Termoplasty a reaktoplasty sú dva hlavné druhy plastov bežne používané v rôznych odvetviach. Hoci majú ako organické polyméry niektoré spoločné vlastnosti, líšia sa molekulárnou štruktúrou a vlastnosťami, ktoré určujú ich použitie.
Tento článok vám pomôže pochopiť rozdiely medzi termoplastmi a termosetmi, ktoré vám pomôžu pochopiť ich rôzne vlastnosti a aplikácie.
Prehľad termoplastických a termosetov
Dve hlavné kategórie polymérnych materiálov používaných pri výrobe sú thermosety a thermoplasty.
Tu je stručná definícia oboch materiálov:
- Termoplasty sú polyméry, ktoré nad určitou teplotou mäknú alebo sa dajú tvarovať a pri ochladení tuhnú. Možno ich opakovane zahrievať a pretvarovať bez zmeny ich chemickej štruktúry.
- Termosety a nbsp;sú polymérne materiály, ktoré nezvratne vyliečia alebo stvrdnú vytváraním prepojených sietí.
Rozdiely medzi termosetom a termoplastom:
| Parameter | Termoplasty | Termostaty |
|---|---|---|
| Štruktúra | Lineárne, rozvetvené polyméry | Spájané polyméry |
| Lepenie | Slabé sily van der Waals | Silné kovalentné dlhopisy |
| Bod topenia | Ostrý, môže byť pretavený | Postupná degradácia |
| Recyklovateľnosť | Recyklovateľný | Recyklovateľné |
| Príklady | Polyetylén, nylon, PET | kiahne, fenolické |
Niektoré kľúčové vlastnosti ktoré sa líšia:
- Termoplasty môžu byť opakovane kalené a zmäkčené po zahriatí, zatiaľ čo thermosets undego permanentné kalenie po počiatočnom tvarovaní
- Termoplasty majú nižšie teploty topenia v porovnaní s teplotou degradácie thermosets
- Reaktoplasty majú spravidla vyššiu mechanickú pevnosť, tvrdosť a tepelnú stabilitu.
Tu je niekoľko príkladov termoplastických
- Akryl
- Nylon
- Acetálny kopolymér Polyoxymetylén
- Acetálny homopolymér Polyoxymetylén
- Polykarbonát (PC)
- Polyetylén (PE)
- Polystyrén (PS)
- Polypropylén (PP)
- Polyvinylchlorid (PVC)
- Polyetyléntereftalát (PET)
- Teflón
Termoset plasty sú používané v priemysle, pretože termosety poskytujú štrukturálnu integritu a sú hospodárnejšie. Tu sú niektoré príklady termoset plastu:
- Fenoly
- Silikón
- Melamín
- Epoxy
- Polyvinylidénfluorid (PVDF)
- Polytetrafluóretylén (PTFE)
- Polyuretán
- polyimid
Pri výrobe sa termoplasty dajú spracovať postupmi, ako je vstrekovanie, zatiaľ čo reaktoplasty si vyžadujú impregnáciu výstuží a riadené vytvrdzovanie. Kompozity možno vyrábať z termoplastových aj reaktoplastových polymérnych matríc. Patria medzi ne plasty vystužené uhlíkovými vláknami (CFRP) a kompozity s keramickou matricou (CMC), napríklad C/C-SiC.
Chemické vlastnosti a štruktúra
polymérové reťazce a priečne väzby
Termoplasty tvoria lineárne molekulárne reťazce, zvyčajne na báze uhlíka, napríklad polyetylén a nylon. Ľahko sa znovu tvarujú a sú pružné, pretože medzi reťazcami nie sú silné väzby. V reaktoplastoch sú však molekuly zosieťované a vytvárajú zložitú sieť. Materiály ako epoxid, silikón a fenolické živice majú takúto sieťovú štruktúru, vďaka ktorej sa po vytvrdnutí ťažko pretvarujú.
- Termoplasty: lineárne, bez prepojenia (napr. polykarbonát, akryl)
- Termostaty: vzájomne prepojené, vzájomne prepojené siete (napr. Epoxy, polyuretán)
Chemická odolnosť
Ak materiál prichádza do kontaktu s chemikáliami, treba vedieť, ako im odolá. Kľúčový je výber polyméru. Termoplasty ako polypropylén bez problémov odolávajú mnohým agresívnym chemikáliám, no pri niektorých rozpúšťadlách môžu zoslabnúť. Reaktoplasty majú vďaka pevnej štruktúre o niečo vyššiu odolnosť – materiály ako epoxid a fenolické živice odolávajú širšiemu spektru chemických látok, pretože sú zosieťované.
