thermoplasten en thermohardende polymeren zijn soorten kunststof die verschillende productieprocessen ondergaan en een verscheidenheid aan eigenschappen opleveren, afhankelijk van de samenstellende materialen en productiemethode. De termen thermoplastic en thermoset staan voor hoe een materiaal wordt of kan worden verwerkt onder een veranderde temperatuur .

het belangrijkste fysische verschil is hoe ze reageren op hoge temperaturen. Bij verhitting tot hun smeltpunt worden thermoplasten verzacht tot een vloeibare vorm. Daarom is het uithardingsproces omkeerbaar, wat betekent dat ze opnieuw kunnen worden gegoten en gerecycled. Aan de andere kant vormen thermohardende polymeren een crosslinked structuur tijdens het uithardingsproces, waardoor ze niet gesmolten en opnieuw gevormd kunnen worden.

als analogie, denk aan thermosets zoals beton, als ze eenmaal zijn ingesteld, kunnen ze nooit meer terug naar de vloeibare vorm (onomkeerbaar proces). Terwijl thermoplasten zijn als water, kan het overgang tussen ijs en water met de toepassing of verwijdering van warmte (omkeerbaar proces).

Hier leert u meer over:

• welke thermoplasten en thermoharders zijn
• Wat is crosslinking en hoe het thermoplasten onderscheidt van thermoharders
• eigenschappen van thermoplasten en thermoharders
• verwerking van thermoplasten en thermoharders
• materialen en relevante technologische toepassingen

wat zijn thermoplasten?

een thermoplastic is een hars die bij kamertemperatuur vast is, maar bij verhitting plastiek en zacht wordt, stromend door het smelten van kristal of door het overschrijden van de glastemperatuur (Tg). Bij verwerking, meestal via spuitgiet-of blaasvorm-achtige processen, nemen thermoplasten de vorm aan van de mal waarin ze als smelt worden gegoten en koelen om in de gewenste vorm te stollen. Het belangrijke aspect van thermoplasten is hun omkeerbaarheid, het vermogen om opnieuw te verwarmen, opnieuw te smelten en van vorm te veranderen. Dit maakt extra verwerking van hetzelfde materiaal mogelijk, zelfs nadat het als vaste stof is bereid. Processen zoals extrusie, thermovormen en spuitgieten zijn afhankelijk van een dergelijk harsgedrag. Sommige gemeenschappelijke thermoplastische materialen omvatten polyethyleen (PE), polycarbonaat (PC), en polyvinylchloride (PVC).

echter, zoals elk ander materiaal, hebben thermoplasten hun beperkingen. Als het wordt blootgesteld aan extreem hoge temperaturen, kan het materiaal ongewild verzachten, vervormen en sommige van zijn fysische eigenschappen verliezen .

wat zijn thermosets?

een thermohardende hars, of thermohardende polymeer, is in het algemeen een vloeibaar materiaal bij kamertemperatuur dat bij verhitting of chemische toevoeging onomkeerbaar verhardt. Wanneer het in een vorm wordt geplaatst en verwarmd, stolt de thermoset in de opgegeven vorm, maar dit stollingsproces omvat de vorming van bepaalde bindingen, genaamd crosslinks, die de moleculen op hun plaats houden en de basisaard van het materiaal veranderen, waardoor het niet smelt. Als gevolg hiervan kan een thermoset, in tegenstelling tot een thermoplastisch, niet terugkeren naar zijn beginfase, waardoor het proces onomkeerbaar wordt. Thermosets, bij verwarming, worden ingesteld, vast in een specifieke vorm. Tijdens oververhitting hebben thermosets de neiging om af te breken zonder een vloeistoffase in te gaan. Processen zoals persgieten, harsoverdrachtgieten, pultrusie, handlay-up en filamentwikkeling zijn afhankelijk van het gedrag van thermohardende polymeren. Sommige gemeenschappelijke thermosets omvatten epoxy, polyimide, en fenol, waarvan vele significant in composieten zijn .

Wat is crosslinking (curing)?

Thermosets en thermoplasten verschillen op verschillende manieren wat hun gedrag betreft, maar al deze uiteenlopende eigenschappen zijn het gevolg van een onderliggend, fundamenteel verschil in hun chemische structuur. Dit onderliggende verschil kan worden opgemerkt in hoe thermohardende harsen, over de gehele lengte van hun polymeerketen, bepaalde vlekken hebben die chemisch kunnen worden geactiveerd om deel te nemen aan chemische bindingsreacties met naburige polymeermoleculen. Omdat alle thermosets zulke chemisch reactieve plekken dragen, is het vaak zo dat allerlei thermosets de neiging hebben om met elkaar te verbinden. Een dergelijk proces van het vormen van chemische verbindingen over verschillende thermohardende moleculen wordt crosslinking (of genezen) genoemd. Bij het uitharden, beperken gevormde dwarsverbindingen niet alleen de polymeermoleculen van het bewegen, maar ook de atomen binnen die molecules worden belemmerd in een grotere mate dan intermoleculaire aantrekkingen.

