Шахалтын хийлтийн төслүүдэд зориулж тохиромжтой материал яаж сонгох вэ

Хийн хуулбар материал сонгох гол шалгуур

Хийн хуулбарын зөв материалыг сонгохын тулд хоорондоо хамааралтай дөрвөн ажиллагааны хүчин зүйлсийг шинжлэх шаардлагатай.

Механик шинж чанар: Сунгалтын бат бөхөн, Мөргөлдөөний эсэргүүцэл, Бат бөх чанар

Инженерчид деталийн бүтцийн шаардлагад нийцсэн материалыг эхлээд анхаарч үздэг. Поликарбонат нь ачаалал тэвшүүртэй детальд 9,500 psi-ийн сунгалтын бат бөхийг өгдөг бол ABS нь 4,600–7,000 psi хязгаартай бөгөөд илүү сайн мөргөлдөөний эсэргүүцэлтэй (UPM 2025). Шилэн дүүргэст найлон нь эдлэл хэрэгслэний хувьд суурь полимерүүдтэй харьцуулахад бат бөх чанарыг 40–60% сайжруулдаг тул их ачаалалтай механик системд тохиромжтой.

Дулааны ажиллагаа: Дулааны деформацийн температур ба Цахилгааны урсгалын хурд

Дулааны стрессийн дор материалаа тэсвэртэй байдал нь дулаан алдагдлын температурыг (HDT) тодорхойлно. Транспортны хэрэгслээс доошхи хэсэгт зориулсан PPS шиг материал нь 500°F (260°C)-аас дээш HDT утгатай байдаг тул деформацийг саатуулна. Цахилгаан соронзон орны хурд (MFR) нь ороомогийн чадварыг нөлөөлдөг – 20–35 г/10 мин MFR-тэй полипропилен нь нарийн хөндийг үр дүнтэй дүүргэж, циклийн хугацааг 15–20%-иар бууруулдаг.

Функциональ хэрэглээнд зориулсан химийн болон цахилгаан эсэргүүцэл

Материалууд хэрэглээний орчныг задлан разлагдахгүйгээр даашин тэсвэртэй байх ёстой. Найлон 6/6 нь үйлдвэрийн машин механизмд тос, зэсийг эсэргүүцдэг бол PTFE нь удаан хугацаагаар цацраг идэвхит туяанд өртсөн ч цахилгаан холбоосын диэлектрик хүчийг хадгалж, хүнд нөхцөлд хүртэл найдвартай ажиллах боломжийг олгоно.

Чийг шингээх, агших, боловсруулах температур

PA66 шиг материалын чийгийг ихээр шингээдэг байдал (1,5%-иас дээш) нь урьдчилан хуурайшуулах шаардлагатай бөгөөд үйлдвэрлэлийн зардлыг 10–15%-иар нэмэгдүүлдэг. Хумсах хувь хамаагүй өөр байдаг – ABS материал 0,5–0,7% хумсахад, хагас кристаллит POM материал 1,8–2,5% хумсана. Эрдэмтэдийн үзэж буйгаар, термопластик материалыг ихэвчлэн 450–700°F хоорондын температурт боловсруулдаг бөгөөд тэд эдгээр хүчин зүйлсийг тэнцвэртэй ашиглахын тулд материал бүрийн өгөгдлийн хуудсуудыг (MDS) ашигладаг.

Эдгээр шалгуурыг системтэйгээр үнэлснээр багууд үйлдвэрлэлийн нарийн төвөгтэй байдлыг болон зардлыг хянаж, деталийн үйлдэлчилэгдлийг сайжруулдаг.

Термопластик vs Термостет: Зөв полимерийн төрлийг сонгох

Үндсэн ялгаа: Аморф, Хагас Кристаллит, Дахин боловсруулах боломж, Дахин боловсруулах

Термопластикууд ба термобат бэхжүүлэгчдийн ялгаа нь вирүүсийн байрлал болон тэдгээрт боловсруулалтын үед юу болохыг голлон хамаарна. Жишээлбэл, полиэтилен эсвэл поликарбонат зэрэг ердийн термопластикуудыг авч үзье. Эдгээр материалууд нь аморф эсвэл хагас кристаллын бүтэцтэй байдаг. Халаах үедээ зөөлөрдөг бөгөөд дахин хөргөхөд хатаж байдаг. Энэ урвуу процесс нь дахин боловсруулах боломжийг олгодог. Гэсэн хэдий ч термобат бэхжүүлэгчид өөрөөр ажилладаг. Химийн урвалын дараа эдгээр материалууд бүтцэдээ тогтмол холбоос үүсгэдэг. Ингэсний дараа дахин хэлбэржүүлэх боломжгүй байдаг тул хэлбэрээ маш сайн хадгалдаг. Орчин үеийн хувьд энэ нь маш их ач холбогдолтой. Сүүлийн судалгааны мэдээллээр, шахалтын формд дахин боловсруулагддаг бүх пластмассын ойролцоогоор 92 хувь нь термопластикаас гаралтай. Харин ихэнх термобат бэхжүүлэгчид үйлдвэрлэлээс хойш дахин ашиглах боломжгүй тул цэвэрлэх газарт хуримтлагддаг. Понемоны институт нь 2023 онд хийсэн судалгаанд ижил дүгнэлтүүдийг тэмдэглэжээ.

Термосетийн Бүтцийн Тогтвортой байдал ба Өндөр Температурын Ажиллагаа

Эпоксид, фенол хэвлийн смол шиг термосетийн полимер гэж нэрлэгддэг материалууд нь халуунд тэсвэртэй, хэлбэрээ хадгалдаг зүйл хэрэгтэй үед маш сайн ажилладаг. Эдгээр материалууд 300°C-аас дээш температурт ч тогтвортой байх чадвартай савхан загварын бүтцийг үүсгэдэг. Ердийн нумайх пластиктай харьцуулахад ихэнх нь энэ температураас 150-200°С-аар бага температурт хайлдаг. Ийм чанартай байдлаас болоод инженерчид ихэвчлэн машинийн хөдөлгүүр дотор эсвэл цахилгаанын тусгаарлагч элементүүдийг үйлдвэрлэх зэрэг маш их халах орчинд эдгээр материалыг сонгодог. Өнгөрсөн жил гаргасан зарим судалгаагаар харахад термосетээр хийсэн деталь машины капотын доорх халах нөхцөлд стандарт инженерийн пластиктай харьцуулахад гурван дахин илүү удаан ажилласан байна.

Термопластик Их Хэмжээний Цацалтанд Тохиромжтой, Зардалдоо Ихэвчлэн Тохиромжтой Байх Давуу Тал

Хэмжээгээр өргөжих, өртөгийн хувьд мэдрэг төслүүдэд термопластикууд нь томоохон давуу талуудыг санал болгодог:

• хэсэг бүрт 40–60% бага зардал 100,000-аас дээш нэгжийн үйлдвэрлэлийн циклд
• Хурдан хөргөлт ба дахин халаах аргаар циклийн хугацааг 15–25 секундын хооронд бууруулна
• Автомжуулсан, тасралтгүй үйлдвэрлэлийн системтэй бүрэн нийцдэг

Дахин боловсруулж болох чанараараа материал хаягдалыг термостетийн үйл явцтай харьцуулахад 12%-иар бууруулдаг (Пластикаас үйлдвэрлэх ассоциаци 2023). Нийтлэг хэрэглээ нь анагаах ухааны төхөөрөмжийн бүрхүүл, автомашинд дотор талын самбар зэрэг дизайн хийх боломжийг эдийн засгийн хувьд хатуу хязгаарлалттой нөхцөлд нийцүүлэн хэрэглэдэг.

Шахмалд шахахад хэрэглэдэг нийтлэг материалын түвшнээс өндөр гүйцэтгэлийн түвшинд хүртэл

