Termoreaktivna plastika (duroplastika): definicija, lastnosti in uporabe

Termoreaktivna plastika (duroplastika): definicija, lastnosti in uporabe — spoznajte trdne, trajne materiale, postopke strjevanja ter aplikacije v elektroniki, lepilih in industriji.

Avtor: Leandro Alegsa

Termoreaktivna plastika, znana tudi kot duroplastika, je polimerni material, ki se nepovratno strjuje. Strjevanje se lahko izvede z:
 - s toploto (običajno nad 200 °C (392 °F)).  - s kemično reakcijo (na primer dvodelni epoksi
), - z obsevanjem, kot je obdelava z elektronskim žarkom

Termoreaktivni materiali so pred strjevanjem običajno tekoči ali plastični, zato jih je mogoče oblikovati v končno obliko. Drugi se uporabljajo kot lepila. Drugi so trdni. Nekateri trdni termoreaktivni polimeri se uporabljajo kot oblikovne mase v polprevodnikih in integriranih vezjih (IC). Ko se termoreaktivna smola enkrat strdi, je ni mogoče ponovno segreti in stopiti nazaj v tekočo obliko.

Kako poteka strjevanje (mehanizem)

Strjevanje termoreaktivnih polimerov temelji na tvorbi kemičnih (kovalentnih) prečnih povezav med polimernimi verigami. Proces je v večini primerov nepovraten: ko so vezi enkrat oblikovane, material ne more več stopiti ali ponovno potekati v prejšnjo tekočo/plastično obliko, ampak razpade šele pri razgradnji (termolizi). Glavni načini strjevanja so:

  • Toplotno strjevanje – segrevanje sproži reakcije (npr. kondenzacijske ali adicijske), primer: fenol-formaldehidne smole (Bakelit).
  • Kemijsko strjevanje – dodatek učvrščevalca ali katalizatorja (npr. dvokomponentni epoksiji: smola + trdilec).
  • Obsevanje – UV ali elektronski žarki sprožijo polimerizacijo (uporabno pri premazih in lepilih).

Lastnosti

Termoreaktivne plastike imajo značilne lastnosti, ki izhajajo iz njihove razvejane tridimenzionalne strukture:

  • Visoka trdnost in togost ter dobra dimenzijska stabilnost pri povišanih temperaturah.
  • Dobra kemična odpornost in odpornost proti toplote (visoka temperaturna obstojnost do razgradnje).
  • Običajno dobri električni izolatorji (zaradi nevodnosti in stabilnosti).
  • Bolj krhke kot termoplastične plastike — manjša natezna raztegljivost in udarna trdnost, razen če so ojačane z vlakni.
  • Neobnovljivost s klasičnim taljenjem — neustrezni za enostavno mehansko recikliranje z iztiskanjem v talini.

Pomembni tehnični pojmi, povezani z termoreaktivnimi materiali, vključujejo stekleno prehodno temperaturo (Tg) in temperaturo razgradnje; Tg označuje mejo med krhkim/steklastim in bolj elastičnim obnašanjem, medtem ko zdrži material pri temperaturah nad Tg brez trdnega razkroja le do določene meje.

Načini obdelave in oblikovanja

Termoreaktivne smole se obdelujejo na več načinov, odvisno od vrste smole in končne uporabe:

  • Stiskalno oblikovanje (compression molding) – pogosto za fenolne in melaminske mase.
  • Prenosno oblikovanje (transfer molding) – za vgradne dele in električne komponente.
  • Injiciranje termorez – posebne tehnike injiciranja termoreaktivnih smol za kompleksne oblike.
  • Rezinsko prelivanje in litje – za epoksi in poliester smole (npr. v čolnarstvu).
  • RTM, pultruzija, filament winding – proizvodnja kompozitov ojačanih z vlakni (steklena vlakna, ogljikova vlakna).
  • Premazovanje in lepljenje – UV-ozdravljivi premazi, epoksi lepljenja in potting za elektroniko.

Primeri materialov

  • Epoksidi (epoxy) – široko uporabljeni kot lepila, premazi, elektronsko zapolnjevanje in kompoziti; zelo dobra mehanska trdnost in adhezija.
  • Fenolne smole (Bakelit) – zgodnje duroplastike, odporne na toploto in kemikalije, uporabljene v električnih komponentah in kuhinjskih pripomočkih.
  • Neprenaseljeni poliester (unsaturated polyester) – pogosto v čolnarski industriji in gradbenih laminatih.
  • Melamin-formaldehidne smole – trdni, odporni na praske in usedanje, uporabljeni v laminatih in kuhinjskem pohištvu.
  • Poliuretani (v trdnih, termosetnih oblikah) – premazi, lepilne in estetske uporabe; silikonske termorez smole za visoko temperaturno odpornost.

