Los plásticos termoestables se fabrican a partir de resina termoendurecible como componente principal y se combinan con diversos aditivos necesarios mediante un proceso de reticulación para formar productos terminados. Son líquidos en las primeras etapas del proceso de fabricación o moldeo, y después del curado son insolubles e infusibles, y no se pueden volver a fundir ni ablandar. Los plásticos termoestables comunes incluyen plásticos fenólicos, plásticos epoxi, plásticos amino, poliésteres insaturados, plásticos alquídicos, etc. Los plásticos termoestables y los termoplásticos constituyen juntos los dos sistemas principales de componentes de los plásticos sintéticos. Los plásticos termoestables se dividen en dos tipos: los reticulados con formaldehído y otros tipos reticulados.
Definición
Los plásticos termoendurecibles pueden ablandarse y fluir cuando se calientan por primera vez. Cuando se calientan a una determinada temperatura, se produce una reacción química, es decir, una reacción de reticulación, y los plásticos se solidifican y endurecen. Este cambio es irreversible. Después de eso, ya no pueden ablandarse ni fluir cuando se calientan nuevamente. Es precisamente con la ayuda de esta característica que se lleva a cabo el proceso de moldeo. El flujo plastificado durante el primer calentamiento se utiliza para llenar la cavidad del molde bajo presión y luego solidificarse en un producto de una forma y tamaño determinados.
La característica de los plásticos termoendurecibles es que se endurecen debido a reacciones químicas después de ser calentados, presurizados o añadidos con un endurecedor a una determinada temperatura durante un período de tiempo determinado. La estructura química del plástico endurecido cambia, la textura se vuelve dura, es insoluble en disolventes y ya no se ablanda cuando se calienta. Si la temperatura es demasiado alta, se descompondrá. Las cadenas moleculares de resina en los termoplásticos son estructuras lineales o ramificadas. No hay enlaces químicos entre las cadenas moleculares. Se ablandan y fluyen cuando se calientan. El proceso de enfriamiento y endurecimiento es un cambio físico.
Los plásticos reticulados con formaldehído incluyen plásticos fenólicos y plásticos amino (como urea-formaldehído-melamina-formaldehído, etc.). Otros plásticos reticulados incluyen poliésteres insaturados, resinas epoxi, resinas de ftalato de dialilo, etc.
Entre los plásticos termoendurecibles de uso común se incluyen la resina fenólica, la resina de urea-formaldehído, la resina de melamina, la resina de poliéster insaturado, la resina epoxi, la resina de silicona, el poliuretano , etc.
Tipos
1. Resina fenólica (PF)
La resina fenólica es una de las variedades de plástico más antiguas de la historia. Se la conoce comúnmente como baquelita o baquelita. Tiene un aspecto de color marrón amarillento o negro y es un representante típico de los plásticos termoendurecibles. A menudo se utilizan diversos rellenos en el moldeo de resina fenólica. Dependiendo de los diferentes rellenos utilizados, el rendimiento del producto terminado también es diferente. Como material de moldeo, la resina fenólica se utiliza principalmente en campos que requieren resistencia al calor, pero también se utiliza como adhesivo para madera contrachapada, muelas abrasivas y pastillas de freno.
2. Resina de urea-formaldehído (UF)
La resina de urea-formaldehído es un plástico incoloro que se puede utilizar como material de moldeo, adhesivo, etc. Está hecha de urea y formaldehído. El material de moldeo de resina de urea-formaldehído está lleno de celulosa. Tiene una excelente dureza y resistencia mecánica. Por otro lado, tiene las desventajas de ser frágil, tener absorción de agua y poca estabilidad dimensional, e incluso a menudo se producen grietas cuando se deja quieta. La resina de urea-formaldehído se puede utilizar para fabricar vajillas, tapas de botellas y otras necesidades diarias y piezas mecánicas, y también se puede utilizar como adhesivo.
3. Resina de melamina-formaldehído (MF)
La resina de melamina-formaldehído también se denomina melamina, melamina-metacrilato y melamina. Este plástico compensa la deficiencia de la resina de urea-formaldehído de que no es resistente al agua, pero su precio es más alto que el de la resina de urea-formaldehído. Debido a que la resina de melamina-formaldehído es incolora y transparente como la resina de urea-formaldehído, y su color de moldeo es brillante, y debido a que tiene resistencia al calor, alta dureza superficial, propiedades mecánicas, buenas propiedades eléctricas, resistencia al agua, resistencia a los solventes y resistencia química, se puede utilizar en los campos de la vajilla, diversas necesidades diarias (incluido el mobiliario) y productos industriales.
