В материаловедении термореактивный полимер , часто называемый термореактивным , представляет собой полимер , который получается путем необратимого отверждения (« отверждения ») мягкого твердого или вязкого жидкого форполимера ( смолы ). [1] Отверждение вызывается теплом или подходящим излучением и может быть ускорено высоким давлением или смешиванием с катализатором . Тепло не обязательно применяется снаружи, оно часто генерируется в результате реакции смолы с отвердителем (катализатором , отвердителем ) . Отверждение приводит к химическим реакциям, которые создают обширные поперечные связи между полимерными цепями, образуя неплавкую и нерастворимую полимерную сетку.
Исходный материал для изготовления термореактивных материалов до отверждения обычно является пластичным или жидким, и часто его предназначен для придания ему окончательной формы. Его также можно использовать в качестве клея . После затвердевания термореактивный материал нельзя расплавить для изменения формы, в отличие от термопластичных полимеров, которые обычно производятся и распространяются в форме гранул, а затем формируются в конечный продукт путем плавления, прессования или литья под давлением .
Отверждение термореактивной смолы превращает ее в пластик или эластомер ( каучук ) путем сшивания или удлинения цепи за счет образования ковалентных связей между отдельными цепями полимера . Плотность сшивки варьируется в зависимости от смеси мономеров или преполимеров, а также механизма сшивки:
Акриловые смолы, полиэфиры и виниловые эфиры с ненасыщенными участками на концах или в основной цепи обычно связываются путем сополимеризации с ненасыщенными мономерными разбавителями, при этом отверждение инициируется свободными радикалами, образующимися в результате ионизирующего излучения, или фотолитическим или термическим разложением радикального инициатора – на интенсивность сшивки влияет степень ненасыщенности основной цепи форполимера; [2]
Эпоксидные функциональные смолы могут подвергаться гомополимеризации с анионными или катионными катализаторами и нагреванием или сополимеризоваться посредством реакций нуклеофильного присоединения с многофункциональными сшивающими агентами, которые также известны как отверждающие агенты или отвердители. По мере протекания реакции образуются все более и более крупные молекулы и развиваются сильно разветвленные сшитые структуры, причем на скорость отверждения влияют физическая форма и функциональность эпоксидных смол и отвердителей [3] – постотверждение при повышенной температуре вызывает вторичное сшивание основной гидроксильной группы, которая 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 полученный физический тип (эластомер или пластик) регулируются в зависимости от молекулярной массы. и функциональность изоцианатных смол, преполимеров и выбранных точных комбинаций диолов, триолов и полиолов, при этом на скорость реакции сильно влияют катализаторы и ингибиторы; полимочевины образуются практически мгновенно, когда изоцианатные смолы комбинируются с длинноцепными аминофункциональными полиэфирными или полиэфирными смолами и короткоцепочечными диаминовыми наполнителями - реакция нуклеофильного присоединения амина-изоцианата не требует катализаторов. Полимочевины также образуются при контакте изоцианатных смол с влагой; [4]
Фенольные , амино- и фурановые смолы отверждаются путем поликонденсации, включающей выделение воды и тепла, при этом инициирование отверждения и контроль экзотермы полимеризации зависят от температуры отверждения, выбора катализатора или загрузки и метода обработки или давления – степени предварительной полимеризации и уровня Остаточное содержание гидроксиметила в смолах определяет плотность сшивки. [5]
Полибензоксазины отверждаются путем экзотермической полимеризации с раскрытием цикла без выделения каких-либо химических веществ, что приводит к практически нулевой усадке при полимеризации. [6]
Смеси термореактивных полимеров на основе мономеров и преполимеров термореактивных смол можно составлять, наносить и обрабатывать различными способами для создания отличительных свойств отверждения, которые невозможно достичь с помощью термопластичных полимеров или неорганических материалов. [7] [8]
Термореактивные пластмассы, как правило, прочнее термопластических материалов благодаря трехмерной сети связей (сшивке), а также лучше подходят для применения при высоких температурах вплоть до температуры разложения, поскольку они сохраняют свою форму, поскольку прочные ковалентные связи между полимерными цепями не могут быть созданы. легко сломать. Чем выше плотность сшивки и содержание ароматических веществ в термореактивном полимере, тем выше устойчивость к тепловому разложению и химическому воздействию. Механическая прочность и твердость также улучшаются с увеличением плотности сшивок, хотя и за счет хрупкости. [9] Обычно они разлагаются перед плавлением.
Твердые пластиковые термореактивные материалы могут подвергаться постоянной или пластической деформации под нагрузкой. Эластомеры, которые являются мягкими, упругими или эластичными и могут деформироваться и возвращаться к своей первоначальной форме при снятии нагрузки.
Обычные термореактивные пластмассы или эластомеры нельзя расплавить и изменить форму после отверждения. Обычно это предотвращает переработку отходов для тех же целей, за исключением использования в качестве наполнителя. [10] Новые разработки, связанные с термореактивными эпоксидными смолами, которые при контролируемом и ограниченном нагревании образуют сшитые сетки, позволяющие многократно менять форму, как кварцевое стекло, за счет обратимых реакций обмена ковалентных связей при повторном нагревании выше температуры стеклования. [11] Существуют также термореактивные полиуретаны, которые, как показано, обладают переходными свойствами и, таким образом, могут быть переработаны или переработаны. [12]
При смешивании с волокнами термореактивные смолы образуют армированные волокнами полимерные композиты, которые используются при изготовлении готовых конструкционных композитных материалов или запасных частей с заводской отделкой [13] , а также в качестве наносимого на месте, отвержденного и готового композитного ремонта [14] [15 ] ] и защитные материалы. При использовании в качестве связующего для заполнителей и других твердых наполнителей они образуют полимерные композиты, армированные частицами, которые используются для заводского защитного покрытия или изготовления компонентов, а также для нанесения и отверждения на месте строительства или в целях технического обслуживания .
Применение/процесс и методы использования термореактивных материалов включают защитное покрытие , бесшовные полы , строительные растворы для швов и инъекций в гражданском строительстве , растворы , литейные пески, клеи , герметики , отливки , заливку , электроизоляцию , герметизацию , твердые пены , мокрое ламинирование. , пултрузия , гелькоуты , накальная намотка , препреги и формование.
Конкретными методами формования термореактивных материалов являются: