熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂
FRPコンポジットに使用される2つの樹脂の違い
着色高分子化合物。
sturti/ゲッティイメージズ
熱可塑性の使用ポリマー樹脂は非常に広く普及しており、私たちのほとんどはほぼ毎日何らかの形で樹脂と接触しています.一般的な熱可塑性樹脂とそれを使用して製造された製品の例は次のとおりです。
- ペット (水とソーダのボトル)
- ポリプロピレン （包装容器）
- ポリカーボネート（安全ガラスレンズ）
- PBT (子供のおもちゃ)
- ビニール（窓枠）
- ポリエチレン （食料品の袋）
- PVC （配管パイプ）
- PEI（飛行機のアームレスト）
- ナイロン （履物、衣類）
熱硬化性対熱可塑性構造
複合材の形の熱可塑性樹脂は、ほとんどの場合、強化されていません。つまり、樹脂は、構造を維持するために構成されている短くて不連続な繊維のみに依存する形状に形成されます。一方、熱硬化技術で形成された多くの製品は、他の構造要素で強化されています。 カーボンファイバー —補強用。
熱硬化性および熱可塑性技術の進歩は進行中であり、間違いなく両方の場所があります。それぞれに長所と短所がありますが、特定の用途に最適な材料を最終的に決定するものは、次のいずれかまたはすべてを含む多くの要因に帰着します: 強度、耐久性、柔軟性、容易さ/費用製造、およびリサイクル可能性。
熱可塑性複合材料の利点
熱可塑性複合材料は、一部の製造用途で 2 つの大きな利点を提供します。1 つ目は、多くの熱可塑性複合材料が同等の熱硬化性樹脂に比べて耐衝撃性が向上していることです。 (場合によっては、その差は耐衝撃性の 10 倍にもなる可能性があります。)
熱可塑性複合材料のもう 1 つの主な利点は、可鍛性を備えていることです。生の熱可塑性樹脂は常温では固体ですが、熱と圧力で強化繊維に含浸させると、物理的変化発生します (ただし、永続的で不可逆的な変化をもたらす化学反応ではありません)。これにより、熱可塑性複合材料を再成形および再成形できます。
たとえば、引抜成形された熱可塑性複合材ロッドを加熱し、再成形して曲率を持たせることができます。冷却すると、熱硬化性樹脂では不可能なカーブが残ります。この特性は、元の使用が終了した熱可塑性複合製品の将来のリサイクルに大きな期待を寄せています。
熱可塑性複合材料の欠点
熱を加えることで柔軟にすることができますが、熱可塑性樹脂は本来固体であるため、強化繊維を含浸させることは困難です。樹脂を加熱する必要があります 融点 繊維を一体化するために圧力を加える必要があり、その後、圧力をかけたまま複合材を冷却する必要があります。
特別なツール、技術、および機器を使用する必要があり、その多くは高価です。このプロセスは、従来の熱硬化性複合材料の製造よりもはるかに複雑で費用がかかります。
熱硬化性樹脂の特性と一般的な用途
熱硬化性樹脂では、生の未硬化樹脂分子が触媒化学反応によって架橋されます。この化学反応により、ほとんどの場合発熱があり、樹脂分子は互いに非常に強力な結合を作成し、樹脂は液体から固体に状態を変化させます。
一般的に、繊維強化ポリマー (FRP) とは、長さが 1/4 インチ以上の強化繊維の使用を指します。これらのコンポーネントは機械的特性を向上させますが、技術的には繊維強化複合材と見なされていますが、その強度は連続繊維強化複合材の強度に匹敵するものではありません。
従来の FRP 複合材料は、構造繊維を所定の位置にしっかりと保持するマトリックスとして熱硬化性樹脂を使用します。一般的な熱硬化性樹脂には次のものがあります。
- ポリエステル樹脂
- ビニルエステル樹脂
- エポキシ
- フェノール
- ウレタン
- 今日使用されている最も一般的な熱硬化性樹脂は、 ポリエステル樹脂 、ビニルエステル、エポキシと続きます。熱硬化性樹脂は未硬化であり、 室温 、それらは液体状態にあり、次のような強化繊維の便利な含浸を可能にします グラスファイバー 、炭素繊維、またはケブラー。
熱硬化性樹脂の利点
室温の液体レジンは、作業がかなり簡単ですが、屋外での生産には十分な換気が必要です。ラミネーション（密閉型製造）では、液状の樹脂を真空ポンプや陽圧ポンプで素早く成形できるため、大量生産が可能です。製造の容易さを超えて、熱硬化性樹脂は、多くの場合、低い原材料コストで優れた製品を生産するため、費用対効果が高くなります。
熱硬化性樹脂の利点には次のようなものがあります。
- 溶剤や腐食剤に対する優れた耐性
- 熱および高温への抵抗
- 高疲労強度
- 調整された弾力性
- 優れた接着性
- 研磨と塗装の優れた仕上げ品質
熱硬化性樹脂の欠点
熱硬化性樹脂は、一度触媒化されると、元に戻したり、再成形したりすることはできません。つまり、熱硬化性複合材料が形成されると、その形状を変更することはできません。このため、熱硬化性複合材料のリサイクルは非常に困難です。熱硬化性樹脂自体はリサイクルできませんが、いくつかの新しい企業は、熱分解として知られる嫌気性プロセスによって複合材から樹脂を除去することに成功し、少なくとも強化繊維を再生することができます。