Thermoplaste und duroplastische Polymere sind Kunststoffarten, die unterschiedliche Produktionsprozesse durchlaufen und je nach Materialbestandteil und Herstellungsmethode eine Vielzahl von Eigenschaften ergeben. Die Begriffe Thermoplast und Duroplast stehen dafür, wie ein Material unter einer veränderten Temperatur verarbeitet wird bzw. werden kann.

Der wichtigste physikalische Unterschied besteht darin, wie sie auf hohe Temperaturen reagieren. Wenn Thermoplaste auf ihren Schmelzpunkt erhitzt werden, erweichen sie in eine flüssige Form. Daher ist der Aushärtungsprozess reversibel, was bedeutet, dass sie runderneuert und recycelt werden können. Auf der anderen Seite bilden duroplastische Polymere während des Aushärtungsprozesses eine vernetzte Struktur, die verhindert, dass sie geschmolzen und umgeformt werden.Denken Sie als Analogie an Duroplaste wie Beton, sobald sie erstarrt sind, können sie nie wieder in die flüssige Form zurückkehren (irreversibler Prozess). Während Thermoplaste wie Wasser sind, können sie unter Wärmezufuhr oder -abfuhr zwischen Eis und Wasser übergehen (reversibler Prozess).

Hier erfahren Sie:

• Was sind Thermoplaste und Duroplaste
• Was ist Vernetzung und wie unterscheidet sie Thermoplaste von Duroplasten
• Eigenschaften von Thermoplasten und Duroplasten
• Verarbeitung von Thermoplasten und Duroplasten
• Werkstoffe und relevante technologische Anwendungen

Was sind Thermoplaste?

Ein Thermoplast ist ein Harz, das bei Raumtemperatur fest ist, aber beim Erhitzen plastisch und weich wird, durch Kristallschmelzen oder durch Überschreiten der Glasübergangstemperatur (Tg) fließt. Bei der Verarbeitung, meist durch Spritzguss- oder blasformähnliche Verfahren, nehmen Thermoplaste die Form der Form an, in die sie als Schmelze gegossen werden, und kühlen ab, um sich in die gewünschte Form zu verfestigen. Der wesentliche Aspekt von Thermoplasten ist ihre Reversibilität, die Fähigkeit, sich wieder zu erwärmen, wieder zu schmelzen und die Form zu verändern. Dies ermöglicht eine zusätzliche Verarbeitung desselben Materials, auch nachdem es als Feststoff hergestellt wurde. Prozesse wie Extrusion, Thermoformen und Spritzgießen beruhen auf einem solchen Harzverhalten. Einige übliche thermoplastische Materialien umfassen Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC) und Polyvinylchlorid (PVC).

Wie jedes andere Material haben auch Thermoplaste ihre Grenzen. Bei extrem hohen Temperaturen kann das Material ungewollt erweichen, sich verformen und einige seiner physikalischen Eigenschaften verlieren .

Was sind Duroplaste?

Ein duroplastisches Harz oder duroplastisches Polymer ist im Allgemeinen ein flüssiges Material bei Raumtemperatur, das beim Erhitzen oder bei chemischer Zugabe irreversibel aushärtet. Wenn es in eine Form gelegt und erhitzt wird, erstarrt der Duroplast in die angegebene Form, aber dieser Erstarrungsprozess beinhaltet die Bildung bestimmter Bindungen, sogenannte Querverbindungen, die die Moleküle an Ort und Stelle halten und die Grundnatur des Materials verändern und verhindern, dass es schmilzt. Infolgedessen kann ein Duroplast im Gegensatz zu einem Thermoplasten nicht in seine Anfangsphase zurückkehren, wodurch der Prozess irreversibel wird. Duroplaste werden beim Erhitzen in einer bestimmten Form fixiert. Bei Überhitzung neigen Duroplaste dazu, sich abzubauen, ohne in eine flüssige Phase einzutreten. Verfahren wie Formpressen, Harztransferformen, Pultrusion, Handauflegen und Filamentwickeln hängen vom Verhalten des duroplastischen Polymers ab. Einige übliche Duroplaste umfassen Epoxid, Polyimid und Phenol, von denen viele in Verbundwerkstoffen von Bedeutung sind .

Was ist Vernetzen (Aushärten)?

Duroplaste und Thermoplaste unterscheiden sich in ihrem Verhalten auf verschiedene Weise, aber alle diese divergierenden Eigenschaften resultieren aus einem grundlegenden Unterschied in ihrer chemischen Struktur. Dieser zugrundeliegende Unterschied zeigt sich darin, dass duroplastische Harze über die gesamte Länge ihrer Polymerkette bestimmte Stellen aufweisen, die chemisch aktiviert werden können, um an chemischen Bindungsreaktionen mit benachbarten Polymermolekülen teilzunehmen. Da alle Duroplaste solche chemisch reaktiven Flecken tragen, ist es häufig der Fall, dass alle Arten von Duroplasten die Tendenz haben, sich miteinander zu verbinden. Ein solcher Prozess der Bildung chemischer Verbindungen über verschiedene duroplastische Moleküle wird als Vernetzung (oder Härtung) bezeichnet. Bei der Aushärtung beschränken gebildete Vernetzungen nicht nur die Bewegung der Polymermoleküle, sondern auch die Atome in diesen Molekülen werden stärker behindert als intermolekulare Anziehungen.

