热固性和热塑性树脂

热固性和热塑性树脂

纤维增强聚合物 (FRP) 型材是多种复合材料,广泛应用于世界各地的各个行业。从航空航天到电信再到 建筑和施工以及介于两者之间的一切,FRP 的性能都快于传统材料。

让我们来看看热固性和热塑性树脂之间的区别,以及您选择的树脂对最终产品的影响。

拉挤工艺

拉挤成型是将连续纤维材料拉过树脂浴进行加固的一种玻璃钢制造工艺方法。液态树脂渗透材料并浸渍材料,使其具有一系列技术和性能特性,具体取决于所使用的树脂。一旦饱和,材料就会固化(聚合),您的 FRP 就可以部署了。 

热塑性树脂与热固性树脂

热塑性聚合物树脂通常用于制造型材。我们经常接触热塑性树脂。

2019 年至 2024 年间,热塑性复合材料市场预计将以 5.2% 的复合年增长率 (CAGR) 增长,预计到2024 年将达到 360 亿美元。

热塑性树脂最常见的是未增强的,这意味着树脂被成型并且没有强度增强。常见热塑性树脂产品的例子包括:

  • 聚苯硫醚 (PPS)
  • 聚偏二氟乙烯 (PVDF)
  • 聚醚醚酮(PEEK)
  • 聚丙烯 (PP)
  • 聚苯乙烯 (PS)
  • 聚酰胺 (PA)

一般来说,FRP复合材料是指使用长度为1/4″或更大的增强纤维。热塑性复合材料有一些明显的优点和缺点。

优点
热塑性复合材料的主要优点是许多热塑性树脂具有比可比较的热固性复合材料更高的抗冲击性。

在某些情况下,差异可能高达抗冲击性的 10 倍。

缺点
由于热塑性树脂天然处于固态,因此浸渍增强纤维要困难得多。树脂必须被加热到熔点,并且需要压力来浸渍纤维,然后复合材料必须在这个压力下冷却。这很复杂,与传统的热固性复合材料制造大不相同。

热塑性复合材料的另一个缺点是必须使用昂贵的工具、技术和设备。

热固性树脂

传统的 FRP 复合材料使用热固性树脂作为基体,将结构纤维牢固地固定到位。

2016-2021年,热固性复合材料市场规模预计将达到579.8亿美元,年复合增长率为6.67%。这是此处讨论的两种类型中更大的市场。常见的应用是土木工程、电器和电气以及商业和住宅建筑。 

在热固性树脂类别中,有许多可用的树脂。这些包括(但不限于):

  • 饱和和不饱和 (UP) 聚酯
  • 乙烯基酯
  • 环氧树脂
  • 苯酚-甲醛(PF,Phenolic)
  • 聚苯并咪唑 (PBI)
  • 尿素甲醛 (UF)

目前最常用的热固性树脂是聚酯树脂,其次是乙烯基酯、环氧树脂和聚氨酯 (PU)。热固性树脂很受欢迎,因为当它们未固化且处于室温时,它们处于液态。这允许方便地浸渍增强纤维,例如玻璃纤维、碳纤维或凯夫拉尔纤维。

应用 

热固性塑料和聚合物的常见示例包括环氧树脂、硅树脂、聚氨酯和酚醛树脂。此外,某些材料(例如聚酯)可以同时存在于热塑性和热固性版本中。

与环氧树脂、不饱和聚酯或乙烯基酯树脂相比,聚氨酯(PU) 树脂是相对较新的拉挤材料。它们是由多元醇和异氰酸酯成分组成的聚合物组合。它们对各种基材具有出色的附着力和高弹性。

聚氨酯玻璃纤维拉挤成型在拉伸、压缩和弯曲强度方面已针对传统树脂进行了广泛测试。在抗压强度方面,PU 的性能与其他树脂类型相当。

然而,PU 在拉伸和弯曲强度方面显示出显着优势,尤其是在针对重要的 90 度方向施加的应力进行测量时。 

例如,聚氨酯玻璃纤维拉挤成型件可承受 48.7 MPa 的 90 度拉伸应力。相比之下,乙烯基酯拉挤成型只能承受 40.5 MPa 的应力。

拉挤成型是一种制造技术,可连续生产纤维增强型材。它使用连续粗纱,通常为玻璃、碳、玄武岩或芳纶纤维形式,浸渍有液体基质树脂。

生成的复合材料然后通过加热模具移动,在那里它通过交联形成所需的轮廓进行反应。拉挤成型机包含一个拉动机构——例如夹具——位于模具的下游,对硬化型材施加持续的拉力。冷却后,型材被切割成定制的横截面。
热固性树脂具有以下属性:

  • 耐溶剂和腐蚀
  • 耐热耐高温
  • 疲劳强度
  • 定制弹性

在热固性树脂中,原始未固化树脂分子通过催化化学反应交联。这种通常是放热的反应使树脂彼此之间形成非常牢固的结合,并且树脂将其状态从液体变为固体。

热固性树脂一旦被催化就不能逆转或重整。这意味着一旦形成热固性复合材料,就不能对其进行重塑或重塑。这使得热固性复合材料的回收极其困难。热固性树脂本身是不可回收的,然而,有一些新公司成功地通过热解去除了树脂,并能够回收增强纤维。

热固性最终产品的其他示例包括 作为树木和藤蔓支撑物的玻璃纤维杆 、伸缩杆和横杆、电气元件(例如端子板、电弧屏蔽和支座绝缘体)以及风扇、管道和泵等常用物品。

总的来说,热固性和热塑性技术的进步在不断发展。每个都有一个地方和用途。当分析拉挤成型制造和可用树脂系列时,树脂应用的多样性及其对最终产品的影响非常明显。

无论您的项目是什么,通过定制所用的树脂,都会有一个 FRP 型材满足您的设计和性能规格。

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