Torlon PAI: 極限用途向けの高性能ポリマー-

トーロンについて最もよく聞かれる質問は、なぜ標準的なエンジニアリングプラスチックの 8-10 倍もかかるのですか?という質問です。機械加工のブロンズから射出成形の Torlon ベアリングに切り替え、43% のコスト削減を文書化した航空宇宙分野のクライアントと協力した後、その答えは材料の価格ではなく、設置後に何が起こるかということになりました。

極限環境問題

数か月ごとに、トーロンを処理できるかどうかを尋ねる連絡が来ます。彼らはすでに他の3、4の店と話をしたが、彼らははっきりとノーと答えたか、意味のない数字を引用した。正直な答えは、トーロンが射出成形で処理できる範囲の限界に位置しており、ほとんどの施設にはその能力がないということです。

トーロン、つまりポリアミド{0}イミドは、高性能ポリマー市場の特定のギャップを埋めます。-標準的なエンジニアリングプラスチックは、約 150 ～ 180 度の連続使用に優れています。 PEEK ハンドルはおそらく 250 度です。 Torlon は 260 度の連続使用で確実に動作し、ガラス転移温度は約 280 度です。より高い熱性能を備えた唯一の材料は、コストが大幅に高くなるか、まったく異なる処理アプローチを必要とします。

ボーイングは、787 ドリームライナーの動作温度が華氏 40 度から華氏 350 度であるトーロン熱絶縁体を指定しました。ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡は、ミッションクリティカルな信頼性を犠牲にすることができないトーロンコンポーネントを使用しています。これらはパンフレットから引用したマーケティングの例ではありません。これらは、エンジニアが数十の材料を評価し、他に何も機能しないと結論付けた文書化されたアプリケーションです。

プレミアムが意味をなすとき

私はトーロンは厳密に航空宇宙分野だと思っていました。他の人にとっては高すぎます。その後、アンチロックブレーキシステムのベアリングに慢性的な問題を抱えている自動車部品メーカーのプロジェクトに取り組みました。-同社の青銅製ベアリングの価格は 1 つあたり 0.07 ドルでしたが、潤滑が必要なため、汚染が発生し、予期せぬ故障が発生しました。 Torlon の交換用ベアリングのコストは、量が増加した後は 1 つあたり 0.04 ドルで、潤滑剤は不要で、それ以来現場での故障は発生していません。高価な材料が実際には安い場合もあります。 (ドレイクプラスチックス.com)

トーロンの経済計算は、同社が一貫して勝利する 5 つの状況に帰着します。

高熱

400 °F を超える動作温度は、最も明白なケースを表します。 PEEK は柔らかくなり、寸法安定性が低下します。トーロンは構造的完全性を維持します。高温の油、蒸気、またはプロセス熱に近接する用途の場合、選択肢はすぐに狭まります。

無潤滑摩耗

無潤滑の摩耗用途は、人々が当初認識しているよりも重要です。潤滑剤は汚染を招きやすく、メンテナンスが必要になり、最終的には枯渇します。 Torlon のグラファイトおよび PTFE 充填グレード (4301、4275、4435) は、時間が経っても劣化しない固有の潤滑性を提供します。化学プラントのラビリンスシール、コンプレッサーリング、バルブシート-メンテナンスに費用がかかる、またはメンテナンスが不可能な用途。

軽量化

重量-重要な航空宇宙コンポーネントは、別の論理的適合性を表します。機械加工されたアルミニウムまたは青銅を射出成形トーロンに置き換えると、重量が軽減され、多くの場合コストも削減されます。{2}} Drake Plastics の航空宇宙分野のギアのケーススタディでは、材料がプレミアムであるにもかかわらず、射出成形コストが機械加工金属を下回っていることが文書化されています。

ダウンタイムコスト

材料プレミアムを超えるダウンタイムコストは、産業環境においてトーロンを正当化します。ベアリングの故障により生産ラインが 4 時間停止すると、故障しないコンポーネントのプレミアムよりもはるかに高いコストがかかります。

量産

大量射出成形-と少量-機械加工では、計算がまったく変わります。工具を償却すると、射出成形トーロン部品は安価な材料で機械加工された部品よりも優れたものになります。-

状況に応じた材料費

トーロンが高性能ポリマーの階層内でどの位置に位置するかを理解することは、期待を調整するのに役立ちます。{0}

ナイロン、POM、標準 ABS などの標準的なエンジニアリングプラスチックの価格は 1 ポンドあたり 1 ～ 3 ドルです。 PEEK の価格はグレードと容量に応じて 1 ポンドあたり 10 ～ 20 ドルです。トーロンの価格は、ほとんどのグレードで 1 ポンドあたり 25 ～ 30 ドルです。 DuPont のポリイミドである Vespel の価格は、PEEK 価格の約 32 倍です。セラゾール PBI は、華氏 600 度を超える極端な温度用途向けで、トーロンの価格の約 9 倍です。

Torlon 4301 の 6×6×1 インチのシートは、小売価格で約 750 ドルです。 Practical Machinenist に関するフォーラムのディスカッションでは、エンジニアがコストについて質問し、在庫形状の価格が生産ではなく試作数量に基づいて設定されていることを発見することが定期的に行われます。在庫からの機械加工部品の場合、トーロンはすぐに高価になります。射出成形による生産の場合は方程式が変わります。-

Material Costs in Context

誰も宣伝しない処理の現実

ここが Torlon の複雑な点であり、多くのプロセッサが Torlon に手を出さない理由です。

溶融温度は 700 °F を超えます。350 ～ 400 °F という金型温度要件は、標準の成形装置の能力を超えています。水分含有量は 500 ppm 未満に保つ必要があり、そうでないと部品に水膨れや内部空洞が生じます。 PEEK をうまく処理できる経験豊富なショップでも、トーロンには苦労することがあります。
圧縮率が重要です。圧縮比 2.5:1 または 3:1 の標準的な射出成形スクリューは機能しません。 Torlon は、バレル内での早期架橋を防ぐために 1:1 ～ 1.5:1 の圧縮を必要とします。ほとんどの成形施設にはこのようなネジは置いてありません。

後硬化-トーロンが標準的なプラスチック加工から完全に分離されるのはここです。成形したばかりのトーロンパーツは硬化が完了していません。標準的な硬化後のスケジュールは、最低 72 時間で、華氏 330 度、華氏 475 度、最後に華氏 500 度の段階を経て実行されます。{2}}厚いセクションを含む複雑な形状の場合は、2 ～ 3 週間のポストベークが必要になる場合があります。-これはオプションの品質向上ではありません。適切な後硬化を行わないと、耐摩耗性は仕様の 10 分の 1 に低下し、限界 PV 値は半分になります。-ソルベイの公式加工ガイドには、適切な硬化後の弾性率が 15% 以上増加し、ガラス転移温度が 75 °F 向上したことが記載されています。

実際的な意味は、金型から取り出した時点では完璧に見えるトーロン部品でも、オーブンで数週間放置するまでは仕様を満たさない可能性があるということです。このステップをスキップまたは省略したショップは、サービスに失敗した部品を出荷します。

機械加工の落とし穴

射出成形に適さないプロトタイプの数量または形状の場合は、ストック形状からの機械加工が代替手段となります。故障モードは異なりますが、同様に容赦のないものです。

ハイス鋼工具は生き残れません。-あるフォーラムユーザーは、HSS ドリルビットで小さな穴を開けようとしたところ、すぐに丸まって折れてしまったと述べています。超硬工具は短期間の作業ではトーロンを処理しますが、50 ～ 100 個の部品ごとに摩耗を監視する必要があります。生産機械加工には、超硬の 5 ～ 10 倍のコストの多結晶ダイヤモンド工具が必要です。

冷却剤の選択により遅延故障が発生し、出荷後数か月経ってから症状が現れます。石油-ベースの冷却剤は分子レベルでトーロンを攻撃します。部品は完璧な状態で機械工場から出荷されますが、3 ～ 6 か月後に現場で亀裂が発生します。水溶性冷却剤のみ。-さらに良いのは、ポリマーのみを機械加工し、施設内に石油ベースの液体を一切使用していないショップを利用することです。{6}}ある専門加工会社はこう言います。「その機械工場にコンピュータ制御のプラスチック用焼きなましオーブンがない場合は、別の工場を探してください。{8}」