Нийтлэг пластик: ABS, PP, PE, ба PS – Өртөг ба олон талт байдлыг тэнцвэржүүлэх

ABS (акрилонитрил бутадиен стирол), полипропилен (PP), полиэтилен (PE) болон полистирол (PS) зэрэг ердийн пластик нь термопластик хийх аргаар хэлбэржүүлэх үйл явцад ихэвчлэн ашиглагддаг. Манай салбарын мэдээллээр эдгээр материалыг нийт үйлдвэрлэлийн төслүүдийн ойролцоогоор 45% дээр ашигладаг бөгөөд энэ нь тэдгээр нь ажиллахад хямд бөгөөд олон төрлийн зориулалтаар ашиглах боломжтой учраас л юм. Бид тэдгээрийг өдөр тутмын бараа, баглаа боодолд өргөн ашиглаж байна. Жишээ нь PP-г химийн бодисын эсрэг тэсвэртэй савыг үйлдвэрлэхэд ихэвчлэн сонгодог бол ABS нь зардал их гарахгүйгээр бат бөх чанартай байх шаардлагатай автомашиний хэсэгт ашиглагддаг. 2023 оны зах зээлийн судалгаа нь материалын ердийн үнийг килограммд дунджаар 2.50-4.50 доллар хооронд байгааг харуулсан. Энэ үнийн түвшин нь төслийн хэмжээ их байх үед төсөв ба гүйцэтгэлийн шаардлагыг зөв тохируулах шаардлагатай компаниудад тохиромжтой байдаг.

Инженерийн смол: Поликарбонат, Найлон, Ацеталь - Хүнд нөхцөлд ашиглагдах зориулалттай

Инженерийн зэрэглэлийн полимерүүд нь ердийн пластик ба бидний сайн мэддэг дээд зэргийн гүйцэтгэлийн материал хоёрын дунд оршдог. Жишээ нь поликарбонатыг авч үзэхэд, түүгээр харахад маш тод байдаг бөгөөд 140 хэм Целсиус хүртэлх температурыг хайлалгүйгээр тэсвэрлэх чадвартай тул тунгалаг хамгаалалтын хайрцаг зэрэг зүйлсэнд ашиглахад тохиромжтой юм. Түүнээс гадна, акеталь эсвэл заримдаа POM гэж нэрлэдэг энэ материал нь усаа бараг шингээдэггүй тул жижиглэгдсэн систем болон нарийн нарийвчлал шаарддаг бусад хөдөлгөөнт деталуудад жилээс жилд ашиглахад хэмжээний тогтвортой байдлыг хадгалж чаддаг. Найлон бол дахин нэг сонирхолтой сонголт юм. Стандарт туршилтаар түүний растяжений бат бэх 12,400 фунт/квадрат инч орчим байдаг. Гэсэн хэдий ч найлон агаараас чийгийг хурдан шингээдэг тул үйлдвэрлэгчид үйлдвэрлэхээс өмнө сайтар хатаахыг анхаарах хэрэгтэй. Энэ нь дараа үеийн үйлдвэрлэлийг гладко явуулахын тулд нэмэлт алхам шаарддаг гэсэн үг.

Өндөр гүйдэлтэй полимер: PEEK, PPS, Полисульфон Агаарын тээврийн хэрэгслэд ба Медицин багажинд

Хэвийн материалууд бусаддаа хязгаарласан үед ч гэсэн өндөр үзүүлэлт бүхий полимерүүд нь ажиллаж л байдаг. Жишээ нь PEEK материалыг авч үзэхэд тасралтгүй 250 градус Цельсийн температурыг даах чадвартай бөгөөд олон удаагийн стерилизацийн горимыг чин зовоосонгүй тэсвэрлэдэг тул нисэх онгоцны инженерчлэлийн мэргэжилтнүүд болон анагаах ухааны багаж хэрэгсэл үйлдвэрлэгчид өдөр бүр итгэл найдвар тавьдаг. Түүнчлэн PPS нь дотор нь галын эсэргүүцэлтэй, UL94 V-0 гэж ангилагдсан тул онгоцны цахилгаан бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй холбоотой мэдрэг деталиудад боловсон байдаг. Мөн хагалгааны үеэр хүний эд эсийн хүрээлэлтэд шаардлагатай ISO 10993 тестийг бүгдийг давдаг полисульфонийг мартахгүй байх хэрэгтэй. Эдгээр тусгай зориулалтын пластик материалууд нь килограмм тутамд ойролцоогоор 80-150 долларын премийн үнэтэй байдаг ч тэд ямар хэмжээний хуримтлал хийлгэж байгааг урт хугацаанд тооцож үзээрэй. Урт нас бие болгоны солилт багасахад хүргэх бөгөөд, алдааны бага түвшин нь ялангуяа алдаа гарснаар тэргүүлэн аюул учирч болох нөхцөлд мөнгөний хувьд хэмнэлт болдог. Иймээс эдгээр материалуудын анхны үнэ их байх шиг харагдаж магадгүй ч шийдвэрч үйл ажиллагаа явуулдаг салбарууд тэдгээрийг үл тоомсорлох боломжгүй.

