Termosety vs. termoplasty

Porovnání termosetů a termoplastů

Podle DIN 7724 se plasty (včetně plastů) na základě jejich mechanického chování dělí na termoplasty, duroplasty, elastomery a termoplastické elastomery.
Plasty se synteticky vyrábějí ze surovin, jako je ropa. Kvůli organickému uhlíku nebo sloučeninám křemíku se nazývají organické materiály.

Termoset vs. termoplast

Termosety a termoplasty jsou dvě různé rodiny plastů, které se liší tím, jak se chovají při vystavení teplu. Hlavním rozdílem mezi těmito dvěma je, že termoset je materiál, který při zahřátí tuhne, ale po počátečním tvarování jej nelze přetvarovat nebo zahřát, zatímco termoplast lze podle potřeby znovu zahřát, přetvarovat a ochladit, aniž by se skutečně deformoval, dojde k transformaci.

Kvůli těmto fyzikálním a chemickým vlastnostem mají termoplastické materiály nízký bod tání, zatímco termosetové výrobky mohou odolat vyšším teplotám, aniž by ztratily svou strukturální integritu.

Tento příspěvek poskytuje přehled použití a aplikací každého z těchto typů termosetových polymerů, včetně shrnutí relativních výhod a omezení každého typu.

Co jsou termosety?

Plasty jsou dnes jedním z nejpoužívanějších materiálů při výrobě zboží, od počítačové myši, kterou používáte, přes klávesnici, na které píšete, až po Mezinárodní vesmírnou stanici – plasty se používají téměř ve všem.

Jak tedy mohou plasty, ze kterých lze vyrobit něco tak jednoduchého, jako je kuličkové pero, vytvořit něco tak složitého, aby to odolalo náročným fyzikálním a chemickým vlivům, jako je nadměrné teplo a koroze? Odpověď je termoset nebo termoset. Termosety jsou jedinečné a velmi se liší od tradičních plastů, jako jsou termoplasty.

Jaký je tedy rozdíl mezi termoplasty a termosety?

Na rozdíl od konvenčních termoplastických komponentů, které se taví a deformují, když je teplo příliš vysoké, duroplastické komponenty, jak název napovídá, po počátečním tepelném zpracování ztuhnou ve svých fyzikálních a chemických vlastnostech, a proto již nejsou ovlivněny dalším působením tepla.

Proces je velmi podobný jako u vajec na tvrdo. Jakmile je vejce uvařeno, další zahřívání nezpůsobí jeho deformaci – podobně jako vytvrzování termosetové části. Po počátečním tepelném tvarování a jejich odolnosti vůči teplu, korozi a mechanickému tečení jsou termosety ideální pro použití v součástech, které vyžadují těsné tolerance a vynikající pevnostní a hmotnostní vlastnosti, přičemž jsou také vystaveny vysokým teplotám.

Použití termosetů

Termosetové plasty nabízejí vylepšenou, vysoce výkonnou kombinaci tepelné stability, chemické odolnosti a strukturální integrity. Termosetové komponenty se používají v celé řadě průmyslových odvětví – a používají se v automobilovém průmyslu, v průmyslu domácích spotřebičů, elektrotechnickém, osvětlovacím a energetickém průmyslu díky jejich vynikající chemické a tepelné stabilitě a také vynikající pevnosti, tvrdosti a tvarovatelnosti.

Termosetové kompozity jsou schopny splnit specifikace široké škály výrobních materiálů při velmi nízkých nákladech. Jejich použití umožňuje výrobu řady malých i velkých dílů s vysokými objemy výroby s konstantní opakovatelností od šarže k šarži. Termosety nabízejí alternativní proces, kdy složité a geometrické tvary nelze realizovat zpracováním kovů nebo použitím termoplastů, ale lze je vyrobit jedním nástrojem. Termosety si zachovávají stabilitu ve všech prostředích a teplotách.

Výhody termosetů

Použití termosetů má řadu výhod. Na rozdíl od termoplastů si tyto zachovávají pevnost a tvar i při zahřátí. Díky tomu jsou termosety ideální pro výrobu odolných součástí a velkých masivních forem. Kromě toho mají tyto součásti vynikající pevnostní vlastnosti (ačkoli jsou křehké) a neztrácejí významnou pevnost, když jsou vystaveny zvýšeným provozním teplotám.

Termosetové plasty jsou v průmyslu stále populárnější, protože představují levnější náhradu kovových součástí.

Nevýhody termosetů

Použití termosetů má určité nevýhody, přičemž nevýhody z hlediska materiálových vlastností nejsou tak výrazné jako u termoplastů.