- Chemická odolnosť:
- Termoplasty: Dobré až vynikajúce (variácie podľa materiálu, napr. Nylon, Acrylic)
- Termostaty: Typicky vynikajúce (napr, Silicone, Polyuretán)
Výroba a proces lisovania
Keď potrebujete vyrábať termoplastické a termosetové výrobky, existujú rôzne techniky na spracovanie do:
- Termoplasty: Zahrievajú sa, aby zmäkli a dali sa spracovať napríklad vstrekovaním alebo extrúziou.
- Termostaty: Impregnované na & nbsp; vylepšenia & nbsp;a podrobené kontrolovanému a nbsp;vyskytnutiu reakcie.
Vstrekovanie plastov a extrúzia
Pri spracovaní termoplastov sú najpoužívanejšími metódami vstrekovanie a extrúzia. Pri vstrekovaní sa reaktoplast roztaví a pod vysokým tlakom vstrekne do formy. Ide o rýchly proces, ktorý je ideálny na výrobu veľkého množstva rovnakých predmetov. Pri extrúzii sa plast pretlačí cez matricu, čím vznikajú dlhé súvislé tvary.
Kľúčové charakteristiky procesu:
- Termoplastové pelety sa privádzajú do vyhrievaného valca a pod tlakom sa vtlačia do dutiny formy.
- K problémom môže dochádzať v dôsledku smeru prúdenia a tvorby umelých línií.
- Kryštalické thermoplastické látky ako polyetylén (PE) sú náchylnejšie v porovnaní s amorfnými ónmi ako polystyrén (PS).
| Parameter | Účinky |
|---|---|
| Teplota formy | Rýchlosť chladenia, kryštalickosť |
| Rýchlosť vstrekovania | Smer toku, sila zvarovej čiary |
| Dotlak | Znižuje pórovitosť a záchyty |
Liečebné procesy
Pri práci s reaktoplastmi je vytvrdzovanie kľúčové. Materiál sa zahrieva alebo sa vyvolá chemická reakcia, ktorá ho natrvalo zmení – po vytvrdnutí ho už nemožno pretvarovať. Tento proces umožňuje reaktoplastom, ako je polyimid, stuhnúť na pevné a odolné výrobky, napríklad izolácie alebo lepidlá. Vytvrdnuté reaktoplasty odolávajú vysokým teplotám a chemikáliám, preto sa často používajú v náročných prostrediach.
Infiltrácia tekutým kremíkom
Podľa výsledkov vyhľadávania je infiltrácia tekutým kremíkom (LSI) proces používaný pri výrobe keramických kompozitov s matricou, konkrétne kompozitov C/C-SiC (uhlík-uhlík-karbid kremíka). Zdroje o infiltrácii tekutým kremíkom (LSI) uvádzajú tieto hlavné body:
- Zahŕňa infiltráciu pórovitej uhlíkovej formy s roztaveným kremíkom nad bodom tavenia kremíka (1414°C) a nbsp;
- Roztavený kremík reaguje s uhlíkom na vytvorenie karbidu kremíka (SiC), čím sa vytvára kompozitná SiC matica
- Jedná sa o efektívny a nákladovo efektívny spôsob tvorby SiC matricových kompozitov v porovnaní s inými procesmi, ako je chemická vapor infiltrácia
- Parametre procesu, ako sú teplota, úroveň vákua a tlak inertného plynu, možno regulovať s cieľom optimalizovať infiltráciu.
- Porézna uhlíková predforma mikroštruktúra ovplyvňuje úplnosť infiltrácie a reakcie
- Kompozity vyrábané LSI majú vysokú tepelnú stabilitu, tepelnú vodivosť a iné vlastnosti.
Zhrnutie: Infiltrácia tekutým kremíkom (LSI) je špecializovaný výrobný proces, pri ktorom sa vytvárajú keramické kompozity C/C-SiC infiltráciou roztaveného kremíka a jeho reakciou s uhlíkom.
