Термопластика против термосета: разбијање разлика

Термопластика и термосет су две главне врсте пластике које се обично користе у различитим индустријама. Иако деле неке сличности као органски полимери, термопласти и термосети имају кључне разлике у својој молекуларној структури и својствима која одређују како се могу користити.

Овај чланак ће вам помоћи да разумете разлике између термопласта и термосета како бисте лакше разумели њихове различите карактеристике и примене.

Преглед термопласта и термореактивних материјала

Две главне категорије полимерних материјала који се користе у производњи су термосет и термопластика.

Ево кратке дефиниције оба материјала:

• Термопласти су полимери који постају савитљиви или калупи изнад одређене температуре и очвршћавају се након хлађења. Можете их поново загрејати и преобликовати изнова и изнова без промене њихове хемијске структуре.
• Термосет су полимерни материјали који се неповратно очвршћавају или стврдњавају кроз формирање умрежених мрежа.

Разлике између термосета и термопласта:

Неке кључне особине које се разликују:

• Термопласти се могу више пута стврдњавати и омекшавати када се загревају, док термосети пролазе кроз трајно очвршћавање након почетног формирања
• Термопласти имају ниже температуре топљења у поређењу са температурама деградације термореактивних материјала
• Термосетови генерално имају већу механичку чврстоћу, тврдоћу и термичку стабилност

Ево неколико примера термопласта

• Акрил
• Најлон
• Ацетал кополимер полиоксиметилен
• Ацетал Хомополимер Полиоксиметилен
• Поликарбонат (ПЦ)
• полиетилен (ПЕ)
• полистирен (ПС)
• полипропилен (ПП)
• поливинилхлорид (ПВЦ)
• Полиетилен терефталат (ПЕТ)
• Тефлон

Термосет пластика се користи у индустрији јер термосетови обезбеђују структурални интегритет и економичнији су. Ево неколико примера термосет пластике:

• Феноли
• Силикон
• меламин
• Епоки
• Поливинилиден флуорид (ПВДФ)
• Политетрафлуороетилен (ПТФЕ)
• полиуретан
• полиимид

У производњи, термопласти су подложни процесима као што је бризгање, док термосетови захтевају импрегнацију ојачања и контролисано очвршћавање. Композити се могу правити коришћењем и термопластичних и термосет полимерних матрица. Примери су пластика ојачана угљеничним влакнима (ЦФРП) и керамички матрични композити (ЦМЦ) као што је Ц/Ц-СиЦ.

Хемијска својства и структура

Полимерни ланци и умрежавање 

Термопласти су линеарни ланци молекула, обично на бази угљеника, попут полиетилена и најлона. Лако се преобликују, флексибилни су јер немају јаке везе између ланаца. Међутим, молекули у термосетима су умрежени, стварајући сложену мрежу. Материјали попут епоксида, силикона и фенола имају ову структуру налик мрежици, што их чини тешким за преобликовање након што се очврсну.

• Термопластика: линеарна, без умрежавања (нпр. поликарбонат, акрил)
• Термосет: умрежене мреже које се укрштају (нпр. епоксид, полиуретан)

Отпорност на хемикалије

Ако сте против хемикалија, желите да знате шта ће издржати. Избор полимера је кључан. Термопласти попут полипропилена могу без проблема да издрже многе хемијске зликовце, али могу ослабити са одређеним растварачима. Термосетови, благослови њихову чврсту структуру, испадају мало јачи – материјали попут епоксида и фенола отпорни су на шири спектар хемијских супстанци због тог досадног умрежавања.

• Отпорност на хемикалије:
  • Термопластика: добра до одлична (зависи од материјала, нпр. најлон, акрил)
  • Термосет: Типично одличан (нпр. силикон, полиуретан)

Процес производње и калупа

Када треба да произведете термопластичне и термореактивне производе, постоје различите технике за прераду у:

• Термопластика: загрејана да би била савитљива за процесе као што су бризгање и екструзија.
• Термосет: Импрегниран у ојачања и подвргнут контролисаним реакцијама очвршћавања.

