termoplaster och värmehärdande polymerer är typer av plast som genomgår olika produktionsprocesser och ger en mängd olika egenskaper beroende på de ingående materialen och produktionsmetoden. Termerna termoplast och termoset står för hur ett material är eller kan bearbetas under en förändrad temperatur .

den huvudsakliga fysiska skillnaden är hur de svarar på höga temperaturer. När de upphettas till smältpunkten mjukas termoplaster i en flytande form. Därför är härdningsprocessen reversibel, vilket innebär att de kan omformas och återvinnas. Å andra sidan bildar värmehärdade polymerer en tvärbunden struktur under härdningsprocessen, vilket förhindrar att de smälts och omformas.

som en analogi, tänk på värmehärdar som betong, när de har satt, kan de aldrig gå tillbaka till vätskeformen (irreversibel process). Medan termoplaster är som vatten kan det övergå mellan IS och vatten med applicering eller avlägsnande av värme (reversibel process).

Här kommer du att lära dig om:

• vilka termoplaster och termosetter är
• vad är tvärbindning och hur det skiljer termoplaster från termosetter
• egenskaper hos termoplaster och termosetter
• bearbetning av termoplaster och termosetter
• material och relevanta tekniska tillämpningar

vad är termoplaster?

en termoplast är ett harts som är fast vid rumstemperatur men blir plast och mjukt vid uppvärmning, flyter på grund av kristallsmältning eller genom att korsa glasövergångstemperaturen (Tg). Vid bearbetning, vanligtvis via formsprutning eller formblåsningsliknande processer, har termoplaster formen av formen inom vilken de hälls som smält och kyls för att stelna till önskad form. Den betydande aspekten av termoplaster är deras reversibilitet, förmågan att genomgå uppvärmning, smälta igen och ändra form. Detta möjliggör ytterligare bearbetning av samma material, även efter att ha framställts som ett fast ämne. Processer som extrudering, termoformning och formsprutning är beroende av sådant hartsbeteende. Vissa vanliga termoplastiska material inkluderar polyeten (PE), polykarbonat (PC) och polyvinylklorid (PVC).

men som alla andra material har termoplaster sina begränsningar. Om materialet utsätts för extremt höga temperaturer kan materialet oavsiktligt mjukna, deformeras och förlora några av dess fysikaliska egenskaper .

Vad är termoset?

ett värmehärdande harts, eller värmehärdande polymer, är i allmänhet ett flytande material vid rumstemperatur som hårdnar irreversibelt vid uppvärmning eller kemisk tillsats. När den placeras i en form och upphettas stelnar värmehärden till den angivna formen, men denna stelningsprocess innefattar bildandet av vissa bindningar, kallade tvärbindningar, som håller molekylerna på plats och förändrar materialets grundläggande natur och förhindrar att det smälter. Som ett resultat kan en härd, i motsats till en termoplast, inte återgå till sin initiala fas, vilket gör processen irreversibel. Termosetter, vid uppvärmning, blir inställda, fixerade i en specifik form. Under överhettning tenderar värmehärdar att försämras utan att gå in i en vätskefas. Processer som kompressionsgjutning, hartsöverföringsformning, pultrusion, handlay-up och filamentlindning beror på värmehärdande polymerbeteende. Några vanliga termoset inkluderar epoxi, polyimid och fenol, varav många är signifikanta i kompositer .

vad är tvärbindning (härdning)?

Värmehärdar och termoplaster skiljer sig på olika sätt när det gäller deras beteende, men alla dessa divergerande egenskaper beror på en underliggande, grundläggande skillnad i deras kemiska struktur. Denna underliggande skillnad kan märkas i hur härdplaster, genom hela polymerkedjans längd, har särskilda fläckar som kan aktiveras kemiskt för att vara en del i kemiska bindningsreaktioner med närliggande polymermolekyler. Eftersom alla värmehärdar bär sådana kemiskt reaktiva fläckar är det ofta så att alla typer av värmehärdar har en tendens att ansluta till varandra. En sådan process för att bilda kemiska länkar över olika värmehärdande molekyler kallas tvärbindning (eller härdning). Vid härdning begränsar formade tvärbindningar inte bara polymermolekylerna från att röra sig, utan också atomerna inuti dessa molekyler hindras i högre grad än intermolekylära attraktioner.