Prenos živice a reakčné vstrekovanie
Pri spracovaní reaktoplastov možno použiť prenosové lisovanie živice (RTM), ktoré je podobné pokročilejšej verzii vstrekovania a využíva predlisky. Ďalšou technikou pre reaktoplasty je reakčné vstrekovanie (RIM), pri ktorom sa zmiešajú dve tekuté zložky, ktoré zreagujú a vytvrdnú vo forme. Obe metódy vytvárajú pevné diely zložitých tvarov, ktoré sa často používajú v automobilovom a leteckom priemysle.
Vlastnosti materiálu a výkon
Termoplasty a thermosets rozlišujú sa výrazne v ich vlastnostiach a výkonnostných charakteristikách:
Mechanické vlastnosti
- Pevnosť – Reaktoplasty zvyčajne ponúkajú vyššiu pevnosť a odolnosť než termoplasty. Často sa používajú v náročných aplikáciách, v ktorých materiály musia znášať vysoké napätie bez deformácie. Termoplasty, ako je polypropylén, majú naopak vysoký pomer pevnosti k hmotnosti, takže sú dostatočne pevné pre mnohé aplikácie a zároveň ľahké.
| Vlastnosť | Termoplasty | Termostaty |
|---|---|---|
| Tvrdosť | Dolné | Vyššia |
| Stuhnutosť | Dolné | Vyššia |
| Tvrdosť | Vyššia | Viac krehký |
Pružnosť a flexibilita
Termoplasty bývajú zvyčajne pružnejšie a elastickejšie než reaktoplasty. Napríklad termoplasty, ako je polystyrén, sa môžu ohýbať a naťahovať, takže sú ideálne pre výrobky, ktoré musia byť poddajné. Táto elasticita súvisí s ich nižšími teplotami tavenia, ktoré umožňujú opätovné zahrievanie a pretvarovanie podľa potreby.
Rozmerová stabilita a tolerancia
Reaktoplasty vynikajú rozmerovou stabilitou – pri zahrievaní ani počas vytvrdzovania ľahko nemenia tvar či rozmery. Po vytvrdnutí majú mimoriadne pevnú štruktúru. Pri presných dieloch s úzkymi toleranciami je to veľká výhoda. Aj termoplasty majú dobrú rozmerovú stabilitu, no pri nesprávnom spracovaní sa môžu deformovať.
Zvraštenie a strašidelné správanie
Termoplasty sa pri ochladzovaní po lisovaní zvyčajne do istej miery zmršťujú. Reaktoplasty majú naopak vďaka zosieťovanej štruktúre minimálne zmrštenie. Z dlhodobého hľadiska môžu termoplasty pri nepretržitom namáhaní tečením meniť tvar alebo sa deformovať, zatiaľ čo reaktoplasty si ho pevne zachovávajú a dlhodobo lepšie odolávajú nárazom.
Účinky mikroštruktúry
- Crystallinity vplyvy vlastností polokryštalických termoplastov
- Hustota priečneho prepojenia ovplyvňuje tepelnú stabilitu termosetov
- Porosity a defekty degradujú mechanický výkon
Správanie pri vysokých teplotách
- Väčšina termoplastov zmäkčuje pri 150 – 200 °C
- Teplomery si zachovávajú vlastnosti až do 300-400°C
- Dôležitá oxidácia a korózia rezistencia
Recyklácia a udržateľnosť
- Termoplasty sú recyklovateľné
- Termostaty tvoria prepojené siete a nemožno ich opätovne spracovať
Aplikácie a využitie v priemysle
Termoplasty a thermosets sa používajú v rôznych odvetviach z dôvodu rozdielov v ich vlastnostiach a nákladovej ekonomike:
Priemyselné aplikácie
Niektoré hlavné oblasti použitia:
- Automobilový priemysel: Interiérové diely, komponenty nižšej triedy
- Letecký priestor: konštrukcie drakov, komponenty motora
- Konštrukcia: rúry, nátery, lepidlá
- Elektronika: dosky plošných spojov, konektory
| Výrobné odvetvie | Použitie termoplastov | Použitie termosetov |
|---|---|---|
| Spotrebný tovar | Hračky, domáce potreby | Lepidlá, nátery |
| Zdravotnícke pomôcky | Flexibilné hadice, implantáty | Epoxy kapsulanty |
| Ropa a plyn | Ventily, tesnenia | Povrchová úprava rúr |
Kompozity a prekurzory
- Kompozity C/C-SiC vyrobené z fenolovej živice a ďalších reaktoplastov použitých ako prekurzory
- Uhlíkové vlákna a sklenené vlákna vystužené plastmi pomocou epoxidových matricov
Náklady Ekonomika
Hoci sú náklady na suroviny pri termoplastoch vyššie, spracovanie reaktoplastov môže byť zložitejšie a drahšie. Na určenie optimálneho materiálu je dôležitá analýza nákladov počas životného cyklu.
