Θερμοπλαστικό

Ένα θερμοπλαστικό είναι ένα πλαστικό υλικό, συνήθως ένα πολυμερές, που γίνεται ευλύγιστο ή εύπλαστο πάνω από μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και στερεοποιείται με ψύξη.

Τα περισσότερα θερμοπλαστικά έχουν μια υψηλή σχετική μοριακή μάζα. Οι αλυσίδες του πολυμερούς συνδέονται με διαμοριακές δυνάμεις, που εξασθενούν γρήγορα με αύξηση της θερμοκρασίας, παράγοντας ένα ιξώδες υγρό. Συνεπώς, τα θερμοπλαστικά μπορούν να ανασχηματιστούν με θέρμανση και χρησιμοποιούνται συνήθως για να παραγάγουν κομμάτια για χύτευση με έγχυση. Τα θερμοπλαστικά διαφέρουν από τα θερμοσκληραινόμενα πλαστικά, που σχηματίζουν μη αναστρέψιμους χημικούς δεσμούς κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σκλήρυνσης. Τα θερμοσκληραινόμενα δεν τήκονται, αλλά αποσυντίθενται και δεν ανασχηματίζονται με ψύξη.

Γραφική παράσταση τάσης-παραμόρφωσης θερμοπλαστικού υλικού.

Πάνω από τη θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης του, T_g και κάτω από το σημείο σημείο τήξης του, T_m, οι φυσικές ιδιότητες ενός θερμοπλαστικού αλλάζουν δραστικά χωρίς μια συσχετισμένη μετατροπή φάσης. Μέσα σε αυτήν την περιοχή θερμοκρασιών, τα περισσότερα θερμοπλαστικά είναι ελαστικά λόγω των εναλλασσόμενων άκαμπτων κρυσταλλικών και ελαστικών άμορφων περιοχών, που πλησιάζουν τις τυχαίες έλικες.

Κάποια θερμοπλαστικά που δεν είναι πλήρως κρυσταλλωμένα κάτω από τη θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης T_g, διατηρούν κάποια ή όλα τα άμορφα χαρακτηριστικά τους. Τα άμορφα και ημιάμορφα πλαστικά χρησιμοποιούνται όταν είναι απαραίτητη υψηλή οπτική διαύγεια, επειδή το φως σκεδάζεται έντονα από κρυσταλλίτες μεγαλύτερους από το μήκος κύματος τους. Τα άμορφα και ημιάμορφα πλαστικά αντιστέκονται λιγότερο σε χημικές επιθέσεις και σε περιβαλλοντική ρωγμάτωση από τάση, επειδή τους λείπει η κρυσταλλική δομή.

Η ευθραυστότητα μπορεί να μειωθεί με την προσθήκη πλαστικοποιητών, που αυξάνουν την κινητικότητα των άμορφων τμημάτων της αλυσίδας για ένα αποτελεσματικό χαμηλότερο T_g. Η τροποποίηση του πολυμερούς μέσα από συμπολυμερισμό ή μέσω της προσθήκης μη δραστικής πλευρικής αλυσίδας στα μονομερή πριν τον πολυμερισμό μπορεί επίσης να χαμηλώσει το T_g. Πριν την εφαρμογή αυτών των τεχνικών, τα πλαστικά τμήματα των οχημάτων σπάζανε συχνά όταν εκτίθεντο σε κρύες θερμοκρασίες. Πρόσφατα, έχουν γίνει διαθέσιμα θερμοπλαστικά ελαστομερή.

Ακρυλικά

Ως ακρυλικό ονομάζεται ένα πολυμερές από πολυμεθακρυλικό μεθύλιο (poly(methyl methacrylate)) (PMMA), που είναι επίσης γνωστό με εμπορικά ονόματα όπως Lucite, Perspex και Plexiglas. Εξυπηρετεί ως ένα ανθεκτικό υποκατάστατο του γυαλιού για στοιχεία όπως τα ενυδρεία, οι προσωπίδες κρανών μοτοσικλετιστών, τα παράθυρα αεροσκαφών, υποβρύχιες θύρες θέασης και φακοί εξωτερικών φώτων οχημάτων. Χρησιμοποιούνται εκτεταμένα για την κατασκευή σημάτων, συμπεριλαμβανομένων των γραμμάτων και των λογοτύπων. Στην ιατρική, χρησιμοποιούνται στο οστικό τσιμέντο και για αντικατάσταση φακών οφθαλμών. Οι ακρυλικές βαφές αποτελούνται από σωματίδια PMMA που αιωρούνται σε νερό.

Ακρυλονιτρίλιο-βουταδιένιο-στυρένιο (ABS)

Το τριπολυμερές ακρυλονιτριλίου-βουταδιενίου-στυρενίου (Acrylonitrile butadiene styrene) (ABS) συντίθεται από στυρένιο και ακρυλονιτρίλιο παρουσία πολυβουταδιενίου. Το ABS είναι ένα υλικό μικρού βάρους που παρουσιάζει υψηλή αντίσταση κρούσης και μηχανική σκληρότητα. Δημιουργεί κάποιους κινδύνους στην ανθρώπινη υγεία κατά από κανονικό χειρισμό. Χρησιμοποιείται σε πολλά καταναλωτικά προϊόντα, όπως παιχνίδια, συσκευές και τηλέφωνα.

