Types of conductive thermoplastics - replacement of metallic materials in engineering structures, Part 2
Mezi vhodná vodivá plniva se nejčastěji zařazují částicová plniva na kovové nebo keramické bázi-stříbro, měď, hliník, oxid hlinitý, nitrid hlinitý, nitrid bóru-tepelnou vodivost kompozitu mohou zvýšit až na cca 4 W/mK.
Další velmi rozšířenou skupinu tvoří kompozity s vláknitým, vyztužujícím plnivem-uhlíkovým vláknem. Vykazují nízkou hustotu-1, 66 až 1, 90 g/ccm, velkou pevnost a únavovou odolnost, malou tepelnou roztažnost, výbornou elektrickou vodivost, mohou mít tepelnou vodivost, podle obsahu C vláken, 245 až 370 W/mK (vodivost mědi).
Vodivá plniva na základě uhlíku jsou nejlepšími plnivy pro výrobu tepelně vodivých kompozitů-saze mohou tepelnou vodivost zvýšit až dvojnásobně, nejlepšími plnivy jsou nanočástice uhlíku (až 695 W/mK), částice syntetického grafitu a C vlákna.
Uhlíkové nanotrubice -Carbon Nanotubes-CNT, jedno z nejlepších vodivých plniv. Vyrábí se ve třech základních provedeních:
-Single Wall Nanotubes-SWNT-s jednou stěnou
-Double Wall Nanotubes-DWNT-se dvěmi stěnami-trubka v trubce
-Multi Wall Nanotubes-MWNT, například MWNT francouzské firmy Arkem mají 12 až 15 stěn, vnější průměr cca 12 nm (12E -9 m ), délku v mikrometrech (xx E -6 m ), měrnou hmotnost od 50 do 150 g/1E -3 cm.
Vyrábějí se syntézou plynů, například etylénu, katalytický systém je odvozen od železa, za vysoké teploty ve fluidním loži.
Porovnání jejich vybraných vlastností s vlastnostmi ocele:
| typické hodnoty | MWNT | Ocel |
| Pevnost v tahu-GPa | 150 | 0, 4 |
| Modul pružnosti v tahu-GPa | 1 100 | 208 |
| Hustota-g/1E -3 cm | 2, 6 | 7, 8 |
| Tepelná vodivost-W/mK | 3 000 | 50 |
Tepelně vodivé materiály plněné uhlíkovými plnivy jsou zároveň i elektricky vodivými materiály.
U částicových plniv je nutno vzít v úvahu možné snížení mechanických vlastností, například polypropylenový kompozit se 7 % grafitových částic o velikosti cca 15 mikrometrů má o cca 20 % nižší mechanické vlastnosti než čistý PP.
Elektrická vodivost je vlastnost materiálu vést elektrický odpor. Vodič s odporem 1 ohm má vodivost 1 S (siemens).
Elektrickou vodivost posuzujeme podle měrného elektrického odporu-rezistivity. Měrný elektrický odpor vodivých materiálů je odpor vodiče v ohmech o průřezu 1 ccmm a délce 1 m-ohmccmm/m.
Pro méně vodivé a nevodivé materiály se měrný elektrický odpor definuje jako odpor mezi protilehlými stěnami krychle o straně 1 cm-ohmccm/m.
Nejlepšími vodiči elektrického proudu je stříbro, měď a hliník.
S elektrickou vodivostí těsně souvisí antistatické vlastnosti materiálů. Jejich antistatické vlastnosti se hodnotí pomocí jejich povrchové rezistivity-ohm-nebo objemové rezistivity-ohmm-měrný elelektrický odpor proti zemi. Tento odpor by, v případě antistatických materiálů, měl být menší než 1E9 ohmu.
ESD-elektrostatický náboj-je to náhlý a krátkodobý elektrický proud mezi dvěma objekty s různým elektrickým potenciálem. Ochranou před ESD jsou antistatické materiály zabezpečující uzemnění elektrostatického náboje.
ATEX-ATmospheres EXplosive-ochrana před nebezpečím výbuchu-předpis EU, červen 2003.
Disipace-rozptýlení-nevratná přeměna, například celkové energie v jiné druhy energie, zejména v teplo.
Dielektrikum je látka, většinou izolant, která má schopnost polarizace. Izolanty jsou podmnožinou dielektrik, každý izolant je dielektrikum, ale ne každé dielektrikum je izolantem.
EMC-elektromagnetická kompatibilita-slučitelnost-je definována jako schopnost zařízení, systému nebo přístroje vykazovat správnou činnost i v prostředí, v němž působí jiné zdroje elektromagnetických signálů-přírodní nebo umělé-a naopak svou vlastní elektromagnetickou činností nepřípustně neovlivňují okolí, tj. nevyzařují signály, jež by byly rušivé pro jiná zařízení.
