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热塑性塑料与热固性塑料:材料差异和比较

热塑性塑料和热固性塑料是两类塑料材料。它们在特性、制造方法和产品应用方面各不相同。

热塑性塑料用于制造许多日常用品,例如:水瓶、吸管、服装、行李箱以及汽车和飞机中的机械部件。热塑性产品可以通过多种塑料制造方法生产,例如:注塑成型、吹塑成型、挤出和热成型。

与热塑性塑料一样,热固性塑料也很常见,通常用于热和环境稳定性是关键因素的情况。因此,热固性塑料经常出现在电子产品、重型电器和机械以及化学加工设备中。热固性产品的制造通常通过反应注射成型和树脂传递成型来完成。重要的是,设计师必须了解这两种材料之间的差异,以便能够为他们的产品选择最佳材料选项。本文将在应用、性能和成本方面比较热塑性塑料与热固性塑料。

什么是热塑性塑料?

热塑性塑料是一组有用的塑料,因为它们可以被加热、软化或熔化成型,然后在冷却后硬化成所需的形状,而不会发生永久性的化学变化。这使得它们可以通过简单地重新加热并将它们形成新的形状来轻松回收。在室温下,热塑性塑料是固体。然而,在高温下,热塑性塑料开始软化并最终在远高于玻璃化转变温度的温度下完全熔化。

热塑性塑料与热固性塑料:材料差异和比较

聚丙烯 (PP)、聚乙烯 (PE)、聚碳酸酯 (PC)、尼龙和聚甲醛 (POM) 等材料都是热塑性材料的例子。用于制造由热塑性塑料组成的零件的最常见工艺是注塑成型、挤出和热成型。热塑性塑料用于多个行业的多种应用,包括:纺织品、食品容器、炊具、手动和电动工具、管道和电缆、机械和建筑部件、医疗设备等等。

什么是热固性塑料?

热固性塑料是由单个单体组成的聚合塑料,这些单体在室温下是液态或软固体。当加热或添加某些化学品(催化剂)时,热固性塑料会不可逆地硬化。施加的热量(或化学催化剂)使热固性塑料中的聚合物链相互交联,从而将分子更牢固地固定在适当的位置。交联改变了材料的特性,使其不透水和刚性。一旦发生交联化学变化,热固性聚合物就不能重新熔化或再加工。图 2 是热固性塑料的示例:

热塑性塑料与热固性塑料:材料差异和比较

与热塑性塑料一样,热固性产品使用模具制成,但工艺略有不同,例如反应注射成型或树脂传递模塑。由于交联工艺,热固性塑料具有很强的耐腐蚀性和抗蠕变性。这使得热固性塑料非常适合需要高强度重量比或出色的热和环境稳定性的应用,例如汽车中的进气歧管或重型机械中的盘式制动活塞。酚醛树脂、硅胶、聚氨酯和环氧树脂是热固性材料的一些例子。

热塑性塑料与热固性塑料:应用和用途

尽管热塑性材料和热固性材料在制造方法和性能上存在差异,但其中任何一种都可以成功地用于某些应用。对于其他应用,只有一种塑料或另一种塑料的特殊性能才能做到。以下列表重点介绍了热塑性和热固性材料的一些共同应用:

  1. 纺织品和室内装潢
  2. 食品和饮料包装
  3. 医疗和科学实验室设备
  4. 玩具、灯具和办公用品等消费品

下面列出了热固性塑料专用应用:

  1. 粘合剂、密封剂和绝缘材料等建筑材料
  2. 照明设备
  3. 轻型船只(船、皮划艇、摩托艇)的部件

下面列出了两者之间的共享应用程序:

  1. 汽车、飞机、重型机械中的轻量化部件
  2. 炊具和厨具
  3. 电子元器件
  4. 管道和管道

热塑性塑料与热固性塑料:物理特性

热塑性材料与热固性材料的物理性能存在显着差异。根据所比较的特定热塑性塑料或热固性材料,这两种材料可能高度相似(性能几乎相同),也可能截然不同。下表 1 显示了两种材料性能的一般比较 - 使用聚丙烯 (PP) 和环氧树脂(热固性)作为比较的基础:

表1:热塑性塑料与热固性塑料性能的比较
财产 热塑性的 (聚丙烯) 热固性 (环氧树脂)

热变形温度

与热固性塑料相比,热变形温度 (HDT) 低

与热塑性塑料相比,热变形温度 (HDT) 极高

耐磨性

与热固性相似的耐磨性

由于填充材料和添加剂的原因,与热塑性塑料相比,耐磨性相似或更低

耐磨性

与热固性塑料相似的耐磨性

与热塑性塑料相似的耐磨性

耐化学性

对某些化学品的耐受性差,包括有机和高极性溶剂和碳氢化合物

与热塑性塑料相比,耐化学性高

弹性

比热固性材料更具弹性

由于交联的刚性键合,弹性不如热塑性塑料

密度

密度与热固性塑料相似

密度与热塑性塑料相似

韧性

与热固性塑料相比,韧性更高

与热塑性塑料相比,由于交联键使材料变脆,因此韧性较低。

热塑性塑料与热固性塑料:可回收性和可持续性

热塑性材料和热固性材料之间的主要区别在于两者的回收方式,以及它们对环境的可持续性。热塑性材料在最初模塑成零件后可以多次重复使用。由于它们可以重熔,因此现有的热塑性部件可以研磨成颗粒,用于制造由 100% 再生塑料制成的部件,或者可以与原生热塑性树脂混合以制造新部件。然而,当简单地丢弃而不是回收时,热塑性材料需要几十年才能在自然界中完全分解。

另一方面,热固性材料既不能重复使用,也不能回收。由于热固性材料中的交联键,它们不能重熔和重整。虽然它们的热稳定性使由热固性材料制成的零件具有较长的使用寿命,但它们很难(如果不是不可能)大规模回收。此外,由于热塑性塑料和热固性材料都是石油基的,因此两者都不能被认为对环境具有可持续性。

热塑性塑料与热固性塑料:成本

大多数热塑性塑料的价格通常低于热固性塑料。价格的差异在于生产热塑性和热固性树脂所需的工具、材料和劳动力。由于热固性塑料需要填料和添加剂来完成交联过程,因此热固性塑料通常更昂贵。然而,出于完全相同的原因,一些热塑性塑料可能比热固性塑料更昂贵。无论如何,在某些应用中,热塑性和热固性材料都比由金属制成的类似部件更具成本效益。

热塑性塑料和热固性塑料的替代材料

虽然可能很难取代专门用于的塑料材料,不仅具有成本效益,而且具有热、化学和电气稳定性,但在其他应用中,替代材料可以代替塑料。例如,玻璃和陶瓷可以成为食品、饮料和塑料储存容器的可靠替代品。此外,天然衍生的衣服和纤维可用于某些使用塑料的纺织品和室内装潢。某些可生物降解的塑料,如PLA,表现出与热塑性塑料和热固性材料相似的特性,可用于代替石油基塑料。

总结

本文介绍了热塑性塑料和热固性塑料,解释了它们是什么,并讨论了它们的区别和应用。

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