Թերմոպլաստիկա ընդդեմ թերմոսետների

Թերմոպլաստիկները և ջերմամետաղները պլաստիկի երկու հիմնական տեսակ են, որոնք սովորաբար օգտագործվում են տարբեր արդյունաբերություններում: Թեև նրանք ունեն որոշ նմանություններ որպես օրգանական պոլիմերներ, ջերմապլաստիկները և ջերմաչափերը ունեն հիմնական տարբերություններ իրենց մոլեկուլային կառուցվածքի և հատկությունների մեջ, որոնք որոշում են, թե ինչպես կարող են դրանք օգտագործվել:

Այս հոդվածը կօգնի ձեզ հասկանալ ջերմապլաստիկների և ջերմաչափերի միջև եղած տարբերությունները՝ օգնելու հասկանալ դրանց տարբեր բնութագրերը և կիրառությունները:

Թերմոպլաստիկ և թերմոսետների ակնարկ

Արտադրության մեջ օգտագործվող պոլիմերային նյութերի երկու հիմնական կատեգորիան են ջերմամեկուսիչները և ջերմապլաստիկները:

Ահա երկու նյութերի համառոտ սահմանումը.

• Թերմոպլաստիկները պոլիմերներ են, որոնք դառնում են ճկուն կամ ձուլվող որոշակի ջերմաստիճանից բարձր և պնդանում են սառչելուց հետո: Դուք կարող եք կրկին ու կրկին տաքացնել և ձևափոխել դրանք՝ չփոխելով դրանց քիմիական կառուցվածքը:
• Թերմոսետները պոլիմերային նյութեր են, որոնք անդառնալիորեն ամրանում կամ կարծրանում են խաչաձև կապակցված ցանցերի ձևավորման միջոցով:

Ջերմակայունի և ջերմապլաստիկի միջև տարբերությունը.

Որոշ հիմնական հատկություններ, որոնք տարբերվում են.

• Ջերմապլաստիկները կարող են բազմիցս կարծրանալ և փափկվել, երբ տաքացվում են, մինչդեռ թերմոպլաստիկները նախնական ձևավորումից հետո ենթարկվում են մշտական կարծրացման:
• Թերմոպլաստիկները ունեն հալման ավելի ցածր ջերմաստիճան՝ համեմատած ջերմակայունների քայքայման ջերմաստիճանի հետ
• Թերմոսետները հիմնականում ունեն ավելի բարձր մեխանիկական ուժ, կարծրություն և ջերմային կայունություն

Ահա ջերմապլաստիկի մի քանի օրինակ

• Ակրիլ
• Նեյլոն
• Acetal Copolymer Polyoxymethylene
• Ացետալ հոմոպոլիմեր Պոլիօքսիմեթիլեն
• Պոլիկարբոնատ (PC)
• Պոլիէթիլեն (PE)
• Պոլիստիրոլ (PS)
• Պոլիպրոպիլեն (PP)
• Պոլիվինիլքլորիդ (PVC)
• Պոլիէթիլենային տերեֆտալատ (PET)
• տեֆլոն

Ջերմակայուն պլաստմասսաները օգտագործվում են արդյունաբերություններում, քանի որ ջերմամեկուսիչները ապահովում են կառուցվածքի ամբողջականությունը և ավելի խնայող են: Ահա ջերմակայուն պլաստիկի մի քանի օրինակ.

• Ֆենոլիկներ
• Սիլիկոն
• Մելամին
• Էպոքսիդային
• Պոլիվինիլիդեն ֆտորիդ (PVDF)
• Պոլիտետրաֆտորէթիլեն (PTFE)
• Պոլիուրեթանային
• Պոլիմիդ

Արտադրության մեջ ջերմապլաստիկները ենթարկվում են այնպիսի գործընթացների, ինչպիսիք են ներարկման ձուլումը, մինչդեռ ջերմամեկուսիչները պահանջում են ամրացումների ներծծում և վերահսկվող ամրացում: Կոմպոզիտները կարող են պատրաստվել ինչպես ջերմապլաստիկ, այնպես էլ ջերմակայուն պոլիմերային մատրիցներով: Օրինակներ են ածխածնային մանրաթելերով ամրացված պլաստիկները (CFRP) և կերամիկական մատրիցային կոմպոզիտները (CMC), ինչպիսիք են C/C-SiC-ը:

