Tworzywa wysoce odporne na starzenie termiczne

EMS-Grivory jest liderem w dziedzinie poliamidów "high-performance" z najszerszą ofertą tego typu polimerów na świecie. Dzięki bardzo szerokiemu portfolio i licznej kadrze specjalistów firma jest pewnym partnerem dla nowych projektów swoich klientów, począwszy od rekomendacji materiału, na całościowej pomocy przy wdrożeniu kończąc. Przykład wdrożenia poliamidu stabilizowanego na bardzo wysokie temperatury Grivory HT2VS-HH wyraźnie pokazuje jak EMS-Grivory implementuje innowacje i wprowadza je do seryjnej produkcji.

Coraz wyższe wymagania stawiane polimerom w przedziale silnika

W związku z ciągle zaostrzanymi normami emisji, producenci aut muszą redukować emisję CO2 (co wiąże się również z redukcją spalania). Jednym z najważniejszych trendów w motoryzacji jest więc zmniejszanie pojemności silników. Obniża to spalanie, ale by nie redukować osiągów i wyjść naprzeciw klientom nieskorym do rezygnowania z dynamiki jazdy, konieczne staje się turbodoładowanie jednostek napędowych. Dzięki temu można osiągać podobne lub wyższe osiągi w porównaniu z silnikami starszej generacji bez turbodoładowania i o większej pojemności..

Konsekwencją powyższych zmian jest stałe zwiększanie stosowanych ciśnień i temperatur w systemach turbodoładowania silników spalinowych. W związku z tym użyte w tych systemach materiały są poddawane coraz większym naprężeniom. W generacjach silników z pierwszej dekady XXI w. ciśnienie doładowania wynosiło ok. 1,5 bar, a maksymalna temp. wynosiła 200 °C. Obecne generacje silników to już ciśnienie ok. 3,3 bar oraz stała tempera-tura 210°C, z pikami do 250°C.

Konsekwencją dostosowania silników do norm Euro 6 jest to, że temperatury maksymalne będą dochodzić aż do 250°C. Z tego powodu naprężenia termiczne wzrosną blisko temperatury płynięcia alifatycznych polimerów, czyli mieszanki oparte o PA66 i PA6 osiągną granicę swoich możliwości.

Problem zdefiniowany i rozwiązany!

EMS-Grivory stawił czoło problemowi związanymi z wprowadzeniem normy emisji Euro 6. Zaproponowano i przetestowano wiele rozwiązań, aby podnieść własności wysokotemperaturowe mieszanek poliftalamidów (PPA). Przełomem było zastosowanie rozwiązań z materiałów uniepalnionych w Grivory HT2. Dzięki temu osiągnięto materiał, który bez problemów wytrzymuje ciągłą temperaturę pracy wynosząca 250°C. Podstawowy mechanizm jest prosty: Jeżeli naprężenia termiczne działające na materiał Grivory HT2VS-HH przekraczają pewną temperaturę to na jego powierzchni tworzy się bariera ochronna, zapobiegająca uszkodzeniu struktury elementu.

Im trudniej, tym lepiej! Wyższe temperatury to nie problem!

Starzenie temperaturowe nowego materiału oraz standardowego PPA wzmocnionego 30% włókna szklanego w temperaturze 230°C jest świetnym przykładem działania powyższego mechanizmu.

Po 1000 h godzin starzenia standardowego PPA jest widoczne, że utlenienie spenetrowało próbkę bardzo głęboko. Po 2000 h próbka jest praktycznie zwęglona, a po 3000 h zwęglenie jest całkowite. Dzięki warstwie ochronnej kształtka z Grivory HT2VS-HH jest naruszona tylko w niewielkim stopniu nawet po 2000 h, a na powierzchni dalej nie ma oznak pękania materiału. Nieznacznie pogorszone rezultaty otrzymujemy również po 3000 h.

Im wyższa temperatura, tym szybciej tworzy się warstwa ochronna. Dzięki temu materiał osiąga niespotykany do tej pory poziom odporności termicznej. Starzenie termiczne w 180°C dla 2000 h pokazuje solidną odporność termiczną Grivory z niewielkim spadkiem parametrów mechanicznych.

Przy 200°C odporność Grivory HT2VS-HH jest już znacznie wyższa od standardowego PPA. Zależność jest jeszcze bardziej wyraźna w 230°C, ale prawdziwą przepaść widać przy 250 °C. Grivory HT2VS-HH w tej temperaturze wykazuje niemal stałą wartość naprężenia zrywającego po 3000 h, gdy w przypadku standardowego PPA po 1000 h wartość naprężenia zrywającego spada o połowę, by po 3000 h spaść do zera.

