Thermoplastisch vs. Thermoset-harsen (composieten)

Het gebruik van thermoplast polymeer harsen zijn extreem wijdverbreid en de meesten van ons komen vrijwel elke dag in de een of andere vorm met hen in contact. Voorbeelden van gangbare thermoplastische harsen en daarmee vervaardigde producten zijn:

• HUISDIER (flessen water en frisdrank)
• Polypropyleen (verpakking containers)
• Polycarbonaat (lenzen van veiligheidsglas)
• PBT (kinderspeelgoed)
• Vinyl (raamkozijnen)
• Polyethyleen (boodschappentassen)
• PVC (afvoerleiding)
• PEI (vliegtuigarmleuningen)
• Nylon (schoenen, kleding)

Thermoplasten in de vorm van composieten worden meestal niet versterkt, wat betekent dat de hars wordt gevormd vormen die uitsluitend afhankelijk zijn van de korte, onderbroken vezels waaruit ze bestaan ​​om hun te behouden structuur. Aan de andere kant zijn veel producten die zijn gevormd met thermohardende technologie verbeterd met andere structurele elementen - meestal glasvezel en koolstofvezel—Voor versterking.

Vooruitgang in thermohardende en thermoplastische technologie is aan de gang en er is zeker een plaats voor beide. Elk heeft zijn eigen set voor- en nadelen, maar wat uiteindelijk bepaalt welk materiaal het meest geschikt is voor een bepaalde toepassing, komt neer op een aantal factoren die een of meer van de volgende factoren kunnen omvatten: sterkte, duurzaamheid, flexibiliteit, gemak / kosten van fabricage, en recycleerbaarheid.

Thermoplastische composieten bieden twee belangrijke voordelen voor sommige fabricagetoepassingen: De eerste is dat veel thermoplastische composieten een grotere slagvastheid hebben dan vergelijkbare thermoharders. (In sommige gevallen kan het verschil wel 10 keer de slagvastheid zijn.)

Het andere grote voordeel van thermoplastische composieten is dat ze vervormbaar kunnen worden gemaakt. Ruwe thermoplastische harsen zijn vast bij kamertemperatuur, maar wanneer warmte en druk een versterkende vezel impregneren, a fysieke verandering treedt op (het is echter geen chemische reactie die resulteert in een permanente, onomkeerbare verandering). Hierdoor kunnen thermoplastische composieten opnieuw worden gevormd en opnieuw worden gevormd.

U kunt bijvoorbeeld een gepultrudeerde thermoplastische composietstaaf verwarmen en deze opnieuw vormen om een ​​kromming te krijgen. Eenmaal afgekoeld, blijft de curve behouden, wat niet mogelijk is met thermohardende harsen. Deze eigenschap belooft een geweldige belofte voor de toekomst van het recyclen van thermoplastische composietproducten wanneer hun oorspronkelijke gebruik eindigt.

Hoewel het door warmte kan worden vervormbaar gemaakt, omdat de natuurlijke staat van thermoplastische hars vast is, is het moeilijk om het te impregneren met versterkende vezels. De hars moet worden verhit het smeltpunt en er moet druk worden uitgeoefend om vezels te integreren, en dan moet de composiet worden gekoeld, terwijl het nog steeds onder druk staat.

Er moet speciaal gereedschap, techniek en uitrusting worden gebruikt, waarvan vele duur zijn. Het proces is veel complexer en duurder dan de traditionele productie van thermohardende composieten.

In een thermohardende hars worden de ruwe, niet-uitgeharde harsmoleculen door een katalytische chemische reactie met elkaar verbonden. Door deze chemische reactie, meestal exotherm, vormen de harsmoleculen extreem sterke bindingen met elkaar en verandert de hars van toestand in een vloeistof in een vaste stof.

In het algemeen verwijst vezelversterkt polymeer (FRP) naar het gebruik van versterkende vezels met een lengte van 1/4 inch of meer. Deze componenten verhogen echter de mechanische eigenschappen, hoewel ze technisch worden overwogen vezelversterkte composieten, hun sterkte is lang niet vergelijkbaar met die van continue vezelversterkte composieten.

Traditionele FRP-composieten gebruiken een thermohardende hars als matrix die de structurele vezel stevig op zijn plaats houdt. Gebruikelijke thermohardende hars omvat:

• Polyesterhars
• Vinyl Ester-hars
• Epoxy
• Fenolisch
• Urethaan
• De meest gebruikte thermohardende hars die tegenwoordig wordt gebruikt, is a polyesterhars, gevolgd door vinylester en epoxy. Thermohardende harsen zijn populair omdat ze niet uitgehard zijn kamertemperatuur, ze bevinden zich in een vloeibare toestand, wat een gemakkelijke impregnering van versterkende vezels zoals mogelijk maakt glasvezel, koolstofvezel of Kevlar.

Vloeibare hars op kamertemperatuur is vrij eenvoudig om mee te werken, hoewel het voldoende ventilatie vereist voor productietoepassingen in de open lucht. Bij lamineren (fabricage van gesloten vormen) kan de vloeibare hars snel worden gevormd met behulp van een vacuüm- of overdrukpomp, waardoor massaproductie mogelijk is. Naast het gemak van fabricage, bieden thermohardende harsen veel waar voor hun geld, en produceren ze vaak superieure producten tegen lage grondstofkosten.

Gunstige eigenschappen van thermohardende harsen zijn onder meer:

• Uitstekende weerstand tegen oplosmiddelen en corrosieve stoffen
• Weerstand tegen hitte en hoge temperatuur
• Hoge vermoeiingssterkte
• Maatwerk elasticiteit
• Uitstekende hechting
• Uitstekende afwerkingskwaliteiten voor polijsten en schilderen

Een thermohardende hars kan, eenmaal gekatalyseerd, niet worden omgekeerd of opnieuw gevormd, wat betekent dat als een thermohardende composiet eenmaal is gevormd, de vorm niet kan worden veranderd. Hierdoor is het recyclen van thermohardende composieten buitengewoon moeilijk. Thermoset-hars zelf is niet recyclebaar, maar een paar nieuwere bedrijven hebben met succes harsen verwijderd composieten door middel van een anaëroob proces dat bekend staat als pyrolyse en in ieder geval in staat zijn de versterking terug te winnen vezel.