4. Resina de poliéster insaturado (UF)
La resina de poliéster insaturado es un líquido transparente de color amarillo claro o ámbar con diferentes viscosidades. Debido a que la resina de poliéster insaturado no es fuerte, a menudo se le agregan materiales de refuerzo como fibra de vidrio, y el producto se conoce comúnmente como fibra de vidrio. La resina de poliéster insaturado es líquida antes de la solidificación y se puede moldear sin presión, e incluso se puede solidificar a temperatura ambiente, por lo que se puede procesar en productos mediante varios métodos de procesamiento.
5. Resina epoxi (EP)
La resina epoxi es un plástico termoendurecible que se cura con un agente de curado. Tiene una excelente adherencia, excelentes propiedades eléctricas y buenas propiedades mecánicas. El uso principal de la resina epoxi es como revestimiento anticorrosión y adhesivo para metales, y se utiliza a menudo en la encapsulación de placas de circuitos impresos y componentes electrónicos.
6. Resina de silicona (SI)
A diferencia de las resinas mencionadas anteriormente, el componente principal no es carbono, sino silicio, por lo que el precio es elevado. Sin embargo, la resina de silicona es resistente al calor hasta 180 °C y puede soportar 500 °C después de un tratamiento especial. Tiene buena resistencia al frío y sus propiedades físicas no cambian con la temperatura. Es un plástico termoendurecible con excelente resistencia química, resistencia al agua y resistencia a la intemperie. Sus productos resistentes al calor son materiales para la producción de componentes electrónicos industriales.
7. Poliuretano
Existen muchas variedades de poliuretano, con las que se pueden fabricar desde elastómeros termoplásticos ligeros hasta espumas rígidas. La densidad de la espuma blanda de poliuretano es de 0.015 a 0.15 g/cm³. Las espumas blandas se forman en bloques, que son fáciles de cortar para fabricar muebles y materiales de embalaje. Las espumas rígidas se pueden fabricar en una variedad de formas.
Características de procesamiento
Entre los plásticos termoendurecibles más comunes se encuentran los fenólicos, los amino poliésteres (melamina, urea-formaldehído) y el poli(ftalato de dipropileno), entre otros. Se utilizan principalmente en moldeo por compresión , extrusión e inyección. Plásticos como la silicona y la resina epoxi se emplean principalmente en el envasado por extrusión a baja presión de componentes electrónicos y en moldeo por fundición.
Contracción:
La contracción de formación se manifiesta principalmente en los siguientes aspectos:
1. La contracción lineal del tamaño de las piezas de plástico se debe a la expansión y contracción térmica, la recuperación elástica durante el desmoldeo, la deformación plástica, etc., lo que hace que el tamaño de las piezas de plástico se contraiga después de que se desmoldan y se enfríen a temperatura ambiente. Por lo tanto, se debe considerar la compensación al diseñar la cavidad.
2. Direccionalidad de la contracción Durante el moldeo, las moléculas se disponen en una determinada dirección, lo que hace que la pieza de plástico sea anisotrópica. La contracción es grande y la resistencia es alta a lo largo de la dirección del flujo del material (es decir, la dirección paralela), mientras que la contracción es pequeña y la resistencia es baja en la dirección perpendicular al flujo del material (es decir, la dirección vertical). Además, durante el moldeo, la densidad y la distribución del relleno de cada parte de la pieza de plástico son desiguales, por lo que la contracción también es desigual. La diferencia de contracción hace que la pieza de plástico sea propensa a deformarse, deformarse y agrietarse, especialmente durante la extrusión y el moldeo por inyección. Por lo tanto, la dirección de contracción debe considerarse al diseñar el molde, y la tasa de contracción debe seleccionarse de acuerdo con la forma de la pieza de plástico y la dirección del flujo de material.