Uporabe

Termoreaktivne plastike najdemo v številnih industrijah:

  • Elektronika: zapolnitev in zaščita polprevodnikov in IC, tiskane vezja, izolacijski materiali.
  • Gradbeništvo in pohištvo: laminati, premazi, trdni deli iz melamina in fenola.
  • Transport in avtomobilska industrija: kompozitni deli, lepilni sistemi, deli motorjev pri visokih temperaturah.
  • Energija: lopatice vetrnih turbin (kompoziti z epoksijem ali poliesterom), izolacijski deli v transformatorjih.
  • Industrijski deli in orodja: strojegradnja, elektrotehnični nosilci, upogljivi sklopi.
  • Kozmetika in gospodarstvo: premazi, zaščitne plasti, zatesnitve.

Prednosti in slabosti

  • Prednosti: visoka trdnost, odpornost na toploto in kemikalije, dobra dimenzijska stabilnost, odlične dielektrične lastnosti, možnost ojačevanja z vlakni za zelo trdne kompozite.
  • Slabosti: krhkost brez ojačitve, nezmožnost ponovno oblikovanja s segrevanjem, težje recikliranje, nekateri trdilci (npr. formaldehid) so zdravju škodljivi.

Varnost, ravnanje in recikliranje

Neobdelane (nestrjene) smole lahko vsebujejo hlapne ali alergene komponente; priporočljivo je delo z osebno zaščitno opremo (rokavice, maske, ustrezna prezračevanja). Pri segrevanju ali prekomerni termični obremenitvi se lahko sproščajo škodljivi razgradni produkti.

Recikliranje termorez je tehnično zahtevnejše kot recikliranje termoplastov. Pogoste metode vključujejo mehansko mletje in uporabo kot polnilo ali uporaba termičnih/kemijskih procesov (pyroliza, solvoliza). V raziskavah se razvijajo tudi novi sisteme z dinamičnimi/kemično reverzibilnimi vezmi (vitrimeri), ki omogočajo lažje popravljanje, ponovno oblikovanje ali kemično recikliranje.

Za zaključek: termoreaktivne plastike so ključne za številne visokozahtevne aplikacije zaradi svoje trdnosti, odpornosti in stabilnosti, vendar zahtevajo premišljeno oblikovanje, varnost pri delu in posebne rešitve za ravnanje z odpadkom zaradi omejenega recikliranja.

Proces

V procesu strjevanja se smola z navzkrižnim povezovanjem spremeni v plastiko ali gumo. Dodani so energija in/ali katalizatorji, ki povzročijo, da molekularne verige reagirajo na kemijsko aktivnih mestih (na primer nenasičenih ali epoksidnih mestih) in se povežejo v togo tridimenzionalno strukturo. Pri zamreženju nastane molekula z večjo molekulsko maso, zaradi česar je material z višjim tališčem. Med reakcijo se molekulska masa polimera poveča do te mere, da je njegovo tališče višje od temperature okolice. Tako se material oblikuje v trdno snov.

Nenadzorovano segrevanje materiala povzroči, da se temperatura razgradnje doseže, preden je dosežena temperatura taljenja. Zato se termosetni material po strjevanju ne more stopiti in ponovno oblikovati. To pomeni, da termosetov ni mogoče reciklirati, razen kot polnilo.

Lastnosti

Zaradi te tridimenzionalne mreže vezi (zamreženje) so termoreaktivni materiali na splošno močnejši od termoplastičnih materialov. Termoreaktivni materiali so tudi primernejši za uporabo pri visokih temperaturah do temperature razgradnje. Vendar so bolj krhki. Številne termosetirajoče polimere je težko reciklirati.

Sorodne strani

  • Vulkanizacija
  • Fuzijsko vezan epoksidni premaz
  • Termoplastični

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je polimer, ki se upogiba s toploto?


O: Termoreaktivni polimer je polimerni material, ki se nepovratno strjuje.

V: Kako se lahko utrjuje duroplastični polimer?


O: Termoset se lahko strdi s toploto (običajno nad 200 °C), kemično reakcijo (na primer dvodelni epoksidni polimer) ali obsevanjem, kot je obdelava z elektronskim žarkom.

V: Ali je mogoče termosetne materiale oblikovati v njihovo končno obliko?


O: Da, duroplastični materiali so pred strjevanjem običajno tekoči ali plastični, zato jih je mogoče oblikovati v končno obliko.

V: Ali so vsi duroplastični polimeri trdni?


O: Ne, nekateri duroplastični polimeri se uporabljajo kot lepila, drugi pa so trdni.

V: Kje se uporabljajo trdni polimeri?


O: Nekateri trdni termoreaktivni polimeri se uporabljajo kot oblikovne mase v polprevodnikih in integriranih vezjih (IC).

V: Ali je mogoče strjeno duroplastično smolo ponovno segreti in stopiti nazaj v tekočo obliko?


O: Ne, ko se enkrat strdi, se termoreaktivna smola ne more ponovno segreti in stopiti nazaj v tekočo obliko.

V: Kako je drugo ime za polimere, ki se trdijo s pomočjo toplote?


O: Drugo ime za polimer, ki reagira s toploto, je termoset.


Iskati
AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3