Nhựa kỹ thuật là gì?

1. Nhựa: Giới thiệu ngắn gọn

Engineering plasticsエンジニアリングプラスチックとは、強度と耐熱性に優れたプラスチックの総称です。数値上だと一般的には、耐熱性が100℃以上あり、強度が49MPa（500kgf/㎠）以上、曲げ弾性率が2.4GPa（24500kgf/㎠）以上を持つ高機能樹脂を指します。

エンジニアリングプラスチックを知るにはプラスチックのことをまず知る必要があります。プラスチックは「鎖状高分子」という化学構造を持った物質です。chain polymers図１に示すように炭素原子が1,000個以上鎖状につながっており、炭素鎖は柔らかく、比較的自由に動くことが出来ます。ただし、分子が長くお互いに絡まっており、常温では単独分子が離れることはありません。high高温になると分子の動きが活発になり、やがて隣同士の分子の規制が効かなくなり、勝手に動き出します。高温になるとプラスチックが融け出すのはこのためです。

Khi nhựa bị vỡ hoặc hư hỏng trong dung môi, đó là do các phân tử thon dài của chúng bị tách ra khỏi nhau. Tuy nhiên, độ dài của chuỗi phân tử bao gồm các loại nhựa điển hình là đủ để đảm bảo rằng các phân tử có xu hướng không bị tách ra trong điều kiện sử dụng thông thường.
Những đặc tính hoạt động này của chuỗi polyme đủ để giải thích các tính năng quan trọng nhất của nhựa:

(1) Độ bền và độ cứng của chúng đủ để chịu được các ứng dụng thực tế.
(2) Chúng là chất rắn ở nhiệt độ phòng.
(3) Ở nhiệt độ cao hơn, chúng tan chảy và có thể được đúc thành hầu hết mọi hình dạng.

2. Nhựa kỹ thuật là gì?

エンジニアリングプラスチックengineering plastics（エンプラと略して言われることが多い、以下エンプラと略記する）はプラスチックの中で、特に高性能なものを言います。高温になっても溶融しにくく、溶剤に侵されにくくするためには、分子鎖を動きにくくする必要があります。そのための方法はコラム1に示すようにいろいろありますが、エンプラでは主に鎖の中に炭素以外の原子（図2ではXとして示している）を入れることが一般的です。C-X結合はC-C結合より分子運動が起きにくく、融解温度が高くなります。原子ではありませんが、ベンゼン環を入れることで運動抑制効果はさらに大きくなります。

C-X bonds suppress molecular motion more than C-C bonds, increasing melting temperatures; inserting benzene rings instead of single atoms yields even greater motion-suppressing effects.

3. Các loại nhựa kỹ thuật

エンプラの中で特に広く使われているものをgeneral-purpose汎用エンプラと言い、five major engineering plastics.主要な5種類は5大エンプラと言われます。
さらに性能を向上させるには主にベンゼン環の力を借りる必要はあります。主鎖のベンゼン環が密度をあげ、特に耐熱性などを向上させたエンプラをスーパーエンプラと言うことがあります。super engineering plastics.

エンプラ、スーパーエンプラの分類・種類や、プラスチックの特徴についてさらに学びたい場合は、CAE解析の基本「第2回　プラスチックCAEのポイント」もご参照ください。Foundations of CAE Analysis, and specifically in Volume 2: Basic Aspects of Plastic CAE.

4. Tổng quan về 5 loại nhựa kỹ thuật chính

Bảng 1 trình bày tổng quan về năm loại nhựa kỹ thuật chính.

Ba loại trên là nhựa kết tinh (xem Cột 2), được liệt kê theo thứ tự từ độ kết tinh cao nhất đến thấp nhất. Hai loại thấp hơn là nhựa không kết tinh. Trong số tất cả các loại nhựa kỹ thuật đa năng, polycarbonate là loại nhựa không kết tinh trong suốt duy nhất. Mặc dù ete polyphenylene biến tính (PPE) cũng là nhựa không kết tinh, PPE hiếm khi được sử dụng riêng lẻ; thay vào đó, nó thường được sử dụng làm vật liệu hợp kim polyme (Cột 3). PPE nguyên chất có khả năng chịu nhiệt cao nhưng khó tạo thành các hình dạng phức tạp; hợp kim với các loại nhựa khác như polystyrene tạo ra vật liệu có thể dễ dàng tạo hình đồng thời mang lại nhiều đặc tính mong muốn.

Trong phần tiếp theo, chúng tôi khảo sát ngắn gọn các đặc điểm chính của năm loại nhựa kỹ thuật chính.

Polyaxetat (POM)

Trong số năm loại nhựa kỹ thuật chính, polyacetal có độ kết tinh cao nhất, đảm bảo khả năng chống mài mòn tuyệt vời khiến nó trở thành vật liệu lý tưởng cho các bánh răng, giá đỡ trục và các bộ phận khác cần thiết để chịu được chuyển động trượt thường xuyên. POM tồn tại ở hai dạng: homopolyme và copolyme (Cột 3). Homopolymer POM có điểm nóng chảy cao, độ bền và độ cứng tuyệt vời, trong khi POM copolyme linh hoạt và có khả năng chống suy thoái do nhiệt, kháng hóa chất và chống chịu thời tiết tuyệt vời.