Туршилт: Шидэт ба POM-ийн хоорондын шугамын үйлдвэрлэлд харьцуулах

Сүүлийн үед цахилгаан хэрэгслээр хөдөлгөгчийн системийг шалгасан туршлага нь өндөр хүч чадлын ачаалал өгөх үед POM-ийн шугам нь шидэтийнхээс ойролцоогоор 18% илүү наламжтай байдагийг харуулсан. Шидэтийн гол асуудал бол ойролцоогоор 2.5% чийг шингээх хандлагатай байдал юм. Энэ нь чийгшилтэд өртөх үед хэмжээсийн асуудалд хүргэдэг. POM материал энэ асуудалд орохгүй учраас үйлдвэрлэлийн явцад ихэвчлэн 0.8%-2.0%-ийн хооронд агших зэргээр илүү сайн тогтвортой байдаг. Эдгээр давуу талуудыг харгалзан, шуугиан чухал байдаг хэрэглээнүүдийн хувьд ихэнх үйлдвэрлэгчид шидэтийг дуу чийдийг илүү сайн шингээдэг учраас илүүд үздэг. Энэ нь материалын сонголт нь ихэвчлэн тухайн хэрэглээний шаардлагад хамааралтай байдгийг харуулж байна.

Салбарын онцлог шаардлагууд ба зөвшөөрлийн хяналт

Эмнэлгийн хаягт хийх технологийн FDA-ны шаардлага, биологийн нийцэл, ангижруулах шаардлага

Эмнэлгийн тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэхдээ FDA 21 CFR стандартад нийцсэн материалыг сонгох нь зөвхөн зөвлөгөө биш, харин өвчтөнийг аюулгүй байлгах, төхөөрөмжийг дахин дахин антисептик болон стерилизацид тэсвэртэй байлгахын тулд шаардлагатай юм. Өнгөрсөн жилийн тоо мэдээллийг үзэхэд, тоног төхөөрөмжийн оношлогдоогүй хүсэлтүүдийн ойролцоогоор 78% нь материалиуд гамма цацраг, автоматаар угаах төхөөрөмжид ямар тэсвэртэй вэ гэдгийн талаарх баримт бичигт асуудалтай байсан. Энэ нь бүтээгдэхүүнээ баталгаажуулахыг хичээж буй компаниудад том асуудал болдог. Аз болоход, эдгээр асуудлыг шийдвэрлэх боломжит шийдэл байдаг бөгөөд жишээ нь эмнэлгийн зэрэглэлийн поликарбонат нь 1000-аас дээш уурт стерилизацийн циклд орсон ч задрахгүй маш сайн тэсвэртэй байдал үзүүлсэн. Эдгээр материалууд нь байгалийнх нь үүднээс бактериуд наалдахаас бусдах чадвартай бөгөөд энэ нь янз бүрийн эрүүл мэндийн байгууллагуудад хийсэн клиник шинжилгээнд дахин дахин батлагдсан.

Автомашин, нисэх онгоцны материал, аюулгүй байдал, үргэлжлэх хугацааны стандарт

Автомашины үйлдвэрлэгчид тээврийн хэрэгслэд ашигладаг материалын хувьд энгийн шаардлага тавьдаг. Тэдэнд FMVSS 302 стандартад нийцсэн галын эсэргүүцэл бүхий хэсгүүд шаардлагатай бөгөөд -40 хэмээс эхлээд 125 хэм хүртэлх хил хязгаарт тогтвортой ажиллах чадвартай байх ёстой. Нисэх онгоцны деталуудад илүү хатуу шаардлагууд байдаг бөгөөд материал хялбархан асаж унахаас сэргийлэхийн тулд UL 94 V-0 сертификат, мөн цахилгааны дамжуулалтаас сэргийлэхийн тулд 600 вольтыг давах CTI үнэлгээтэй байх шаардлагатай. Гэхдээ өнгөрсөн жил гаргасан сүүлийн үеийн судалгаа гайхалтай зүйл харуулсан. Загварчилсан өндөр нарийн түвшинд шинэ найлон нийлмэл материалыг хуучин металл хайлштай харьцуулан туршсан үед гэмтлийн түвшин ойролцоогоор 42%-иар буурсан. Энэ нь найдвартай байдал хамгийн чухал байдаг нисэх онгоцны чухал хэрэглээнд сүүлийн хэдэн арван жилийн турш ашиглаж байснаас илүү нийлмэл пластик материалаар хийсэн шинэ технологи илүү аюулгүй байж болохыг харуулж байна.

