Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Thermoset )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Слева : отдельные линейные полимерные цепи.
Справа : полимерные цепи, которые были сшиты для получения жесткого трехмерного термореактивного полимера.

Термореактивный полимер, смолы, или пластмассы , часто называют термореактивным , является полимером , который необратимо закаленные отверждений из мягкого твердого или вязкой жидкости форполимера или полимера. [1] Отверждение индуцируется нагреванием или подходящим излучением и может быть ускорено высоким давлением или смешиванием с катализатором . Необязательно применять тепло снаружи. Он часто возникает в результате реакции смолы с отвердителем ( катализатором , отвердителем ). Отверждение приводит к химическим реакциям, которые создают обширные поперечные связи между полимерными цепями, чтобы произвестинеплавкие и нерастворимые полимерные сети.

Исходный материал для изготовления реактопластов, как правило , ковкий или жидкости перед отверждением, и часто предназначен для формования в окончательную форму. Его также можно использовать в качестве клея . После затвердевания термореактивный полимер не может быть расплавлен для изменения формы, в отличие от термопластичных полимеров, которые обычно производятся и распространяются в форме гранул, которым придают форму конечного продукта путем плавления, прессования или литья под давлением.

Химический процесс [ править ]

Отверждение термореактивной смолы превращает ее в пластик или эластомер ( каучук ) за счет сшивки или удлинения цепи за счет образования ковалентных связей между отдельными цепями полимера. Плотность сшивки варьируется в зависимости от смеси мономеров или форполимеров и механизма сшивания:

Акриловые смолы, сложные полиэфиры и сложные виниловые эфиры с ненасыщенными участками на концах или в основной цепи обычно связаны путем сополимеризации с ненасыщенными мономерными разбавителями, с отверждением, инициированным свободными радикалами, генерируемыми ионизирующим излучением, или фотолитическим или термическим разложением радикального инициатора - на интенсивность сшивания влияет степень ненасыщенности основной цепи форполимера; [2]

Эпоксидные функциональные смолы могут быть гомополимеризованы с анионными или катионными катализаторами и нагреванием или сополимеризованы посредством реакций нуклеофильного присоединения с многофункциональными сшивающими агентами, которые также известны как отвердители или отвердители. По мере протекания реакции все больше и больше образуются молекулы и развиваются сильно разветвленные сшитые структуры, причем на скорость отверждения влияет физическая форма и функциональность эпоксидных смол и отвердителей [3] - постотверждение при повышенной температуре вызывает вторичное сшивание гидроксильных функциональных групп основной цепи, которые конденсируются с образованием эфирных связей;

Полиуретаны образуются, когда изоцианатные смолы и форполимеры комбинируются с полиолами с низкой или высокой молекулярной массой, при этом строгие стехиометрические соотношения необходимы для контроля нуклеофильной аддитивной полимеризации - степень сшивки и конечный физический тип (эластомер или пластик) регулируется в зависимости от молекулярной массы и функциональность изоцианатных смол, форполимеров и точных комбинаций выбранных диолов, триолов и полиолов, причем на скорость реакции сильно влияют катализаторы и ингибиторы; полимочевины образуются практически мгновенно, когда изоцианатные смолы комбинируются с длинноцепочечными аминными функциональными полиэфирными или полиэфирными смолами и короткоцепочечными диаминовыми наполнителями - реакция нуклеофильного присоединения амин-изоцианат не требует катализаторов.Полимочевины также образуются при контакте изоцианатных смол с влагой;[4]

Все фенольные, амино- и фурановые смолы отверждаются поликонденсацией, включающей выделение воды и тепла, с контролем за инициированием отверждения и экзотермией полимеризации, зависящим от температуры отверждения, выбора катализатора или загрузки и метода обработки или давления - степени предварительной полимеризации и уровня остаточных количеств Содержание гидроксиметила в смолах определяет плотность сшивки. [5]

Бензоксазины отверждаются экзотермической полимеризацией с раскрытием кольца без выделения каких-либо химических веществ, что приводит к почти нулевой усадке при полимеризации. [6]

Смеси термореактивных полимеров на основе мономеров и форполимеров термореактивных смол могут быть составлены, применены и обработаны различными способами для создания отличительных свойств отверждения, которых нельзя добиться с помощью термопластичных полимеров или неорганических материалов. [7] [8] Применение / процесс применения и способы для реактопластов включают защитное покрытие , бесшовные полы , гражданского строительства конструкции затирки для сращивания и инъекций, растворов , формовочных смесей, клеев , герметиков , отливок , заливки , электрическую изоляцию ,Инкапсуляция , 3D печать , твердые пены , мокрая планировка до ламинирования, пултрузия , гелькоуты , намотка нити , пра-pregs , и формование. Конкретными методами формования термореактивных материалов являются:

  • Реактивное литье под давлением (используется для таких объектов, как ящики для бутылок из-под молока)
  • Экструзионное формование (используется для изготовления труб, тканевых нитей и изоляции электрических кабелей)
  • Компрессионное формование (используется для формования термореактивных пластиков SMC и BMC )
  • Спиновое литье (используется для изготовления рыболовных приманок и приспособлений , игровых миниатюр , фигурок , эмблем, а также изготовления и замены деталей)

Свойства [ править ]

Термореактивные пластмассы , как правило , сильнее , чем термопластичные материалы вследствие трехмерной сетки связей (сшивании), а также лучше подходят для высокотемпературных температурных применений вплоть до температуры разложения , так как они сохраняют свою форму как сильные ковалентные связи между полимерными цепями , не может быть легко ломается. Чем выше плотность сшивки и содержание ароматических веществ в термореактивном полимере, тем выше устойчивость к термическому разложению и химическому воздействию. Механическая прочность и твердость также улучшаются с увеличением плотности сшивки, хотя и за счет хрупкости. [9] Обычно они разлагаются перед плавлением.

Твердые пластмассовые реактопласты могут подвергаться остаточной или пластической деформации под нагрузкой. Эластомеры, которые являются мягкими и упругими или эластичными и могут деформироваться и возвращаться к своей исходной форме при снятии нагрузки.

Обычные термореактивные пластмассы или эластомеры нельзя плавить и изменять форму после отверждения. Обычно это предотвращает переработку с той же целью, за исключением использования в качестве наполнителя. [10] Новые разработки, включающие термореактивные эпоксидные смолы, которые при контролируемом нагреве образуют сшитые сети, допускающие многократное изменение формы, как кварцевое стекло, путем обратимых реакций обмена ковалентными связями при повторном нагреве выше температуры стеклования. [11] Существуют также термореактивные полиуретаны, обладающие переходными свойствами, которые, таким образом, могут быть переработаны или переработаны. [12]

Материалы, армированные волокном [ править ]

При смешивании с волокнами термореактивные смолы образуют армированные волокном полимерные композиты, которые используются в производстве готовых конструкционных композитных материалов OEM или запасных частей [13], а также в качестве накладываемых на месте, отвержденных и готовых композитных ремонтов [14] [15 ] ] и защитные материалы. При использовании в качестве связующего для заполнителей и других твердых наполнителей они образуют армированные частицами полимерные композиты, которые используются для заводского нанесения защитного покрытия или изготовления компонентов, а также для нанесения и отверждения на месте строительства или в целях технического обслуживания .

Примеры [ править ]

  • Системы стекловолокна на основе полиэфирной смолы : формовочные смеси для листов и формовочные смеси для объемных форм намотка филамента; ламинация мокрым способом; ремонтные составы и защитные покрытия.
  • Полиуретаны : изоляционные пены, матрасы, покрытия, клеи, автомобильные детали, ролики для печати, подошвы для обуви, напольные покрытия, синтетические волокна и т. Д. Полиуретановые полимеры образуются путем объединения двух двух- или более функциональных мономеров / олигомеров.
  • Гибриды полимочевины / полиуретана, используемые для изготовления износостойких гидроизоляционных покрытий.
  • Вулканизированная резина .
  • Бакелит , A фенол - формальдегидные смолы , используемые в электрических изоляторов и Пластик.
  • Дуропласт , легкий, но прочный материал, похожий на бакелит, используемый для изготовления автомобильных деталей.
  • Мочевино-формальдегидная пена используется в производстве фанеры , ДСП и древесноволокнистых плит средней плотности.
  • Меламиновая смола, используемая на поверхностях столешниц. [16]
  • Диаллил-фталат (DAP) используется в высокотемпературных электрических соединителях и других компонентах. Обычно наполнен стеклом.
  • Эпоксидная смола [17], используемая в качестве компонента матрицы во многих пластиках, армированных волокном, таких как пластик, армированный стекловолокном и пластик, армированный графитом ; Кастинг; инкапсуляция электроники; [18] конструкция; защитные покрытия; клеи; герметизация и соединение.
  • Эпоксидные новолачные смолы, используемые для изготовления печатных плат, электроизоляции, клеев и покрытий по металлу.
  • Бензоксазины , используемые сами по себе или гибридизированные с эпоксидными и фенольными смолами, для структурных препрегов, жидких формовочных и пленочных клеев для композитных конструкций, склеивания и ремонта.
  • Полиимиды и бисмалеимиды используются в печатных платах и ​​деталях корпусов современных самолетов, аэрокосмических композитных конструкциях, в качестве материала покрытия и для труб, армированных стекловолокном.
  • Сложные эфиры цианата или полицианураты для электроники, требующей диэлектрических свойств и требований к высокой температуре стекла в конструкционных композитных компонентах аэрокосмической отрасли.
  • Формы или направляющие формы (черная пластиковая часть в интегральных схемах или полупроводниках).
  • Фурановые смолы, используемые в производстве устойчивых биокомпозитных конструкций, [19] цементов, клеев, покрытий и литейных / литейных смол.
  • Силиконовые смолы, используемые для композитов с термореактивной полимерной матрицей и в качестве предшественников композитов с керамической матрицей.
  • Тиолит , электроизоляционный термореактивный фенольный ламинат.
  • Смолы на основе сложного винилового эфира, используемые для мокрого ламинирования, формования и быстросхватывающихся промышленных защитных и ремонтных материалов.

