Resine composite termoplastiche: PEEK, PEKK, PAI e oltre

Revisione delle resine composite termoplastiche

Negli ultimi anni, i compositi termoplastici fibrorinforzati a base di resine termoplastiche hanno avuto un'impennata di popolarità e i ricercatori e le industrie di tutto il mondo si sono concentrati sullo sviluppo di questi materiali ad alte prestazioni. I processi di stampaggio termoplastico più comuni includono lo stampaggio a compressione, lo stampaggio a iniezione di resina, l'avvolgimento di filamenti e la pultrusione. La scelta del tipo di resina appropriata è fondamentale in questi processi, in quanto influisce direttamente sulle caratteristiche e sulle prestazioni del prodotto finale. Ogni tipo di resina offre una serie di vantaggi che consentono ai produttori di adattare la scelta del materiale ai requisiti specifici del prodotto.

Resine termoplastiche comuni per i compositi

Le più comuni resine termoplastiche ad alte prestazioni - Polietereterchetone (PEEK), Polieterchetone (PEKK), Poliammide-immide (PAI), Solfuro di polifenilene (PPS), Polieterimmide (PEI), Polietersolfone (PES) e Polimero a cristalli liquidi (LCP) - hanno buone prestazioni in ambienti ad alte temperature. Una volta indurite, non assorbono acqua e non si degradano in condizioni di umidità. Queste resine, rinforzate con fibre ad alte prestazioni, prolungano la durata di conservazione dei preimpregnati senza refrigerazione e presentano un'eccellente resistenza agli urti e smorzamento delle vibrazioni. Offrono inoltre la possibilità di utilizzare contenuti riciclati e di semplificare il riciclaggio di rifiuti e scarti di struttura.

Resina di polietereterchetone (PEEK)

La resina PEEK ha un'elevata temperatura di transizione vetrosa (143°C) e un punto di fusione (334°C) che la rendono affidabile per le applicazioni che richiedono resistenza al calore. Vanta inoltre un'eccellente resistenza al creep, una forte resistenza alla trazione ed è rispettosa dell'ambiente.

Applicazioni comuni: Il PEEK è ampiamente utilizzato nei settori aerospaziale, automobilistico, biomedico ed elettrico. È adatto alla produzione di cuscinetti, cavi isolati, ingranaggi di sicurezza, pompe, parti di macchinari pesanti, valvole, compressori, semiconduttori, ecc. Tra i principali produttori di PEEK in Cina figurano Kangsheng New Materials, Water Co, Zhongyan ZYPEEK Co, ARKPEEK e Zhaomin Technology.

Resina polieterchetone (PEKK)

Il PEKK è un alto polimero composto da difenil etere e cloruro di isoftaloile o cloruro di tereftaloile, con un'unità ripetente contenente un legame etereo e due legami chetonici nella struttura della catena principale.

Proprietà: La resina PEKK offre una resistenza alle temperature estremamente elevata, con temperature di utilizzo a lungo termine di 250~260°C e di utilizzo a breve termine fino a 300°C. Presenta elevata rigidità, resistenza alla trazione, alla compressione, agli urti, eccellente resistenza alla fiamma, ritardo di fiamma intrinseco e bassa emissione di fumi. Presenta inoltre una resistenza chimica, una rigidità dielettrica, proprietà isolanti e resistenza all'attrito superiori.

Applicazioni comuni: Il PEKK è utilizzato nei materiali isolanti strutturali ed elettrici ad alta temperatura, nei rivestimenti antiaderenti, nei compositi termoplastici in fibra di carbonio, nei filamenti e nelle polveri per la stampa 3D, nei prodotti stampati a iniezione, nelle schede estruse, nelle pellicole elettroniche e altro ancora. Trova ampia applicazione nei settori aerospaziale, stampa 3D, elettronica 5G, estrazione di petrolio e gas, dispositivi medici, impianti dentali e ossei e veicoli a nuova energia. Shandong Kangsheng New Material Co. è attualmente l'unica azienda nazionale con diritti di proprietà intellettuale indipendenti e la capacità di produrre PEKK.

Resina poliammide-immide (PAI)

La resina PAI, un polimero con un'alternanza di anelli imidici e legami ammidici, ha una resistenza ineguagliata tra le plastiche industriali non rinforzate, con una resistenza alla trazione superiore a 172 MPa e una temperatura di distorsione termica di 274°C con un carico di 1,8 MPa.

Proprietà: Il PAI mantiene le eccellenti proprietà delle poliimmidi, come la resistenza al calore, le proprietà meccaniche, la resistenza al creep, la resistenza alle radiazioni e la stabilità chimica, pur essendo più facile da lavorare. Presenta inoltre una migliore rigidità e stabilità chimica rispetto alle poliimmidi ed è più solubile nei solventi organici.