Քիմիական հատկություններ և կառուցվածք

Պոլիմերային շղթաներ և խաչմերուկներ 

Թերմոպլաստիկները մոլեկուլների գծային շղթաներ են, սովորաբար ածխածնի վրա հիմնված, ինչպես պոլիէթիլենը և նեյլոնը: Հեշտ է ձևավորվում, դրանք ճկուն են, քանի որ չունեն ամուր կապեր շղթաների միջև: Այնուամենայնիվ, թերմոսետների մոլեկուլները խաչաձեւ կապակցված են՝ ստեղծելով բարդ ցանց: Այնպիսի նյութերը, ինչպիսիք են էպոքսինը, սիլիկոնը և ֆենոլը, ունեն ցանցանման այս կառուցվածքը, ինչը նրանց դարձնում է կոշտ ձևափոխելու համար, երբ դրանք բուժվել են:

• Ջերմապլաստիկներ՝ գծային, առանց խաչաձև կապի (օրինակ՝ պոլիկարբոնատ, ակրիլ)
• Թերմոսետներ՝ խաչաձև, հատվող ցանցեր (օրինակ՝ էպոքսիդային, պոլիուրեթանային)

Քիմիական դիմադրություն

Եթե դուք դեմ եք քիմիական նյութերին, ապա ցանկանում եք իմանալ, թե ինչն է դիմանալու: Պոլիմերային ընտրությունը առանցքային է: Պոլիպրոպիլենի նման թերմոպլաստիկները կարող են դիմակայել շատ քիմիական չարագործների առանց կապի, բայց դրանք կարող են թուլանալ որոշ լուծիչներով: Թերմոսետները, օրհնում են իրենց ամուր կառուցվածքը, դուրս են գալիս մի փոքր ավելի ամուր. նյութերը, ինչպիսիք են էպոքսինը և ֆենոլը, ամուր են դիմակայում քիմիական նյութերի ավելի լայն սպեկտրի՝ այդ ձանձրալի խաչաձև կապի պատճառով:

• Քիմիական դիմադրություն.
  • Ջերմապլաստիկա՝ լավից գերազանց (տարբերվում է ըստ նյութի, օրինակ՝ նեյլոն, ակրիլ)
  • Թերմոսետներ. սովորաբար գերազանց (օրինակ՝ սիլիկոն, պոլիուրեթանային)

Արտադրության և ձուլման գործընթաց

Երբ դուք պետք է արտադրեք ջերմապլաստիկ և ջերմակայուն արտադրանք, կան մշակման տարբեր մեթոդներ՝

• Ջերմապլաստիկներ. ջեռուցվում են՝ դրանք ճկուն դարձնելու համար այնպիսի գործընթացների համար, ինչպիսիք են ներարկման ձուլումը և արտամղումը:
• Ջերմակայուններ. ներծծվում են ամրանների մեջ և ենթարկվում վերահսկվող ամրացման ռեակցիաների:

Ներարկման համաձուլվածքներ և էքստրուզիա

Երբ դուք գործ ունեք ջերմապլաստիկայի հետ, մեթոդները, ինչպիսիք են ներարկման ձուլումը և արտամղումը, հիմնական մեթոդներն են: Ներարկման ձուլման ժամանակ ջերմակայուն պլաստիկը հալեցնում և ներարկվում է կաղապարի մեջ բարձր ճնշման տակ: Դա արագ գործընթաց է, որը իդեալական է մեծ քանակությամբ միանման իրեր պատրաստելու համար: Էքստրուզիայի համար պլաստմասը մղվում է ձողի միջով՝ երկար, շարունակական ձևեր ստեղծելու համար:

Գործընթացի հիմնական բնութագրերը.

• Ջերմոպլաստիկ գնդիկները սնվում են տաքացվող տակառի մեջ և ճնշման տակ մղվում են կաղապարի խոռոչ:
• Խնդիրներ կարող են առաջանալ հոսքի ուղղության և եռակցման գծերի ձևավորման պատճառով:
• Բյուրեղային ջերմապլաստիկները, ինչպիսիք են պոլիէթիլենը (PE) ավելի հակված են համեմատած ամորֆների հետ, ինչպիսիք են պոլիստիրոլը (PS):

