神话
所有塑料在足够高的温度下都会熔化。
现实
这是一个常见的错误。热固性塑料永远不会重新变成液体；它们最终会冒烟、炭化并燃烧，但在发生化学分解之前，它们会一直保持固态。
材料科学聚合物工业设计化学
热塑性聚合物与热固性聚合物
这两类聚合物的根本区别在于它们对热的反应。热塑性塑料的特性与蜡类似，加热时软化，冷却时硬化，因此可以多次重塑。相比之下，热固性塑料加热时会发生永久性的化学变化，形成无法再次熔化的刚性结构。
亮点
- 热塑性塑料的特性与巧克力类似；遇热融化，遇冷冻结。
- 热固性塑料就像面包一样；一旦烘烤成型，就无法再变回面团状。
- 交联是使热固性材料永久保持性能的特定化学过程。
- 由于热塑性塑料易于回收利用，因此在全球塑料市场占据主导地位。
热塑性塑料是什么？
一种用途广泛的聚合物，在特定温度以上会变得柔软或可塑形，冷却后会凝固。
- 它们由长链分子组成，这些长链分子通过弱的分子间作用力结合在一起。
- 这些材料可以熔化并多次回收利用，制成新产品。
- 常见品种包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）。
- 它们通常具有很高的抗冲击性，并且可以轻松制成复杂的几何形状。
- 如果加热到超过其熔点，它们只会变成粘稠的液体，而不会立即燃烧。
热固性是什么？
一种通过称为交联的热激活化学反应固化成永久形状的塑料。
- 固化过程会在聚合物链之间形成牢固的三维共价键。
- 一旦定型，它们暴露在高温下会烧焦或燃烧，而不是熔化。
- 它们具有优异的热稳定性和耐化学溶剂性能。
- 常见的例子包括环氧树脂、胶木和硫化橡胶。
- 这些材料通常很脆，但却具有惊人的结构强度和硬度。
比较表
| 功能 | 热塑性塑料 | 热固性 |
|---|---|---|
| 热效应 | 软化并融化 | 硬化并永久定型 |
| 可回收性 | 高度可回收 | 不可回收 |
| 分子结构 | 线性或支链 | 交联的3D网络 |
| 化学抗性 | 缓和 | 极高 |
| 制造方法 | 注塑成型、挤出成型 | 压缩成型、浇铸 |
| 熔点 | 低至中等 | 不熔化；会分解 |
| 耐久性 | 柔韧且抗冲击 | 坚固且耐热 |
详细对比
纽带的科学
要理解二者的区别，我们需要从微观层面来观察。热塑性塑料的聚合物链彼此独立，当加热提供足够的能量克服它们之间微弱的吸引力时，这些聚合物链会相互滑动。而热固性塑料在“固化”阶段会形成庞大的、相互连接的网状结构。这些交联就像化学胶水一样，将每个分子牢牢锁定在一个巨大的、固定的晶格中，无论温度如何变化，这个晶格都不会移动。
制造和加工
两者的生产方法截然不同。热塑性塑料可以熔化，因此非常适合高速自动化工艺，例如注塑成型——想想乐高积木或汽水瓶就知道了。热固性塑料通常以液态树脂或粉末的形式压入热模具中。一旦化学反应发生，零件就被“烤”成最终形状，之后无法再进行修改。
可持续性和生命周期
从环境角度来看，热塑性塑料具有明显的优势，因为它们可以粉碎并重新熔化制成新产品，从而支持循环经济。热固性塑料一旦达到使用寿命终点，处理起来就困难得多。由于它们不会熔化，因此难以重新加工；它们通常被磨碎用作沥青填料，或者最终被填埋，这使得它们不太环保，但对于高温应用来说又是必不可少的。
压力下的表现
如果您的应用涉及极高温度——例如厨房铲子或发动机部件——热固性塑料是唯一选择，因为它们不会变形。但是，如果您需要一种可以弯曲而不断裂的材料，例如塑料袋或软管，热塑性塑料则能提供日常应用所需的弹性和韧性。
优点与缺点
热塑性塑料
优点
- + 易于回收
- + 高抗冲击性
- + 快速制造
- + 性价比高
继续
- − 低熔点
- − 在负载下蠕变
- − 易受溶剂影响
- − 不耐高温
热固性
优点
- + 优异的耐热性
- + 尺寸稳定性
- + 非常坚硬/刚硬
- + 化学性质稳定
继续
- − 无法回收
- − 较长的固化时间
- − 更脆
- − 无法重新塑形
常见误解
神话
热固性材料比热塑性材料“更坚固”。
现实
强度取决于你的定义。热固性塑料更硬更脆，但通常也更脆。热塑性塑料通常更“坚韧”，因为它们可以通过变形而不是破碎来吸收冲击力。
神话
塑料上的回收标志表示它们都是一样的。
现实
数字 1 到 7 通常指的是热塑性塑料。热固性塑料很少使用这些符号，因为它们无法熔化，也无法通过标准的回收设施进行处理。
神话
热塑性塑料总是柔软的。
现实
虽然许多热塑性塑料都具有柔韧性，但有些热塑性塑料，例如聚碳酸酯或PEEK，却异常坚韧，常用于航空航天部件。它们的“柔软性”仅指其在高温下的状态。
常见问题解答
哪一种用于3D打印？
几乎所有消费级3D打印机都使用PLA或ABS等热塑性材料。这是因为打印机的工作原理是熔化塑料丝，然后将其从喷嘴挤出，这个过程需要材料在加热时变成液体，冷却时变成固体。
为什么烹饪锅的把手要用热固性塑料制成？
把手通常由胶木或其他热固性材料制成，因为它们具有优异的隔热性能，即使靠近炉灶也不会熔化。热塑性把手最终会因沸水或炉灶的高温而下垂或变形。
热固性树脂可以研磨回收吗？
理论上可以，但并非传统意义上的。你无法制造出相同产品的新版本。相反，研磨后的热固性树脂被用作混凝土或特种复合板等材料的“填料”或“骨料”。
橡胶是热塑性材料还是热固性材料？
两者皆可。天然橡胶相对较软，但经过硫磺和高温硫化后，就变成了一种热固性材料，既保持弹性又不会熔化。然而，还有一类叫做“热塑性弹性体”（TPE）的材料，它手感像橡胶，但可以熔化并回收利用。
如果我把热固性塑料放进微波炉里会发生什么？
由于热稳定性高，大多数“微波炉适用”的硬质塑料容器都是由热固性塑料或耐高温热塑性塑料制成的。然而，如果塑料并非为此设计，则可能会熔化（热塑性塑料）或渗出化学物质（两种塑料都可能）。
哪种生产成本更高？
热固性塑料通常价格更高，因为其固化过程需要时间——有时每个零件需要几分钟。热塑性塑料可以在几秒钟内完成注塑和冷却，因此在大批量生产中，“单件成本”要低得多。
环氧树脂是热塑性塑料吗？
不，环氧树脂是一种典型的热固性聚合物。它由两种液体（树脂和固化剂）组成，混合后发生化学反应，形成永久的、坚硬如石的三维分子网络。
如何通过观察产品来区分它们？
虽然并不总是那么容易判断，但一个简单的经验法则是：如果一个零件非常坚硬、耐热，并且内部结构复杂（例如电路板），那么它很可能是热固性材料。如果它摸起来略带蜡质感、有弹性，或者带有回收代码，那么它很可能是热塑性材料。
裁决
对于包装和玩具等大批量、可回收或柔性产品，请选择热塑性塑料。而当您需要一种能够承受高温、重载和化学品侵蚀而不变形的材料时，则应选择热固性塑料。
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