3. Post-contracción Cuando se forman piezas de plástico, una serie de tensiones son causadas por factores como la presión de formación, la tensión cortante, la anisotropía, la densidad desigual, la distribución desigual del relleno, la temperatura desigual del molde, el endurecimiento desigual y la deformación plástica. Estos factores no pueden desaparecer por completo en el estado de flujo viscoso, por lo que existe una tensión residual cuando las piezas de plástico se forman bajo tensión. Después del desmoldeo, la tensión residual cambia debido al equilibrio de la tensión y la influencia de las condiciones de almacenamiento, lo que hace que las piezas de plástico se encojan de nuevo, lo que se denomina post-contracción. Generalmente, las piezas de plástico cambian más dentro de las 10 horas posteriores al desmoldeo y se fijan básicamente después de 24 horas, pero la estabilidad final tarda entre 30 y 60 días. Generalmente, la post-contracción de los termoplásticos es mayor que la de los plásticos termoendurecibles, y la del moldeo por extrusión e inyección es mayor que la del moldeo por compresión.
4. Contracción posterior al procesamiento En ocasiones, las piezas de plástico deben tratarse térmicamente después de la conformación según los requisitos de rendimiento y proceso, lo que también provocará cambios en el tamaño de las piezas de plástico. Por lo tanto, al diseñar moldes para piezas de plástico de alta precisión, se deben considerar y compensar los errores de contracción posterior y posterior al procesamiento.
Liquidez
La capacidad del plástico para llenar la cavidad bajo una temperatura y presión determinadas se denomina fluidez. Este es un parámetro de proceso importante que debe tenerse en cuenta al diseñar un molde. Una fluidez alta puede provocar fácilmente un desbordamiento excesivo, un llenado suelto de la cavidad, una estructura suelta de la pieza de plástico, acumulación de resina y relleno, fácil adherencia del molde, dificultad para desmoldar y limpiar y endurecimiento prematuro. Sin embargo, una fluidez baja dará como resultado un llenado insuficiente, dificultad para el conformado y una alta presión de conformado. Por lo tanto, la fluidez del plástico seleccionado debe ser compatible con los requisitos de la pieza de plástico, el proceso de conformado y las condiciones de conformado. Al diseñar un molde, se debe considerar el sistema de vertido, la superficie de separación y la dirección de alimentación en función del rendimiento de fluidez. La fluidez de los plásticos termoendurecibles generalmente se expresa en fluidez Raschig (en milímetros). Cuanto mayor sea el valor, mejor será la fluidez. Cada tipo de plástico generalmente se divide en tres niveles diferentes de fluidez para la selección de diferentes piezas de plástico y procesos de conformado. Generalmente, cuando la pieza de plástico tiene una gran superficie, muchos insertos, el núcleo y el inserto son delgados y débiles, y hay ranuras estrechas y profundas y paredes delgadas con formas complejas que no son propicias para el llenado, se deben utilizar plásticos con mejor fluidez. Los plásticos con una fluidez Lasig de más de 150 mm se deben utilizar para el moldeo por extrusión, y los plásticos con una fluidez Lasig de más de 200 mm se deben utilizar para el moldeo por inyección. Para garantizar que cada lote de plásticos tenga la misma fluidez, el método de lotes se utiliza a menudo en la práctica para ajustar, es decir, se utilizan juntos plásticos del mismo tipo pero con diferentes fluideces para hacer que las fluideces de cada lote de plásticos se compensen entre sí para garantizar la calidad de las piezas de plástico. Cabe señalar que las propiedades de inyección de los plásticos no solo están determinadas por el tipo de plásticos, sino que también suelen verse afectadas por varios factores al llenar la cavidad, lo que cambia la capacidad real de los plásticos para llenar la cavidad. Por ejemplo, un tamaño de partícula fino y uniforme (especialmente partículas redondas), una humedad elevada, una humedad elevada y una cantidad elevada de volátiles, unas condiciones adecuadas de precalentamiento y formación, un buen acabado de la superficie del molde y una estructura de molde adecuada son factores que contribuyen a mejorar la fluidez. Por el contrario, unas condiciones de precalentamiento o formación deficientes, una estructura de molde deficiente, una gran resistencia al flujo o un período de almacenamiento demasiado prolongado, un almacenamiento atrasado o una temperatura de almacenamiento elevada (especialmente para los plásticos amino) provocarán una disminución del rendimiento de flujo real de los plásticos al llenar la cavidad, lo que dará como resultado un llenado deficiente.
Relación de volumen y compresión específicos
El volumen específico es el volumen que ocupa un gramo de plástico (en cm³/g). La tasa de compresión es la relación entre el volumen o el volumen específico del polvo de plástico y la pieza de plástico (su valor siempre es mayor que 1). Se pueden utilizar para determinar el tamaño de la cámara de carga del molde. Un valor grande requiere un gran volumen de la cámara de carga y, al mismo tiempo, indica que hay mucho gas en el polvo de plástico, el escape es difícil, el ciclo de moldeo es largo y la productividad es baja. Un volumen específico pequeño es lo opuesto y favorece el prensado y prensado de comprimidos. Sin embargo, el valor del volumen específico a menudo tiene errores debido al tamaño de partícula y la irregularidad de las partículas del plástico.