Բուժման գործընթացներ

Թերմակայուն պլաստմասսաների հետ աշխատելիս շատ կարևոր է ամրացումը: Դուք ջերմություն կամ քիմիական ռեակցիա եք կիրառում, և նյութը մշտապես փոխվում է. այն չի կարող վերափոխվել այն բուժվելուց հետո: Այս գործընթացը թույլ է տալիս, որ պոլիիմիդի նման ջերմամեկուսիչները կարծրանան ամուր, դիմացկուն տարրերի, ինչպիսիք են մեկուսացումը կամ սոսինձները: Բուժումը դրանք դարձնում է դիմացկուն բարձր ջերմաստիճանների և քիմիական նյութերի նկատմամբ, ուստի դրանք հաճախ օգտագործվում են կոշտ միջավայրում:

Հեղուկ սիլիցիումի ներթափանցում

Որոնման արդյունքների հիման վրա հեղուկ սիլիցիումի ներթափանցումը (LSI) գործընթաց է, որն օգտագործվում է կերամիկական մատրիցային կոմպոզիտների, մասնավորապես C/C-SiC (ածխածնի-ածխածնի սիլիցիումի կարբիդ) կոմպոզիտների արտադրության համար: Հեղուկ սիլիցիումի ներթափանցման (LSI) աղբյուրներից հիմնական կետերն են.

• Այն ներառում է ծակոտկեն ածխածնի նախածանցում հալված սիլիցիումով ներթափանցել սիլիցիումի հալման կետից բարձր (1414°C) 
• Հալած սիլիցիումը փոխազդում է ածխածնի հետ՝ ձևավորելով սիլիցիումի կարբիդ (SiC), հետևաբար ստեղծելով SiC մատրիցային կոմպոզիտ։
• Սա SiC մատրիցային կոմպոզիտների արտադրության արդյունավետ և ծախսարդյունավետ միջոց է՝ համեմատած այլ գործընթացների հետ, ինչպիսիք են Քիմիական գոլորշիների ներթափանցումը:
• Գործընթացի պարամետրերը, ինչպիսիք են ջերմաստիճանը, վակուումային մակարդակը և իներտ գազի ճնշումը, կարող են վերահսկվել ներթափանցումը օպտիմալացնելու համար
• Ծակոտկեն ածխածնի նախածանցային միկրոկառուցվածքը ազդում է ներթափանցման և ռեակցիայի ամբողջականության վրա
• LSI-ի կողմից պատրաստված կոմպոզիտներն ունեն բարձր ջերմային կայունություն, ջերմային հաղորդունակություն և այլ ուժեղացված հատկություններ

Ամփոփելով, Liquid Silicon Infiltration (LSI)-ը մասնագիտացված արտադրական գործընթաց է՝ C/C-SiC կերամիկական մատրիցային կոմպոզիտների ստեղծման համար՝ օգտագործելով հալած սիլիցիումի ներթափանցումը և ռեակցիան ածխածնի հետ:

Խեժի փոխանցում և ռեակցիայի ներարկման համաձուլվածք 

Եթե դուք օգտագործում եք ջերմակայուն պլաստմասսա, կարող եք օգտագործել խեժի փոխանցման ձևավորում (RTM), որը նման է ներարկման համաձուլվածքների ավելի բարդ տարբերակի՝ օգտագործելով նախածանցներ: Ռեակցիոն ներարկման համաձուլվածքը (RIM) ջերմակայունության ևս մեկ տեխնիկա է, որը խառնում է երկու հեղուկ բաղադրիչ՝ արձագանքելու և կաղապարի ներսում ամրացնելու համար: Երկու մեթոդներն էլ ձեզ տալիս են բարդ ձևերով ամուր մասեր, որոնք հաճախ հանդիպում են ավտոմոբիլային և օդատիեզերական կիրառություններում:

Նյութական հատկություններ և կատարողականություն

Թերմոպլաստիկները և ջերմամեկուսիչները զգալիորեն տարբերվում են իրենց հատկություններով և կատարողական բնութագրերով.

 Մեխանիկական հատկություններ

• Ուժը - Ջերմոսետները սովորաբար առաջարկում են գերազանց ուժ և ամրություն, համեմատած ջերմապլաստիկների: Նրանք հաճախ օգտագործվում են պահանջկոտ ծրագրերում, որտեղ նյութերը պետք է դիմակայեն բարձր սթրեսին, առանց դեֆորմացման: Միևնույն ժամանակ, պոլիպրոպիլենի նման ջերմապլաստիկները պարծենում են ամրության և քաշի բարձր հարաբերակցությամբ, ինչը նրանց բավականաչափ ամուր է դարձնում բազմաթիվ օգտագործման համար՝ միաժամանակ լինելով թեթև:

