高分子
熱固性塑膠(thermoset)
想想烤蛋糕或讓混凝土凝固:一旦熱與化學完成了它們的工作,這個改變就是永久的。重新加熱一塊烤好的蛋糕,並不會讓它變回麵糊——它只會燒焦。熱固性塑膠就是這樣行為的高分子。在它固化的過程中,它形成一張緻密的共價交聯網絡,把所有鏈綁成一個巨大相連的分子,此後便永遠定型。無論你怎麼加熱,它都不會軟化再流動;把溫度推得夠高,它就只是焦化並降解。
這個機制是把交聯推到高程度。當熱固性材料固化時——由熱、硬化劑或兩者驅動——反應性的鏈在許多點彼此鍵結,建出一張剛硬的三維網絡。因為鏈如今是以共價鍵綁在一起,而不只是並排靠著,它們無法彼此滑過,所以沒有熔化。這就是為什麼熱固性材料通常比熱塑性塑膠更硬、更強、更剛,也遠更耐熱耐溶劑。常見的熱固性材料包括環氧樹脂、酚醛樹脂(電木)、不飽和聚酯,以及硫化橡膠(彈性體是這個家族裡輕度交聯的特例)。
它之所以重要,是因為那張永久網絡正是你在零件必須於高溫與負載下保持形狀與剛性時所需要的——電絕緣體、電路板、黏著劑,以及許多複合材料的基材都是熱固性材料。但同樣的永久性也是個真正的缺點:熱固性材料無法重熔、重塑或輕易回收,因為要重新加工就得打斷共價網絡,而這會毀掉材料。此外,家族內部還有個取捨:交聯得愈重,它就愈硬愈強,但也愈脆。
舊煎鍋或熨斗上的電木握把是熱固性材料(酚醛樹脂)。它在爐火上保持剛硬、不會軟化——但把它丟進高溫爐裡,它會焦化而不是熔化,因為它交聯的網絡只能被打斷,永遠無法流動。
熱固性材料固化成一張永久的交聯網絡——堅固耐熱,但無法重熔或回收。
熱固性材料無法重熔或輕易回收,因為重新加工意味著打斷共價網絡。交聯愈多,強度與耐熱性愈高,但脆性也愈大。
又称
另见