Tworzywo termoplastyczne vs. Żywice termoutwardzalne (kompozyty)

Zastosowanie tworzywa termoplastycznego polimer żywice są niezwykle rozpowszechnione i większość z nas kontaktuje się z nimi w takiej lub innej formie prawie codziennie. Przykłady typowych żywic termoplastycznych i wytwarzanych z nimi produktów obejmują:

• ZWIERZĘ DOMOWE (butelki na wodę i napoje gazowane)
• Polipropylen (pojemniki do pakowania)
• Poliwęglan (szkło bezpieczne)
• PBT (zabawki dzieci)
• Winyl (ramy okienne)
• Polietylen (torby na zakupy)
• PCV (rura hydrauliczna)
• PEI (podłokietniki samolotowe)
• Nylon (obuwie, odzież)

Tworzywa termoplastyczne w postaci kompozytów najczęściej nie są wzmacniane, co oznacza, że ​​formowana jest żywica kształty, które opierają się wyłącznie na krótkich, nieciągłych włóknach, z których są zbudowane, aby je utrzymać Struktura. Z drugiej strony wiele produktów formowanych w technologii termoutwardzalnej jest wzbogaconych o inne elementy konstrukcyjne - najczęściej z włókna szklanego i włókno węglowe—Do wzmocnienia.

Postępy w technologii termoutwardzalnej i termoplastycznej są w toku i na pewno jest miejsce na jedno i drugie. Chociaż każdy ma własny zestaw zalet i wad, to, co ostatecznie decyduje o tym, który materiał najlepiej pasuje do danej aplikacji, sprowadza się do liczba czynników, które mogą obejmować którekolwiek lub wszystkie z następujących czynników: wytrzymałość, trwałość, elastyczność, łatwość / koszt wytworzenia oraz recykling.

Kompozyty termoplastyczne oferują dwie główne zalety w niektórych zastosowaniach produkcyjnych: Po pierwsze, wiele kompozytów termoplastycznych ma zwiększoną odporność na uderzenia w porównaniu do porównywalnych tworzyw termoutwardzalnych. (W niektórych przypadkach różnica może wynosić nawet 10-krotność odporności na uderzenia).

Inną ważną zaletą kompozytów termoplastycznych jest ich zdolność do nadawania się do ciągliwości. Surowe żywice termoplastyczne są stałe w temperaturze pokojowej, ale gdy ciepło i ciśnienie nasycą włókno wzmacniające, a zmiana fizyczna zachodzi (jednak nie jest to reakcja chemiczna, która powoduje trwałą, nieodwracalną zmianę). To pozwala na ponowne formowanie i kształtowanie kompozytów termoplastycznych.

Na przykład można podgrzać pultrudowany termoplastyczny pręt kompozytowy i ponownie go uformować, aby uzyskać krzywiznę. Po schłodzeniu krzywa pozostanie, co nie jest możliwe w przypadku żywic termoutwardzalnych. Ta właściwość stanowi ogromną obietnicę dla przyszłości recyklingu termoplastycznych produktów kompozytowych po zakończeniu ich pierwotnego zastosowania.

Chociaż może być plastyczny poprzez zastosowanie ciepła, ponieważ naturalny stan żywicy termoplastycznej jest stały, trudno jest zaimpregnować go włóknem wzmacniającym. Żywica musi zostać podgrzana do temperatura topnienia i należy zastosować ciśnienie, aby zintegrować włókna, a następnie kompozyt musi zostać schłodzony, cały czas pod ciśnieniem.

Należy zastosować specjalne oprzyrządowanie, technikę i sprzęt, z których wiele jest drogich. Proces jest znacznie bardziej złożony i kosztowny niż tradycyjne wytwarzanie kompozytów termoutwardzalnych.

W żywicy termoutwardzalnej surowe nieutwardzone cząsteczki żywicy są krzyżowane przez katalityczną reakcję chemiczną. Poprzez tę reakcję chemiczną, najczęściej egzotermiczną, cząsteczki żywicy tworzą niezwykle silne wiązania ze sobą, a żywica zmienia stan z ciekłego w stały.

Ogólnie rzecz biorąc, polimer wzmocniony włóknem (FRP) odnosi się do zastosowania włókien wzmacniających o długości 1/4 cala lub większej. Te elementy zwiększają jednak właściwości mechaniczne, chociaż są technicznie rozważane kompozyty wzmacniane włóknami, ich wytrzymałość nie jest prawie porównywalna z wytrzymałością ciągłych wzmacnianych włóknami kompozyty.

Tradycyjne kompozyty FRP wykorzystują żywicę termoutwardzalną jako matrycę, która mocno przytrzymuje włókno strukturalne. Zwykła żywica termoutwardzalna obejmuje:

• Żywica poliestrowa
• Żywica winylowo-estrowa
• Żywica epoksydowa
• Fenolowy
• Uretan
• Najpopularniejszą żywicą termoutwardzalną stosowaną obecnie jest żywica poliestrowa, a następnie ester winylowy i epoksyd. Żywice termoutwardzalne są popularne, ponieważ nieutwardzone i w temperatura pokojowa, są w stanie ciekłym, co pozwala na wygodną impregnację włókien wzmacniających, takich jak włókno szklane, włókno węglowe lub Kevlar.

Ciekła żywica o temperaturze pokojowej jest dość łatwa w użyciu, chociaż wymaga odpowiedniej wentylacji do zastosowań produkcyjnych na wolnym powietrzu. W laminowaniu (produkcja form zamkniętych) ciekłą żywicę można szybko kształtować za pomocą pompy próżniowej lub nadciśnieniowej, co pozwala na masową produkcję. Oprócz łatwości produkcji, żywice termoutwardzalne oferują wiele korzyści, często wytwarzając doskonałe produkty przy niskim koszcie surowców.

Korzystne właściwości żywic termoutwardzalnych obejmują:

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

Żywicy termoutwardzalnej, po katalizowaniu, nie można odwrócić ani zmienić kształtu, co oznacza, że ​​po utworzeniu 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 kompozyty w procesie beztlenowym znanym jako piroliza i przynajmniej są w stanie odzyskać wzmocnienie błonnik.