Termoplásticos vs Termofixos: Analisando as Diferenças

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:

Parâmetro	Termoplásticos	Termofixos
Estrutura	Polímeros lineares e ramificados	Polímeros reticulados
Colagem	Forças fracas de van der Waals	Ligações covalentes fortes
Ponto de fusão	Afiado, pode ser fundido novamente	Degradação gradual
Reciclabilidade	Reciclável	Não reciclável
Exemplos	Polietileno, náilon, PET	Epóxis, fenólicos

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).

Parâmetro	Efeitos
Temperatura do molde	Taxa de resfriamento, cristalinidade
Velocidade de injeção	Direção do fluxo, resistência da linha de solda
Pressão de retenção	Reduz vazios e sumidouros

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.

Propriedade	Termoplásticos	Termofixos
Dureza	Mais baixo	Mais alto
Rigidez	Mais baixo	Mais alto
Dureza	Mais alto	Mais frágil

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

Indústria	Uso de termoplásticos	Uso de termofixos
Bens de consumo	Brinquedos, utensílios domésticos	Adesivos, revestimentos
Dispositivos médicos	Tubo flexível, implantes	Encapsulantes epóxi
Óleo e gás	Válvulas, vedações	Revestimentos de tubos

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

Critério	Peso	Termofixos	Termoplásticos
Custo	Alto	2	4
Desempenho	Alto	4	3
Capacidade de fabricação	Médio	3	4

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

Tendência	Implicações
Leveza	Maior uso de compósitos de alto desempenho
Personalização em massa	Aproveitando a fabricação aditiva
Sustentabilidade	Materiais recicláveis e ecológicos

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.