Thermoplastische und duroplastische Harze

Die Verwendung von thermoplastischen Polymerharzen ist extrem verbreitet und die meisten von uns kommen fast täglich in der einen oder anderen Form mit ihnen in Kontakt. Beispiele für übliche thermoplastische Harze und damit hergestellte Produkte sind:

• PET (Wasser- und Sodaflaschen)
• Polypropylen (Verpackungsbehälter)
• Polycarbonat (Sicherheitsglaslinsen)
• PBT (Kinderspielzeug)
• Vinyl (Fensterrahmen)
• Polyethylen (Einkaufstüten)
• PVC (Sanitärrohr)
• PEI (Flugzeugarmlehnen)
• Nylon (Schuhe, Kleidung)

Duroplast vs. thermoplastische Struktur

Thermoplaste in Form von Verbundwerkstoffen werden in der Regel nicht verstärkt, was bedeutet, dass das Harz zu Formen geformt wird, die sich ausschließlich auf die kurzen, diskontinuierlichen Fasern stützen, aus denen sie bestehen, um ihre Struktur zu erhalten. Auf der anderen Seite werden viele mit Duroplasttechnologie hergestellte Produkte mit anderen Strukturelementen - am häufigsten Glasfaser und Kohlefaser - zur Verstärkung veredelt.

Fortschritte in der Duroplast- und Thermoplast-Technologie machen Fortschritte und es gibt definitiv einen Platz für beide. Jedes hat seine eigenen Vor- und Nachteile, aber was letztendlich bestimmt, welches Material für eine bestimmte Anwendung am besten geeignet ist, hängt von einer Reihe von Faktoren ab, zu denen einige oder alle der folgenden Faktoren gehören können: Festigkeit, Haltbarkeit, Flexibilität, Leichtigkeit / Kosten von Herstellung und Recyclingfähigkeit.

Vorteile von thermoplastischen Verbundwerkstoffen

Thermoplastische Verbundwerkstoffe bieten für einige Fertigungsanwendungen zwei wesentliche Vorteile: Zum einen weisen viele thermoplastische Verbundwerkstoffe eine erhöhte Schlagzähigkeit gegenüber vergleichbaren Duroplasten auf. (In einigen Fällen kann der Unterschied das Zehnfache der Schlagfestigkeit betragen.)

Der andere Hauptvorteil von thermoplastischen Verbundwerkstoffen ist ihre Fähigkeit, formbar gemacht zu werden. Rohe thermoplastische Harze sind bei Raumtemperatur fest, aber wenn Wärme und Druck eine Verstärkungsfaser imprägnieren, tritt eine physikalische Änderung auf (es ist jedoch keine chemische Reaktion, die zu einer dauerhaften, nicht umkehrbaren Änderung führt). Auf diese Weise können thermoplastische Verbundwerkstoffe umgeformt werden.

Zum Beispiel könnten Sie einen pultrudierten thermoplastischen Verbundstab erhitzen und neu formen, um eine Krümmung zu erhalten. Nach dem Abkühlen würde die Kurve erhalten bleiben, was mit duroplastischen Harzen nicht möglich ist. Diese Eigenschaft verspricht eine enorme Zukunft für das Recycling von thermoplastischen Verbundprodukten, wenn ihre ursprüngliche Verwendung endet.

Nachteile von thermoplastischen Verbundwerkstoffen

Obwohl es durch Anwendung von Wärme formbar gemacht werden kann, ist es schwierig, es mit Verstärkungsfasern zu imprägnieren, da der natürliche Zustand des thermoplastischen Harzes fest ist. Das Harz muss auf den Schmelzpunkt erhitzt werden und es muss Druck ausgeübt werden, um die Fasern zu integrieren, und dann muss der Verbundstoff abgekühlt werden, während er immer noch unter Druck steht.

Es müssen spezielle Werkzeuge, Techniken und Geräte verwendet werden, von denen viele teuer sind. Der Prozess ist viel komplexer und teurer als die herkömmliche Herstellung von Duroplast-Verbundwerkstoffen.

Eigenschaften und übliche Anwendungen von Duroplasten

In einem duroplastischen Harz werden die rohen ungehärteten Harzmoleküle durch eine katalytische chemische Reaktion miteinander verbunden. Durch diese chemische Reaktion, die am häufigsten exotherm ist, bilden die Harzmoleküle extrem starke Bindungen miteinander, und das Harz ändert seinen Zustand von flüssig zu fest.

Im Allgemeinen bezieht sich faserverstärktes Polymer (FRP) auf die Verwendung von Verstärkungsfasern mit einer Länge von 1/4 Zoll oder mehr. Diese Komponenten verbessern die mechanischen Eigenschaften, obwohl sie technisch als faserverstärkte Verbundwerkstoffe angesehen werden. Ihre Festigkeit ist jedoch nicht annähernd mit der von Endlosfaserverbundwerkstoffen vergleichbar.

Herkömmliche GFK-Verbundwerkstoffe verwenden ein wärmehärtbares Harz als Matrix, die die Strukturfaser fest an Ort und Stelle hält. Übliches wärmehärtbares Harz umfasst:

• Polyester Harz
• Vinylesterharz
• Epoxy
• Phenol
• Urethan
• Das heute am häufigsten verwendete wärmehärtbare Harz ist ein Polyesterharz, gefolgt von Vinylester und Epoxy. Wärmehärtbare Harze sind beliebt, da sie ungehärtet und bei Raumtemperatur in flüssigem Zustand vorliegen, wodurch Verstärkungsfasern wie Glasfasern, Kohlefasern oder Kevlar bequem imprägniert werden können.

Vorteile von Duroplasten

Bei Raumtemperatur flüssiges Harz ist relativ einfach zu verarbeiten, obwohl für Anwendungen im Freien eine ausreichende Belüftung erforderlich ist. Bei der Laminierung (Herstellung geschlossener Formen) kann das flüssige Harz unter Verwendung einer Vakuum- oder Überdruckpumpe schnell geformt werden, was eine Massenproduktion ermöglicht. Abgesehen von der einfachen Herstellung bieten duroplastische Harze eine Menge Geld und produzieren oft überlegene Produkte zu niedrigen Rohstoffkosten.