Ињекционо прешање и екструзија

Када имате посла са термопластиком, технике као што су бризгање и екструзија су методе које треба користити. У бризгању, термореактивна пластика се топи и убризгава у калуп под високим притиском. То је брз процес, идеалан за прављење великих количина идентичних предмета. За екструзију, пластика се гура кроз калуп за стварање дугих, непрекидних облика.

Кључне карактеристике процеса:

• Термопластичне пелете се убацују у загрејану бачву и под притиском потискују у шупљину калупа.
• Проблеми могу настати због правца струјања и формирања линија завара.
• Кристални термопласти попут полиетилена (ПЕ) су склонији од аморфних као што је полистирен (ПС).

Процеси очвршћавања

Очвршћавање је критично када радите са термореактивном пластиком. Примењујете топлоту или хемијску реакцију, а материјал се трајно мења — не може се преобликовати након што се излечи. Овај процес омогућава термосетовима као што је полиимид да се учврсте у јаке, издржљиве предмете као што су изолација или лепкови. Очвршћавање их чини отпорним на високе температуре и хемикалије, тако да се често користе у тешким окружењима.

Инфилтрација течног силицијума

На основу резултата претраге, инфилтрација течним силицијумом (ЛСИ) је процес који се користи за производњу керамичких матричних композита, посебно Ц/Ц-СиЦ (угљен-угљен силицијум карбид) композита. Кључне тачке о инфилтрацији течног силицијума (ЛСИ) из извора су:

• Укључује инфилтрацију порозног угљеника са растопљеним силицијумом изнад тачке топљења силицијума (1414°Ц) 
• Отопљени силицијум реагује са угљеником да би се формирао силицијум карбид (СиЦ), чиме се ствара СиЦ матрични композит
• То је ефикасан и исплатив начин производње СиЦ матричних композита у поређењу са другим процесима као што је хемијска инфилтрација паре
• Параметри процеса као што су температура, ниво вакуума и притисак инертног гаса могу се контролисати ради оптимизације инфилтрације
• Микроструктура предформе порозног угљеника утиче на потпуност инфилтрације и реакције
• Композити које производи ЛСИ имају високу термичку стабилност, топлотну проводљивост и друга побољшана својства

Укратко, инфилтрација течним силицијумом (ЛСИ) је специјализован производни процес за стварање Ц/Ц-СиЦ керамичких матричних композита коришћењем инфилтрације растопљеног силицијума и реакције са угљеником.

Пренос смоле и реакцијско бризгање 

Ако користите термореактивну пластику, можете да користите преливање смоле (РТМ) — то је као софистициранија верзија бризгања, користећи преформе. Реакционо бризгање (РИМ) је још једна техника за термосет, мешање две течне компоненте да би реаговале и поставиле унутар калупа. Обе методе вам дају јаке делове сложених облика, који се често налазе у аутомобилским и ваздухопловним апликацијама.

Својства материјала и перформансе

Термопластика и термосет се значајно разликују по својим својствима и карактеристикама перформанси:

 Мецханицал Пропертиес

• Чврстоћа - Термосетови генерално нуде супериорну снагу и издржљивост у поређењу са термопластиком. Често се користе у захтевним апликацијама где материјали морају да издрже велики напон без деформисања. У међувремену, термопласти попут полипропилена могу се похвалити високим односом чврстоће и тежине, што их чини довољно јаким за многе употребе, а истовремено су лагане.

Еластичност и флексибилност

Термопластика је обично флексибилнија и еластичнија од термосета. На пример, термопласти као што је полистирен могу се савијати и растезати, што их чини идеалним за производе који захтевају давање. Ова еластичност је због њихових нижих тачака топљења, које им омогућавају да се поново загреју и преобликују по потреби.

Димензиона стабилност и толеранција

Термосетови се одликују димензионалном стабилношћу — нећете видети да лако мењају облик или димензије под топлотом или током сушења. Њихова структура једном постављена је чврста као камен. За прецизне делове где су толеранције мале, ово је огромна предност. Термопласти такође имају добру стабилност димензија, али могу да се искриве ако се не обрађују правилно.

