Wat is het verschil tussen thermoplasten en thermoharders?

Bij het kiezen van een kunststof voor een machineonderdeel kijkt u meestal naar eigenschappen zoals sterkte, slijtvastheid, wrijving of temperatuurbestendigheid. Daarvoor ligt een fundamentelere vraag: gaat het om een thermoplast of om een thermoharder?

Dat onderscheid lijkt misschien vooral theoretisch, maar het heeft grote gevolgen in de praktijk. Het bepaalt hoe een materiaal reageert op warmte, of het te recyclen is en vooral welke bewerkingen mogelijk zijn. Een kunststof die u wilt buigen of lassen, moet bijvoorbeeld een heel andere structuur hebben dan een kunststof die juist onder alle omstandigheden hard en vormvast moet blijven.

In deze blog leggen we uit wat thermoplasten en thermoharders zijn, waarin ze verschillen en wat dat betekent voor uw toepassing.

Twee families binnen de kunststoffen

Kunststoffen zijn synthetische materialen die via chemische processen worden gemaakt. Ze zijn grofweg in te delen in twee groepen: thermoplasten en thermoharders. Het verschil zit in de chemische opbouw van het materiaal en in hoe die opbouw reageert op warmte.

Kunststoffen bestaan uit lange molecuulketens, polymeren genoemd. Hoe die ketens met elkaar verbonden zijn, bepaalt tot welke familie een kunststof behoort.

Thermoplasten: vormbaar onder invloed van warmte

Bij thermoplasten worden de molecuulketens door relatief zwakke krachten bij elkaar gehouden. Wordt het materiaal verwarmd, dan laten die krachten los: de kunststof wordt zacht, is te vormen en smelt uiteindelijk. Bij afkoeling wordt het materiaal weer vast en behoudt het de nieuwe vorm.

Er vindt bij verwarming geen chemische reactie plaats. De structuur van het materiaal blijft gelijk, waardoor thermoplasten meerdere keren kunnen worden verwarmd, gevormd en afgekoeld. Dat maakt ze bijzonder veelzijdig.

Het overgrote deel van de technische kunststoffen die in de machinebouw worden gebruikt, is een thermoplast. Denk aan:

• POM, PA en HMPE voor geleidingen, lagers en slijtdelen
• PETP voor maatvaste precisieonderdelen
• Polycarbonaat en acrylaat voor transparante machinekappen en afschermingen
• PVC, PP en PE als constructiekunststoffen voor chemisch bestendige toepassingen
• High-performance kunststoffen zoals PEEK

Thermoplasten worden breed toegepast vanwege hun vormbaarheid, bewerkbaarheid en recyclebaarheid.

Thermoharders: eenmaal uitgehard, altijd hard

Thermoharders werken fundamenteel anders. Tijdens de productie ondergaat het materiaal een chemische reactie waarbij de molecuulketens onderling sterke dwarsverbindingen vormen. Zo ontstaat een stevig, driedimensionaal netwerk.

Dat proces is onomkeerbaar. Een thermoharder die eenmaal is uitgehard, wordt bij opnieuw verwarmen niet meer zacht en smelt niet. Bij zeer hoge temperaturen breekt het materiaal uiteindelijk af, maar het is nooit meer opnieuw te vormen.

Die eigenschap maakt thermoharders geschikt voor toepassingen waar hardheid, stijfheid en maatvastheid essentieel zijn, zoals elektrische isolatie, elektronische behuizingen, vliegtuigonderdelen en composietmaterialen.

Bekende thermoharders zijn epoxy- en fenolharsen. Binnen de technische kunststoffen zijn vooral hardweefsel en hardpapier bekende voorbeelden. Bij hardweefsel is katoenweefsel met hars geïmpregneerd en onder hoge druk en temperatuur uitgehard. Hardpapier is op dezelfde manier opgebouwd, maar met lagen papier als basis. Het resultaat is een zeer stijf en gelaagd plaat- of stafmateriaal dat onder andere wordt gebruikt voor busjes, ringen en isolerende onderdelen.

Wat betekent het verschil voor de bewerking?

Voor wie een kunststof onderdeel laat maken, zit hier het belangrijkste praktische verschil. De structuur van het materiaal bepaalt namelijk welke bewerkingen mogelijk zijn.

