Termoplásticos versus termofixos: analisando as diferenças

Termoplásticos e termofixos são dois tipos principais de plásticos comumente usados em vários setores. Embora compartilhem algumas semelhanças com os polímeros orgânicos, os termoplásticos e os termofixos têm diferenças importantes em sua estrutura molecular e propriedades que determinam como podem ser usados.

Este artigo ajudará você a compreender as diferenças entre termoplásticos e termofixos para ajudar a compreender suas diferentes características e aplicações.

Visão geral de termoplásticos e termofixos

As duas principais categorias de materiais poliméricos utilizados na fabricação são termofixos e termoplásticos.

Aqui está uma breve definição de ambos os materiais:

• Termoplásticos são polímeros que se tornam flexíveis ou moldáveis acima de uma temperatura específica e solidificam após resfriamento. Você pode reaquecê-los e remodelá-los repetidamente sem alterar sua estrutura química.
• Os termofixos são materiais poliméricos que curam ou endurecem irreversivelmente através da formação de redes reticuladas.

Diferenças entre termofixo e termoplástico:

Algumas propriedades principais que diferem:

• Os termoplásticos podem ser repetidamente endurecidos e amolecidos quando aquecidos, enquanto os termofixos sofrem endurecimento permanente após a formação inicial
• Os termoplásticos têm temperaturas de fusão mais baixas em comparação com as temperaturas de degradação dos termofixos
• Os termofixos geralmente apresentam maior resistência mecânica, dureza e estabilidade térmica

Aqui estão alguns exemplos de termoplásticos

• Acrílico
• Nylon
• Acetal Copolímero Polioximetileno
• Acetal Homopolímero Polioximetileno
• Policarbonato (PC)
• Polietileno (PE)
• Poliestireno (PS)
• Polipropileno (PP)
• Cloreto de polivinila (PVC)
• Tereftalato de polietileno (PET)
• Teflon

Os plásticos termofixos são usados nas indústrias porque os termofixos fornecem integridade estrutural e são mais econômicos. Aqui estão alguns exemplos de plástico termofixo:

• Fenólicos
• Silicone
• Melamina
• Epóxi
• Fluoreto de polivinilideno (PVDF)
• Politetrafluoretileno (PTFE)
• Poliuretano
• Poliimida

Na fabricação, os termoplásticos são passíveis de processos como moldagem por injeção, enquanto os termofixos requerem impregnação de reforços e cura controlada. Os compósitos podem ser feitos usando matrizes poliméricas termoplásticas e termofixas. Exemplos são plásticos reforçados com fibra de carbono (CFRP) e compósitos de matriz cerâmica (CMC) como C/C-SiC.

Propriedades Químicas e Estrutura

Cadeias Poliméricas e Reticulação 

Os termoplásticos são cadeias lineares de moléculas, geralmente à base de carbono, como polietileno e náilon. Fáceis de remodelar, são flexíveis porque não possuem ligações fortes entre as correntes. No entanto, as moléculas nos termofixos são reticuladas, criando uma teia complexa. Materiais como epóxi, silicone e fenólico têm essa estrutura semelhante a uma malha, o que os torna difíceis de remodelar depois de curados.

• Termoplásticos: Lineares, sem reticulação (por exemplo, Policarbonato, Acrílico)
• Termofixos: Redes reticuladas e que se cruzam (por exemplo, Epóxi, Poliuretano)

Resistência química

Se você enfrenta produtos químicos, quer saber o que vai resistir. A escolha do polímero é fundamental. Termoplásticos como o polipropileno podem resistir a muitos vilões químicos sem problemas, mas podem enfraquecer com certos solventes. Os termofixos, abençoados por sua estrutura robusta, ficam um pouco mais fortes – materiais como epóxi e fenólicos permanecem firmes contra um espectro mais amplo de substâncias químicas devido a essa incômoda reticulação.

• Resistência química:
  • Termoplásticos: Bom a excelente (varia de acordo com o material, por exemplo, Nylon, Acrílico)
  • Termofixos: Normalmente excelentes (por exemplo, silicone, poliuretano)

Processo de Fabricação e Moldagem

Quando você precisa produzir produtos termoplásticos e termofixos, existem diferentes técnicas de processamento em:

• Termoplásticos: Aquecidos para torná-los flexíveis em processos como moldagem por injeção e extrusão.
• Termofixos: Impregnados em reforços e submetidos a reações de cura controladas.

Moldagem por Injeção e Extrusão

Quando você lida com termoplásticos, técnicas como moldagem por injeção e extrusão são os métodos preferidos. Na moldagem por injeção, o plástico termofixo é derretido e injetado em um molde sob alta pressão. É um processo rápido, ideal para fazer grandes quantidades de itens idênticos. Para extrusão, o plástico é empurrado através de uma matriz para criar formas longas e contínuas.

Principais características do processo:

• Pellets termoplásticos são alimentados em um barril aquecido e forçados para dentro de uma cavidade do molde sob pressão.
• Podem ocorrer problemas devido à direção do fluxo e à formação de linhas de solda.
• Os termoplásticos cristalinos como o polietileno (PE) são mais propensos em comparação com os amorfos como o poliestireno (PS).

Processos de cura

A cura é crítica quando você trabalha com plásticos termoendurecíveis. Você aplica calor ou uma reação química, e o material muda permanentemente – ele não pode ser remodelado depois de curado. Este processo permite que termofixos como a poliimida se solidifiquem em itens fortes e duráveis, como isolamento ou adesivos. A cura os torna resistentes a altas temperaturas e produtos químicos, por isso são frequentemente usados em ambientes agressivos.

Infiltração de Silício Líquido

Com base nos resultados da pesquisa, a Infiltração de Silício Líquido (LSI) é um processo usado para fabricar compósitos de matriz cerâmica, especificamente compósitos C/C-SiC (carboneto de silício de carbono). Os pontos principais sobre a infiltração de silício líquido (LSI) das fontes são:

• Envolve a infiltração de uma pré-forma de carbono porosa com silício fundido acima do ponto de fusão do silício (1414°C). 
• O silício fundido reage com o carbono para formar carboneto de silício (SiC), criando assim um composto de matriz de SiC
• É uma maneira eficiente e econômica de fabricar compósitos de matriz de SiC em comparação com outros processos como infiltração de vapor químico
• Parâmetros do processo como temperatura, nível de vácuo e pressão do gás inerte podem ser controlados para otimizar a infiltração
• A microestrutura porosa da pré-forma de carbono afeta a integridade da infiltração e reação
• Os compósitos fabricados pela LSI possuem alta estabilidade térmica, condutividade térmica e outras propriedades aprimoradas

Em resumo, a Infiltração de Silício Líquido (LSI) é um processo de fabricação especializado para criar compósitos de matriz cerâmica C/C-SiC usando infiltração de silício fundido e reação com carbono.

Transferência de resina e moldagem por injeção de reação 

Se estiver usando plásticos termofixos, você pode usar moldagem por transferência de resina (RTM) – é como uma versão mais sofisticada de moldagem por injeção, usando pré-formas. A moldagem por injeção de reação (RIM) é outra técnica para termofixos, misturando dois componentes líquidos para reagir e assentar dentro do molde. Ambos os métodos fornecem peças resistentes com formatos complexos, frequentemente encontrados em aplicações automotivas e aeroespaciais.

Propriedades e desempenho dos materiais

Termoplásticos e termofixos diferem significativamente em suas propriedades e características de desempenho:

 Propriedades mecânicas

• Resistência -Os termofixos geralmente oferecem resistência e durabilidade superiores em comparação aos termoplásticos. Eles são frequentemente usados em aplicações exigentes onde os materiais devem suportar altas tensões sem deformar. Enquanto isso, os termoplásticos como o polipropileno apresentam uma alta relação resistência-peso, o que os torna fortes o suficiente para muitos usos, ao mesmo tempo que são leves.

Elasticidade e Flexibilidade

Os termoplásticos são normalmente mais flexíveis e elásticos que os termofixos. Por exemplo, termoplásticos como o poliestireno podem dobrar e esticar, tornando-os ideais para produtos que requerem alguma elasticidade. Essa elasticidade se deve aos seus pontos de fusão mais baixos, que permitem que sejam reaquecidos e remodelados conforme necessário.

Estabilidade Dimensional e Tolerância

Os termofixos são excelentes em estabilidade dimensional – você não os verá mudando de forma ou dimensões facilmente sob o calor ou durante a cura. Sua estrutura, uma vez definida, é sólida como uma rocha. Para peças de precisão onde as tolerâncias são restritas, esta é uma enorme vantagem. Os termoplásticos também apresentam boa estabilidade dimensional, mas podem deformar se não forem processados corretamente.