(aiprecision.com)

湿気の吸収により、顧客の現場でのみ発生する寸法上の問題が発生します。トーロンは空気から湿気を吸収し、湿気の多い環境では 0.003-0.004 インチ膨張します。アリゾナ州の乾燥した環境で厳しい公差に合わせて機械加工された部品は、東南アジアの組立工場に出荷されると適合しません。解決策は、寸法を安定させるために加工前に生のストックを 24 時間水に浸し、完成した部品を乾燥剤で真空シールして出荷するというものです。

グレードの選択

Torlon には、さまざまなパフォーマンス優先度に合わせて最適化された複数のグレードがあります。用途に合わせてグレードを調整することで、高額なミスを防ぐことができます。

4203L

最高の伸びと耐衝撃性を備えた非充填グレードです。電気絶縁用途、衝撃が問題となる構造部品、他の添加剤が問題を引き起こす可能性のある用途。引張強さは約152MPa。

4301

ベアリングおよび摩耗用途向けにグラファイトと PTFE が含まれています。摩擦係数が低く、耐摩耗性に優れ、中程度の速度と負荷で動作します。引張強さは約113MPa。これは、ほとんどの摩耗用途にとって主力グレードです。

4275

は、高速動作用に最適化された異なるグラファイトと PTFE 配合を使用しています。 4301 と同様のアプリケーションですが、速度が増加するとパフォーマンスが向上します。

4435

PV が 50,000 フィート-ポンド/平方インチ-分を超える用途の極度の摩耗グレードです。 4301 では不十分な場合は、エキゾチックな代替品の前に 4435 が次のステップとなります。

5030

30% のガラス繊維を追加し、構造用途での剛性と強度を最大化します。引張強度は約 221 MPa に達しますが、摩耗性能が最適化されたグレードと比較して低下します。{3}}

7130

最高の剛性、ある程度の導電性、優れた摩耗特性を実現するために 30% のカーボンファイバーを使用しています。剛性がデザインを左右する金属の代替。

すべてのグレードは同じ基本的な熱性能を共有しています: 260 度の連続使用、UL 94 V-0 難燃性評価、酸素指数 45 ～ 52%。

代替品の比較

Torlon、PEEK、Vespel のいずれかの決定は、単純に優れた{0}}優れた-ランキングではなく、さまざまなトレードオフを表します。

PEEK は化学物質への曝露、特にトーロンを攻撃する強力な塩基への曝露をより適切に処理します。湿気の多い環境では、吸湿率がゼロに近いのに対し、トーロンの場合は 1.7% であるため、PEEK が適しています。処理はより寛容です。コストが安くなります。トーロンの熱性能や摩耗性能を必要としない用途の場合、多くの場合、PEEK が適切な答えとなります。

Vespel は、500 °F 以上および真空用途ではトーロンよりも優れた性能を発揮します。 DuPont 材料は射出成形可能ではないため、-特殊な焼結プロセスが必要-なため、部品のコストが大幅に高くなります。熱要件が Torlon の範囲を超えており、予算がある場合には、Vespel が最適です。

温度要件が PEEK の能力を超えているが、予算が Vespel の価格をサポートできない場合、耐薬品性より耐摩耗性が重要である場合、および射出成形の経済性が関係する量に対して合理的である場合、トーロンは勝ちます。

トーロンを使用する産業

航空宇宙用途には、前述のボーイング 787 熱絶縁装置、-40 度から 500 度で無潤滑で動作するブロッカードアブッシュ、650 psi を超える圧力でジェット燃料を扱う F-16 燃料コネクタ、金属代替品が電子機器に干渉する EMI/RFI 透明ファスナーなどが含まれます。
石油とガスアプリケーションは、ダウンホールツール、バルブシート、フラックボール、シール、コンプレッサーコンポーネントを中心としています。{0}基本的に、ほとんどのポリマーがとうの昔に破損していた 400 度で動作するものすべてです。
半導体アプリケーションには、テストソケット (主に 5030 および 4203 グレード) やチップ製造用の高純度コンポーネントが含まれます。{2}ここでは吸湿の問題が重要です。-湿気の多い製造環境では、寸法のずれが発生する可能性があります。
防衛アプリケーションはトーロンの信頼性を早期に獲得しました。ジャベリンミサイル発射装置プログラムは、ミッションクリティカルな信頼性におけるトーロンの評判を確立したと信じられています。-