Propiedades de endurecimiento
Durante el proceso de moldeo, los plásticos termoendurecibles se transforman en un estado viscoso plástico bajo calentamiento y presión, y la fluidez aumenta para llenar la cavidad. Al mismo tiempo, se produce una reacción de condensación, la densidad de reticulación continúa aumentando, la fluidez disminuye rápidamente y el material fundido se solidifica gradualmente. Al diseñar el molde, se debe prestar atención a facilitar la carga, carga y descarga de insertos, y seleccionar condiciones y operaciones de moldeo razonables para materiales con una velocidad de endurecimiento rápida y un estado de flujo corto, a fin de evitar un endurecimiento prematuro o insuficiente, lo que da como resultado un moldeo deficiente de las piezas de plástico.
La velocidad de endurecimiento generalmente está relacionada con el tipo de plástico, el espesor de la pared, la forma de la pieza de plástico y la temperatura del molde. Sin embargo, también se ve afectada por otros factores, especialmente el estado de precalentamiento. Se debe mantener un precalentamiento adecuado con la condición de que el plástico pueda ejercer la máxima fluidez y maximizar su velocidad de endurecimiento. Generalmente, cuanto mayor sea la temperatura de precalentamiento y mayor el tiempo (dentro del rango permitido), más rápida será la velocidad de endurecimiento. En particular, la velocidad de endurecimiento del tocho preprensado se acelera significativamente mediante el precalentamiento de alta frecuencia. Además, la velocidad de endurecimiento aumenta con una temperatura de formación alta y un tiempo de presurización prolongado. Por lo tanto, la velocidad de endurecimiento también se puede controlar adecuadamente ajustando las condiciones de precalentamiento o de formación. La velocidad de endurecimiento también debe ser adecuada para los requisitos del método de formación. Por ejemplo, el moldeo por inyección y extrusión debe requerir reacciones químicas lentas y un endurecimiento lento durante la plastificación y el llenado, y debe mantener un estado fluido a largo plazo, pero cuando se llena la cavidad, debe endurecerse rápidamente a alta temperatura y alta presión.
Contenido de humedad y materia volátil
Los distintos plásticos contienen distintos niveles de humedad y sustancias volátiles. Cuando hay demasiada humedad y sustancias volátiles, la fluidez aumenta, el material se desborda con facilidad, el tiempo de retención es largo, la contracción aumenta y es fácil que se produzcan defectos como ondulaciones y deformaciones, lo que afecta a las propiedades mecánicas y eléctricas de las piezas de plástico. Sin embargo, cuando el plástico está demasiado seco, también provocará una mala fluidez y dificultades para el conformado. Por lo tanto, los distintos plásticos deben precalentarse y secarse según sea necesario. En el caso de los materiales con una fuerte higroscopicidad, especialmente en estaciones húmedas, se debe evitar que incluso los materiales precalentados absorban humedad nuevamente.
Dado que los distintos plásticos contienen distintas cantidades de agua y sustancias volátiles, y que durante la reacción de condensación se produce condensación, estos componentes deben convertirse en gases y descargarse del molde durante el moldeo. Algunos gases son corrosivos para el molde e irritantes para el cuerpo humano. Por lo tanto, al diseñar el molde, debemos comprender las características de los distintos plásticos y tomar las medidas correspondientes, como precalentar, cromar el molde, abrir ranuras de escape o configurar procesos de escape durante el moldeo.
