Termokõvastuv plast: määratlus, omadused ja kasutusalad

Termokõvastuv plast, mida tuntakse ka termokõvastuvana, on polümeermaterjal, mis kõveneb pöördumatult, moodustades kolmemõõtmelise ristseostunud (cross-linked) võrgu. Kõvenemine ehk ristside tekkimine muudab materjali tugevaks, kuumuskindlaks ja kemikaalide suhtes vastupidavaks, kuid pärast kõvenemist ei saa seda vaigust uuesti sulatada ega vormida.

Kõvenemise mehhanismid

• Kuumutamine: termokõvastuv materjal võib ristsiduda kuumuse mõjul. Mõned süsteemid nõuavad kõrget temperatuuri (näiteks üle 200 °C), teised aga ristsiduvad juba madalamatel temperatuuridel või soojendamata tingimustes sõltuvalt koostisest ja katalüsaatoritest.
• Keemiline reaktsioon: näiteks kahekomponentne epoksü, kus vaigule lisatakse kõvendaja (hardener) — toimub keemiline võretecta, mis lõpptulemuseks annab tugevate mehaaniliste omadustega tahke.
• Kiiritus: ristsidumine võib toimuda ka energia (näiteks elektronkiirega või UV-kiirgusega) mõjul, mis aktiveerib reaktiivseid rühmi ja loob ristsidemed.

Olulised omadused

• Ristseostus: ristsidevõrgustik annab kõrge läbimõõduga jäikuse, tugevuse ja termilise stabiilsuse.
• Kuumuskindlus: termokõvastuvad vaigud suudavad säilitada omadusi kõrgetel temperatuuridel paremini kui paljud termoplastid.
• Keemiline ja elektriline isoleerivus: head vastupidavus kemikaalidele ja suurepärased dielektrilised omadused — seepärast kasutatakse neid pooljuhtides ja integraallülitustes (IC) vormimisühenditena.
• Mehaaniline tugevus ja kulumiskindlus: sobivad konstruktiivseteks rakendusteks, eriti koos tugevdusega (klaaskiud, süsinikkiud).
• Brittleness (haprus): võrreldes mõnede termoplastidega on termokõvastuvad materjalid sageli rabedamad; nende löögitugevust saab parandada täiteainete või elastomeerse faasi abil.
• Püsivus: pärast kõvenemist ei ole neid võimalik sulatada ja uuesti vormida — see mõjutab tööstuslikku taaskasutust.

Levinud tüübid ja näited

• Epoksüvaigud (epoxy) — laialdaselt kasutusel liimina, komposiitide matriksina, elektroonika ümbriste ja pinnakatetena.
• Fenoolvaigud (phenolic) — väga head termilise stabiilsuse ja suitsuvastaste omadustega, kasutatakse piduriplaatides, kuumakindlates osades.
• Polüester- ja vinüülestervaigud — tavalised klaaskiust või süsinikkiust komposiitide valmistamisel (paadid, torud, tuulegeneraatorite labad).
• Urea-formaldehüüd ja melamiinvaigud — puiduliimid, vineeri- ja mööblitöötlustooted.
• Silikoone ja poliimid — kõrgtemperatuurilised rakendused ning elastsed termokõvastuvad süsteemid.

Tootmisprotsessid ja töötlemine

• Valamine ja survetamine (compression/transfer molding) — kasutatakse detailide massitootmiseks.
• Reaction injection molding (RIM) — sobib keeruliste kujude kiireks tootmiseks madalatel viskoossustel segudel.
• Lay-up, filament winding ja pultrusion — komposiitide tootmiseks (klaas- või süsinikkiud + termokõvastuv vaigumaatriks).
• Prepregid ja autoklaavtöötlus — kõrgtugevate komposiitstruktuuride valmistamine lennunduses ja autotööstuses.

Kasutusalad

• Ehitus- ja tööstuskonstruktsioonid (komposiidist struktuurid, plaadid, liimitud ühendused)
• Autotööstus ja lennundus (kergekaalulised komposiidid, kuumakindlad osad)
• Energeetika (tuulegeneraatorite labad, isolatsioonimaterjalid)
• Elektroonika ja elektriseadmed (pooljuhtides, IC pakendamises, potting/encapsulation)
• Pinnakatted ja kaitsevahendid (vastupidavad kattekihid, korrosioonikaitse)
• Liimid ja täitematerjalid (liimina kasutatavad formulatsioonid)

Keskkond ja taaskasutus

Termokõvastuvate materjalide ristseostunud olemus teeb nende taaskasutuse keeruliseks. Levinud lähenemised on mehaaniline jahvatamine ja downcycling (täiteainena kasutamine), pyrolysis või solvolüütilised protsessid keemiliseks ringluseks ning arendused depolümeriseeruvates või ümberseostuvad (nt vitrimer) süsteemides, mis võimaldavad parandada taaskasutatavust. Taaskasutuse ja elutsükli mõju vähendamiseks on tööstuses kasvav huvi lahenduste vastu, mis võimaldavad materjalide uuemat kasutust või kergemat töötlemist taaskasutamiseks.

Tööohutus ja töötlemise eripärad

• Töötlemisel tuleb arvestada eksotermiliste reaktsioonidega — suured kokkupuutealused või liigkiire kõvenemine võivad põhjustada liigset temperatuuritõusu.
• Mõned kõvendajad ja vaigud võivad põhjustada nahaärritust või sensitiseerimist (näiteks epoksiidide korral) — kasuta sobivaid käsitööriideid, kindaid ja ventilatsiooni.
• Põlemisel võivad termokõvastuvad vaigud tekitada toksilisi suitsugaaside; põletuse vältimiseks tuleb järgida sobivaid jäätmekäitlus- ja põletusprotseduure.

Kokkuvõtlikult on termokõvastuv plast oluline materjalirühm tänu oma suurele tugevusele, kuumuskindlusele ja kemikaalide vastupanuvõimele. Nende piiranguteks on taaskasutuse raskus ja sageli suurem rabedus võrreldes termoplastidega, mistõttu jätkatakse uuringuid uute, ringlussevõetavate ja paremate mehaaniliste omadustega termokõvastuvate süsteemide väljatöötamiseks.

Küsimused ja vastused

K: Mis on termotehnoloogiline polümeer?

K: Kuidas saab termokõvastuva polümeeri kõvenemine toimuda?

K: Kas termokõviseid materjale saab lõplikku vormi vormida?

K: Kas kõik termokõvastuvad polümeerid on tahked?

K: Kus kasutatakse tahkeid termokõvenevaid polümeere?

K: Kas kõvastunud termokõvastuvat vaiku saab uuesti kuumutada ja sulatada tagasi vedelaks?

K: Mis on termokõveneva polümeeri teine nimetus?

Otsing