Νάιλον

Το νάιλον ανήκει σε μια τάξη πολυμερών που λέγονται πολυαμίδια. Έχει χρησιμοποιηθεί ως υποκατάστατο του μεταξιού σε προϊόντα όπως αλεξίπτωτα, προστατευτικά γιλέκα και κάλτσες γυναικών. Οι ίνες νάιλον είναι χρήσιμες στην κατασκευή υφασμάτων, σκοινιών, χαλιών και μουσικών χορδών, ενώ σε χύμα μορφή, το νάιλον χρησιμοποιείται για μηχανικά κομμάτια συμπεριλαμβανομένων βιδών, οδοντωτών τροχών και περιβλημάτων εργαλείων. Επιπλέον, το νάιλον χρησιμοποιείται στην κατασκευή σύνθετων θερμοάντοχων υλικών.

Πολυγαλακτικό οξύ (PLA)

Το πολυγαλακτικό οξύ ή πολυλακτίδιο είναι ένα βιοδιασπάσιμος θερμοπλαστικός αλειφατικός πολυεστέρας που παρασκευάζεται από ανανεώσιμες πηγές, όπως άμυλο καλαμποκιού (στις ΗΠΑ), ρίζες από ταπιόκα, πατατάκια ή άμυλο (κυρίως στην Ασία), ή ζαχαροκάλαμο (στον υπόλοιπο κόσμο). Είναι ένα από τα υλικά που χρησιμοποιούνται για τρισδιάστατη εκτύπωση με την τεχνική σύντηξης διαδοχικών στρώσεων (Fused deposition modeling-FFF).

Πολυβενζιμιδαζόλιο

Η ίνα πολυβενζιμιδαζολίου (PBI, (Poly-[2,2’-(m-phenylen)-5,5’-bisbenzimidazole)) είναι μια συνθετική ίνα με πολύ υψηλό σημείο τήξης. Έχει εξαιρετική θερμική και χημική σταθερότητα και δεν αναφλέγεται εύκολα. Ανακαλύφθηκε αρχικά από τον Αμερικανό χημικό Carl Shipp Marvel στην αναζήτηση νέων υλικών με ανώτερη σταθερότητα, διατήρηση της ακαμψίας και της σκληρότητας σε αυξημένες θερμοκρασίες. Λόγω της υψηλής του σταθερότητας, το πολυβενζιμιδαζόλιο χρησιμοποιείται στην κατασκευή προστατευτικών ενδυμάτων υψηλής απόδοσης όπως ο πυροσβεστικός εξοπλισμός, διαστημικές στολές αστροναυτών, προστατευτικά γάντια υψηλής θερμοκρασίας, ενδύματα συγκολλητή, και ταπετσαρίες αεροσκαφών. Πρόσφατα, το πολυβενζιμιδαζόλιο βρήκε εφαρμογή ως μεμβράνη σε κυψέλες καυσίμου.

Πολυαιθυλένιο

Πολυαιθυλένιο (ή πολυαιθένιο, PE) είναι μια οικογένεια παρόμοιων υλικών που κατηγοριοποιούνται σύμφωνα με την πυκνότητά τους και τη μοριακή δομή τους. Παραδείγματος χάρη:

• Το υπερυψηλής σχετικής μοριακής μάζας πολυαιθυλένιο (UHMWPE) είναι σκληρό και ανθεκτικό σε χημικά και χρησιμοποιείται στην κατασκευή κινούμενων τμημάτων μηχανών, τριβείων, γραναζιών, τεχνητών συνδέσμων και κάποιων αλεξίσφαιρων γιλέκων.
• Το πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE), ανακυκλώσιμο πλαστικό αριθμός 2, χρησιμοποιείται συνήθως σε: συσκευασίες γάλακτος, φιάλες υγρών απορρυπαντικών πλύσης, εξωτερική επίπλωση, λουτήρες, φορητά δοχεία βενζίνης, σωλήνες αποχέτευσης νερού και σακούλες λαχανικών.
• Το Πολυαιθυλένιο μέσης πυκνότητας (MDPE) χρησιμοποιείται για μεμβράνες συσκευασίας, σάκους και αέριους σωλήνες και σε εξαρτήματα.
• Το Πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας (LDPE) είναι πιο μαλακό και ευλύγιστο και χρησιμοποιείται στην κατασκευή πιεζόμενων μπουκαλιών, πωμάτων από συσκευασίες γάλακτος, σακούλες καταστημάτων λιανικής. Το πολύ χαμηλής πυκνότητας πολυαιθυλένιο (LLDPE) χρησιμοποιείται ως ελαστική μεμβράνη στη μεταφορά και χειρισμό κιβωτίων διαρκών αγαθών και ως κοινό κάλυμμα οικιακής τροφής.
• Το Διασταυρωμένο πολυαιθυλένιο (XLPE ή "PEX") είναι ένα ημιάκαμπτο/ευλύγιστο υλικό με πλατιά χρήση σε εφαρμογές δημιουργίας θέρμανσης/ψύξης κρύου ή ζεστού νερού (ψύξη ή θέρμανση με νερό) λόγω της εξαιρετικής του αντίστασης σε βλάβες που οφείλονται στην ευρεία διακύμανση της θερμοκρασίας.