→ Bấm vào đây để biết thêm thông tin về nhựa polyacetal TENAC™ của Asahi Kasei

Polyamit (PA)

Polyamid (PA) tồn tại ở nhiều loại, trong đó hai loại nhựa kỹ thuật đa năng được sử dụng phổ biến nhất làm vật liệu kết cấu là PA6 và PA66. PA là một loại nhựa kết tinh trong đó lực liên phân tử mạnh, bắt nguồn từ sự hiện diện của các nhóm amide, đảm bảo tính chất cơ học tuyệt vời và khả năng kháng dung môi. Trong số các loại nhựa polyamit được sử dụng rộng rãi nhất là các loại nhựa chuyên dụng mang lại hiệu suất đặc biệt cao trong các lĩnh vực cụ thể như khả năng chống cháy hoặc chịu nhiệt, cũng như các loại được gia cố bằng sợi thủy tinh hoặc chất độn khác.
Ngoài các loại nhựa kỹ thuật đa năng PA6 và PA66, còn có nhiều loại nhựa polyamit chuyên dụng, bao gồm PA612 và PA12, kết hợp ít nhóm amit hơn để giảm khả năng hấp thụ nước; PA610 và PA11 được làm từ nguyên liệu có nguồn gốc thực vật; và PA4T, PA6T, PA9T, có kết hợp các vòng benzen để tăng khả năng chịu nhiệt.

→ Bấm vào đây để biết thêm thông tin về nhựa polyamide LEONA™ của Asahi Kasei

Polybutylene terephthalate (PBT)

PBT, một loại nhựa kết tinh có chuỗi chính chứa các vòng benzen, mang lại các đặc tính cơ học tuyệt vời và khả năng kháng dung môi. Vật liệu này cũng có tính năng hấp thụ nước thấp, ổn định kích thước tốt và đặc tính điện vượt trội, đồng thời dễ dàng sửa đổi để tăng cường khả năng chống cháy hoặc gia cố sợi. Những đặc điểm này làm cho PBT trở thành sự lựa chọn vật liệu được sử dụng rộng rãi cho các bộ phận ô tô và điện.

Polycarbonate (PC)

Polycarbonate (PC), một loại nhựa không kết tinh có chuỗi chính chứa các vòng benzen, là vật liệu trong suốt duy nhất trong số các loại nhựa kỹ thuật đa năng. PC được sử dụng để chế tạo ống kính và các thành phần quang học khác, cũng như phương tiện lưu trữ quang học như DVD. Vật liệu hợp kim được hình thành bằng cách trộn PC với ABS có khả năng chống va đập tuyệt vời và đặc tính hình thành tốt và được sử dụng cho các sản phẩm như vỏ thiết bị gia dụng.

Ête polyphenylene biến tính (m-PPE)

M-PPE là loại nhựa không kết tinh có trọng lượng riêng thấp nhất trong số tất cả các loại nhựa kỹ thuật đa năng, khiến nó trở thành lựa chọn tốt cho các thành phần nhẹ nhằm hỗ trợ giảm trọng lượng sản phẩm. M-PPE có khả năng chịu nhiệt tốt, kháng hóa chất vô cơ tốt và độ chính xác kích thước cao; nó cũng tương đối dễ dàng để tạo ra chất chống cháy do khả năng chống cháy của PPE. Mặc dù, như đã lưu ý ở trên, PPE có tính năng chịu nhiệt cao nhưng đặc tính tạo khuôn kém khiến PPE nguyên chất trở thành vật liệu khó tạo thành các hình dạng phức tạp. Vì lý do này, PPE thường được biến đổi bằng cách tạo hợp kim với polystyrene hoặc các loại nhựa khác để tạo ra vật liệu dễ tạo hình với nhiều đặc tính mong muốn khác. Trong những năm gần đây, PPE đã được pha trộn với nhiều loại nhựa không phải polystyrene ngày càng đa dạng để tạo ra các vật liệu mới đáp ứng nhiều nhu cầu đa dạng. Thuật ngữ M-PPE, viết tắt của "PPE biến đổi", nhằm mô tả các vật liệu được chế tạo đặc biệt dễ sử dụng bằng cách khai thác hợp kim polymer.