Nízká počáteční viskozita materiálů vede k tvorbě otřepů a nutnosti přepracování. Vzhledem k nízké pevnosti v tahu a tažnosti musí být díly také silnostěnné.

Sloučeniny používané v termosetech jsou reaktivní systémy, které mohou ovlivnit trvanlivost surovin. V dávkových procesech může docházet k větším výkyvům a menší konzistenci od šarže k šarži.

Vysoké hladiny některých plniv v materiálech mohou způsobit nadměrné opotřebení nástroje. Kvalita produktu závisí na stupni zesítění dosaženém během lisovacího cyklu.

Seznam typů termosetů a termosetových materiálů

Termosetové polymery se skládají z různých typů materiálů, které mají důležité funkce a aplikace v průmyslu zpracování plastů. Dva procesy pro termosetové formovací směsi jsou Reaction Injection Molding (RIM) a Resin Transfer Molding (RTM).

Termosetové kompozity se skládají z matrice a disperzní, vláknité nebo spojité druhé fáze. Licí pryskyřice obsahují katalyzátor nebo tvrdidlo. Termosetové elektrické pryskyřice a elektronické produkty se používají v zalévacích nebo zalévacích směsích, vodivých lepidlech a dielektrických tmelech.

Tepelné spojování se používá k vytvoření tepelně vodivé vrstvy na substrátu, buď mezi součástmi, nebo uvnitř hotového elektronického produktu. Termosetové proplachovací směsi se používají k čištění vstřikovacích lisů mezi sudy různých barev nebo složení. Výplně mezer se používají k vyplnění mezer nebo mezer mezi dvěma povrchy, které se mají lepit nebo utěsnit. 1

Mezi specifické typy termosetů používaných v průmyslu zpracování plastů patří:

RIM Duroplast (Duroplast):

RTM duroplasty (vyztužené skelným vláknem):

Epoxidová pryskyřice (EP) – dobré mechanické vlastnosti,
Nenasycené polyesterové pryskyřice (UP) – snadná manipulace, levné,
Vinylesterová pryskyřice (VE) – vysoká teplotní stabilita a
Fenolové pryskyřice (PF) - elektricky izolační.
Polyimidové pryskyřice (PI) - odolnost vůči vysokým teplotám

Mezi další typy termosetů a pryskyřic patří bismaleimid (BMI), fluorpolymery, polytetrafluorethylen (PTFE), polyvinylidenfluorid (PVDF), melamin, silikon a močovinoformaldehyd.

Metody zpracování duroplastů

Termosety se zpracovávají v následujících procesech:

vstřikování
lis
injekční komprese
Přetlačovací lisování (přenášecí lisování)

Termosety lze rozdělit do tří různých tříd

Tekuté termosety
BMC (směs pro hromadné formování)
SMC (Sheet Molding Compound)

Tekuté termosety

Zatékavé termosety jako bakelit, fenolové pryskyřice (PF), melaminové pryskyřice (MF), DAP, epoxidové pryskyřice (EP), močovinové pryskyřice (UF), nenasycený polyester (UP) Zatékavé termosety jsou zrnité nebo práškové. Často se tabletují pro proces lisování a jsou také ideální pro zpracování ve vstřikování, kde může být surovina dopravována automaticky konvenčním způsobem. Zpracovává se například bakelit, fenolové pryskyřice (PF), melaminové pryskyřice (MF), DAP, epoxidové pryskyřice (EP), močovinové pryskyřice (UF) a nenasycené polyestery (UP).

BMC (směs pro hromadné formování)

BMC je plast vyztužený skelnými vlákny vyrobený z vinylové pryskyřice nebo polyesteru, který dosahuje velmi dobrých mechanických vlastností, extrémně vysoké bezhalogenové zpomalování hoření a nejlepších elektrických vlastností (odolnost proti odvětrávání). V závislosti na receptuře splňují materiály BMC také železniční normu DIN EN 45545-2.

Součásti s velmi malým zkreslením lze vyrobit přidáním nulového smrštění.

SMC (Sheet Molding Compound)

Rohože SMC jsou těstové formovací hmoty vyrobené z termosetových pryskyřic a skleněných vláken, většinou polyesterové nebo vinylové pryskyřice.

Co jsou termoplasty?

Jak již bylo zmíněno, plasty jsou dobře známé jako skutečné aplikace pro použití v chemii. Plast je materiál, který všude používáme, od plastových nádob, lahví a život zachraňujících lékařských přístrojů až po letecké součásti.

Termoplastické polymery jsou jedním z takových typů plastů, které jsou známé svou všestranností a recyklovatelností. Termoplastické polymery se tvoří, když se opakující se jednotky nazývané monomery spojují a vytvářejí řetězce nebo větve.

