Nové technologie pro substituci kovů

Náhrada kovů není trendem pouze v automobilovém průmyslu, kde vyplývá z nutnosti úspory hmotnosti, a tím i energie. Lehké a výkonné technické materiály jsou využívány např. také elektrotechnikou. Na tyto výzvy DuPont odpovídá vývojem nových plastů, jejichž teplotní stabilita, mechanická zatížitelnost a teplotní vodivost značně překračuje vlastnosti současných materiálů. Vysoce zatížitelné plasty „superstruktury“ Snahou je přibližovat vlastnosti směsí plastů vlastnostem kovů. Aktuálním vývojem u DuPonta jsou vysoce zatížitelné plasty „superstruktury“, u kterých je vysoká pevnost a tuhost dosahována zesilováním výkonných polyamidů skleněnými a uhlíkovými vlákny. Možností je zvyšování podílu krátkých skleněných vláken. Vysoký podíl krátkých skleněných vláken ve vysoce tuhé matici, jako je např. Zytel HTN, poskytuje vynikající výkon. Takové směsi se používají pro aplikace, u kterých jsou rozhodující mechanické vlastnosti při vysokých teplotách a vysoká rozměrová stabilita. Jsou to např. kryty elektrických nástrojů, jádra cívek pro elektromotory atd. Dlouhými skleněnými vlákny zesílené termoplasty nahrazují kovy v aplikacích vyžadujících nízkou hmotnost při současně vysoké pevnosti. Spolu se zákazníky a jejich potřebami jsou vytvářeny směsi plastových materiálů, vykazující jednak mechanické vlastnosti podobné kovům, u nichž ale zůstává zachována konstrukční volnost a ekonomické výhody termoplastů. DuPont se v současnosti soustřeďuje na výměnu polymerních matic za výkonné polyamidy, čímž se dociluje jak podstatného zlepšení tepelné zatížitelnosti i pevnosti. Další vylepšení mohou přinést hybridy (kovy–plasty), tkaninou-pletivem zesílené termoplasty a zesílení uhlíkovými dlouhými vlákny. V těchto oborech probíhají značné aktivity pro inovace produktů a metod umožňující substituci kovů v kritických komponentech. Pokroky u termoplastických nanokompozitů V roce 2006 byly představeny nanokompozitní technologie. Od té doby došlo ke značnému zlepšení krystalizačního chování, rheologických i mechanických vlastností, jako je permeabilita, které se opět pozitivně projevují na zpracovatelnosti, zatížitelnosti, tepelné tvarové stabilitě, elektrické izolaci a na bariérovém působení proti těkavým látkám. Výzkum DuPonta se soustřeďuje na řadu termoplastických maticových materiálů jako je polyester a polyamid. Nanozesílené PET mají s více než 80 °C značně vyšší přechodovou teplotu než obvyklé PBT a PET (cca 50 °C). Zpětná vazba znamená, že se podíl zesilujících vláken může zmenšit, z čehož opět vyplývají lepší povrchové vlastnosti. Nanokompozity umožňují dosahování stejných vlastností při menším podílu skleněných vláken. Dá se redukovat váha součásti při srovnatelných vlastnostech a současně se dají docílit i další výhody, jako je zlepšení povrchové kvality. Tepelná vodivost plastů Známé jsou plasty jako tepelné izolátory. Trendem moderních elektrických přístrojů je práce při vysokém napětí a miniaturizaci komponentů, což vyžaduje plasty s účinnějším odvodem tepla. Příkladem jsou automobilové světlomety. Kombinují energetickou úspornost s vysokou tepelnou vodivostí při současné dobré zpracovatelnosti materiálu a nízkých nákladech. V posledních třech letech mohl DuPont i jiní výrobci zvýšit tepelnou vodivost plastů z 3 na téměř 50 W/mK. Toho bylo docíleno pomocí specifických kompoundů s vysokým stupněm plnění, přídavky pomocných prostředků pro zpracování a použitím uhlíkových vláken i jiných plniv. Tyto receptury poskytují vysokou tuhost při akceptovatelných nákladech, jejich zpracovatelnost je ale omezena. Výzkum se zaměřuje na zlepšení plasticity při současném zachování elektrických vlastností. U skupiny elektricky izolujících kompoundů dosahuje dobrých výsledků přidáním grafitu povlakovaného bornitridem, částic mědi potažených sklem, bornitridového prášku a adhezního prostředku. Výhodou je, že tato technologie propojuje dobré elektrické izolační vlastnosti s vysokou teplotní vodivostí. Ale je drahá a i zde je omezena zpracovatelnost. Jinou možností je zvýšení elektrického izolačního účinku plnivem do bloku kopolymerů nebo keramickými částicemi. Tím se dá sice docílit kombinace elektrických izolačních účinků a tepelné vodivosti, ale tepelná vodivost nepostačuje ke splnění požadavků. Stojíme tedy před výzvou, najít prostředky a metody, aby tepelná vodivost a všechny shora uvedené vlastnosti byly naplněny a docíleny jediným opatřením. /an/