Applicazioni comuni: Il PAI si lega bene ai metalli e ad altri materiali, rendendolo adatto all'uso in rivestimenti di fili smaltati, vernici impregnanti, film, laminati, rivestimenti e adesivi. Ad esempio, i fili smaltati realizzati con il PAI sono utilizzati nei motori per immersioni in mare aperto di classe H, i laminati nei circuiti stampati e nelle prese di corrente e le pellicole come materiali isolanti di rivestimento.

Resina di solfuro di polifenilene (PPS)

Il PPS, la resina termoplastica più diffusa tra i poliarilensolfuri (PAS), è composto da un'alternanza di anelli di benzene e atomi di para-zolfo. La struttura rigida degli anelli benzenici le conferisce un'elevata cristallinità e resistenza alla corrosione, mentre i legami flessibili dei solfuri e l'intrinseco ritardo di fiamma le garantiscono una resistenza alla fiamma di livello UL-94-V0 senza ritardanti di fiamma aggiunti.

Applicazioni comuni: Le resine PPS modificate possono essere utilizzate in tecnopolimeri, fibre, film e rivestimenti in vari settori. I principali produttori di PPS in Cina includono Zhejiang NHU, Chongqing Polyseal, Shandong Sainji, Guangdong Hongshu, Zhuhai Changxian, Jiangsu Ouruida, Suzhou Napol, Sichuan Zhongke Xingye e Chengdu Letian Plastics.

Resina polieterimmide (PEI)

Il PEI, noto come polieterimmide, è un tecnopolimero termoplastico amorfo di colore ambrato con legami eterei flessibili (-R-O-R-) introdotti nelle molecole rigide a catena lunga della poliimmide. Combina gruppi funzionali amminici aromatici con legami eterei, offrendo un'alternativa termoplastica a basso costo e a più alto rendimento rispetto ad altre poliimmidi aromatiche.

Applicazioni comuni: Il PEI è utilizzato nell'industria elettronica, elettrica e aerospaziale come sostituto del metallo nei prodotti tradizionali e negli oggetti di uso quotidiano. In particolare, può sostituire i metalli nella produzione di connettori per fibre ottiche, ottimizzando le strutture dei componenti, semplificando i processi di produzione e assemblaggio e riducendo i costi del prodotto finale di circa il 40%. I compositi di PEI con fibra di carbonio sono utilizzati in vari componenti di elicotteri, mentre la schiuma di PEI è usata come materiale isolante e insonorizzante nei macchinari di trasporto e negli aerei.

Polimero a cristalli liquidi (LCP)

L'LCP, un poliestere completamente aromatico, è caratterizzato da strutture molecolari uniche con orientamento molecolare a lungo raggio mono o bidimensionale, che offre un'elevata resistenza al calore, un modulo elevato, una bassa viscosità di fusione, un'espansione termica minima, una bassa perdita dielettrica e un'elevata resistenza.

Applicazioni comuni: L'LCP è utilizzato in plastiche tecniche, film e fibre. Le applicazioni includono connettori ad alta velocità, vibratori per antenne di stazioni base 5G e materiali per substrati FCCL per antenne. Tra i principali produttori nazionali di LCP figurano Kingfa Sci. & Tech., Water New Material, Shanghai Prite, Nantong Haidi, Nanjing Qingyan, Ningbo Haigera e Ningbo Ju Jia New Material.

Vantaggi dello stampaggio di compositi termoplastici

1, Flessibilità di progettazione: I materiali termoplastici offrono una flessibilità di progettazione senza pari, consentendo ai produttori di creare forme complesse, texture e design personalizzati utilizzando la tecnologia di termoformatura. Questa versatilità li rende ideali per la produzione di prodotti intricati e visivamente accattivanti, adattati alle esigenze specifiche dei clienti.

2, Economicità: Le resine plastiche termoformate sono vantaggiose dal punto di vista economico, in quanto comportano costi minimi di stampo e di allestimento, rendendole adatte sia alla produzione su piccola che su grande scala. Inoltre, la leggerezza dei materiali termoplastici contribuisce a ridurre i costi di trasporto e movimentazione.

3, Riciclabilità e sostenibilità: Molte resine termoplastiche utilizzate nella termoformatura sono note per la loro riciclabilità e sostenibilità, rispondendo alla crescente domanda di pratiche produttive rispettose dell'ambiente. Queste resine possono essere facilmente riciclate e riutilizzate, riducendo l'impatto ambientale e promuovendo un'economia circolare. Utilizzando vari tipi di materiali termoplastici nella termoformatura, i produttori contribuiscono alla produzione sostenibile e riducono l'impronta di carbonio.