Buigen kan alleen met thermoplasten. Bij warm zetten wordt een buiglijn plaatselijk verwarmd, zodat het materiaal plastisch wordt en in de gewenste vorm kan worden gebogen. Dat gebeurt bijvoorbeeld bij machinekappen van polycarbonaat of acrylaat. Een thermoharder wordt bij verwarming niet zacht en zal bij buigen breken.

Lassen is eveneens voorbehouden aan thermoplasten. Bij kunststof lassen worden twee onderdelen met warmte en een lasdraad van hetzelfde materiaal aan elkaar versmolten. Materialen zoals PVC, PP en HMPE lenen zich hier goed voor, bijvoorbeeld voor waterdichte lekbakken. Omdat thermoharders niet smelten, zijn ze niet te lassen.

Frezen en draaien zijn bij beide families goed mogelijk. Bij thermoplasten wordt rekening gehouden met de smeltgevoeligheid van het materiaal, bijvoorbeeld via de keuze van gereedschap en snijsnelheid, zodat het materiaal niet te warm wordt. Thermoharders zoals hardweefsel verspanen juist erg fijn, waarbij goede afzuiging van het vrijkomende stof belangrijk is. Onderdelen uit thermoharders worden daarom vrijwel altijd gefreesd of gedraaid uit plaat- of stafmateriaal.

Verbinden gebeurt bij thermoharders door te lijmen of mechanisch te bevestigen. Bij thermoplasten zijn lijmen, lassen en mechanisch bevestigen allemaal mogelijk, afhankelijk van het materiaal en de toepassing.

Is een thermoharder altijd beter bestand tegen hitte?

Een veelvoorkomend misverstand is dat thermoharders per definitie beter tegen hoge temperaturen kunnen dan thermoplasten. Dat klopt niet helemaal.

Het is waar dat een thermoharder niet zacht wordt of smelt. Maar er zijn ook thermoplasten die juist zijn ontwikkeld voor langdurige thermische belasting. High-performance kunststoffen zoals PEEK en PAI behouden hun mechanische eigenschappen tot circa 250°C bij continu gebruik, in combinatie met een hoge sterkte en slijtvastheid.

Waar het in de praktijk om draait, is niet alleen de maximale temperatuur, maar vooral de vraag of een materiaal zijn eigenschappen behoudt onder langdurige warmte, belasting en de omstandigheden van uw toepassing. In onze blog Welk type kunststof is het beste bestand tegen hitte? gaan we daar dieper op in.

Duurzaamheid en recycling

Ook op het gebied van duurzaamheid is er een duidelijk verschil. Thermoplasten kunnen opnieuw worden gesmolten en verwerkt, waardoor restmateriaal een tweede leven kan krijgen. Steeds meer thermoplasten zijn daarom ook als gerecyclede kunststof verkrijgbaar.

Bij thermoharders is dat veel lastiger. Omdat het netwerk in het materiaal niet opnieuw kan worden gevormd, is een thermoharder na uitharding niet op dezelfde manier te recyclen. Dat is een van de redenen waarom thermoplasten in veel toepassingen de voorkeur hebben.

Thermoplast of thermoharder: welke past bij uw toepassing?

In de meeste machinebouwtoepassingen is een thermoplast de logische keuze. Deze materialen bieden een brede keuze aan eigenschappen, van maatvastheid en lage wrijving tot slagvastheid, chemische bestendigheid en hittebestendigheid. Bovendien zijn ze op veel manieren te bewerken, van zagen en frezen tot buigen en lassen.

Een thermoharder komt in beeld wanneer een onderdeel onder alle omstandigheden hard, stijf en vormvast moet blijven, of wanneer elektrische isolatie een belangrijke rol speelt. Denk aan isolerende onderdelen, busjes en ringen van hardweefsel of hardpapier.

Uiteindelijk begint de juiste keuze, net als bij elke materiaalvraag, bij de toepassing. Welke belasting komt er op het onderdeel? Speelt warmte een rol? Komt het in contact met vocht of chemicaliën? En moet het onderdeel worden gebogen, gelast of verlijmd?

Twijfelt u welke kunststof het beste past bij uw onderdeel? Lakwijk levert zowel thermoplasten als thermoharders, als halffabricaat of als bewerkt eindproduct. Neem contact met ons op voor advies over materiaalkeuze en bewerking.