Էլաստիկություն և ճկունություն

Ջերմոպլաստիկները սովորաբար ավելի ճկուն և առաձգական են, քան ջերմամեկուսիչները: Օրինակ, ջերմապլաստիկները, ինչպիսին է պոլիստիրոլը, կարող են թեքվել և ձգվել, ինչը նրանց իդեալական է դարձնում այն ապրանքների համար, որոնք պահանջում են որոշակի քանակություն: Այս առաձգականությունը պայմանավորված է նրանց ցածր հալման կետերով, որոնք թույլ են տալիս դրանք կրկին տաքացնել և ձևափոխել ըստ անհրաժեշտության:

Չափային կայունություն և հանդուրժողականություն

Թերմոսետները գերազանցում են չափերի կայունությունը. դուք չեք տեսնի, որ դրանք հեշտությամբ փոխեն իրենց ձևը կամ չափերը ջերմության տակ կամ ամրացման ընթացքում: Նրանց կառուցվածքը, երբ ամրացվում է, ամուր քար է: Ճշգրիտ մասերի համար, որտեղ հանդուրժողականությունը խիստ է, սա հսկայական առավելություն է: Թերմոպլաստիկները նույնպես ունեն լավ չափերի կայունություն, բայց դրանք կարող են շեղվել, եթե ճիշտ չմշակվեն:

Կծկում և սողուն վարքագիծ

Դուք կտեսնեք, որ ջերմապլաստիկները հակված են փոքր-ինչ փոքրանալ, երբ սառչում են ձուլման գործընթացներից: Մյուս կողմից, թերմոսետները ունեն նվազագույն նեղացում՝ շնորհիվ իրենց խաչաձեւ կապակցված կառուցվածքի: Երկարաժամկետ հեռանկարում ջերմապլաստիկները կարող են սողալ կամ դեֆորմացվել մշտական սթրեսի պայմաններում, մինչդեռ ջերմաչափերը հաստատուն կերպով պահպանում են իրենց ձևը՝ ժամանակի ընթացքում տալով նրանց ավելի լավ ազդեցության դիմադրություն:

Միկրոկառուցվածքի ազդեցությունները

• Բյուրեղությունը ազդում է կիսաբյուրեղային ջերմապլաստիկների հատկությունների վրա
• Խաչաձեւ կապի խտությունը ազդում է ջերմակայունության ջերմային կայունության վրա
• Ծակոտկենությունը և թերությունները վատթարացնում են մեխանիկական աշխատանքը

Բարձր ջերմաստիճանի վարքագիծ

• Ջերմապլաստիկների մեծ մասը փափկվում է 150-200°C-ի մոտ
• Թերմոսետները պահպանում են հատկությունները մինչև 300-400°C
• Կարևոր է օքսիդացման և կոռոզիոն դիմադրությունը

 Վերամշակում և կայունություն

• Թերմոպլաստիկները վերամշակելի են
• Թերմոսետները ձևավորում են խաչաձև կապակցված ցանցեր և չեն կարող վերամշակվել

Ծրագրեր և արդյունաբերության օգտագործում

Թերմոպլաստիկները և ջերմաչափերը օգտագործվում են տարբեր արդյունաբերություններում՝ իրենց հատկությունների և ծախսային տնտեսության տարբերությունների պատճառով.

Արդյունաբերության իմաստուն հավելվածներ

Որոշ հիմնական կիրառական ոլորտներ.

• Ավտոմեքենաներ. ինտերիերի մասեր, գլխարկի տակ գտնվող բաղադրիչներ
• Օդատիեզերք. օդանավերի կառուցվածքներ, շարժիչի բաղադրիչներ
• Շինարարություն՝ խողովակներ, ծածկույթներ, սոսինձներ
• Էլեկտրոնիկա. տպագիր տպատախտակներ, միակցիչներ

 Կոմպոզիտներ և պրեկուրսորներ

• C/C-SiC կոմպոզիտներ, որոնք պատրաստված են ֆենոլային խեժի և այլ ջերմաչափերի օգտագործմամբ որպես պրեկուրսորներ
• Ածխածնային մանրաթելից և ապակե մանրաթելից ամրացված պլաստմասսա՝ օգտագործելով էպոքսիդային մատրիցներ

Ծախսերի տնտեսագիտություն

Թեև ջերմապլաստիկները ունեն ավելի բարձր հումքի ծախսեր, ջերմակայուն մշակումը կարող է լինել ավելի բարդ և թանկ: Կյանքի ցիկլի ծախսերի վերլուծությունը կարևոր է նյութի օպտիմալ ընտրությունը որոշելու համար:

Ջերմակայուն պլաստմասսաների և ջերմապլաստիկների ընթացիկ հետազոտական միտումները

Ընթացիկ հետազոտությունները կենտրոնացած են ջերմապլաստիկների և ջերմամշակման պլաստիկների հետագա բարելավման վրա, ինչպես նաև համեմատելով դրանց ներուժը տարբեր կիրառությունների համար.

