Torlon PAI: پلیمر با کارایی بالا{0}برای کاربردهای شدید
سوالی که بیشتر در مورد تورلون میشنوم: چرا 8-10 برابر بیشتر از پلاستیکهای مهندسی استاندارد هزینه دارد؟ پس از کار با مشتریان هوافضا که از برنز ماشینکاری شده به یاتاقانهای Torlon قالبگیری تزریقی تغییر داده و 43 درصد کاهش هزینه را ثبت کردند، پاسخ کمتر در مورد قیمت مواد و بیشتر در مورد آنچه پس از نصب اتفاق میافتد میشود.
مشکل محیطی شدید
هر چند ماه یکبار شخصی با ما تماس می گیرد و می پرسد که آیا می توانیم تورلون را پردازش کنیم. آنها قبلاً با سه یا چهار مغازه دیگر صحبت کرده اند که یا صریحاً نه گفتند یا اعدادی را نقل کردند که منطقی نبود. پاسخ صادقانه این است که Torlon در لبه چیزی است که قالب گیری تزریقی می تواند تحمل کند، و اکثر امکانات به سادگی این قابلیت را ندارند.
Torlon یا پلی آمید{0}}ایمید، شکاف خاصی را در بازار پلیمرهای با عملکرد بالا پر میکند. پلاستیک های مهندسی استاندارد در حدود 150-180 درجه خدمات مداوم را بالاتر می برند. دسته PEEK شاید 250 درجه باشد. Torlon به طور قابل اعتماد در خدمات مداوم 260 درجه با دمای انتقال شیشه ای در حدود 280 درجه کار می کند. تنها موادی که قابلیت حرارتی بالاتری دارند به طور چشمگیری هزینه بیشتری دارند یا به روش های پردازش کاملاً متفاوتی نیاز دارند.
بوئینگ عایقهای حرارتی Torlon را روی 787 Dreamliner برای دمای عملیاتی از -40 درجه فارنهایت تا 350 درجه فارنهایت مشخص کرده است. تلسکوپ فضایی جیمز وب از اجزای Torlon استفاده میکند که قابلیت اطمینان حیاتی مأموریت را نمیتوان به خطر انداخت. اینها نمونه های بازاریابی نیستند که از بروشورها استخراج شده اند. آنها برنامه های مستندی هستند که در آن مهندسان ده ها ماده را ارزیابی کردند و به این نتیجه رسیدند که هیچ چیز دیگری کار نمی کند.
وقتی حق بیمه معنا پیدا می کند
من قبلاً فکر می کردم تورلون یک قلمرو کاملاً هوافضا است. برای دیگران خیلی گران است. سپس روی پروژهای برای یک سازنده قطعات خودرو که مشکلات مزمنی با بلبرینگهای سیستم ترمز ضد قفل- داشت، کار کردیم. یاتاقانهای برنزی آنها هر کدام 0.07 دلار قیمت داشتند، اما به روغن کاری نیاز داشتند که آلودگی را جذب کرد و به طور غیرقابل پیشبینی شکست خورد. یاتاقانهای جایگزین تورلون پس از افزایش حجم، نیاز به روغنکاری صفر، هر کدام 0.04 دلار قیمت دارند و از آن زمان تاکنون دچار خرابی میدانی نشدهاند. گاهی اوقات مواد گران قیمت در واقع ارزان تر است. (drakeplastics.com)
محاسبات اقتصادی تورلون به پنج موقعیتی می رسد که به طور مداوم برنده می شود.
حرارت بالا
دمای عملیاتی بالای 400 درجه فارنهایت نشان دهنده واضح ترین حالت است. PEEK نرم می شود و ثبات ابعادی کاهش می یابد. تورلون یکپارچگی ساختاری را حفظ می کند. اگر برنامه شما مستلزم نزدیکی به روغن داغ، بخار، یا گرمای فرآیند باشد، جایگزین ها به سرعت محدود می شوند.
پوشیدن روغن کاری نشده
کاربردهای سایش بدون روغن کاری بیشتر از آن چیزی است که مردم در ابتدا متوجه می شوند. روان کننده آلودگی را جذب می کند، نیاز به دسترسی به تعمیر و نگهداری دارد و در نهایت تمام می شود. گرافیت تورلون و نمرات پر شده از PTFE (4301، 4275، 4435) روانکاری ذاتی را ارائه می دهند که با گذشت زمان تحلیل نمی رود. مهر و موم دخمه پرپیچ و خم کارخانه های شیمیایی، حلقه های کمپرسور، صندلی های شیر{6}}کاربردهایی که دسترسی به تعمیر و نگهداری گران یا غیرممکن است.