Πολυπροπυλένιο

Το πολυπροπυλένιο (PP) είναι χρήσιμο για ποικίλα προϊόντα όπως επαναχρησιμοποιήσιμους πλαστικούς περιέκτες τροφών, πλαστικούς περιέκτες ασφαλείς για φούρνους μικροκυμάτων και πλυντήρια πιάτων, εσωτερική επένδυση για πάνες, εσωτερική επένδυση και περίβλημα σερβιετών, σχοινιά, χαλιά, πλαστικά καλούπια, συστήματα αποχέτευσης, μπαταρίες αυτοκινήτων, μόνωση ηλεκτρικών καλωδίων και φίλτρων για αέρια και υγρά. Στην ιατρική, χρησιμοποιείται στη θεραπεία κήλης και στην κατασκευή θερμοάντοχου ιατρικού εξοπλισμού. Φύλλα πολυπροπυλενίου χρησιμοποιούνται για χάρτινους φακέλους και συσκευασίες και καθαρισμό δοχείων αποθήκευσης. Το πολυπροπυλένιο ορίζεται από τον αριθμό ανακύκλωσης πλαστικών 5. Αν και είναι σχετικά αδρανές, είναι ευάλωτο στην υπεριώδη ακτινοβολία και μπορεί να υποβαθμιστεί σημαντικά σε άμεσο ηλιακό φως. Το πολυπροπυλένιο δεν αντέχει τόσο την κρούση όσο τα πολυαιθυλένια (HDPE, LDPE). Είναι επίσης κάπως διαπερατό σε πολύ πτητικά αέρια και υγρά.

Πολυστυρένιο

Το πολυστυρένιο κατασκευάζεται σε ποικίλες μορφές που έχουν διαφορετικές εφαρμογές. Εξηλασμένο πολυστυρένιο (PS) χρησιμοποιείται στην κατασκευή μαχαιροπιρουνιών μιας χρήσης, συσκευασιών CD και DVD, πλαστικών μοντέλων οχημάτων και σκαφών και στα περιβλήματα ανιχνευτών καπνού. Ο διογκωμένος αφρός πολυστυρενίου (EPS) χρησιμοποιείται στην κατασκευή μόνωσης και υλικών συσκευασίας, όπως τα "φιστίκια" and μορφοποιημένος αφρός που χρησιμοποιείται σε εύθραυστα προϊόντα. Εξηλασμένος αφρός πολυστυρενίου (XPS), γνωστός με το εμπορικό όνομα Styrofoam, χρησιμοποιείται στην κατασκευή αρχιτεκτονικών μοντέλων και κυπέλλων για θερμαινόμενα ποτά. Τα συμπολυμερή του πολυστυρενίου χρησιμοποιούνται στην κατασκευή παιχνιδιών και περιβλημάτων προϊόντων.

Πολυβινυλοχλωρίδιο

Το πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC) είναι ένα σκληρό, ελαφρύ υλικό που αντέχει σε οξέα και βάσεις. Οι μεγαλύτερες ποσότητες χρησιμοποιούνται στις κατασκευές, όπως για παρακάμψεις, σωλήνες αποχέτευσης, υδρορροές και φύλλα στέγης. Μετατρέπεται επίσης σε εύκαμπτες μορφές με την προσθήκη πλαστικοποιητών, κάνοντας το συνεπώς χρήσιμο για στοιχεία όπως σωλήνες, σωληνώσεις, ηλεκτρική μόνωση, πανωφόρια, σακάκια και επενδύσεις. Το ευλύγιστο PVC χρησιμοποιείται επίσης σε φουσκωτά προϊόντα, όπως κρεβάτια με νερό και παιχνίδια πισίνας.

Τεφλόν

Το τεφλόν είναι εμπορικό όνομα της DuPont για διάφορα πολυμερή πολυτετραφθοροαιθυλενίου (PTFE), που ανήκει σε μια τάξη θερμοπλαστικών γνωστών ως φθοροπολυμερή. Είναι γνωστό ως επικάλυψη για μη κολλώδη κουζινικά σκεύη. Επειδή είναι χημικά αδρανές, χρησιμοποιείται στην κατασκευή περιεκτών και σωλήνων που έρχονται σε επαφή με δραστικές ενώσεις. Χρησιμοποιείται επίσης ως λιπαντικό για να μειώσει τη φθορά από τριβή μεταξύ ολισθαινόντων τμημάτων, όπως γρανάζια, έδρανα και κουζινέτα.