Թերմոսետ պրեկուրսորի մշակում

• Գնահատելով նոր ֆենոլային խեժերը և այլ պոլիմերները որպես ածխածնային մանրաթել և ածխածնի (C/C) պրեկուրսորներ
• Կոմպոզիտային օպտիմիզացված կատարման համար պրեկուրսորային հատկությունների հարմարեցում

Մշակման մեթոդի բարելավումներ

• Եռակցման ձուլման պարամետրերի օպտիմալացում՝ եռակցման գծի թերությունները նվազագույնի հասցնելու համար
• Բարձր արագությամբ և ճշգրիտ հավելումների արտադրության տեխնիկայի մշակում

միկրոկառուցվածք-սեփական հարաբերություններ

• Բյուրեղականության, խաչաձեւ կապի խտության և վերջնական մեխանիկական հատկությունների միջև կապերի պարզաբանում
• Ծակոտկենությունը նվազեցնելու և միջերեսային ամրությունը բարելավելու ռազմավարություններ

Համեմատական գնահատում

• Տեխնոտնտեսական վերլուծություններ՝ նյութի օպտիմալ ընտրությունը որոշելու համար
• Կյանքի ցիկլի գնահատման մոդելներ՝ հաշվի առնելով կայունության չափանիշները
• Որոշման մատրիցների դասակարգման նյութերը հիմնված հիմնական չափանիշների վրա

Ջերմապլաստիկների և ջերմակայուն պլաստմասսաների ապագա հեռանկարը:

Նյութերի և արտադրության ոլորտում շարունակական առաջընթացը կձևավորի ապագա լանդշաֆտը ջերմապլաստիկների և ջերմակայունների համար.

Թերմոպլաստիկ պրեկուրսորներ

• Նոր նախագծված ջերմապլաստիկ պրեկուրսորներ կոմպոզիտների արտադրության համար
• Օգտագործեք վերամշակելիությունը՝ պահպանելով բարձր մեխանիկական կատարումը

Հիբրիդային համակարգեր

• Խառնուրդներ և կոմպոզիտներ հատկությունները օպտիմալացնելու համար
• Օրինակները ներառում են ջերմապլաստիկ խստացված էպոքսիդներ

Հավելանյութերի Արտադրություն

• Վերջնական օգտագործման ջերմապլաստիկ մասերի բարձր արագությամբ 3D տպագրություն
• Հաղթահարում է երկրաչափական բարդության սահմանափակումները

Կայուն վերամշակում

• Անցում դեպի կենսաբանական և CO2-ի նվազեցված արտադրություն
• Արդյունաբերություն 4.0 սկզբունքների ընդունում

Ընդհանուր առմամբ, ջերմապլաստիկների և ջերմաչափերի սիներգետիկ օգտագործումը հնարավորություն կտա զարգացնել բարձր արդյունավետությամբ և կայուն ինժեներական համակարգեր:

Ամփոփելով, ջերմապլաստիկները և ջերմաչափերը էապես տարբերվում են նրանով, թե ինչպես են դրանք ձևավորվում և ինչպես են արձագանքում ջերմությանը: Ջերմապլաստիկները կարող են բազմիցս փափկվել ջերմությամբ և կարծրանալ սառեցմամբ՝ թույլ տալով նրանց ավելի հեշտ ձևափոխել և վերամշակել: Մյուս կողմից, թերմոսետները ենթարկվում են անդառնալի քիմիական ռեակցիայի, երբ դրանք բուժվում են, ինչը նշանակում է, որ նրանք մշտապես պահպանում են իրենց ձևը, բայց չեն կարող նորից հալվել կամ ձևավորվել: Ջերմապլաստիկների և ջերմաչափերի հատկությունների իմացությունը կարևոր է ինժեներների և արտադրողների համար, որպեսզի ընտրեն ճիշտ պլաստիկ նյութը արտադրանքի տարբեր պահանջների և ժամկետի ավարտի նկատառումների համար: