In composietmaterialen is de belangrijkste functie van de hars het overbrengen van spanning tussen de versterkende vezels en als rol bij het aan elkaar fixeren van de vezels, waarbij de vezels worden beschermd tegen mechanische en omgevingsschade. De harsmatrix die over het algemeen wordt gebruikt om polymeercomposieten te versterken, is thermoplastisch of thermohardend. Dit artikel introduceert in het kort de kenmerken van verschillende gangbare thermohardende harsmatrices.
De meeste composietmaterialen gebruiken thermohardende harsen in het fabricageproces, en ze worden omgezet van vloeibaar naar vast door een proces dat polymerisatie of crosslinking wordt genoemd. Bij gebruik bij de productie van afgewerkte producten worden thermohardende harsen “uitgehard” door het gebruik van katalysatoren, warmte of een combinatie van beide. De uitgeharde thermohardende hars kan niet worden teruggebracht naar zijn oorspronkelijke vloeibare vorm. Veel voorkomende thermohardende kunststoffen zijn polyester, vinylester, epoxy en polyurethaan.
Onverzadigde polyesterhars
Onverzadigde polyesterhars (UPR) is de belangrijkste kracht in de composietmaterialenindustrie, goed voor ongeveer 75% van de totale gebruikte hars. Er zijn verschillende grondstoffen en verwerkingstechnieken die kunnen worden gebruikt om de vereiste eigenschappen van polyesterharsen te formuleren of te verwerken. Polyesters zijn veelzijdig omdat ze kunnen worden aangepast of aangepast tijdens het bouwen van polymeerketens. Ze zijn bruikbaar in bijna alle gebieden van de composietmaterialenindustrie.
Het belangrijkste voordeel van deze harsen is het vinden van een balans tussen prestatie (inclusief mechanisch, chemisch en elektrisch), maatvastheid, kosten en gebruiksgemak of verwerking. Polyesterfabrikanten kunnen harsen voorzien van de nodige eigenschappen om aan de behoeften van specifieke eindgebruikers te voldoen.
Epoxyhars
Epoxyhars kan worden gebruikt in verschillende composietonderdelen, constructies en betonreparaties. Door de structuur van de hars te verbeteren, kunnen veel producten met verschillende prestatieniveaus worden geproduceerd. Vergeleken met onverzadigde polyesterhars is het belangrijkste voordeel van epoxyhars de lagere krimp.
Epoxyharsen kunnen ook worden geformuleerd met verschillende materialen of worden gemengd met andere epoxyharsen om specifieke prestatiekenmerken te verkrijgen. Epoxyharsen worden voornamelijk gebruikt om hoogwaardige composietmaterialen te vervaardigen die uitstekende mechanische eigenschappen, corrosiebestendigheid, uitstekende elektrische eigenschappen, goede prestaties bij hoge temperaturen, goede hechting op substraten of een combinatie van deze voordelen hebben. Epoxyhars heeft echter geen bijzonder goede UV-bestendigheid.
Vinylester
De ontwikkeling van vinylesters combineert de voordelen van epoxyharsen met een betere hantering / snellere uitharding, wat een typisch kenmerk is van onverzadigde polyesterharsen. Deze harsen worden bereid door epoxyhars te laten reageren met acryl- of methacrylzuur. Dit levert onverzadigde plaatsen op, die sterk lijken op die welke in polyesterharsen ontstaan wanneer maleïnezuuranhydride wordt gebruikt. Het resulterende materiaal werd opgelost in styreen om een vloeistof te produceren die vergelijkbaar was met polyesterhars.
Vinylesters kunnen ook worden uitgehard met conventionele organische peroxiden die worden gebruikt met polyesterharsen. Vinylester heeft mechanische taaiheid en uitstekende corrosiebestendigheid, en deze verbeterde eigenschappen kunnen worden verkregen zonder ingewikkelde verwerking, hantering of speciale bewerkingen in de werkplaats (meestal epoxyhars).
Fenolische harsen
Fenolharsen zijn een soort harsen die meestal op fenol (koolzuur) zijn gebaseerd. Fenolhars stolt door condensatiereactie om water te produceren, dus het moet tijdens de verwerking worden verwijderd. Het aanbrengen van kleurstoffen is beperkt tot rood, bruin of zwart.
Fenolische composieten hebben veel wenselijke eigenschappen, waaronder hoge temperatuurbestendigheid, kruipweerstand, uitstekende warmte- en geluidsisolatie-eigenschappen, corrosiebestendigheid en uitstekende vuur- / rook- / rooktoxiciteitseigenschappen. Fenolhars wordt gebruikt als lijm of matrixlijm voor bewerkt hout (multiplex), remvoeringen, koppelingsplaten, printplaten, enz.
Polyurethanes
Polyurethanen zijn een familie van polymeren met een breed scala aan eigenschappen en toepassingen, die allemaal zijn gebaseerd op de exotherme reactie van organische polyisocyanaten en polyolen (alcoholen die meer dan één hydroxylgroep bevatten). Verschillende basiscomponenten met verschillende molecuulgewichten en functies kunnen worden gebruikt om het volledige polyurethaanmateriaal te produceren.
Polyurethaan is er in verrassend veel vormen. Deze materialen zijn alomtegenwoordig en spelen een belangrijke rol in alle aspecten van ons dagelijks leven in vergelijking met elk ander polymeer. Ze worden gebruikt als coatings, elastomeren, schuimen of kleefstoffen. Bij gebruik als coating voor buiten- of binnenafwerking, is polyurethaan taai, flexibel, chemisch bestendig en kan het snel uitharden. Polyurethaan wordt gebruikt als elastomeer in massieve banden, wielen, bumpers of isolatie.
Er zijn veel formuleringen van polyurethaanschuim om de dichtheid van isolatiematerialen, structurele sandwichpanelen en bouwcomponenten te optimaliseren. Polyurethaan wordt vaak gebruikt om composietstructuren aan elkaar te hechten. De voordelen van polyurethaanlijmen zijn dat ze een goede slagvastheid hebben, de hars snel kan uitharden en goed kan hechten op verschillende ondergronden (zoals beton).