Termoplastické granule měknou při zahřívání a stávají se tekutějšími, když je aplikováno více tepla. Proces vytvrzování je 100% reverzibilní, protože nedochází k žádné chemické vazbě. Tato vlastnost umožňuje termoplasty přetvářet a recyklovat bez ovlivnění fyzikálních vlastností materiálu.

Existuje celá řada termoplastických pryskyřic, které nabízejí různé výkonnostní výhody, ale většina nejběžnějších materiálů nabízí vysokou pevnost, odolnost proti smršťování a mírnou flexibilitu. V závislosti na pryskyřici lze termoplasty použít pro aplikace s nízkým namáháním, jako je např B. plastové sáčky nebo pro vysoce namáhané mechanické díly.

Příklady termoplastických polymerů jsou polyethylen, PVC a nylon.

Aplikace termoplastů

Ve znečištěném, kyselém prostředí, jaké se vyskytuje v moderních městech, jsou ocelové potrubní systémy často náchylné ke korozi nebo korozi, a proto vyžadují zvláštní opatření, aby se zabránilo korozi. Náklady na ochranu ocelových potrubních systémů vystavených těmto drsným prostředím mohou být velmi vysoké. Termoplasty jsou považovány za levnou náhradu pro minimalizaci těchto nákladů. Některé vlastnosti termoplastů, které z nich činí vhodný náhradní materiál, jsou:

– Jejich schopnost odolávat korozivním materiálům a korozivnímu prostředí.
– Vaše schopnost nosit materiály s extrémními teplotami (horké nebo studené).
– Jejich schopnost zvládnout prakticky jakýkoli typ aplikace transportu tekutin.
Běžnými materiály pro výrobu těchto trubek jsou PVC nebo CPVC. Mezi další materiály patří polypropylen, PVDF, ABS, nylon a polyethylen. Polyetylenové plynové nádrže se používají k přepravě zemního plynu v obytných a komerčních aplikacích.

Další běžné použití termoplastů je v polyetylenu s vysokou hustotou k zapouzdření pevných předmětů, jako jsou elektrická zařízení. Nízkohustotní polyetylen je velmi elastický a ideální pro izolaci elektrických kabelů. Polyamid je nejčastěji spojován s výrobou lan a popruhů.

Výhody a nevýhody termoplastů

Hlavní výhodou termoplastů je jejich široká oblast použití. Termoplasty jsou vysoce pevné, lehké materiály a mají relativně nízké náklady na zpracování. Kromě toho lze termoplastické součásti vyrábět relativně snadno ve velkém množství a s vysokou přesností.

Hlavní nevýhodou použití termoplastů místo materiálů jako je kov je jejich relativně nízký bod tání. Některé typy termoplastů nízké kvality se mohou roztavit, když jsou vystaveny slunci po dlouhou dobu. Kromě toho mohou mít termoplasty špatnou odolnost vůči organickým rozpouštědlům, uhlovodíkům a vysoce polárním rozpouštědlům.

Termoplasty jsou náchylné k tečení, což znamená, že materiál se při dlouhodobém namáhání roztahuje a slábne. Náchylnost k tečení je umocněna nižší teplotou tání materiálu. Jiné druhy termoplastů jako např B. Kompozity se mohou při vysokém napětí místo deformace zlomit.

Druhy termoplastických materiálů

Typy termoplastů běžně používané pro výrobu zahrnují polyethylen (PE), polyvinylchlorid (PVC) a polystyren (PS), který se běžně používá pro balení. Dalšími skupinami termoplastů jsou akryláty, fluoropolymery, polyestery, polyimidy a nylony. Všechny tyto typy lze znovu a znovu roztavit a přetvořit do různých tvarů. Například pěnový kelímek je termoplastický materiál, který lze přetavit a vytvořit z něj misku.

Některé z nejčastěji používaných termoplastických materiálů jsou

– PC polykarbonát
- POM polyoxymethylen
– PMMA akrylové sklo
– PA polyamid (nylon)
– PE polyetylen
– PP polypropylen
– PS polystyren
- PVC polyvinylchlorid
– PTFE teflon

Termoset vs. termoplast – shrnutí

Termosety a termoplasty jsou dostupné v různých materiálových variantách a lze je použít pro různé aplikace, pokud omezení materiálu nevedou k selhání produktu za zamýšlených provozních podmínek. Základní vlastnosti těchto materiálů zůstávají stejné: vysoká univerzálnost a recyklovatelnost. Pokud jde o užitečné aplikace v reálném světě, stěží najdete lepší příklad, než je výroba plastů prostřednictvím těchto dvou procesů.