ett annat sätt att observera den beteendemässiga skillnaden mellan termoset och termoplast är via deras molekylvikt. När vi jämför båda polymertyperna sticker termoset ut i hur deras molekylvikt drastiskt ökar vid härdning. Termoplaster är kända för att ha högre molekylviktvärden än ohärdade termosetter. Men när tvärbindning sker mellan två termoset bildas ett polymernätverk av molekylvikt nästan dubbelt så mycket som vikten när de två var separata. När antalet länkade molekyler ökar fortsätter molekylvikten att stiga och överstiger termoplastens. Denna drastiska ökning av molekylvikten orsakar stora förändringar i materialegenskaper, såsom en ökad smältpunkt. Med en kontinuerlig ökning av molekylvikten på grund av tvärbindning kan smältpunkten stiga och nå en punkt som överstiger sönderdelningspunkten. I så fall skulle en härdpolymer ha en mycket hög molekylvikt som den skulle sönderdelas innan den kan smälta, vilket definierar varför härdbehandling är irreversibel .

egenskaper hos termoplaster vs termoset

termoplaster ger i allmänhet hög hållfasthet, flexibilitet och är resistenta mot krympning, beroende på typen av harts (polymeren i smält flytande form). De är mångsidiga material som kan användas för allt från plastbärkassar till högspänningslager och precisionsmekaniska delar.

Värmehärdar ger i allmänhet högre kemisk och värmebeständighet, liksom en starkare struktur som inte deformeras lätt.

Här är en lista som visar skillnaden mellan termoplaster och termoset när det gäller egenskaper och egenskaper. Lägg märke till effekten av tvärbindning som en underliggande faktor vid divergering av dessa material från varandra.

tabell 1: Termoplaster vs termoset

smältpunkt lägre än nedbrytningstemperaturen

återvinningsbarhet

Sprickreparation

löslighet

behandling av termoplaster vs termoset

termoplastisk bearbetning

termoplaster kan bearbetas i en mängd olika metoder, inklusive extrusionsgjutning, formsprutning, termoformning och vakuumformning.

granulärt material matas in i formen, vanligtvis i form av sfäriska granuler med ungefär 3 mm diameter. Dessa granuler upphettas sedan till smältpunkt, vilket kräver mycket höga temperaturer.

eftersom termoplaster är mycket effektiva värmeisolatorer tar kylning under härdningsprocessen längre tid än annan plast. Därför sker snabb kylning för att uppnå en hög utgångshastighet, vanligtvis genom sprutning med kallt vatten eller nedsänkning i vattenbad. För att kyla termoplastiska plastfilmer blåses kall luft på ytan. Plasten krymper vid kylning och varierar mellan en krympningshastighet på 0,6% till 4% beroende på materialet. Kylnings – och krympningshastigheten har en distinkt effekt på kristalliseringen av materialet och den inre strukturen, varför krympningshastigheten alltid specificeras för termoplaster.

värmehärdande polymerbearbetning

värmehärdande hartser bearbetas i sin flytande form under värme. Härdningsprocessen innefattar tillsats av härdningsmedel, hämmare, härdare eller mjukgörare till hartset och förstärkning eller fyllmedel, beroende på det önskade resultatet.

de vanligaste värmehärdande hartserna inkluderar:

• Epoxi
• Polyester
• fenol
• silikon
• polyuretan
• Polyamid

värmehärdande polymerkompositer bearbetning

värmehärdande polymerkompositer tillverkas med användning av en lamineringsprocess som binder samman hartser såsom epoxi, silikon, melamin etc. med förstärkningsbasmaterial som glas, linne och grafit.

före härdning doppas förstärkningssubstratet i hartsbindemedlet i dess flytande form. När de är bundna passeras materialarken genom en ugn för att delvis bota dem. Flera ark staplas sedan till önskad tjocklek, upphettas och pressas samman för att bilda ett laminat. Alternativt kan arken lindas ihop och upphettas för att skapa stavar.

termoplastiska och värmehärdande material och deras tillämpningar

typer av termoplaster och deras tillämpningar

Lågdensitetspolyten (LDPE)

Types of thermosetting polymers and their applications

hård, styv, stark och spröd används främst i elektriska apparater på grund av dess goda elektriska isoleringsegenskaper