Termoreaktyviosios dervos: kas tai, kaip kietėja ir panaudojimas
Sužinokite, kas yra termoreaktyviosios dervos, kaip jos kietėja (karščiu, chemine reakcija, švitinimu) ir kur naudojamos — nuo klijų iki puslaidininkių ir liejinių.
Termoreaktyvusis plastikas arba termoreaktyviosios dervos yra polimerinė medžiaga, kuri sukietėjus tampa negrįžtamai kieta — dėl cheminio tinklo (tarpmolekulinių jungčių) susidarymo. Prieš kietėjimą tokios medžiagos dažnai būna skystos arba plastiškos, todėl jas galima formuoti, liejimo ar klijavimo būdu. Sukietėjusi derva nebegali būti pakartotinai ištirpdyta ir išformuota kaip termoplastai.
Kaip vyksta kietėjimas (sukietėjimas)
Kietėjimas vyksta dėl cheminės reakcijos, kurios metu sudaromas erdvinis (triašakis ar daugiašakis) polimerinis tinklas. Pagrindinės kietėjimo iniciavimo priemonės:
- Karštis — kaitinant vyksta polimerizacija ar tinklo formavimasis. Temperatūra, reikalinga skirtingoms sistemoms, gali labai skirtis: kai kurios dervos kietėja jau prie kambario temperatūros, kitos reikalauja kelių šimtų laipsnių (virš 200 °C) temperatūros.
- Cheminė reakcija — atkuriant dvi ar daugiau dalių sistemas (pavyzdžiui, dvikomponenčiai epoksidiniai sistemos), komponentai sumaišomi ir pradeda reakciją bei sukietėjimą.
- Švitinimas (fotoiniciacija arba elektronų spinduliai) — kai kurioms dervoms pakanka ultravioletinių spindulių ar elektronų pluoštu apdorojimo, kad inicijuotų polimerizaciją.
Kietėjimo procesas taip pat priklauso nuo katalizatorių, užbaigiklių, fotoiniciatorių ar kitų priedų. Reakcija dažnai yra egzoterminė (išskiria šilumą), todėl reikalingas proceso valdymas, kad būtų išvengta per didelės temperatūros ar defektų.
Savybės ir mechanizmai
- Tarpmolekulinės jungtys: termoreaktyviosios dervos formuoja kryžminį tinklą — dėl to jos turi didelį kietumą, cheminį atsparumą ir stabilumą aukštesnėse temperatūrose.
- Stabilumas: geros mechaninės savybės, nedidelis termoplastinis deformavimasis; tačiau kai kurios sistemos gali būti trapesnės nei termoplastai.
- Šiluminės savybės: aukštas glass transition (Tg) kai kurioms sistemoms užtikrina gerą formos stabilumą aukštoje temperatūroje.
- Apdirbimas: dažnai formuojama liejant, presuojant (compression molding), injekciniu liejimu specialiomis technologijomis (transfer molding), pultrūzija, siūlų vyniojimas ir kt.
Tipinės termoreaktyviųjų dervų rūšys
- Epoksidinės dervos (epoksidai) — plačiai naudojamos elektronikoje, klijuose ir kompozituose.
- Fenolinės dervos — aukštas terminis atsparumas, naudojamos laminatuose ir izoliacijoje.
- Nepriklausomos ir nenasiūstančios dervos (melamino, uretanai, viniloesteriai, nesočia poliesterio derva) — įvairios pritaikymo sritys pagal savybes.
- Fotoreaktyviosios dervos (akrilatai, epoksidinės UV sistemos) — kietėja švitinant UV šviesa.
Panaudojimas
Termoreaktyviosios dervos naudojamos labai plačiai dėl jų mechaninio stiprumo, atsparumo karščiui ir cheminiam poveikiui. Pavyzdžiai:
- Elektronikoje ir elektrotechnikos gaminiuose — puslaidininkiuose ir integrinėse grandinėse dervos naudojamos kaip hermetikai, izoliacinės dangos arba užpildai (encapsulants).
- Kompozitai (stiklo/anglies pluoštas + derva) — korpuso dalys, aviacijos ir automobilių komponentai, vėjo jėgainių mentės.
- Klijai, dangos, antikorozinės apsaugos, konstrukciniai elementai.
- 3D spausdinimas (SLA/DLP) — fotoreaktyvios dervos, kurios kietėja UV spinduliais, naudojamos detalių gamybai su dideliu tikslumu.
Apdorojimo ir kokybės kontrolė
- Kontroliuojamas mišinio santykis ir temperatūra dvikomponenčėse sistemose yra kritiškai svarbūs, nes neteisingas santykis lemia neišnaudotą kietėjimą arba silpnumą.
- Kietėjimo greitis įtakoja liejimų kokybę, įtrūkimų tikimybę (dėl egzotermijos), atsparumą ir galutinę Tg vertę.