Aktuálne Výskumné trendy termosetových plastov a termoplastov
Prebiehajúci výskum je zameraný na ďalšie zlepšovanie a zlepšovanie termoplastov a plastov a na thermoset plastu, ako aj na porovnanie ich potenciálu pre rôzne aplikácie:
Vývoj prekurzorov termosetu
- Vyhodnotenie nových a nových fenolových živíc a iných polymérov ako uhlíkových vlákien a uhlíkových (C/C) prekurzorov
- Vlastnosti na mieru prekurzorov pre optimalizované kompozitné výkon
Vylepšenia metód spracovania
- Optimalizácia parametrov vstrekovania na minimalizáciu chýb v podobe zvarových línií
- Vývoj vysokorýchlostnej a presnej výroby pridanej výroby techniky
Vzťahy medzi mikroštruktúrou a Property
- Objasnenie prepojení medzi kryštalitou, hustotou priečneho prepojenia a konečnou mechanickými vlastnosťami
- Stratégie na zníženie populácie a zlepšenie interfaciálna sila
Porovnávacie hodnotenie
- Techno-ekonomické analýzy na určenie optimálneho výberu materiálu
- Hodnotenie životného cyklu a nbsp; modely zohľadňujúce metriku udržateľnosti
- Usporiadanie matricov na základe kľúčových kritérií
| Kritériá | Hmotnosť | Termostaty | Termoplasty |
|---|---|---|---|
| Náklady | Vysoká | 2 | 4 |
| Výkonnosť | Vysoká | 4 | 3 |
| Spôsobilosť | Stredná | 3 | 4 |
Budúci výhľad Thermoplasts a termoset plasty?
Prebiehajúci pokrok v oblasti materiálov a materiálov a zariadení, ako aj v oblasti výroby a výroby;budú formovať budúcu krajinu pre thermoplasty a a thermoset:
Termoplastické prekurzory
- Nové inžinierske thermoplastické prekurzory na výrobu kompozitných materiálov
- Recyklovateľnosť pákového efektu pri zachovaní vysokej mechanického výkonu
Hybridné systémy
- Blends a kompozity pre optimalizáciu vlastností
- Príklady: thermoplastické tvrdené epoxie
Výroba doplnkovej látky
- Vysokorýchlostná 3D tlač termoplastových dielov na konečné použitie
- Prekoná obmedzenia geometrickej zložitosti
Udržateľné spracovanie
- Presun smerom k výrobe založenej na biozložkách a výrobe zníženej o CO2
- Prijatie Priemysel 4.0 a nbsp; Princípy
| Trend | Dôsledky |
|---|---|
| Ľahké váženie | Zvýšené používanie vysoko výkonných kompozitov |
| Prispôsobenie hmotnosti | Výroba prísad na odvádzanie |
| Udržateľnosť | Recyklovateľné a ekologické materiály |
Celkovo synergické využitie thermoplastov a thermosets umožní vývoj vysoko výkonných a udržateľných inžinierskych systémov.
Zhrnutie: Termoplasty a reaktoplasty sa výrazne líšia spôsobom tvarovania a reakciou na teplo. Termoplasty možno opakovane zmäkčovať teplom a vytvrdzovať ochladzovaním, takže sa dajú ľahšie pretvarovať a recyklovať. Reaktoplasty naopak pri vytvrdzovaní podliehajú nevratnej chemickej reakcii, vďaka ktorej si trvalo zachovajú tvar, no už ich nemožno znovu roztaviť ani pretvarovať. Inžinieri a výrobcovia musia poznať vlastnosti termoplastov a reaktoplastov, aby vybrali správny plastový materiál podľa požiadaviek výrobku a možností jeho spracovania po skončení životnosti.