Eine weitere Möglichkeit, den Verhaltensunterschied zwischen Duroplasten und Thermoplasten zu beobachten, ist ihr Molekulargewicht. Wenn wir beide Polymertypen vergleichen, zeichnen sich Duroplaste dadurch aus, dass ihr Molekulargewicht beim Aushärten drastisch ansteigt. Thermoplaste haben bekanntermaßen höhere Molekulargewichtswerte als ungehärtete Duroplaste. Wenn jedoch eine Vernetzung zwischen zwei Duroplasten auftritt, wird ein Polymernetzwerk mit einem Molekulargewicht gebildet, das fast doppelt so groß ist wie das Gewicht, als die beiden getrennt waren. Wenn die Anzahl der verknüpften Moleküle zunimmt, steigt das Molekulargewicht weiter an und übersteigt das von Thermoplasten. Dieser drastische Anstieg des Molekulargewichts verursacht große Veränderungen der Materialeigenschaften, wie z. B. einen erhöhten Schmelzpunkt. Bei einer kontinuierlichen Zunahme des Molekulargewichts aufgrund der Vernetzung kann der Schmelzpunkt ansteigen und einen Punkt erreichen, der den Zersetzungspunkt überschreitet. In diesem Fall hätte ein duroplastisches Polymer ein sehr hohes Molekulargewicht, das es zersetzen würde, bevor es schmelzen kann, was definiert, warum die duroplastische Verarbeitung irreversibel ist .

Eigenschaften von Thermoplasten im Vergleich zu Duroplasten

Thermoplaste bieten im Allgemeinen eine hohe Festigkeit, Flexibilität und sind je nach Art des Harzes (das Polymer in geschmolzener flüssiger Form) schrumpfungsbeständig. Sie sind vielseitige Materialien, die für alles von Plastiktragetaschen bis hin zu hochbelasteten Lagern und präzisionsmechanischen Teilen verwendet werden können.Duroplaste ergeben im Allgemeinen eine höhere chemische und Wärmebeständigkeit sowie eine stärkere Struktur, die sich nicht leicht verformt.

Hier ist eine Liste, die den Unterschied zwischen Thermoplasten und Duroplasten in Bezug auf Merkmale und Eigenschaften zeigt. Beachten Sie den Effekt der Vernetzung als zugrunde liegenden Faktor bei der Divergenz dieser Materialien voneinander.

Tabelle 1: Thermoplaste gegen Duroplaste

Verarbeitung von Thermoplasten vs Duroplasten

Thermoplastische Verarbeitung

Thermoplaste können in einer Vielzahl von Methoden verarbeitet werden, einschließlich extrusionsformen, Spritzgießen, Thermoformen und Vakuumformen.

Der Form wird körniges Material zugeführt, üblicherweise in Form von kugelförmigen Granulaten mit einem Durchmesser von etwa 3 mm. Diese Granulate werden dann auf den Schmelzpunkt erhitzt, was sehr hohe Temperaturen erfordert.

Da Thermoplaste hocheffiziente Wärmeisolatoren sind, dauert die Abkühlung während des Aushärtungsprozesses länger als bei anderen Kunststoffen. Daher wird zur Erzielung einer hohen Förderleistung eine schnelle Abkühlung vorgenommen, üblicherweise durch Besprühen mit kaltem Wasser oder Eintauchen in Wasserbäder. Um thermoplastische Kunststofffolien zu kühlen, wird kalte Luft auf die Oberfläche geblasen. Der Kunststoff schrumpft beim Abkühlen und variiert je nach Material zwischen einer Schrumpfrate von 0,6% und 4%. Die Abkühl- und Schrumpfgeschwindigkeit hat einen deutlichen Einfluss auf die Kristallisation des Materials und der inneren Struktur, weshalb die Schrumpfrate für Thermoplaste immer angegeben wird.

Duroplastische Polymerverarbeitung

Duroplastische Harze werden in ihrer flüssigen Form unter Hitze verarbeitet. Der Härtungsprozess beinhaltet die Zugabe von Härtern, Inhibitoren, Härtern oder Weichmachern zum Harz und / oder Füllstoffen, je nach gewünschtem Ergebnis.

Zu den am häufigsten verwendeten duroplastischen Harzen gehören:

• Epoxid
• Polyester
• Phenol
• Silikon
• Polyurethan
• Polyamid

Verarbeitung von duroplastischen Polymerkompositen

Duroplastische Polymerkomposite werden unter Verwendung eines Laminierverfahrens hergestellt, das Harze wie Epoxid, Silikon, Melamin usw. miteinander verbindet. mit Verstärkungsgrundmaterialien wie Glas, Leinen und Graphit.

Vor dem Aushärten wird das Verstärkungssubstrat in das Harzbindemittel in seiner verflüssigten Form eingetaucht. Nach dem Binden werden die Materialbahnen durch einen Ofen geführt, um sie teilweise auszuhärten. Mehrere Platten werden dann auf die erforderliche Dicke gestapelt, erhitzt und zu einem Laminat zusammengepresst. Alternativ können die Blätter zusammen gewickelt und erhitzt werden, um Stäbe zu erzeugen.

Thermoplastische und duroplastische Werkstoffe und ihre Anwendungen

Arten von Thermoplasten und ihre Anwendungen

Types of thermosetting polymers and their applications