Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлен с Термореактивного пластика )
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 вызывается 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 сшивки:

Акриловые смолы, сложные полиэфиры и сложные виниловые эфиры с ненасыщенными центрами 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 можно гомополимеризовать с анионными или катионными катализаторами и нагреванием или сополимеризовать 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 образуются 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, при этом 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 остаточного Содержание гидроксиметила в смолах определяет плотность сшивки. [5]

Полибензоксазины 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, которые не могут быть достигнуты 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 предметов, 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 расплавить и изменить 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 и содержат 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, которые обладают переходными свойствами и, таким образом, могут быть переработаны или переработаны. [12]

Армированные волокном материалы [ 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 в массе; намотка филамента; ламинирование 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.
  • Мочевинно-формальдегидная пена используется в производстве фанеры , ДСП и древесноволокнистых плит средней плотности.
  • Смола меламина, используемая на поверхности столешницы [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 армированных волокном пластиках, таких как армированный стекловолокном пластик и армированный графитом пластик ; Кастинг; инкапсуляция электроники; [18] конструкция; защитные покрытия; клеи; герметизация и соединение.
  • Эпоксидные новолачные смолы, используемые для печатных плат, электроизоляции, клеев и покрытий по металлу.
  • Бензоксазины , используемые сами по себе или гибридизированные с эпоксидными и фенольными смолами, для конструкционных 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 цианатные эфиры 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 композиционных материалов с керамической матрицей.
  • Тиолит , электроизоляционный термореактивный фенольный ламинат.
  • Смолы на основе сложных виниловых эфиров, используемые для ламинирования, формования и быстрого схватывания промышленных защитных и ремонтных материалов.

См. Также [ править ]

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

Ссылки [ править ]

  1. ^ ИЮПАК , 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, под ред. 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 г., 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, проектирование и анализ материалов, SAE International, 2012, ISBN 978-0-7680-7813-8 
  14. ^ Ремонт оборудования, работающего под давлением, и трубопроводов PCC-2, 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). «Сшивка 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 композита углеродное волокно / эпоксидная смола, подверженного ускоренному старению в окружающей среде». Композитные конструкции . 111 (4): 179–192. DOI : 10.1016 / j.compstruct.2013.12.028 .
  18. ^ Кулькарни, 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 производства и обработки 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