I termoplastici e i polimeri termoindurenti sono tipi di plastica che subiscono diversi processi di produzione e producono una varietà di proprietà a seconda dei materiali costitutivi e del metodo di produzione. I termini termoplastico e termoindurente stanno per come un materiale è o può essere lavorato sotto una temperatura modificata .

La principale differenza fisica è come rispondono alle alte temperature. Quando riscaldati al loro punto di fusione, i termoplastici si ammorbidiscono in forma liquida. Pertanto, il processo di polimerizzazione è reversibile, il che significa che possono essere rimodellati e riciclati. D’altra parte, i polimeri termoindurenti formano una struttura reticolata durante il processo di polimerizzazione, impedendo loro di essere fusi e rimodellati.

Come analogia, pensa ai termoindurenti come il calcestruzzo, una volta impostati, non possono mai tornare alla forma liquida (processo irreversibile). Mentre i termoplastici sono come l’acqua, possono passare tra ghiaccio e acqua con l’applicazione o la rimozione del calore (processo reversibile).

Qui, imparerete su:

• Cosa termoplastici e termoindurenti sono
• Cosa reticolazione è e come si differenzia termoplastici da termoindurenti
• Proprietà di polimeri termoplastici e termoindurenti
• Trattamento dei materiali termoplastici e termoindurenti
• Materiali e rilevanti applicazioni tecnologiche

che Cosa sono i materiali termoplastici?

Un termoplastico è una resina che è solida a temperatura ambiente ma diventa plastica e morbida al riscaldamento, fluendo a causa della fusione del cristallo o in virtù dell’attraversamento della temperatura di transizione vetrosa (Tg). Al momento della lavorazione, di solito tramite processi di stampaggio a iniezione o soffiaggio, i termoplastici assumono la forma dello stampo all’interno del quale vengono versati come fusione e raffreddati per solidificare nella forma desiderata. L’aspetto significativo dei termoplastici è la loro reversibilità, la capacità di subire il riscaldamento, fondere di nuovo e cambiare forma. Ciò consente un’ulteriore lavorazione dello stesso materiale, anche dopo essere stato preparato come solido. Processi come l’estrusione, la termoformatura e lo stampaggio a iniezione si basano su tale comportamento della resina. Alcuni materiali termoplastici comuni includono polietilene (PE), policarbonato (PC) e cloruro di polivinile (PVC).

Tuttavia, come qualsiasi altro materiale, i termoplastici hanno i loro limiti. Se sottoposto a temperature estremamente elevate, il materiale può involontariamente ammorbidire, deformare e perdere alcune delle sue proprietà fisiche .

Cosa sono i termoindurenti?

Una resina termoindurente, o polimero termoindurente, è generalmente un materiale liquido a temperatura ambiente che indurisce irreversibilmente dopo riscaldamento o aggiunta chimica. Quando viene posto in uno stampo e riscaldato, il termoindurente si solidifica nella forma specificata, ma questo processo di solidificazione include la formazione di alcuni legami, chiamati legami incrociati, che tengono le molecole in posizione e cambiano la natura di base del materiale, impedendone la fusione. Di conseguenza, un termoindurente, al contrario di un termoplastico, non può tornare alla sua fase iniziale, rendendo il processo irreversibile. I termoindurenti, dopo il riscaldamento, diventano impostati, fissati in una forma specifica. Durante il surriscaldamento, i termoindurenti tendono a degradarsi senza entrare in una fase fluida. Processi come lo stampaggio a compressione, lo stampaggio a trasferimento di resina, la pultrusione, il lay-up manuale e l’avvolgimento di filamenti dipendono dal comportamento del polimero termoindurente. Alcuni termoindurenti comuni includono resina epossidica, poliimmide e fenolica, molti dei quali sono significativi nei compositi .

Che cos’è la reticolazione (polimerizzazione)?

Termoindurenti e termoplastici differiscono in vari modi in termini di comportamento, ma tutte queste proprietà divergenti derivano da una sottostante, fondamentale differenza nella loro struttura chimica. Questa differenza di fondo può essere notata nel modo in cui le resine termoindurenti, per tutta la lunghezza della loro catena polimerica, hanno punti particolari che possono essere attivati chimicamente per far parte di reazioni di legame chimico con molecole polimeriche vicine. Poiché tutti i termoindurenti trasportano tali punti chimicamente reattivi, è spesso il caso che tutti i tipi di termoindurenti abbiano la tendenza a connettersi tra loro. Tale processo di formazione di collegamenti chimici attraverso diverse molecole termoindurenti è chiamato reticolazione (o polimerizzazione). Al momento della polimerizzazione, i collegamenti incrociati formati non solo limitano il movimento delle molecole polimeriche, ma anche gli atomi all’interno di tali molecole sono ostacolati in misura maggiore rispetto alle attrazioni intermolecolari.