Elektromagnetická kompatibilita se dělí na dvě kategorie:
-EMI-elektromagnetická interference-rušení, někdy i RFI-radio-frequenci interference
-EMS-elektromagnetická susceptibilita-odolnost.
Cesty pro zajištění elektromagnetické kompatibility:
-elektronické přístroje vytvářejí nežádoucí elektromagnetická pole, která mohou ovlivnit funkci okolních elektrických a elektronických zařízení
-většina elektronických přístrojů je vložena nebo kryta plastovými pouzdry, krabicemi, atd. a tyto přístroje je třeba chránit před parazitními elektromagnetickými poli a zároveň omezit jejich vlastní vyzařování rušivých signálů do okolí
- k ochraně před rušivými elektromagnetickými poli je možno využít několik způsobů, například:
- na kryty napařit vodivou vrstvu
- pro výrobu krytů použít typ kompozitního materiálu s polymerní matricí a s vhodným plnivem-u těchto materiálů je nutno si uvědomit, že vhodná, z pohledu stínění, plniva mohou zhoršovat zpracovatelnost kompozitu, zhoršovat některé jeho fyzikálně-mechanické vlastnosti a zvyšují jeho hmotnost
- negativní vliv plniv na hmotnost výstřiků je možno snížit použitím kompozitů s malými obsahy plniv, která při zpracování podrobíme působení magnetického pole, například vhodným uložením permanentních magnetů ve formě, čímž se ve výstřiku z vodivého plniva vytvářejí organizovaná vodivá vlákna, která vodivé odstínění podstatně zlepší
- kryty vyrábět jednou z variant dvoukomponentního vstřikování-vstřikování tzv. nemísitelných směsí-jeden polymer vytváří vnější, pohledovou vrstvu a vnitřní vrstvu tvoří výplňový kompozitní materiál s vodivými částicemi-uhlíkové nebo kovové plnivo
- vstřikování krytů z hořčíkových slitin v tixotropním stavu.
Vedle vodivých kompozitů existují i konjugované polymery, které vykazují vlastní vodivost. Umožňuje to pravidelné střídání jednoduchých a dvojných vazeb-konjugace-v molekulární struktuře.
Konjugované polymery jsou obtížně zpracovatelné, nelze je převést do taveniny, vyrábějí se z nich plastové integrované obvody, využití nalézají i v oblasti vývoje a výroby například neviditelných letadel.
Jedná se o například o polypyrol, polythiofen, polyanilin, poly(p-fenylenvinylen), atp
Magnetické vlastnosti materiálů se zjišťují z jejich chování v magnetickém poli. Podle velikosti permeability, což je fyzikální-materiálová veličina vyjadřující vliv materiálu nebo prostředí na výsledné účinky působícího magnetického pole nebo-li udávající míru magnetizace materiálu nebo prostředí v důsledku působícího magnetického pole, třídíme materiály do tří skupin:
-diamagnetické látky-mají permeabilitu menší než 1-vodík, většina organických sloučenin, měď, zlato, rtuť, olovo, cín, atd. -tyto materiály nezesilují účinek vnějšího magnetického pole
-paramagnetické látky-mají permeabilitu větší než 1, ale ji blízko-kyslík, soli vzácných zemin, alkalické kovy, hliník, platina, atd. -nepatrně zvyšují účinek působícího magnetického pole
-feromagnetické látky-mají vysokou permeabilitu závislou na intenzitě magnetického pole-například železo, nikl, kobalt, slitiny chromu a manganu, atd.
Dále dělíme materiály na:
-magneticky měkké-snadno se zmagnetizují a snadno se odmagnetizují-po zániku vnějšího magnetického pole si magnetické vlastnosti nepodrží
-magneticky tvrdé-obtížně se zmagnetizují, ale své vlastnosti si podrží i po zániku vnějšího magnetického pole, jsou vhodné pro výrobu permanentních magnetů.
Pro vyjádření silových účinků magnetického pole na pohybující se částice s nábojem nebo s magnetickým dipólovým momentem se používá vektorová fyzikální veličina –magnetická indukce B, fyzikální jednotka T (tesla).
Běžné permanentní magnety mají magnetickou indukci od 1E -2 do 1E -1 T.
• pokračovanie článku bude uverejnené 27.10.2014.
Trends in plastic injection moulding: venting structures
7.2.2025 In plastic injection moulding, most of the venting takes place through the parting planes. However, conventional venting solutions are often not sufficient, resulting in low injection efficiency and part quality problems.