کاهش وزن
وزن{0}}قطعات حیاتی هوافضا نشان دهنده تناسب منطقی دیگری است. جایگزینی آلومینیوم یا برنز ماشینکاری شده با تورلون قالبگیری{2}}تزریق شده وزن را کاهش میدهد در حالی که اغلب هزینه را کاهش میدهد. مطالعه موردی تجهیزات بخش هوافضا از Drake Plastics هزینههای قالبگیری تزریقی را با وجود حق بیمه مواد کمتر از فلز ماشینکاری شده نشان میدهد.
هزینه های خرابی
هزینه های خرابی بیش از حق بیمه مواد، تورلون را در تنظیمات صنعتی توجیه می کند. خرابی یاتاقان که خط تولید را به مدت چهار ساعت خاموش می کند بسیار بیشتر از هزینه قطعاتی است که خراب نمی شوند.
تولید حجمی
قالبگیری تزریقی با حجم بالا-در مقابل ماشینکاری با حجم کم-ریاضی را کاملاً تغییر میدهد. هنگامی که ابزار را مستهلک کردید، قطعات Torlon قالبگیری شده تزریقی{3}}میتوانند جایگزینهای ماشینکاری شده از مواد ارزانتر را شکست دهند.
هزینه های مواد در زمینه
درک جایگاه Torlon در سلسله مراتب پلیمری با کارایی بالا-به کالیبراسیون انتظارات کمک می کند.
پلاستیک های مهندسی استاندارد مانند نایلون، POM یا ABS استاندارد 1-3 دلار در هر پوند قیمت دارند. PEEK بسته به درجه و حجم 10-20 دلار در هر پوند هزینه دارد. تورلون 25 تا 30 دلار در هر پوند برای اکثر نمرات اجرا می شود. Vespel، پلی آمید DuPont، تقریباً 32 برابر قیمت PEEK قیمت دارد. Celazole PBI، برای کاربردهای دمای شدید بالای 600 درجه فارنهایت، تقریباً 9 برابر قیمت Torlon اجرا می کند.
یک ورق 6×6×1 اینچی Torlon 4301 حدود 750 دلار در خرده فروشی قیمت دارد. بحثهای انجمن در مورد ماشینکار عملی معمولاً مهندسانی را نشان میدهد که در مورد هزینهها سؤال میکنند و کشف میکنند که شکلهای موجودی برای مقادیر نمونه اولیه قیمتگذاری میشوند، نه تولید. برای قطعات ماشینکاری شده موجود در انبار، Torlon به سرعت گران می شود. برای دورههای تولید قالبگیری تزریقی، معادله تغییر میکند.
واقعیت های پردازشی که هیچ کس تبلیغ نمی کند
اینجاست که Torlon پیچیده می شود و چرا بسیاری از پردازنده ها آن را لمس نمی کنند.
- دمای مذاب بیش از 700 درجه فارنهایت است. الزامات دمای قالب 350-400 درجه فارنهایت فراتر از قابلیت های تجهیزات قالب گیری استاندارد است. رطوبت باید کمتر از 500 ppm باشد، در غیر این صورت قطعات با تاول و حفره های داخلی بیرون می آیند. حتی فروشگاههای با تجربه که PEEK را با موفقیت پردازش میکنند، میتوانند با Torlon دست و پنجه نرم کنند.
- نسبت تراکم مهم است. پیچ های قالب گیری تزریقی استاندارد با نسبت تراکم 2.5:1 یا 3:1 کار نمی کنند. تورلون به فشرده سازی 1:1 تا 1.5:1 نیاز دارد تا از ایجاد اتصالات عرضی زودرس در بشکه جلوگیری کند. اکثر تاسیسات قالبگیری پیچهایی مانند این ندارند.
ارسال{0}}درمانجایی است که تورلون به طور کامل از پردازش استاندارد پلاستیک جدا می شود. قطعات Torlon تازه قالبگیری شده عمل آوری کامل نشده است. برنامه استاندارد درمان پست{2}}حداقل 72 ساعت اجرا میشود، از مراحل 330 درجه فارنهایت، 475 درجه فارنهایت و در نهایت 500 درجه فارنهایت میگذرد. هندسه های پیچیده با مقاطع ضخیم می توانند به دو تا سه هفته پس از پخت نیاز داشته باشند. این افزایش کیفیت اختیاری نیست. بدون درمان مناسب، مقاومت سایش به یک دهم مشخصات کاهش می یابد و مقادیر محدود کننده PV به نصف کاهش می یابد. مدول اسناد راهنمای پردازش رسمی Solvay 15% + و بهبود دمای انتقال شیشه ای 75 درجه فارنهایت پس از پخت مناسب افزایش می یابد.