市場の軌跡

PAI 市場は現在約 6 億 5,000 万ドルから 7 億 5,000 万ドルに達し、2030～32 年までに 10 億 5,000 万～13 億 8,000 万ドルに達すると予測されており、年間平均成長率 7～8% に相当します。より広範な高性能ポリマー市場も、320 億ドルから 470 ～ 650 億ドルに向けて同様の拡大を示しています。 (grandviewresearch.com)

新たな用途としては、0.3- ミクロンの粒子に対して 90% 以上の効率を誇るナノファイバー濾過材、EV バッテリーの熱管理コンポーネント、電化用の高電圧絶縁、グリーン水素膜用途などがあります。トーロンの商用 3D プリンティングは依然として限られていますが、積層造形の探求は続いています。

持続可能性について:-プレキュアトーロンはリサイクル可能であり、再生サービスも存在します。硬化後トーロンは熱硬化性樹脂のように動作するため、再処理できません。- Torlon のライフサイクルに関する議論は、-耐久性により交換頻度が減少する-という現実的な持続可能性の事例を提供します。

適切なサプライヤーを見つける

Torlon のサプライチェーンは、さまざまな機能を持つ個別の層に分かれています。

Syensqo (旧 Solvay) による OEM プロセッサーの指定は、実証済みの機能と高品質システムを備えたメーカーを示します。テキサス州の Drake Plastics は、AS9100D/ISO 9001 認証に基づいて、押出、成形、CNC 機能を備えた幅広いストック形状を提供しています。 Allegheny Performance Plastics は、北米最大の Torlon{4}} 固有のインフラストラクチャを主張しています。パフォーマンスプラスチックは、公差が厳しい複雑な形状に焦点を当てています。 Aztec Plastic Company は 1970 年代からトーロンを加工してきました。

AIP Precision（40+年の航空宇宙経験、0.002mmの精度能力）、Upland Fab（ポリマー加工専用の内部アニーリングオーブン）などの精密加工のスペシャリストは、要求の厳しい機械加工コンポーネントに必要な機器と経験をもたらします。

Curbell Plastics、Professional Plastics、Boedeker などの在庫販売業者は、プロトタイプや機械加工用途にロッド、シート、チューブを供給できます。標準在庫形状の場合は同日発送、カスタムオーダーの場合は 4～6 週間です。-

価格モデルは異なります。在庫形状の価格はロッドの場合はリニアフィート、シートの場合は平方フィート単位です。機械加工部品は、材料、加工の複雑さ、仕上げ、認証要件を組み込んでケースバイケースで見積もります。--射出成形部品は金型への投資が高くなりますが、量当たりの単位コストは低くなります。-

私たちが実際に行っていること

当店はトーロン専門店ではございません。当社の主な焦点は、建築、照明、自動車、エレクトロニクス用途向けのエンジニアリングプラスチック押出です。 PVC、PC、ABS、PMMA- 材料は、確立されたパラメータを備えた標準装置で処理されます。

Torlon が当社の中核能力から外れているのには理由があります。一貫した結果を得るために必要な設備投資とプロセスの専門知識が、当社の量や顧客構成と一致していないからです。適切なインフラストラクチャなしで Torlon を処理すると、一貫性のない結果が生じ、顧客は不満を感じます。それについては、そうではないふりをするよりも率直に言う方が良いでしょう。

私たちにできること: あなたのアプリケーションが Torlon ではなく従来の高性能素材で動作する可能性がある場合は、喜んでご相談させていただきます。{0}実際の要件が異なる方法で満たされる可能性がある場合、以前のプロジェクトから開発された仕様が Torlon を前提としている場合があります。場合によってはアプリケーションが本当に Torlon を必要とする場合があり、実際に提供できる専門プロセッサをお勧めします。

当社の設備と経験が連携するエンジニアリングプラスチックのプロファイル、チューブ、およびカスタム押出成形品については、dachangplast.com を通じてお問い合わせください。弊社がお客様をサポートできるかどうか、またはサポートできるサプライヤーを紹介できるかどうかを評価します。