Proceso de moldeo por inyección
El proceso de moldeo por inyección de plásticos termoendurecibles es el mismo que el de los termoplásticos, pero los parámetros del proceso son diferentes. Las máquinas de moldeo por inyección comunes pueden ser máquinas de moldeo por inyección de émbolo o máquinas de moldeo por inyección de tornillo. El método de moldeo por inyección (tomando como ejemplo una máquina de moldeo por inyección de tornillo) es el siguiente. Agregue el plástico termoendurecible al barril plastificador, y el barril plastificador calentado y el tornillo giratorio funden y plastifican las materias primas hasta un estado fundido. En este momento, se produce una reacción física en las materias primas, que luego son empujadas hacia adelante hacia la cabeza del tornillo giratorio. Cuando el material fundido alcanza el volumen de inyección, el tornillo se mueve hacia adelante para inyectar el material fundido en el molde de moldeo por inyección a una presión de inyección y velocidad de inyección más altas. En este momento, el material fundido en el molde de moldeo por inyección reacciona con el agente de curado agregado al mismo tiempo en condiciones de alta presión y alta temperatura para producir una reacción de reticulación. Esta reacción química también libera sustancias de bajo peso molecular como agua y amoníaco. Una vez que el material fundido se enfría y se endurece, se puede sacar del molde de moldeo por inyección para convertirse en un producto moldeado por inyección de plástico termoendurecible.
Casos relacionados
En términos generales, el reciclaje de plásticos se refiere a los termoplásticos. Dado que los plásticos termoendurecibles forman una estructura reticulada después de la solidificación, no se pueden fundir ni volver a moldear, por lo que el reciclaje es más difícil y existen pocas aplicaciones reales de reciclaje. Solo el poliuretano y otros plásticos se reciclan a pequeña escala de forma comercial. La cantidad de plásticos termoendurecibles representa aproximadamente el 15% de todos los plásticos, lo que es una gran cantidad absoluta, por lo que su reciclaje es cada vez más importante y urgente.
No existen muchos tipos de plásticos termoendurecibles de uso común, principalmente poliuretano (PU), resina epoxi (EP), resina fenólica (PF), poliéster insaturado (UP), resina de melamina ( UF ), etc. Entre ellos, el PU y el PF son los más utilizados, representando cada uno aproximadamente un tercio del total de plásticos termoendurecibles. Los residuos plásticos termoendurecibles posconsumo son muy escasos en los residuos sólidos urbanos, principalmente en la industria y el comercio.
Solicitud
Más de la mitad de la producción de PU se destina a espuma blanda, que se utiliza más que en muebles, colchones y piezas de interior de automóviles. La espuma dura es el segundo uso más importante del PU, que se utiliza principalmente en la construcción, materiales de aislamiento industrial, embalaje y transporte. El PU moldeado por inyección y colada por reacción se utiliza principalmente en piezas de interior de automóviles. Además, también se puede utilizar en agricultura, minería, deportes y otros equipos.
El uso principal del PF es en la fabricación de madera contrachapada, adhesivos, colas, revestimientos, etc., mientras que las resinas de moldeo solo representan una parte muy pequeña.
El UP se utiliza principalmente para accesorios de gran tamaño, como invernaderos, tanques de almacenamiento y carrocerías de automóviles. El EP se utiliza principalmente para fabricar adhesivos, revestimientos, etc. También se puede utilizar para moldeo, piezas fundidas, placas de circuitos impresos, etc. Las piezas moldeadas por UF se utilizan principalmente para equipos eléctricos, vajillas y botones.
Hay tres métodos de reciclaje para plásticos termoendurecibles: reciclaje físico, reciclaje químico y reciclaje energético.
Precauciones
1. Los plásticos termoendurecibles para productos moldeados por inyección deben ser gránulos o polvos estructurales lineales con una masa molecular relativa pequeña.
2. La masa fundida de plásticos termoendurecibles después de la plastificación debe tener buena estabilidad térmica y fluidez, y debe tener buena fluidez cuando permanece en el barril durante mucho tiempo (dentro de los 10 minutos); la masa fundida es estable a bajas temperaturas y la reacción de reticulación es rápida a altas temperaturas.
3. El medio de calentamiento del barril es agua y el medio de calentamiento del molde de inyección es aceite. Utilice un control de temperatura constante y la diferencia de fluctuación de temperatura debe ser lo más pequeña posible.
4. El material fundido debe inyectarse en el molde con mayor presión y velocidad. Al realizar los ajustes, se debe utilizar el valor mínimo para garantizar la calidad del llenado y moldeo del producto plástico .
5. Preste atención al diseño estructural de la cabeza del tornillo y la boquilla, y no permita que queden residuos de material después de la inyección. La boquilla está abierta, con una abertura de 2 a 2.5 mm, y el canal de fusión es liso y limpio.
6. Preste atención a la selección de las dimensiones de la sección transversal del canal de escape en el molde de moldeo por inyección. Las dimensiones de la sección transversal que sean demasiado grandes o demasiado pequeñas tendrán un cierto impacto en la calidad del moldeo del producto plástico.