مفهوم عملی: یک قطعه تورلون که از قالب بیرون می آید عالی به نظر می رسد ممکن است تا هفته ها در فر سپری نشود، مشخصات را برآورده نکند. مغازههایی که این مرحله را رد میکنند یا میانبر میکنند، قطعاتی را که در سرویسدهی خراب میشوند، ارسال میکنند.
مشکلات ماشینکاری
برای مقادیر نمونه اولیه یا هندسههایی که مناسب قالبگیری تزریقی نیستند، ماشینکاری از اشکال استوک جایگزین است. حالت های شکست متفاوت هستند اما به همان اندازه نابخشودنی هستند.
ابزار فولادی با سرعت بالا دوام نمیآورد. یکی از کاربران انجمن تلاش برای سوراخ کردن یک سوراخ کوچک با مته HSS را توصیف کرد که به سرعت گرد شد و شکست. ابزار کاربید تورلون را برای دوره های کوتاه کنترل می کند اما برای سایش هر 50 تا 100 قطعه نیاز به نظارت دارد. ماشینکاری تولید نیازمند ابزار آلات الماس پلی کریستالی با قیمت 5 تا 10 برابر کاربید است.
انتخاب مایع خنککننده باعث خرابیهای تاخیری میشود که تا ماهها پس از ارسال نشان داده نمیشوند. خنک کننده های مبتنی بر نفت-در سطح مولکولی به تورلون حمله می کنند. قطعات از کارگاه ماشین آلات ظاهر می شوند، سپس سه یا شش ماه بعد در میدان ترک ایجاد می کنند. فقط خنک کننده های محلول در آب-. بهتر است: از مغازهای استفاده کنید که به طور انحصاری پلیمرها را ماشینکاری میکند و در هیچ کجای کارخانه سیالات{6} بر پایه نفت وجود ندارد. یکی از کارخانجات تخصصی ماشینکاری مستقیماً میگوید: اگر ماشینفروشی اجاقهای بازپخت پلاستیکی کنترلشده رایانهای- ندارد، مغازه دیگری پیدا کنید.
(aipprecision.com)
جذب رطوبت مشکلات ابعادی ایجاد می کند که فقط در سایت مشتری ظاهر می شود. تورلون رطوبت هوا را جذب می کند و در محیط های مرطوب 0.003-0.004 اینچ منبسط می شود. قطعاتی که در شرایط خشک آریزونا با تلورانسهای سخت ماشینکاری شدهاند، وقتی به کارخانههای مونتاژ آسیای جنوب شرقی حمل میشوند، مناسب نیستند. راه حل: قبل از ماشینکاری، مواد خام را به مدت 24 ساعت در آب خیس کنید تا ابعاد آن تثبیت شود، سپس قطعات تمام شده را با جاروبرقی با ماده خشک کن برای حمل و نقل ببندید.
انتخاب درجه
Torlon در چندین درجه بهینه سازی شده برای اولویت های عملکرد مختلف ارائه می شود. تطبیق درجه با برنامه از اشتباهات گران قیمت جلوگیری می کند.
4203L
گرید پر نشده با بالاترین کشیدگی و مقاومت ضربه است. کاربردهای عایق الکتریکی، قطعات ساختاری که در آن ضربه مهم است، کاربردهایی که سایر افزودنی ها باعث ایجاد مشکل می شوند. استحکام کششی حدود 152 مگاپاسکال.
4301
حاوی گرافیت و PTFE برای کاربردهای تحمل و سایش. ضریب اصطکاک کمتر، مقاومت در برابر سایش خوب، در سرعت ها و بارهای متوسط کار می کند. استحکام کششی تقریباً 113 مگاپاسکال. این درجه کار برای اکثر کاربردهای پوشیدنی است.
4275
از یک فرمول گرافیت و PTFE متفاوت استفاده می کند که برای عملیات با سرعت بالاتر بهینه شده است. کاربردهای مشابه 4301 است اما زمانی که سرعت ها افزایش می یابد عملکرد بهتری دارد.
4435
درجه سایش شدید برای کاربردهای بیش از PV 50,000 فوت- پوند/اینتر مربع- دقیقه است. وقتی 4301 کافی نیست، 4435 قدم بعدی قبل از جایگزین های عجیب و غریب است.