een andere manier om het gedragsverschil tussen thermosets en thermoplasten te observeren is via hun molecuulgewicht. Als we beide polymeertypen vergelijken, vallen thermosets op in hoe hun molecuulgewicht drastisch toeneemt bij het uitharden. Van thermoplasten is bekend dat ze hogere molecuulgewichtwaarden hebben dan niet-uitgeharde thermosets. Echter, wanneer crosslinking plaatsvindt tussen twee thermosets, wordt een polymeernetwerk gevormd van molecuulgewicht bijna het dubbele van het gewicht toen de twee gescheiden waren. Naarmate het aantal gekoppelde moleculen toeneemt, blijft het molecuulgewicht stijgen, meer dan dat van thermoplasten. Deze drastische toename van het molecuulgewicht veroorzaakt belangrijke veranderingen in materiaaleigenschappen, zoals een verhoogd smeltpunt. Met een continue toename van het molecuulgewicht als gevolg van crosslinking, kan het smeltpunt stijgen en een punt bereiken dat het afbraakpunt overschrijdt. In dat geval zou een thermoset polymeer een zeer hoog moleculair gewicht hebben dat het zou ontbinden voordat het kan smelten, wat bepaalt waarom thermoset verwerking onomkeerbaar is .

eigenschappen van thermoplasten Versus thermosets

thermoplasten bieden over het algemeen een hoge sterkte, flexibiliteit en zijn bestand tegen krimp, afhankelijk van het type hars (het polymeer in gesmolten vloeibare vorm). Het zijn veelzijdige materialen die kunnen worden gebruikt voor alles van plastic draagtassen tot high-stress lagers en precisie mechanische onderdelen.

Thermosets leveren over het algemeen een hogere chemische en hittebestendigheid op, evenals een sterkere structuur die niet gemakkelijk vervormt.

Hier is een lijst met het verschil tussen thermoplasten en thermoharders in termen van eigenschappen en eigenschappen. Let op het effect van crosslinking als een onderliggende factor in het divergeren van die materialen van elkaar.

Tabel 1: Thermoplasten vs thermoharders

smeltpunt

smeltpunt lager dan de afbraaktemperatuur

smeltpunt hoger dan de afbraaktemperatuur

niet oplossen in organische oplosmiddelen

verwerking van thermoplasten vs thermosets

thermoplastische verwerking

thermoplasten kunnen worden verwerkt in een verscheidenheid van methoden, waaronder extrusiegieten, spuitgieten, thermovormen en vacuümvormen.

korrelig materiaal wordt in de vorm van de mal gevoerd, meestal in de vorm van bolvormige korrels met een diameter van ongeveer 3 mm. Deze korrels worden vervolgens verhit tot smeltpunt, wat zeer hoge temperaturen vereist.

omdat thermoplasten zeer efficiënte thermische isolatoren zijn, duurt het koelen tijdens het uithardingsproces langer dan bij andere kunststoffen. Daarom wordt snelle koeling ondernomen om een hoge uitvoersnelheid te bereiken, meestal door te spuiten met koud water of in waterbaden te dompelen. Om thermoplastische plastic films te koelen, wordt koude lucht op het oppervlak geblazen. De kunststof krimpt bij het koelen, variërend van een krimpsnelheid van 0,6% tot 4% afhankelijk van het materiaal. De mate van koeling en krimp heeft een duidelijk effect op de kristallisatie van het materiaal en de interne structuur, daarom is de krimpsnelheid altijd gespecificeerd voor thermoplasten.

thermohardende polymeerverwerking

thermohardende harsen worden in vloeibare vorm onder warmte verwerkt. Het uithardingsproces omvat het toevoegen van uithardingsmiddelen, inhibitoren, verharders of weekmakers aan de hars en versterking of vulstoffen, afhankelijk van het gewenste resultaat.

de meest gebruikte thermohardende harsen zijn::

• Epoxy
• Polyester
• fenol
• Siliconen
• polyurethaan
• Polyamide

thermohardende polymeercomposieten verwerking

thermohardende polymeercomposieten worden gemaakt met behulp van een lamineerproces dat harsen zoals epoxy, siliconen, melamine, enz.aan elkaar bindt. met verstevigingsmateriaal zoals glas, linnen en grafiet.

vóór het uitharden wordt het wapensubstraat in vloeibare vorm in het harsbindmiddel gedompeld. Eenmaal gebonden, worden de vellen materiaal door een oven geleid om ze gedeeltelijk te genezen. Verschillende platen worden vervolgens opgestapeld tot de gewenste dikte, verwarmd en samengeperst tot een laminaat vormen. Als alternatief kunnen de platen worden samen gewikkeld en verwarmd om staven te creëren.

Thermoplastische en thermohardende materialen en hun toepassingen

Types van thermoplasten en hun toepassingen

Types of thermosetting polymers and their applications

Melamineformaldehyde

Hard, stijf en sterk, met behoorlijke chemische en waterbestendigheid, gebruikt voor laminaten op het werkoppervlak, tafelgerei en elektrische isolatie