Многие современные конструкционные полимеры обладают выдающимися свойствами в сравнении с традиционными инженерными пластиками и металлическими сплавами, обуславливающими возможность более широкого применения в ответственных областях — от аэрокосмической промышленности до медицины. Один из таких полимеров — полисульфон, с которым мы и познакомимся поближе в этой статье.
Полисульфон — аморфный полимер с высокими термическими, химическими, диэлектрическими и механическими свойствами. Сырье из полисульфонов выпускают компании Solvay, BASF, Sumitomo, BP Amoco и JDA Degussa, опытное производство налажено и в России. Вообще, в промышленности используются три основные разновидности полисульфонов — непосредственно полисульфоны (PSU), а также модифицированные варианты «второго поколения» — полиэфирсульфоны (PES/PESU) и полифениленсульфоны (PPSU). Наша компания предлагает именно полисульфон в оригинальном исполнении — REC PSU.
У каждого варианта свои преимущества: полиэфирсульфоны обладают наиболее высокими температурами плавления, а полифениленсульфоны лидируют по показателям ударной и химической стойкости. Полисульфон выделяется наиболее высокими диэлектрическими характеристиками, стойкостью к ползучести и гидролизу, хотя несколько проигрывает другим вариантам по термостойкости: полиэфирсульфоны могут выдерживать продолжительную эксплуатацию при температурах свыше 180°С, иногда до 200°С, и кратковременную до 220°С. REC PSU выдерживает длительную эксплуатацию при температурах до 172°С, что тоже немало и вполне достаточно для большинства применений. Помимо этого, чистые полисульфоны полупрозрачны, что может быть полезно в ряде технических приложений.
Наиболее часто полисульфоны применяются в машиностроении, электротехнике и электронике, строительстве и автомобилестроении, а самая большая доля приходится на медицину. Причина в удачном сочетании физико-механических характеристик, химических свойств и биосовместимости: чистые полисульфоны нетоксичны и выдерживают достаточно высокие температуры для горячей стерилизации. Это открывает возможность производства как многоразовых медицинских инструментов, так и эндопротезов. Например, имплантируемые изделия из полисульфона используются в челюстно-лицевой хирургии и при протезировании зубов. Некоторые марки полисульфонов даже применяются в производстве компонентов искусственных сердец.
Химическая стойкость тоже играет на руку. Полисульфоны устойчивы к разным агрессивным средам, включая минеральные кислоты, щелочи и солевые растворы, спирты, алифатические углеводороды, горюче-смазочные материалы. С другой стороны, полисульфоны разрушаются эфирами, соединениями хлора и ароматическими углеводородами. В частности, полисульфоны уязвимы к дихлорметану, но это может быть полезно, так как этот растворитель нередко используется в 3D-печати для склеивания частей деталей и сглаживания поверхностей. В химической промышленности волокна и пленки из сульфированных полисульфонов нередко используются в качестве мембран для обратного осмоса, микро- и ультрафильтрования.
В электротехнике ценится постоянство диэлектрических свойств полисульфонов в широком диапазоне температур и частот, благодаря чему эти полимеры используются в производстве печатных плат, катушек и изоляторов.
Полисульфоны — конструкционные полимеры, то есть термопласты с высокой прочностью и термостойкостью. Этим объясняется широкое применение в механических приложениях — там, где детали должны выдерживать высокие нагрузки и широкий диапазон эксплуатационных температур, в том числе в производстве подшипников и зубчатых передач. Так как полисульфоны стойки к гамма-излучению, их даже используют в герметизации агрегатов ядерных реакторов.
Чистый полисульфон можно использовать и в пищевом производстве: нетоксичность, стойкость к химическому воздействию и износу, а также высокая термостойкость делают этот полимер отличным материалом для пекарного, теплового и охладительного оборудования, фасовочных и упаковочных линий, и так далее.
Полисульфон хорошо сопротивляется образованию трещин под высокими нагрузками при температурах до 150°С. Предел текучести этого полимера на 20-30% выше, чем у более известных поликарбонатов и полиамидов (нейлонов).
Еще более высоких прочностных характеристик, особенно при 3D-печати, можно добиться за счет армирования полимера стекло- или углеволокном. В частности, волоконное армирование помогает снижать усадку полимеров, и это при том, что полисульфоны и так отличаются низкой усадкой: коэффициент теплового расширения полисульфонов примерно в два раза ниже показателей большинства термопластов, а это крайне благоприятная характеристика с точки зрения прецизионного производства — сохранения размерной точности для стыковки деталей, правильного расположения посадочных гнезд и технических отверстий.