→ Bấm vào đây để biết thêm thông tin về nhựa polyphenylene ether biến tính XYRON™ của Asahi Kasei

 

5. Tác động môi trường của nhựa kỹ thuật

エンプラは汎用プラスチックに比べ、同じ性能のものを作る場合に使用量が少なくてすみ、また主鎖に炭素以外の元素を入れることは使用後焼却されたとき、発生する温暖化ガスの量が少ないことに繋がります。
また、原料のアルコール、カルボン酸、フェノール、アミン、アミドなどは植物成分だったり、植物成分から容易に合成できるものがあり、脱化石資源化しやすい面もあります。single-use plastics例えば、ポリアミド11やポリアミド610の原料であるひまし油は植物由来です。また、ポリアセタールの原料であるホルマリンは植物成分から発酵法で生産できるメタノールを酸化させることにより得ることもできます。
エンプラの用途においては、工業製品に使われることが多く、汎用プラスチックの主用途であるワンウェイユースは少ないことも特徴です。halved
地球環境問題が深刻化しており、エンプラの利用にあたっても環境負荷軽減を考えなければなりません。エンプラの製法、使用法を配慮した上で使用量の削減と長寿命化が重要となります。例えば、製品寿命が2倍に伸びれば、使用時から廃棄における環境負荷が半分になったと言うことができます。多くの材料が高性能化、長寿命化を競っていることは環境負荷削減と言う視点からも好ましいと考えます。

→ Bấm vào đây để tìm hiểu thêm về Vai trò của Nhựa Kỹ thuật Asahi Kasei trong việc đạt được tính trung hòa Carbon

Cột 1: Chiến lược nâng cao hiệu suất cho polyme hình chuỗi

プラスチックの強度、耐薬品性、耐熱性などの性能を向上させることは、「分子を動きにくくする」と言い変えても大きな間違いではありません。restricting the motion of molecules例えば、shape deformation変形するということは隣同士の分子の動態位置が変わるということです。「割れる」「融ける」rupturing, melting,「溶ける」dissolvingなどの現象は隣合っている分子同士が離れることです。これらの現象を起きにくくするためには、「分子を動きにくく」suppressing molecular motionすれば良いのです。これにはいくつかの方法がありますが、主なものを表2に列挙しました。

表2に示したよう、高性能化するには、individual分子自体の運動を抑制すること、分子間の動きをけん制すること、の2つがあります。前者の基本となるポイントは分子鎖の長さです。intermolecular分子鎖が長くなると、length隣接する分子がお互いの動きを抑制するため、性能が向上します。さらに性能を向上させるには、主鎖に炭素以外の元素やベンゼン環を入れて分子鎖を剛直にする方法（図2参照）と、側鎖を大きくして分子運動を抑制する方法とがあります。主鎖を改変すると耐熱性が向上します。エンプラは例外なくこの方法が採られています（表2、3参照）。

Chiến lược mở rộng chuỗi bên để tăng độ cứng tương đối dễ thực hiện và do đó được sử dụng để đa dạng hóa các đặc tính của nhựa đa năng. Tuy nhiên, phương pháp này không ảnh hưởng đến cấu trúc của chuỗi sơ cấp và do đó mang lại sự cải thiện tối thiểu về khả năng chịu nhiệt.

もう一つの「分子間力を高める」にはstrengthening intermolecular forces隣同士の分子が離れにくくする方法で、crystallization規則正しく並べて「結晶化」する方法と分子構造を工夫し、分子間の親和性を高める方法とがあります。

Cột 2: Độ kết tinh

鎖状高分子は伸びきると、図3に示すようにジグザグな配置をとります。この状態の分子に他の分子が近づくと、ある距離を置いたところで最も安定な伸びきった状態になります。これが繰り返されると伸びきった鎖が規則正しく並んだ状態を作ります（図3参照）。これが結晶です。crystal.結晶は非結晶な状態に比べ安定で密度が高くなります。分子間力も高いため、耐熱性、機械的性質などが高くなります。
並びやすい分子構造を持っている高分子だけが結晶を作ります。このような材料から出来たプラスチックを「結晶性プラスチック」と言います。crystalline plastics.一方、結晶を作らないプラスチックは「非晶性プラスチック」と言います。non-crystalline plastics.

Cột 3: Copolyme và hợp kim polymer

プラスチックXとプラスチックYとを混ぜて、中庸の性質の材料を作ることは広く行われています。copolymerization,その方法は図4に示すよう、2つあります。一つはX、Y両成分を分子内で混ぜるやり方で、これを共重合と言い、出来たものをコポリマーと言います。copolymers分子鎖を単一の成分だけで構成したものはホモポリマーと言われます。homopolymers.
もう一つのやり方は、別々に作った分子を後で混ぜる方法でポリマーアロイと言います。polymer alloyこれは金属の合金（alloy）にちなんだ呼び方です。

 

(Viết bởi Isao Sato, Văn phòng Kỹ thuật Isao Sato)

Asahi Kasei chuyên cung cấp dòng sản phẩm nhựa kỹ thuật hoàn chỉnh—và khai thác chuyên môn công nghệ độc đáo của chúng tôi để cải thiện hiệu suất sản phẩm. Vui lòng liên hệ với chúng tôi để hỏi bất kỳ câu hỏi nào, thảo luận về bất kỳ mối quan tâm nào và yêu cầu mẫu.