5030
30% الیاف شیشه را برای حداکثر سفتی و استحکام در کاربردهای ساختاری اضافه می کند. استحکام کششی تقریباً به 221 مگاپاسکال می رسد، اما عملکرد سایش در مقایسه با نمرات بهینه سایش کاهش می یابد.
7130
از 30 درصد فیبر کربن برای بالاترین سفتی، مقداری هدایت الکتریکی و ویژگی های سایش خوب استفاده می کند. جایگزینی فلز در جایی که سفتی طراحی را هدایت می کند.
همه گریدها عملکرد حرارتی پایه یکسانی دارند: سرویس مداوم 260 درجه، درجه شعله UL 94 V-0، شاخص اکسیژن 45-52٪.
مقایسه گزینه های جایگزین
تصمیم بین Torlon، PEEK، و Vespel به جای رتبهبندی ساده خوب-بهتر-بهترین رتبهبندی متفاوت است.
PEEK با قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی بهتر برخورد می کند، به ویژه پایگاه های قوی که به تورلون حمله می کنند. محیط های مرطوب به نفع PEEK هستند زیرا جذب رطوبت نزدیک به صفر است در مقابل 1.7٪ برای Torlon. پردازش بخشنده تر است. هزینه کمتر است برای برنامه هایی که به عملکرد حرارتی یا سایش Torlon نیاز ندارند، PEEK اغلب پاسخ درستی است.
Vespel بالاتر از Torlon در دمای 500 درجه فارنهایت و در کاربردهای خلاء عملکرد بهتری دارد. مواد DuPont قالبگیری تزریقی نیستند-به فرآیندهای پخت تخصصی نیاز دارند-بنابراین قطعات بهطور چشمگیری هزینه بیشتری دارند. زمانی که نیازهای حرارتی از محدوده تورلون فراتر رود و بودجه وجود داشته باشد، Vespel یک پله بالاتر است.
تورلون زمانی برنده میشود که دمای مورد نیاز از توانایی PEEK فراتر رود، اما بودجهها نمیتوانند از قیمتگذاری Vespel پشتیبانی کنند، زمانی که مقاومت در برابر سایش بیشتر از مقاومت شیمیایی مهم است، و زمانی که اقتصاد قالبگیری تزریقی برای حجمهای درگیر منطقی باشد.
صنایع با استفاده از تورلون
- هوافضاکاربردها عبارتند از عایق های حرارتی بوئینگ 787 که قبلاً ذکر شد، بوش های درب مسدود کننده که از دمای -40 تا 500 درجه فارنهایت بدون روغن کاری کار می کنند، کانکتورهای سوخت F-16 که سوخت جت را در فشارهای بیش از 650 psi جابجا می کنند، و بست های شفاف EMI/RFI که جایگزین های فلزی با وسایل الکترونیکی تداخل دارند.
- نفت و گازبرنامههای کاربردی بر روی ابزارهای سوراخ، صندلیهای شیر، توپهای فرک، مهر و مومها و اجزای کمپرسور تمرکز دارند- اساساً هر چیزی که در دمای 400 درجه فارنهایت کار میکند، جایی که اکثر پلیمرها مدتهاست که از کار افتادهاند.
- نیمه هادیکاربردها شامل سوکت های آزمایشی (در درجه اول 5030 و 4203) و اجزای{2}}با خلوص بالا برای تولید تراشه است. مشکل جذب رطوبت در اینجا اهمیت دارد-محیط های مرطوب ساخت می توانند باعث رانش ابعادی شوند.
- دفاعبرنامه ها اعتبار اولیه تورلون را به دست آوردند. برنامه پرتاب موشک Javelin اعتباری است که شهرت تورلون را برای قابلیت اطمینان حیاتی-مأموریت ایجاد کرده است.
مسیر بازار
بازار PAI در حال حاضر حدود 650-750 میلیون دلار است که پیشبینی میشود تا سالهای 2030-32 به 1.05-1.38 میلیارد دلار برسد که نشاندهنده رشد ترکیبی سالانه 7-8 درصد است. بازار گسترده تر پلیمرهای با کارایی بالا رشد مشابهی را از 32 میلیارد دلار به 47-65 میلیارد دلار نشان می دهد. (grandviewresearch.com)
کاربردهای نوظهور شامل رسانه های فیلتراسیون نانوالیاف با راندمان بیش از 90 درصد برای ذرات 0.3- میکرونی، اجزای مدیریت حرارتی باتری EV، عایق ولتاژ بالا برای برق رسانی، و کاربردهای غشای هیدروژن سبز است. اکتشاف تولید افزودنی ادامه دارد اگرچه چاپ سه بعدی تجاری تورلون محدود است.