Мы пока что такие варианты на основе полисульфона не выпускаем, хотя предлагаем большой выбор армированных композитов на основе других термопластов — линейку X-line. С другой стороны, мы всегда стараемся идти навстречу пожеланиям пользователей и предлагаем услуги по производству специализированных материалов на заказ.
Один из основных недостатков полисульфона — низкая стойкость к ультрафиолетовому излучению, что ограничивает применение на открытом воздухе под воздействием прямого солнечного света, но может быть нивелировано с помощью защитных покрытий.
Помимо этого, полисульфон достаточно дорог в сравнении с более привычными инженерными пластиками, такими как акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), поликарбонаты или полиамиды (нейлон-6 и нейлон-12), но в то же время более дешев, чем другие тугоплавкие конструкционные термопласты вроде полиэфирэфиркетонов (PEEK) или полиэфиримидов (PEI). Другими словами, полисульфон — сбалансированная комбинация высокой эффективности и ценовой доступности.
Рекомендации по 3D-печати
Как и другие материалы для экструзионной 3D-печати, филаменты из полисульфона крайне желательно просушивать непосредственно перед 3D-печатью. Гигроскопичность полисульфона довольна низка, но это не исключает возможность накапливания влаги на поверхности филамента, а она может приводить к вскипанию расплава в хотэнде и образованию разнообразных дефектов из-за неравномерной подачи. Сушить необходимо не менее шести часов при температуре 130°С, но перед началом просушивания убедитесь, что такую температуру выдержит сама катушка, на которую намотан филамент.
Ввиду уязвимости полисульфона к ультрафиолету для хранения желательно использовать непрозрачные контейнеры, либо выбирать темные места. Герметичность контейнера и добавление пакетика силикагеля обеспечат дополнительную защиту от влаги.
Подробно про хранение и методы просушивания филаментов рассказывается в отдельных статьях — здесь и здесь.
Печатать рекомендуется при температурах хотэнда в диапазоне 350-380°С с подогревом столика до 140-160°С. Ради оптимальной размерной точности крайне желательно использовать 3D-принтеры с закрытыми, а еще лучше термостатированными рабочими камерами, то есть с активной регулировкой фоновой температуры. Оптимальная фоновая температура — 100-135°С.
Для таких задач хорошо подойдут аддитивные системы производства российских компаний PICASO 3D (семейство Designer X Series 2), Imprinta и F2 Innovations, оснащаемые высокотемпературными экструдерами и закрытыми камерами. Для повышения схватывания со столиками необходимо использовать дополнительные адгезионные средства, например клей Adhesivix Pro. Перед началом работы столик необходимо обезжирить чистой тряпочкой с изопропиловым спиртом, а затем нанести два-три тонких слоя клея, позволяя клею высыхать перед нанесением следующего слоя.
После 3D-печати модели можно обработать дихлорметаном для сглаживания поверхностей, но в таких случаях необходимо помнить, что химическая обработка несколько снизит детализацию и может привести к несоответствиям по размерной точности. Механическая обработка проблем вызывать не должна: полисульфон отлично шлифуется, сверлится, и так далее.
Основные характеристики и параметры 3D-печати REC PSU:
- Плотность: 1,24 г/см^3
- Диапазон эксплуатационных температур: от -70°С до 172°С
- Температура размягчения: ~180°C
- Ударная вязкость по Изоду: 69 кДж/м^2
- Прочность на изгиб: 8,1 МПа
- Относительное удлинение при разрыве: 50-100%
- Предел текучести при растяжении при температуре 23°С: 75 МПа
- Температура хотэнда: 350-380°C
- Температура столика: 140-160°C
- Фоновая температура: 100-135°C
- Диаметр сопла: 0,4 мм и выше
В настоящее время мы предлагаем полисульфоны в виде филамента без красителей диаметром 1,75 мм на катушках массой 500 грамм нетто, но готовы рассмотреть другие варианты в зависимости от потребностей заказчиков.
Остались вопросы? Свяжитесь с нами, и команда REC будет рада предоставить подробную консультацию по выбору расходных материалов под конкретные производственные задачи.
Чтобы написать отзыв нужно авторизоватся
Вход через социальные сети