Un altro modo di osservare la differenza comportamentale tra termoindurenti e termoplastici è attraverso il loro peso molecolare. Confrontando entrambi i tipi di polimeri, i termoindurenti si distinguono per il loro peso molecolare che aumenta drasticamente al momento della polimerizzazione. I termoplastici sono noti per avere valori di peso molecolare più elevati rispetto ai termoinduriti. Tuttavia, quando si verifica la reticolazione tra due termoindurenti, si forma una rete polimerica di peso molecolare quasi il doppio del peso quando i due erano separati. Man mano che il numero di molecole collegate aumenta, il peso molecolare continua a salire, superando quello dei termoplastici. Questo drastico aumento del peso molecolare provoca importanti cambiamenti nelle proprietà dei materiali, come un aumento del punto di fusione. Con un continuo aumento del peso molecolare dovuto alla reticolazione, il punto di fusione può salire e raggiungere un punto che supera il punto di decomposizione. In tal caso, un polimero termoindurente avrebbe un peso molecolare molto elevato che si decomporrebbe prima di poter fondere, il che definisce il motivo per cui l’elaborazione del termoindurente è irreversibile .

Proprietà dei termoplastici vs termoindurenti

I termoplastici forniscono generalmente elevata resistenza, flessibilità e resistenza al restringimento, a seconda del tipo di resina (il polimero in forma liquida fusa). Sono materiali versatili che possono essere utilizzati per qualsiasi cosa, dai sacchetti di plastica ai cuscinetti ad alto stress e alle parti meccaniche di precisione.

I termoindurenti generalmente producono una maggiore resistenza chimica e termica, nonché una struttura più forte che non si deforma facilmente.

Ecco un elenco che mostra la differenza tra termoplastici e termoindurenti in termini di caratteristiche e proprietà. Si noti l’effetto della reticolazione come un fattore sottostante nel divergere quei materiali l’uno dall’altro.

Tabella 1: Termoplastici vs termoindurenti

Trattamento dei materiali termoplastici vs termoindurenti

Termoplastico elaborazione

Termoplastici possono essere trattati in una varietà di metodi di estrusione, stampaggio, stampaggio a iniezione, termoformatura e formatura sotto vuoto.

Il materiale granulare viene immesso nello stampo, solitamente sotto forma di granuli sferici di circa 3 mm di diametro. Questi granuli vengono quindi riscaldati fino al punto di fusione, che richiede temperature molto elevate.

Poiché i materiali termoplastici sono isolanti termici altamente efficienti, il raffreddamento durante il processo di polimerizzazione richiede più tempo rispetto ad altre materie plastiche. Pertanto, il raffreddamento rapido è intrapreso per ottenere un alto tasso di uscita, di solito spruzzando con acqua fredda o immergendosi in bagni d’acqua. Per raffreddare i film plastici termoplastici, l’aria fredda viene soffiata sulla superficie. La plastica si restringe al raffreddamento, variando tra un tasso di restringimento dello 0,6% e del 4% a seconda del materiale. La velocità di raffreddamento e ritiro ha un effetto distinto sulla cristallizzazione del materiale e della struttura interna, motivo per cui la velocità di ritiro è sempre specificata per i termoplastici.

Trattamento dei polimeri termoindurenti

Le resine termoindurenti vengono lavorate sotto forma liquida sotto calore. Il processo di polimerizzazione prevede l’aggiunta di agenti indurenti, inibitori, indurenti o plastificanti alla resina e rinforzi o riempitivi, a seconda del risultato richiesto.

Le resine termoindurenti più comunemente utilizzate includono:

• resina Epossidica
• Poliestere
• Fenolici
• Silicone
• Poliuretano
• Poliammide

polimeri Termoindurenti compositi di elaborazione

polimeri Termoindurenti compositi sono realizzati con un processo di laminazione, che lega insieme le resine come la resina epossidica, silicone, melamina, etc. con materiali di base di rinforzo come vetro, lino e grafite.

Prima della polimerizzazione, il substrato di rinforzo viene immerso nel legante di resina nella sua forma liquefatta. Una volta legati, i fogli di materiale vengono fatti passare attraverso un forno per curarli parzialmente. Diversi fogli vengono quindi impilati allo spessore richiesto, riscaldati e pressati insieme per formare un laminato. In alternativa, i fogli possono essere avvolti insieme e riscaldati per creare aste.

materiali Termoplastici e termoindurenti e le loro applicazioni

Tipi di materiali termoplastici e le loro applicazioni

Types of thermosetting polymers and their applications