Tworzywa termoutwardzalne

Termoutwardzalne tworzywa sztuczne, znane również jako materiały termoutwardzalne są produktami przemysłu petrochemicznego. Utwardzane są nieodwracalnie. Sam proces może być indukowany przez ogrzewanie, zazwyczaj powyżej 200°C, w wyniku reakcji chemicznej czy odpowiedniego napromieniowania.

Materiały termoutwardzalne są zwykle ciekłe lub ciągliwe, przed samym procesem utwardzenia. Formowane są w końcowej fazie procesu. Raz utwardzony materiał nie może zostać ponownie stopiony i kształtowany. Utwardzenie jest procesem jednorazowym i w przypadku powtórnego ogrzania, tworzywo po prostu niszczeje.

Tworzywa te są przeciwstawione tworzywom termoplastycznym, które są powszechnie wytwarzane na osadach i kształtowane poprzez wtryskiwanie do różnych form.

IUPAC definiuje tworzywa termoutwardzalne jako produkt przemysłu petrochemicznego w formie lepkiej lub stałej, ale miękkiej, który nieodwracalnie zmienia swój kształt podczas procesu utwardzania. Utwardzanie może być indukowane przez działanie odpowiedniej temperatury lub odpowiedniego promieniowa. W niektórych przypadkach wykonuje się oba te zabiegi.

Podczas procesu utwardzania, materiał zmienia swoją postać z żywicy do tworzywa sztucznego lub gumy, za pomocą procesu sieciowania. Energia/katalizator sprawia, że łańcuchy cząsteczek reagują chemicznie w różny sposób, łącząc się w sztywną strukturę o charakterze 3D. Proces sieciowania tworzy cząsteczki o większej masie cząsteczkowej, co prowadzi do zwiększenia temperatury topnienia tworzywa. Podczas reakcji masa cząsteczkowa wzrasta w takim stopniu, że temperatura topnienia staje się wyższa od temperatury otoczenia, w którym materiał występuje w postaci stałej.

Niekontrolowane ogrzewanie termoutwardzonego tworzywa prowadzi do jego degradacji. Wynika to z wcześniejszego osiągnięcia temperatury rozkładu niż temperatury topnienia po procesie utwardzania. Oznacza to, że te tworzywa nie mogą być poddawane recyklingowi, z wyjątkiem materiału wypełniającego.

Przykłady:
- System poliestrowy z włókna szklanego: związki formujące do blach i sypkie materiały do wytłaczania
- Poliuretany: pianki izolacyjne, materace, powłoki, kleje, części samochodowe, rolki do druku, podeszwy butów, podłogi, włókna syntetyczne itd. Polimery poliuretanowe są utworzone przez połączenie dwóch dwu- lub wyższych funkcjonalnych monomerów/oligomerów.
- Bakelit: żywica fenolowo formaldehydowa, stosowane w gniazdkach elektrycznych i izolatorach.
- Duroplast: lekki ale mocny materiał podobny do bakelitu, wykorzystywany do produkcji części samochodowych
- Pianka mocznikoformaldehydowa: stosowana do sklejki, płyt wiórowych, i płyt pilśniowych średniej gęstości
- Flatan (DAP): stosowany w wysokiej temperaturze do złączy elektrycznych.
- Poliidy: stosowane w płytkach drukowanych i kadłubach nowoczesnych samolotów.
- Estry cyjanian lub policianurates: znalazł zastosowanie w elektronice jako tworzywo dielektryczne.

Niektóre metody formowania:
- Reaktywne formowanie wtryskowe (butelki mleka, skrzynki)
- Wytłaczanie (wytwarzanie rur, nici tkaniny i izolacji na kablach elektrycznych)
- Formowanie tłoczne (wykorzystywane do kształtowania większości termoutwardzalnych tworzyw sztucznych)
- Odlewanie (wytwarzanie figurek do gier, emblematów oraz różnego rodzaju części zamiennych)