Różnice między tworzywami termoplastycznymi i termoutwardzalnymi

Tworzywa sztuczne można podzielić na termoutwardzalne i termoplastyczne w oparciu o ich właściwości powierzchniowe po podgrzaniu. Generalnie, tworzywa sztuczne są ciałami stałymi lub elastomerami w temperaturze pokojowej. Aby je przetworzyć i uformować, zwykle należy je podgrzać do lepkiego, płynnego stanu, a następnie przetworzyć do pożądanego kształtu. Proces ten powoduje pewne różnice między tymi dwoma typami. Dzisiaj omówimy szczegółowo różnice między tworzywami termoplastycznymi i termoutwardzalnymi.

Podstawy tworzyw termoplastycznych i termoutwardzalnych

Tworzywa termoplastyczne

Tworzywa termoplastyczne to klasa tworzyw sztucznych, które można formować w określonej temperaturze, zestalać po schłodzeniu i powtarzać ten proces wielokrotnie.

Są one szeroko stosowane i składają się głównie z żywic termoplastycznych zmieszanych z różnymi dodatkami. W określonych temperaturach tworzywa te mogą zmięknąć lub stopić się w dowolny kształt i zachować ten kształt po schłodzeniu. Stan ten można osiągać wielokrotnie, a proces ten obejmuje jedynie zmiany fizyczne.

Przykłady tworzyw termoplastycznych obejmują nylon (Nylon), polietylen (PE), polipropylen (PP), polichlorek winylu (PVC), akrylonitryl-butadien-styren (ABS), polistyren (PS), polioksymetylen (POM), poliwęglan (PC), poliuretan (PU) i politetrafluoroetylen (Teflon, PTFE).

Tworzywa termoutwardzalne

Tworzywa termoutwardzalne miękną i płyną po pierwszym podgrzaniu. Po podgrzaniu do określonej temperatury ulegają reakcji chemicznej znanej jako sieciowanie, która powoduje ich nieodwracalne utwardzenie. Po związaniu nie można ich zmiękczyć przez ponowne podgrzanie. Cecha ta jest wykorzystywana w procesach formowania: podczas pierwszego ogrzewania tworzywo sztuczne płynie i wypełnia wnękę formy pod ciśnieniem, a następnie twardnieje do ustalonego kształtu i rozmiaru.

Tworzywa termoutwardzalne twardnieją w wyniku reakcji chemicznej po podgrzaniu, dodaniu ciśnienia lub wprowadzeniu utwardzacza, który zmienia ich strukturę chemiczną, czyniąc je twardymi i nierozpuszczalnymi w rozpuszczalnikach, i nie miękną po ponownym podgrzaniu.

Przykłady tworzyw termoutwardzalnych obejmują tworzywa fenolowe, mocznikowe, melaminowo-formaldehydowe, epoksydowe, nienasycone poliestrowe i silikonowe.

Ich typowe zastosowania obejmują:

• Tworzywa fenolowe (używane do uchwytów garnków)
• Formaldehyd melaminowy (stosowany w laminatach z tworzyw sztucznych)
• Żywice epoksydowe (stosowane do klejów)
• Nienasycone poliestry (używane do kadłubów łodzi)
• Estry winylowe (używane do produkcji karoserii samochodowych)
• Poliuretan (stosowany w podeszwach butów i piankach)

Różnice między tworzywami termoplastycznymi i termoutwardzalnymi

1. Struktura molekularna

Najbardziej zauważalną różnicą między tworzywami termoplastycznymi a termoutwardzalnymi jest to, że tworzywa termoplastyczne można ponownie podgrzać i zmiękczyć po utwardzeniu. W przeciwieństwie do nich, termoutwardzalne tworzywa sztuczne nie mogą być zmiękczone przez ponowne podgrzanie po uformowaniu; ulegną one rozkładowi w wysokich temperaturach.

• Tworzywa termoplastyczne: Struktura molekularna jest liniowa i zazwyczaj nie zawiera grup reaktywnych. Nie ulegają sieciowaniu po podgrzaniu, umożliwiając swobodne przesuwanie się łańcuchów molekularnych, dzięki czemu topią się po podgrzaniu i rozpuszczają w niektórych rozpuszczalnikach.
• Tworzywa termoutwardzalne: Przed formowaniem mają strukturę łańcuchową podobną do tworzyw termoplastycznych. Podczas formowania ulegają polimeryzacji termicznej lub chemicznej, tworząc usieciowaną strukturę. Po zakończeniu tej reakcji cząsteczki polimeru tworzą trójwymiarową sieć, która zapobiega przesuwaniu się łańcuchów molekularnych, w wyniku czego powstaje nietopliwe, nierozpuszczalne ciało stałe.

2. Temperatura topnienia

Tworzywa termoutwardzalne mają temperaturę topnienia wyższą niż ich temperatura degradacji. Ulegają one degradacji przed stopieniem po ponownym podgrzaniu po utwardzeniu, przez co nie nadają się do recyklingu. Tworzywa termoplastyczne mają jednak niższą temperaturę topnienia i istnieje zakres między ich temperaturą topnienia a temperaturą rozkładu termicznego, w którym mogą być przetwarzane w różnych formach, takich jak formowanie wtryskowe, rozdmuchiwanie, wytłaczanie i rozdmuchiwanie folii. Tworzywa te można wielokrotnie przetapiać, co zazwyczaj pozwala na wykonanie do siedmiu cykli recyklingu przed pogorszeniem wydajności.

3. Odporność na korozję

Oba rodzaje polimerów są odporne na rdzę lub korozję i nadają się do zastosowań zewnętrznych oraz kontaktu z mediami powodującymi korozję. Tworzywa termoplastyczne są jednak bardziej odporne na korozję chemiczną niż tworzywa termoutwardzalne.

4. Trwałość

W produkcji tworzyw konstrukcyjnych do samochodów lub urządzeń odporność na ciepło i trwałość mają kluczowe znaczenie. Ogólnie rzecz biorąc, materiały termoutwardzalne są trwalsze niż ich odpowiedniki. Polimery te są zazwyczaj lżejsze i charakteryzują się doskonałą wytrzymałością, ciągliwością i odpornością na uderzenia. Mogą być dodatkowo wzmocnione materiałami takimi jak włókno szklane i włókno węglowe. Dlatego też zalety strukturalne i stabilność wymiarowa tworzyw termoutwardzalnych sprawiają, że są one bardziej odpowiednie pod względem trwałości.

5. Techniki przetwarzania

• Tworzywa termoutwardzalne: Przetwarzane w postaci płynnej przy użyciu metod takich jak formowanie z transferem żywicy (RTM) i formowanie wtryskowe z reakcją (RIM). Proces utwardzania obejmuje inhibitory, utwardzacze, plastyfikatory lub wypełniacze. Wybór wzmocnienia zależy od pożądanego rezultatu.
• Tworzywa termoplastyczne: Mogą być przetwarzane przy użyciu różnych metod, w tym formowania wtryskowego, wytłaczania, formowania próżniowego i termoformowania. Tworzywa termoplastyczne są doskonałymi izolatorami termicznymi, co skutkuje dłuższym czasem chłodzenia w porównaniu z innymi tworzywami sztucznymi.

Identyfikacja tworzyw termoplastycznych i termoutwardzalnych

Na koniec zidentyfikujmy te popularne rodzaje tworzyw sztucznych, korzystając z poniższych tabel:

Tabela charakterystyk spalania tworzyw sztucznych

Tabela dodatkowych charakterystyk spalania tworzyw sztucznych