در مورد پایداری: تورلون از قبل درمان شده قابل بازیافت است و خدمات دوباره خرد کردن وجود دارد. Post{2}}Torlon درمان شده مانند یک ترموست عمل می کند و قابل پردازش مجدد نیست. استدلال چرخه حیات برای تورلون{4}}فرکانس جایگزینی کاهش دوام-مورد پایداری عملی را ارائه میکند.
یافتن تامین کننده مناسب
زنجیره تامین تورلون به لایه های مجزا با قابلیت های مختلف تقسیم می شود.
نام پردازنده تجهیزات اصلی Syensqo (Solvay سابق) نشاندهنده تولیدکنندگان با قابلیت و سیستمهای کیفیت نشانداده است. Drake Plastics در تگزاس گسترده ترین آرایه از اشکال استوک را با قابلیت های اکستروژن، قالب گیری و CNC تحت گواهینامه AS9100D/ISO 9001 ارائه می کند. Allegheny Performance Plastics ادعا می کند که بزرگترین زیرساخت تورلون{4}}در آمریکای شمالی است. Performance Plastics بر روی هندسه های پیچیده با تلورانس های تنگ تمرکز دارد. شرکت پلاستیک آزتک از دهه 1970 تورلون را پردازش کرده است.
متخصصان ماشینکاری دقیق مانند AIP Precision (40+ سال تجربه هوافضا، قابلیت دقت 0.002 میلیمتر)، Upland Fab (اجاقهای بازپخت داخلی مخصوص کارهای پلیمری)، و دیگران تجهیزات و تجربه مورد نیاز برای قطعات ماشینکاری شده را به ارمغان میآورند.
توزیع کنندگان سهام از جمله Curbell Plastics، Professional Plastics، Boedeker و دیگران می توانند میله، ورق و لوله را برای کاربردهای نمونه اولیه و ماشینکاری عرضه کنند. ارسال همان-در شکلهای موجودی استاندارد، ۴ تا ۶ هفته برای سفارشهای سفارشی.
مدل های قیمت گذاری متفاوت است. قیمت سهام را با فوت خطی برای میله یا فوت مربع برای ورق شکل می دهد. قطعات ماشینکاری شده به صورت موردی-به-که شامل مواد، پیچیدگی ماشینکاری، تکمیل، و الزامات گواهینامه میشود، ارائه میشود. قطعات قالبگیری تزریقی دارای سرمایهگذاری بیشتر در ابزارآلات هستند اما هزینه هر واحد-در حجم کمتر است.
آنچه ما در واقع انجام می دهیم
ما یک فروشگاه تخصصی تورلون نیستیم. تمرکز اصلی ما مهندسی اکستروژن پلاستیک برای کاربردهای ساختمانی، روشنایی، خودرو و الکترونیک است. مواد PVC، PC، ABS، PMMA{2}} که بر روی تجهیزات استاندارد با پارامترهای تعیین شده پردازش میشوند.
Torlon به دلایلی خارج از توانایی اصلی ما است: سرمایه گذاری تجهیزات و تخصص فرآیند مورد نیاز برای نتایج ثابت با حجم یا ترکیب مشتری ما همخوانی ندارد. پردازش Torlon بدون زیرساخت مناسب نتایج متناقض و مشتریان ناامید ایجاد می کند. بهتر است در مورد آن مستقیم صحبت کنید تا اینکه خلاف آن را تظاهر کنید.
کاری که ما میتوانیم انجام دهیم: اگر برنامه شما ممکن است با مواد مرسوم-با عملکرد بالا به جای Torlon کار کند، خوشحال میشویم در مورد آن بحث کنیم. گاهی اوقات مشخصات توسعهیافته از یک پروژه قبلی تورلون را در شرایطی فرض میکند که نیازمندیهای واقعی میتوانستند متفاوت برآورده شوند. گاهی اوقات برنامه واقعاً به Torlon نیاز دارد و ما پردازنده های متخصصی را که واقعاً می توانند ارائه دهند توصیه می کنیم.
برای مهندسی پروفیلهای پلاستیکی، لولهها و اکستروژنهای سفارشی که تجهیزات و تجربیات ما در یک راستا قرار دارند، از طریق dachangplastic.com تماس بگیرید. ما ارزیابی می کنیم که آیا می توانیم به شما کمک کنیم یا به تامین کنندگانی که می توانند اشاره کنیم.