- Testai: mechaniniai bandymai, termoanalizė (DSC, TGA), dielektrinės savybės ir cheminis atsparumas padeda užtikrinti kokybę.
Saugumas ir perdirbimas
Dauguma termoreaktyviųjų dervų prieš kietėjimą yra chemiškai aktyvios ir gali būti dirginančios ar alergizuojančios — reikalingi tinkami asmens apsaugos priemonės (pirštinės, akiniai, ventiliacija). Sukietėjusios dervos sunkiai perdirbamos tradiciniais lydymo būdais; populiarios perdirbimo galimybės:
- Mechaninis smulkinimas ir panaudojimas kaip užpildas arba energijos atgavimas.
- Cheminės ar pirolizinės technologijos (tyrimų ir pradedančių rinkos sprendimų sritys) gali leisti atskirti komponentus ar regeneruoti monomerus.
- Dizainas ir medžiagų parinkimas gamyboje — svarbus žingsnis siekiant sumažinti atliekų kiekį ir palengvinti perdirbimą.
Apibendrinant, termoreaktyviosios dervos suteikia aukštą stiprumą, cheminį ir terminį atsparumą bei plačias pritaikymo galimybes, tačiau jų panaudojimas reikalauja tikslaus kietėjimo proceso valdymo, saugios darbo praktikos ir atgarsio medžiagų tvarkymo bei perdirbimo sprendimų.
Procesas
Kietėjimo metu derva, vykstant skersinio surišimo procesui, virsta plastiku arba guma. Pridedama energijos ir (arba) katalizatorių, dėl kurių molekulinės grandinės reaguoja chemiškai aktyviose vietose (pvz., nesočiųjų arba epoksidinių junginių vietose) ir susijungia į standžią trimatę struktūrą. Dėl kryžminio sujungimo susidaro didesnės molekulinės masės molekulė, todėl medžiaga turi aukštesnę lydymosi temperatūrą. Reakcijos metu polimero molekulinė masė padidėja tiek, kad jo lydymosi temperatūra yra aukštesnė už aplinkos temperatūrą. Taigi medžiaga susiformuoja į kietą medžiagą.
Nekontroliuojamas medžiagos kaitinimas lemia tai, kad skilimo temperatūra pasiekiama anksčiau, nei pasiekiama lydymosi temperatūra. Taigi sukietėjusios termoreaktyviosios medžiagos negalima išlydyti ir iš naujo formuoti. Tai reiškia, kad termoreaktyviųjų medžiagų negalima perdirbti, išskyrus kaip užpildą.
Savybės
Termoreaktyviosios medžiagos paprastai yra tvirtesnės už termoplastines medžiagas dėl šio trimačio ryšių tinklo (susisiekiojimo). Termoreaktyviosios medžiagos taip pat geriau tinka naudoti aukštoje temperatūroje iki skilimo temperatūros. Tačiau jos yra trapesnės. Daugelį termoreaktyviųjų polimerų sunku perdirbti.
Susiję puslapiai
- Vulkanizacija
- Sujungta epoksidinė danga
- Termoplastinis
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra termoreaktyvus polimeras?
Atsakymas: Termoreaktyvus polimeras yra polimerinė medžiaga, kuri negrįžtamai kietėja.
K: Kaip gali būti kietinamas termoreaktyvusis polimeras?
A: Termoreaktyviosios polimerinės medžiagos gali būti kietinamos karščiu (paprastai aukštesne nei 200 °C temperatūra), chemine reakcija (pvz., dviejų dalių epoksidinės medžiagos) arba švitinimu, pvz., apdorojant elektronų spinduliais.
K: Ar termoreaktyviąsias medžiagas galima formuoti į galutinę formą?
A: Taip, termoreaktyviosios medžiagos prieš kietėjimą paprastai būna skystos arba plastiškos, todėl jas galima formuoti į galutinę formą.
K: Ar visi termoreaktyvūs polimerai yra kieti?
A: Ne, kai kurie termoreaktyvūs polimerai naudojami kaip klijai, o kiti yra kieti.
K: Kur naudojami kieti termoreaktyvūs polimerai?
A.: Kai kurie kieti termoreaktyvūs polimerai naudojami kaip puslaidininkių ir integrinių grandynų (IC) formavimo junginiai.
K: Ar sukietėjusią termoreaktyviąją dervą galima pakartotinai pašildyti ir vėl išlydyti iki skysto pavidalo?
A: Ne, sukietėjusios termoreaktyviosios dervos negalima pakartotinai kaitinti ir vėl išlydyti iki skysto pavidalo.
K: Kaip kitaip vadinasi termoreaktyvusis polimeras?
A: Kitas termoreaktyvaus polimero pavadinimas yra termoreaktyvusis polimeras.
Ieškoti