температуре от 300 до 350 градусов по Фаренгейту

Дополнительные преимущества получаются, если поверхность продукта текстурирована.Учтите, что поверхности, окисленные плазмой, могут пагубно влиять на последующие процессы сборки, например, плохая термосварка / сварка, когда происходит чрезмерная обработка. Поверхности, обработанные плазмой, стареют с разной скоростью и в разной степени в зависимости от факторов окружающей среды, включая температуру и влажность.

Для достижения прочного склеивания продуктов из PPS требуется комплексный системный подход, включающий дизайн, свойства материалов, а также первичные и вторичные операции. Плазменное окисление решает многие проблемы с адгезией, но выбор наилучшего метода зависит от многих факторов, в том числе от производителей оборудования.Предварительная обработка — химическая, механическая или плазменная — может быть объединена для улучшения результатов склеивания и минимизации изменчивости процесса.

Ссылки

1. «Проектирование с использованием пластмасс», электронная публикация, журнал Международной ассоциации по распространению пластмасс, декабрь 2003 г.
2. «Руководство по обработке и устранению неисправностей Fortron® PPS», Ticona Polymers, 1999.
3. Марк Штробель, Кристофер Лайонс, 3M Company, 3M Center, 1995.
4. Скотт Р. Сабрин, Sabreen Group, Inc., «Методы смачивания поверхности и предварительной обработки», Отделение пластмасс, 2002.

Скотт Р. Сабрин — основатель и президент компании Sabreen Group, Inc., занимающейся инженерно-консалтинговой компанией, специализирующейся на процессах производства вторичных пластмасс — предварительной обработке поверхностей, склеивании, декорировании и отделке, лазерной маркировке и безопасности продукции. Sabreen занимается разработкой новых технологий и решением производственных проблем более 30 лет. С ним можно связаться по телефону 972.820.6777 или посетив www.sabreen.com или www.plasticslasermarking.com.

Полифениленсульфид PPS

Исключительная термостойкость, химическая стойкость и огнестойкость способствовали широкому использованию жесткого непрозрачного термопластичного полифениленсульфида (PPS) в самых разных областях применения. К ним относятся кухонные приборы, стерилизуемое лабораторное оборудование, решетки для фенов, автомобильные компоненты, включая клапаны возврата выхлопных газов, компоненты карбюратора, пластины зажигания.

Его термостойкость в сочетании с хорошими электроизоляционными свойствами означает, что PPS нашел применение в электрических компонентах вместо металлов и некоторых реактопластов. Отражатели ламп должны выдерживать температуру до 250 градусов Цельсия, поэтому они по-прежнему изготавливаются в основном из термореактивных материалов или литого металла. С другой стороны, Tedur (PPS) может производить отделку поверхности, которая допускает паровую металлизацию без необходимости промежуточной окраски, как это обычно бывает с наполненными термопластами.

PPS можно приготовить разными способами.Для коммерческих целей PPS может быть получен реакцией п-дихлорбензола с сульфидом натрия в полярном растворителе. Он также может быть образован полимеризацией соединений п-галогентиофеноксида металлов как в твердом состоянии, так и в растворе, или конденсацией п-дихлорбензола с элементарной серой в присутствии бикарбоната натрия.

НЕДВИЖИМОСТЬ

Жесткий, непрозрачный, негорючий, непрерывное использование при 250 ° C, хорошая химическая стойкость, хороший электроизолятор, влагостойкость, редко используется без наполнителя.

Хорошая прочность на разрыв и модуль упругости при изгибе вместе с хорошими электрическими свойствами. PPS с наполнителем из стекловолокна обеспечивает хорошую тепловую деформацию, тогда как PPS с наполнением из углеродного волокна делает это даже лучше, обеспечивая стабильность размеров и жесткость. PPS при смазке PTFE обеспечивает хороший износ и низкий коэффициент трения.

ДОСТУПНЫЕ МАРКИ

• Марки, армированные стекловолокном (содержание стекла 30 и 40%)
• Марки со стекловолокном / минеральными частицами (для экономичного решения с высоким сопротивлением трекингу и высокими температурными характеристиками)
• Стекловолоконные / минеральные цветные компаунды
• Марки, армированные углеродным волокном (с высоким пределом прочности на разрыв и более эффективным, чем стекловолокно в снижении коэффициента трения о сталь)
• Марки со смазанным волокном (обычно содержат 15% ПТФЭ, 2% силикона)