Понашање скупљања и пузања

Приметићете да термопласти имају тенденцију да се донекле скупљају док се хладе од процеса обликовања. С друге стране, термосетови имају минимално скупљање захваљујући својој умреженој структури. Дугорочно, термопласти могу да пузе или се деформишу под сталним стресом, док термосетови одржавају своју форму постојано, дајући им бољу отпорност на удар током времена.

Ефекти микроструктуре

• Кристалиничност утиче на својства полукристалних термопласта
• Густина умрежености утиче на термичку стабилност термосета
• Порозност и дефекти погоршавају механичке перформансе

Понашање при високим температурама

• Већина термопласта омекшава близу 150-200°Ц
• Термосет задржава својства до 300-400°Ц
• Важна је отпорност на оксидацију и корозију

 Рециклажа и одрживост

• Термопластика се може рециклирати
• Термосетови формирају умрежене мреже и не могу се поново обрадити

Примене и употреба у индустрији

Термопластика и термосет се користе у различитим индустријама због разлика у њиховим својствима и економичности трошкова:

Индустријске апликације

Неке главне области примене:

• Аутомобили: делови унутрашњости, компоненте испод хаубе
• Ваздухопловство: конструкције авиона, компоненте мотора
• Конструкција: цеви, премази, лепкови
• Електроника: штампане плоче, конектори

 Композити и прекурсори

• Ц/Ц-СиЦ композити направљени коришћењем фенолне смоле и других термосетова као прекурсора
• Пластика ојачана угљеничним влакнима и стакленим влакнима користећи епоксидне матрице

Економија трошкова

Док термопласти имају веће трошкове сировина, термореактивна обрада може бити сложенија и скупља. Анализа трошкова животног циклуса је важна за одређивање оптималног избора материјала.

Тренутни трендови истраживања термореактивне пластике и термопласта

Текућа истраживања су фокусирана на даље побољшање термопласта и термореактивне пластике, као и на поређење њиховог потенцијала за различите примене:

Развој прекурсора термосета

• Процена нових фенолних смола и других полимера као прекурсора угљеничних влакана и угљеника (Ц/Ц)
• Прилагођавање својстава прекурсора за оптимизоване композитне перформансе

Побољшања метода обраде

• Оптимизација параметара бризгања како би се минимизирали дефекти линије заваривања
• Развијање техника адитивне производње велике брзине и прецизности

Односи микроструктура-особине

• Разјашњавање веза између кристалности, густине умрежености и крајњих механичких својстава
• Стратегије за смањење порозности и побољшање међуфазне чврстоће

Цомпаративе Ассессмент

• Техно-економске анализе за одређивање оптималног избора материјала
• Модели процене животног циклуса узимајући у обзир метрику одрживости
• Матрице одлука које рангирају материјале на основу кључних критеријума

Будућа перспектива термопластике и термореактивне пластике?

Текући напредак у материјалима и производњи ће обликовати будући пејзаж за термопласте и термосет:

Тхермопластиц Прецурсорс

• Ново пројектовани термопластични прекурсори за производњу композита
• Искористите могућност рециклирања уз задржавање високих механичких перформанси

Хибрид Системс

• Мешавине и композити за оптимизацију својстава
• Примери укључују термопластичне ојачане епоксиде

Аддитиве Мануфацтуринг

• Велика брзина 3Д штампања термопластичних делова за крајњу употребу
• Превазилази ограничења у геометријској сложености

Одржива обрада

• Прелазак на био-базирану производњу са смањеном емисијом ЦО2
• Усвајање принципа индустрије 4.0

Свеукупно, синергистичко коришћење термопласта и термосета омогућиће развој система високих перформанси и одрживог инжењеринга.

Укратко, термопласти и термосетови се значајно разликују по томе како се формирају и како реагују на топлоту. Термопласти се могу више пута омекшати топлотом и очврснути хлађењем, што им омогућава да се лакше преобликују и рециклирају. С друге стране, термосетови пролазе кроз неповратну хемијску реакцију када се стврдне, што значи да трајно задржавају свој облик, али се не могу претопити или обликовати. Познавање особина термопласта у односу на термосетне је важно за инжењере и произвођаче да одаберу прави пластични материјал за различите захтеве производа и разматрања на крају животног века.