Długotrwałe zachowanie parametrów tworzywa

Parametry wysoko-temperaturowych poliamidów imponują w porównaniu z parametrami innych wysokotemperaturowych tworzyw sztucznych. Właściwości odkształceń naprężeniowych są podobne do identycznie napełnionego PPS (30% włókna szklanego), przy czym materiał Grivory HT2VS-HH posiada większe wydłużenie do zerwania. Kiedy porównamy odporność temperaturową tych dwóch materiałów po 1000 h w 250°C, Grivory HT2VS-HH wykazuje znacznie lepszą trwałość. Parametr naprężenia zrywającego Grivory HT2VS-HH już na samym początku jest wyższy niż dla PPS, a po 1000 h zachowanie parametrów mechanicznych Grivory jest o ponad 60% wyższe. Biorąc z kolei pod uwagę parametr rozciągnięcia do zerwania, różnica wynosi już więcej niż 100%.

Poza bardzo dobrym zachowaniem parametrów w czasie starzenia temperaturowego Grivory HT2VS-HH, zachowuje wszystkie doskonałe cechy materiałów rodziny Grivory HT2 - takich jak np. sztywność. Dodatkowo poprawiono jakość powierzchni i uzyskano jeszcze lepsze wypełnianie gniazda, co zdecydowanie poprawiło przetwarzalność.

Przetestowany w najbardziej wymagających warunkach

Jako że wszystkie testy przeprowadzono w Centrum Testowania Materiałów EMS-Grivory, dział badawczo-rozwojowy mógł uzyskać optymalne wsparcie w czasie rozwoju tego materiału. Centrum Testowania Materiałów, które znajduje się w miejscowości Domat/Ems w Szwajcarii jest wszechstronnie wyposażone w najnowocześniejszy sprzęt, które jest również dostępne dla klientów EMS-Grivory. Parametry wytrzymałościowe materiałów takie jak sztywność, wytrzymałość, odporność na uderzenia uzyskuje się w czasie badań na maszynach rozciągających, wytrzymałościowych i udarnościowych. Badania te mogą być przeprowadzane w zakresie w szerokim zakresie temperatur. Dodatkowo możliwe jest testowanie odporności materiałów na chemikalia, hydrolizę, wysoką temperaturę oraz różne warunki atmosferyczne. Laboratorium posiada również możliwość testowania uniepalnienia tworzyw.

Dzięki temu świetnie wyposażonemu zapleczu testowemu EMS-Grivory jest w stanie zapewnić, że Grivory HT2VS-HH spełni pokładane w nim oczekiwania. Materiał został sprawdzony laboratoryjne i spotkał się z bardzo pozytywnym odbiorem przez liczne firmy OEM i TIER 1. Na przykład tak jak Grilon TSG-30/4 W2, przeszedł testy w Centralnym Laboratorium Volkswagena z oceną 1 dla temperatur 230°C oraz 250°C.

Wszechstronne wsparcie wdrożeń klientów

Tworzywo wysokiej jakości nie od razu musi prowadzić do udanej aplikacji. Nowy produkt może spełnić oczekiwania tylko wtedy kiedy będzie właściwie przetworzony i użytkowany. Z tego powodu EMS-Grivory posiada Dział Aplikacji Technologii (w którym pracują m. in. specjaliści z branży samochodowej), który służy pomocą klientom. Pierwsze aplikacje z użyciem z użyciem Grivory HT2VS-HH są obecnie już wdrażane z kilkoma firmami.

Dział Aplikacji Technologii posiada rozbudowane usługi tak, aby jak najlepiej pomóc klientom przy wprowadzaniu w życie ich rozwiązań. Eksperci działu mogą wykonać techniczne studium wykonalności wdrożenia, przeprowadzić kalkulację opłacalności przedsięwzięcia i dobrać najlepszy materiał do danego rozwiązania. Dział ten wykonuje również dla klientów optymalizację części i form - dzięki zastosowaniu komputerowych symulacji mechanicznych i reologicznych. Możliwe jest również, aby na życzenie klienta asystowali przy budowie form i wykonali partię testowe w EMS-Grivory. Po wyjaśnieniu wszystkich problemów forma przekazywana jest do klienta do seryjnej produkcji.

Od pomysłu do seryjnej produkcji

EMS-Grivory posiada doskonale wyposażone laboratoria i doświadczoną kadrę, dzięki czemu może wspomóc klientów jeżeli pojawiają się problemy procesowe w czasie produkcji. Pozwala to rozwiązać problemy szybko i bez większych komplikacji. Jeżeli jednak pojawią się poważniejsze przypadki - inżynierowie sprawdzą problem na miejscu w fabryce klienta. Dział Aplikacji Technologii w Szwajcarii wspierany jest przez swoje oddziały lub firmy współpracujące, dzięki czemu wszechstronne i stałe wsparcie klienta jest możliwe na całym świecie.