См. Также [ править ]

  • Эпоксидное покрытие, связанное плавлением
  • Термореактивная полимерная матрица
  • Вулканизация

Ссылки [ править ]

  1. ^ IUPAC , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн исправленная версия: (2006–) « термореактивный полимер ». DOI : 10,1351 / goldbook.TT07168
  2. ^ Технология ненасыщенных полиэфиров, изд. П.Ф. Брюинз, Гордон и Брич, Нью-Йорк, 1976 г.
  3. ^ Химия и технология эпоксидных смол, изд. Б. Эллис, Springer, Нидерланды, 1993, ISBN  978-94-010-5302-0
  4. ^ Справочник по полиуретану, под ред. G Oertel, Hanser, Мюнхен, Германия, 2-е издание, 1994, ISBN 1569901570 , ISBN 978-1569901571  
  5. ^ Основы и приложения реактивных полимеров: Краткое руководство по промышленным полимерам (Библиотека дизайна пластмасс), William Andrew Inc., 2-е издание, 2013 г., ISBN 978-1455731497 
  6. ^ «Полибензоксазины» . База данных свойств полимеров .
  7. ^ Краткая энциклопедия науки и техники полимеров, изд. JI Kroschwitz, Wiley, New York, 1990, ISBN 0-471-5 1253-2 
  8. ^ Применение промышленных полимеров: Essential Chemistry and Technology, Королевское химическое общество, Великобритания, 1-е издание, 2016 г., ISBN 978-1782628149 
  9. ^ SH Гудман, Х. Додюк-Кениг, изд. (2013). Справочник по термореактивным пластмассам (3-е изд.). США: Уильям Эндрю. ISBN 978-1-4557-3107-7.
  10. ^ Открытый университет (Великобритания), 2000. T838 Дизайн и производство с полимерами: Введение в полимеры , стр. 9. Милтон Кейнс: Открытый университет
  11. ^ Д. Montarnal, М. Capelot, Ф. Tournilhac, Л. Лейблер, Наука, 2011, 334, 965-968], DOI : 10.1126 / science.1212648
  12. ^ Фортман, Дэвид Дж .; Джейкоб П. Брутман; Кристофер Дж. Крамер ; Марк А. Хиллмайер; Уильям Р. Дихтель (2015). «Механически активированные, не содержащие катализаторов, полигидроксиуретановые витримеры». Журнал Американского химического общества. DOI : 10.1021 / jacs.5b08084
  13. ^ Композиты с полимерной матрицей: использование материалов, конструкция и анализ, SAE International, 2012, ISBN 978-0-7680-7813-8 
  14. ^ PCC-2 Ремонт оборудования, работающего под давлением, и трубопроводов, Американское общество инженеров-механиков, 2015, ISBN 978-0-7918-6959-8 
  15. ^ ISO 24817 Композитный ремонт трубопроводов: квалификация и проектирование, установка, испытания и осмотр, 2015, ICS: 75.180.20
  16. ↑ Роберто К. Данте, Диего А. Сантамария и Хесус Мартин Хиль (2009). «Сшивание и термостойкость термореактивных материалов на основе новолака и меламина». Журнал прикладной науки о полимерах . 114 (6): 4059–4065. DOI : 10.1002 / app.31114 .
  17. ^ Гусман, Энрике; Кунони, Джоэль; Гмюр, Томас (2014). «Многофакторные модели углеродного волокна / эпоксидного композита, подверженного ускоренному старению в окружающей среде». Композитные конструкции . 111 (4): 179–192. DOI : 10.1016 / j.compstruct.2013.12.028 .
  18. ^ Кулкарни, Ромит; Вапплер, Питер; Солтани, Махди; Хайбат, Мехмет; Гюнтер, Томас; Groezinger, Тобиас; Циммерманн, Андре (1 февраля 2019 г.). «Оценка литья под давлением из термореактивного материала для тонкостенной конформной инкапсуляции электронных блоков на уровне платы» . Журнал «Производство и обработка материалов» . 3 (1): 18. DOI : 10,3390 / jmmp3010018 .
  19. ^ Т. Малаба, Дж. Ван, Журнал композитов, т. 2015, идентификатор статьи 707151, 8 страниц, 2015. doi : 10.1155 / 2015/707151