Тохиолдол: Медицин хэрэгслийн корпусод поликарбонат ашиглах

Оношлогооны тоног төхөөрөмжийн үйлдвэр MRI-т нийцсэн давхар бүрхүүлүүдэд ISO 10993-р гэрчилгээ авсан поликарбонат руу шилжсэнээр 99,8% зохицуулалтын хяналтанд нийцсэн. 158°C-ын халахад хэлбэрээ алдах температуртай материал нь уурт сарниулах ажиллагааг дэмжиж, <0,1% чийг шингээх чадвар нь үйлдвэрлэлийн 98,6% партид хэмжээний өөрчлөлтийг саатуулсан бөгөөд энэ нь ABS-ийн өмнөх деталиудтай харьцуулахад томоохон сайжруулалт болсон.

Материалын сонголтонд өртөг, гүйцэтгэл ба урт хугацааны өртгийг тэнцвэржүүлэх

Анхдагч материал, өртөг ба урт хугацааны хугацаа, засвар үйлчилгээний хоорондын харьцаа

Зөвхөн эхний хэмнэлтэд анхаарах нь эргээд муугаар нөлөөлж болзошгүй: судалгаагаар хямд материал сонгосон компаниуд илүү бага хугацаанд гэмтэхэд хүргэдэг бөгөөд циклийн нийт зардал 15–30% өсдөг (Материалын сонголт ба орлох боломжийн үнэлгээний судалгаа). Найлон 6/6 шиг инженерийн смол нь хэрэглээний ABS-ээс 40% илүү өртөгтэй ч гэсэн илүү сайн износ тэсвэрт чадвараар аж үйлдвэрийн хэрэглээнд засварын зардлыг 60% бууруулсан.

Өндөр хэмжээний цацрагийн хаягт үйлдвэрлэл дэх нийт өртгийн тооцоо

Нийт эзэмшилтийн зардал (TCO) аргыг ашиглан автомашин савханцар үйлдвэрлэгчдийг 2023 онд шинжилсэнд зардлын тархалт дараах байдлаар гарч ирсэн:

• Материал: 35–45%
• Эрчим хүч: 20–30%
• Хэрэгсэлийн элэгдэл/засвар: 15–25%
• Гажигтай бүтээгдэхүүний дахин боловсруулалт: 5–15%

Энэхүү хүрээлэг нь урт хугацаанд зардлыг ихэсгэх богино хугацаат шийдвэрүүдээс зайлсхийхэд тусалдаг – тус тусдаа 100,000-аас дээш хэсэгтэй серийн үйлдвэрлэлд ялангуяа чухал бөгөөд жилд хэрэгсэлийн элэгдлийг 5%-иар бууруулах нь жилд 120,000 ам.доллар хэмнэх боломжийг олгоно.

Материалын өгөгдлийн хуудсууд (MDS) ба Загварчлалын хэрэгслүүдийг ашиглан хамгийн тохиромжтой шийдвэр гаргах

Одоогийн үед материалуудын өгөгдлийн хуудсууд дээр боловсруулалтын явцад материалын асгаралт, химийн бодисын эсэргүүцэл, дулааныг хэрхэн даах зэрэг ойролцоогоор 80-н янзын шинж чанарыг жагсаадаг. Энэ мэдээллийг загварын урсгалын симуляци хийхтэй хослуулснаар инженерүүд деталь бүрийн зан ашиглалтыг тааварлах боломжийг олгодог бөгөөд зарим тохиолдолд 10-н 9-г нь зөв таана. Хэрэв хоолны найрлагатай харьцах үед ижилхэн үнэтэй ч гэсэн өөр өөр ажиллагаатай материалууд (жишээ нь POM ба PET) -ийн аль нэгийг сонгох шаардлага гарвал энэ нь маш чухал болно. Ийм арга зам нь зөвхөн таамаглан, санамсаргүй турших арга замтай харьцуулахад зардал ихтэй прототипыг ойролцоогоор 40 хувиар бууруулдаг. Компаниуд мөнгө хэмнэж, бүтээгдэхүүнийг илүү хурдан зах зээлд гаргаж, ерөнхийдөө илүү сайн чанартай үр дүнд хүрдэг.