Żywice termoplastyczne a termoutwardzalne

Różnice w dwóch żywicach stosowanych w kompozytach FRP

Kolorowe związki polimerowe.

sturti/Getty Images

Zastosowanie termoplastikupolimerżywice są niezwykle rozpowszechnione i większość z nas styka się z nimi w takiej czy innej formie prawie każdego dnia. Przykłady powszechnych żywic termoplastycznych i produktów z nich wytwarzanych obejmują:

• ZWIERZAK DOMOWY (butelki na wodę i napoje gazowane)
• Polipropylen (pojemniki opakowaniowe)
• Poliwęglan (szyby ze szkła bezpiecznego)
• PBT (zabawki dzieci)
• Winyl (ramy okienne)
• Polietylen (torby na zakupy)
• PCV (rura wodno-kanalizacyjna)
• PEI (podłokietniki samolotowe)
• Nylon (obuwie, odzież)

Materiał termoutwardzalny a struktura termoplastyczna

Tworzywa termoplastyczne w postaci kompozytów najczęściej nie są wzmacniane, co oznacza, że ​​żywica jest formowana w kształty, które opierają się wyłącznie na krótkich, nieciągłych włóknach, z których są wykonane, aby zachować swoją strukturę. Z drugiej strony wiele produktów formowanych w technologii termoutwardzalnej jest wzbogacanych innymi elementami konstrukcyjnymi – najczęściej włóknem szklanym i włókno węglowe — dla wzmocnienia.

Postępy w technologii termoutwardzalnej i termoplastycznej są w toku i na pewno jest miejsce na oba te elementy. Chociaż każdy ma swój własny zestaw zalet i wad, ostatecznie to, który materiał najlepiej nadaje się do danego zastosowania, sprowadza się do szeregu czynników, które mogą obejmować dowolne lub wszystkie z poniższych: wytrzymałość, trwałość, elastyczność, łatwość / koszt produkcja i recykling.

Zalety kompozytów termoplastycznych

Kompozyty termoplastyczne mają dwie główne zalety w niektórych zastosowaniach produkcyjnych: Po pierwsze, wiele kompozytów termoplastycznych ma zwiększoną odporność na uderzenia w porównaniu z porównywalnymi materiałami termoutwardzalnymi. (W niektórych przypadkach różnica może wynosić nawet 10-krotność odporności na uderzenia.)

Inną ważną zaletą kompozytów termoplastycznych jest ich kowalność. Surowe żywice termoplastyczne są stałe w temperaturze pokojowej, ale po impregnacji włókna wzmacniającego ciepłem i ciśnieniem, afizyczna zmiana(jednak nie jest to reakcja chemiczna, która powoduje trwałą, nieodwracalną zmianę). To właśnie umożliwia ponowne formowanie i kształtowanie kompozytów termoplastycznych.

Na przykład można podgrzać pultrudowany pręt z termoplastycznego kompozytu i ponownie go uformować, aby uzyskać krzywiznę. Po schłodzeniu krzywa pozostanie, co nie jest możliwe w przypadku żywic termoutwardzalnych. Ta właściwość pokazuje ogromną obietnicę dotyczącą przyszłości recyklingu termoplastycznych produktów kompozytowych po zakończeniu ich pierwotnego użytkowania.

Wady kompozytów termoplastycznych

Chociaż można uczynić ją plastyczną poprzez zastosowanie ciepła, ponieważ naturalny stan żywicy termoplastycznej jest stały, trudno jest ją zaimpregnować włóknem wzmacniającym. Żywicę należy podgrzać do temperatura topnienia i nacisk musi być zastosowany w celu zintegrowania włókien, a następnie kompozyt musi zostać schłodzony, cały czas pod ciśnieniem.

Należy użyć specjalnego oprzyrządowania, techniki i sprzętu, z których wiele jest drogich. Proces jest znacznie bardziej złożony i kosztowny niż tradycyjna produkcja kompozytów termoutwardzalnych.

Właściwości i typowe zastosowania żywic termoutwardzalnych

W żywicy termoutwardzalnej surowe, nieutwardzone cząsteczki żywicy są połączone krzyżowo w wyniku katalitycznej reakcji chemicznej. W wyniku tej reakcji chemicznej, najczęściej egzotermicznej, cząsteczki żywicy tworzą ze sobą niezwykle silne wiązania, a żywica zmienia stan z ciekłego w stały.

Ogólnie rzecz biorąc, polimer wzmocniony włóknem (FRP) odnosi się do stosowania włókien wzmacniających o długości 1/4 cala lub większej. Komponenty te poprawiają właściwości mechaniczne, chociaż technicznie uważa się je za kompozyty wzmacniane włóknami, ich wytrzymałość nie jest prawie porównywalna z wytrzymałością ciągłych kompozytów wzmacnianych włóknami.

Tradycyjne kompozyty FRP wykorzystują żywicę termoutwardzalną jako matrycę, która mocno utrzymuje włókno strukturalne na swoim miejscu. Popularna żywica termoutwardzalna obejmuje:

• Żywica poliestrowa
• Żywica winyloestrowa
• Żywica epoksydowa
• Fenolowy
• Uretan
• Najpopularniejszą obecnie używaną żywicą termoutwardzalną jest żywica poliestrowa , a następnie ester winylowy i epoksyd. Żywice termoutwardzalne są popularne, ponieważ są nieutwardzone i nie temperatura pokojowa , są w stanie płynnym, co pozwala na wygodną impregnację włókien wzmacniających takich jak włókno szklane , włókno węglowe lub kevlar.

Zalety żywic termoutwardzalnych

Żywica ciekła w temperaturze pokojowej jest dość prosta w użyciu, chociaż wymaga odpowiedniej wentylacji do zastosowań produkcyjnych na wolnym powietrzu. Przy laminowaniu (produkcja form zamkniętych) płynną żywicę można szybko formować za pomocą pompy próżniowej lub nadciśnieniowej, co pozwala na masową produkcję. Oprócz łatwości produkcji, żywice termoutwardzalne oferują wiele korzyści, często wytwarzając doskonałe produkty przy niskich kosztach surowców.

Do korzystnych właściwości żywic termoutwardzalnych należą:

• Doskonała odporność na rozpuszczalniki i czynniki korozyjne
• Odporność na ciepło i wysoką temperaturę
• Wysoka wytrzymałość zmęczeniowa
• Dopasowana elastyczność
• Doskonała przyczepność
• Doskonałe właściwości wykończeniowe do polerowania i malowania

Wady żywic termoutwardzalnych

Żywica termoutwardzalna po katalizie nie może być odwrócona ani ukształtowana, co oznacza, że ​​po uformowaniu kompozytu termoutwardzalnego nie można zmienić jego kształtu. Z tego powodu recykling kompozytów termoutwardzalnych jest niezwykle trudny. Sama żywica termoutwardzalna nie nadaje się do recyklingu, jednak kilka nowszych firm z powodzeniem usunęło żywice z kompozytów w procesie beztlenowym znanym jako piroliza i jest w stanie przynajmniej odzyskać włókno wzmacniające.