Comportamento de encolhimento e fluência

Você observará que os termoplásticos tendem a encolher um pouco à medida que esfriam durante os processos de moldagem. Por outro lado, os termofixos apresentam encolhimento mínimo graças à sua estrutura reticulada. A longo prazo, os termoplásticos podem rastejar ou deformar sob tensão constante, enquanto os termofixos mantêm a sua forma de forma constante, proporcionando-lhes melhor resistência ao impacto ao longo do tempo.

Efeitos da microestrutura

• A cristalinidade afeta as propriedades dos termoplásticos semicristalinos
• A densidade de ligações cruzadas afeta a estabilidade térmica dos termofixos
• Porosidade e defeitos degradam o desempenho mecânico

Comportamento de alta temperatura

• A maioria dos termoplásticos amolecem perto de 150-200°C
• Os termofixos retêm propriedades até 300-400°C
• Oxidação e resistência à corrosão são importantes

 Reciclagem e Sustentabilidade

• Os termoplásticos são recicláveis
• Os termofixos formam redes reticuladas e não podem ser reprocessados

Aplicações e uso na indústria

Termoplásticos e termofixos são usados em vários setores devido às diferenças em suas propriedades e economia de custos:

Aplicações para a indústria

Algumas das principais áreas de aplicação:

• Automotivo: peças internas, componentes sob o capô
• Aeroespacial: estruturas de fuselagem, componentes de motores
• Construção: Tubos, revestimentos, adesivos
• Eletrônicos: placas de circuito impresso, conectores

 Compósitos e Precursores

• Compósitos C/C-SiC feitos com resina fenólica e outros termofixos como precursores
• Plásticos reforçados com fibra de carbono e fibra de vidro usando matrizes epóxi

Economia de Custos

Embora os termoplásticos tenham custos de matéria-prima mais elevados, o processamento de termofixos pode ser mais complexo e caro. A análise do custo do ciclo de vida é importante para determinar a escolha ideal do material.

Tendências atuais de pesquisa de plásticos termofixos e termoplásticos

A pesquisa em andamento está focada em melhorar ainda mais os termoplásticos e o plástico termofixo, bem como em comparar seu potencial para diferentes aplicações:

Desenvolvimento de precursor termofixo

• Avaliando novas resinas fenólicas e outros polímeros como precursores de fibra de carbono e carbono-carbono (C/C)
• Adaptando propriedades precursoras para desempenho otimizado do compósito

Melhorias no método de processamento

• Otimizando os parâmetros de moldagem por injeção para minimizar defeitos na linha de solda
• Desenvolvimento de técnicas de fabricação aditiva de alta velocidade e precisão

Relações Microestrutura-Propriedade

• Elucidando ligações entre cristalinidade, densidade de ligações cruzadas e propriedades mecânicas finais
• Estratégias para reduzir a porosidade e melhorar a resistência interfacial

Avaliação Comparativa

• Análises técnico-econômicas para determinar a escolha ideal do material
• Modelos de avaliação do ciclo de vida considerando métricas de sustentabilidade
• Matrizes de decisão classificando materiais com base em critérios-chave

Perspectivas futuras de termoplásticos e plásticos termoendurecíveis?

Os avanços contínuos em materiais e fabricação moldarão o cenário futuro para termoplásticos e termofixos:

Precursores Termoplásticos

• Novos precursores termoplásticos projetados para fabricação de compósitos
• Aproveite a reciclabilidade enquanto mantém o alto desempenho mecânico

Sistemas Híbridos

• Misturas e compósitos para otimizar propriedades
• Exemplos incluem epóxis endurecidos termoplásticos

Fabricação Aditiva

• Impressão 3D de alta velocidade de peças termoplásticas de uso final
• Supera limitações na complexidade geométrica

Processamento Sustentável

• Mudança para uma produção de base biológica e com redução de CO2
• Adoção dos princípios da Indústria 4.0

No geral, a utilização sinérgica de termoplásticos e termofixos permitirá o desenvolvimento de sistemas de engenharia sustentáveis e de alto desempenho.

Em resumo, os termoplásticos e os termofixos diferem significativamente na forma como são formados e na forma como respondem ao calor. Os termoplásticos podem ser repetidamente amolecidos com o calor e endurecidos com o resfriamento, permitindo que sejam remodelados e reciclados com mais facilidade. Os termofixos, por outro lado, sofrem uma reação química irreversível quando curados, o que significa que mantêm sua forma permanentemente, mas não podem ser fundidos ou remodelados. Conhecer as propriedades dos termoplásticos versus termofixos é importante para engenheiros e fabricantes selecionarem o material plástico certo para diferentes requisitos de produto e considerações de fim de vida.