В материаловедении термореактивный полимер , часто называемый термореактивным , представляет собой полимер , который получается путем необратимого затвердевания (« отверждения ») мягкого твердого или вязкого жидкого преполимера ( смолы ). [1] Отверждение вызывается теплом или соответствующим излучением и может быть ускорено высоким давлением или смешиванием с катализатором . Тепло не обязательно применяется извне и часто генерируется в результате реакции смолы с отвердителем ( катализатором , отвердителем ). Отверждение приводит к химическим реакциям, которые создают обширные поперечные связи между полимерными цепями для получения неплавкой и нерастворимой полимерной сети.
Исходный материал для изготовления термореактивных материалов обычно является пластичным или жидким до отверждения и часто предназначен для формования в окончательную форму. Он также может использоваться в качестве клея . После затвердевания термореактивный материал не может быть расплавлен для изменения формы, в отличие от термопластичных полимеров, которые обычно производятся и распространяются в виде гранул и формуются в конечную форму продукта путем плавления, прессования или литья под давлением .
Отверждение термореактивной смолы превращает ее в пластик или эластомер ( резину ) путем сшивания или удлинения цепи посредством образования ковалентных связей между отдельными цепями полимера . Плотность сшивки варьируется в зависимости от смеси мономера или преполимера и механизма сшивания:
Акриловые смолы, полиэфиры и виниловые эфиры с ненасыщенными участками на концах или на основной цепи обычно связываются путем сополимеризации с ненасыщенными мономерными разбавителями, при этом отверждение инициируется свободными радикалами, образующимися под действием ионизирующего излучения или фотолитического или термического разложения радикального инициатора – интенсивность сшивания зависит от степени ненасыщенности основной цепи в форполимере; [2]
Эпоксидные функциональные смолы могут быть гомополимеризованы с анионными или катионными катализаторами и теплом или сополимеризованы посредством реакций нуклеофильного присоединения с многофункциональными сшивающими агентами, которые также известны как отвердители или отвердители. По мере протекания реакции образуются все более крупные молекулы и развиваются сильно разветвленные сшитые структуры, причем скорость отверждения зависит от физической формы и функциональности эпоксидных смол и отвердителей [3] – повышенная температура пост-отверждения вызывает вторичное сшивание гидроксильной функциональности основной цепи, которая конденсируется с образованием эфирных связей;
Полиуретаны образуются, когда изоцианатные смолы и преполимеры объединяются с низко- или высокомолекулярными полиолами, при этом строгие стехиометрические соотношения являются существенными для контроля нуклеофильной аддитивной полимеризации - степень сшивания и полученный физический тип (эластомер или пластик) регулируются в зависимости от молекулярной массы и функциональности изоцианатных смол, преполимеров и точных комбинаций выбранных диолов, триолов и полиолов, при этом скорость реакции сильно зависит от катализаторов и ингибиторов; полимочевины образуются практически мгновенно, когда изоцианатные смолы объединяются с длинноцепочечными аминофункциональными полиэфирными или полиэфирными смолами и короткоцепочечными диаминовыми удлинителями - реакция нуклеофильного присоединения амина-изоцианата не требует катализаторов. Полимочевины также образуются, когда изоцианатные смолы вступают в контакт с влагой; [4]
Фенольные , амино- и фурановые смолы отверждаются путем поликонденсации, включающей в себя выделение воды и тепла, при этом инициирование отверждения и контроль экзотермы полимеризации зависят от температуры отверждения, выбора катализатора или загрузки, а также метода обработки или давления — степень предварительной полимеризации и уровень остаточного содержания гидроксиметила в смолах определяют плотность сшивки. [5]
Полибензоксазины отверждаются путем экзотермической полимеризации с раскрытием кольца без выделения каких-либо химических веществ, что приводит к практически нулевой усадке при полимеризации. [6]
Термореактивные полимерные смеси на основе термореактивных смоляных мономеров и преполимеров могут быть разработаны, применены и обработаны различными способами для создания отличительных отвержденных свойств, которые невозможно достичь с помощью термопластичных полимеров или неорганических материалов. [7] [8]
Термореактивные пластмассы, как правило, прочнее термопластичных материалов из-за трехмерной сети связей (сшивания), а также лучше подходят для высокотемпературных применений вплоть до температуры разложения, поскольку они сохраняют свою форму, поскольку прочные ковалентные связи между полимерными цепями не могут быть легко разорваны. Чем выше плотность сшивки и содержание ароматических соединений в термореактивном полимере, тем выше устойчивость к тепловой деградации и химическому воздействию. Механическая прочность и твердость также улучшаются с плотностью сшивки, хотя и за счет хрупкости. [9] Обычно они разлагаются до плавления.
Твердые, пластичные термореактивные материалы могут подвергаться постоянной или пластической деформации под нагрузкой. Эластомеры, которые являются мягкими и упругими или резиноподобными и могут деформироваться и возвращаться к своей первоначальной форме при снятии нагрузки.
Обычные термореактивные пластмассы или эластомеры не могут быть расплавлены и переформированы после отверждения. Это обычно препятствует переработке для той же цели, за исключением использования в качестве наполнителя. [10] Новые разработки, включающие термореактивные эпоксидные смолы, которые при контролируемом и ограниченном нагревании образуют сшитые сети, допускают многократное изменение формы, как кварцевое стекло, путем обратимых реакций обмена ковалентными связями при повторном нагревании выше температуры стеклования. [11] Также есть термореактивные полиуретаны, которые, как было показано, обладают переходными свойствами и которые, таким образом, могут быть переработаны или переработаны. [12]
При смешивании с волокнами термореактивные смолы образуют армированные волокнами полимерные композиты, которые используются при изготовлении готовых на заводе конструкционных композитных OEM-компонентов или запасных частей, [13] а также в качестве наносимых на месте, отверждаемых и готовых композитных ремонтных [14] [15] и защитных материалов. При использовании в качестве связующего для заполнителей и других твердых наполнителей они образуют армированные частицами полимерные композиты, которые используются для наносимых на заводе защитных покрытий или производства компонентов, а также для наносимых на месте и отверждаемых строительных или ремонтных целей.
Применение/технологические применения и методы для термореактивных материалов включают защитные покрытия , бесшовные напольные покрытия , строительные растворы для стыков и инъекций, растворы , формовочные пески, клеи , герметики , отливки , заливку , электроизоляцию , инкапсуляцию , твердые пены , мокрое ламинирование , пултрузию , гелькоуты , намотку нитей , препреги и формование.
Конкретные методы формования термореактивных материалов: