Използване на епоксидни разредители за контролиране на вискозитета във формулировките на епоксидни смоли

Как епоксидните разредители намаляват и нагласяват вискозитета: Механизми и структурни принципи

Реактивна срещу нереактивна химия на епоксидни разредители и тяхната реологична характеристика

Начинът, по който епоксидните разредители влияят на вискозитета, зависи от напълно различни химични процеси. Вземете например реактивни разредители като бутандиол диглицидилов етер – те съдържат специални епоксидни или глицеридилни етерни групи, които всъщност стават част от полимерната мрежа при втвърдяване. Такива разредители могат да намалят първоначалния вискозитет с 40 до 60 процента, без да жертват значително топлинната устойчивост или механичните свойства в сравнение с нереактивните им аналогове. Някои дифункционални реактивни разредители са особено добри в това, като запазват около 85 до 90 процента от първоначалната твърдост на смолата и задържат така нареченото понижаване на Tg до минимум, което означава, че материала остава стабилен при по-високи температури. От друга страна, нереактивните разредители действат повече като временни пластификатори, като нарушават междумолекулните сили. Разбира се, те понижават вискозитета точно толкова ефективно на кратко време, но винаги съществува проблемът от тяхното измиване с течение на времето или отделяне от основния материал. От реологична гледна точка, реактивните разредители всъщност улесняват течението на материалите, като намаляват активационната енергия с около 15 до 20 процента. Това помага за изравняване и напояване при онези дебели покрития с високо съдържание на твърди вещества, които често се срещат. Нереактивните версии първоначално се държат добре по нютонов начин, но това се променя след изпаряване на разтворителите или при температурни колебания, което в крайна сметка влияе на последователността на крайния продукт.

Молекулно тегло, функционалност и кинетика на отваряне на цикъла като ключови фактори за вискозитета

Има по същество три ключови фактора, които влияят на това колко добре действат разредителите в епоксидни системи: тяхната молекулна маса, това, което наричаме функционалност, и начина, по който реагират при отваряне на пръстените по време на процесиране. Когато става дума за молекулна маса, всичко под около 200 грама на мол наистина помага да се понижи вискозитетът. При всеки 100 g/мол спад в теглото, вискозитетът обикновено намалява между 1 200 и 1 500 сантипоаза в DGEBA системи, тъй като има по-малко верижно преплитане и ограниченията на свободния обем се намаляват. Аспектът на функционалността е свързан с контрола на плътността на напречното свързване. Монофункционалните разредители могат да намалят вискозитета наполовина до три четвърти, но те също понижават температурата на стъклен преход (Tg) с приблизително 10 до 20 градуса по Целзий и намаляват плътността на напречното свързване с около 30 до 40%. Дифункционалните версии обаче осигуряват по-добро равновесие, запазвайки по-голямата част от термичната стабилност, като все пак позволяват процесиране при вискозитет под 4 000 cP. Това, което се случва при реакции на отваряне на пръстени, също е важно за времето на процесиране. Алифатните епоксиди обикновено ускоряват процеса в сравнение с ароматните им аналогове, увеличавайки скоростта на втвърдяване с около 25 до 30%, което кара материала да се затваря по-бързо, но изисква много по-строг контрол върху живота в съда. Чрез настройване на тези различни параметри производителите могат точно да нагласят своите материали от начални точки около 12 000 cP чак до под 4 000 cP, като ги правят подходящи за всичко – от операции по навиване на нишки, където ниският вискозитет е от решаващо значение, до процеси на вакуумно инфузия, които изискват леко по-висок вискозитет за правилен поток на смолата.

Биоосновни епоксидни разредители: Производителност и практичност на производни на карвакрол, тимол, гваякол и ванилин алкохол

Ефективност на синтеза и добив при епоксидиране за фенолни монотерпени базирани епоксидни разредители

Когато става въпрос за добиви при епоксидиране, производните на карвакрол и тимол наистина се отличават, достигайки над 95% при сравнително меки условия около 60 до 80 градуса по Целзий. Системите с гваякол работят още по-бързо и завършват реакцията за около три дни. Особеният интерес към производните на ванилил алкохол идва от начина, по който фенолните хидроксилни групи се предпазват чрез стерични ефекти. Това води до значително по-добра избирачност по време на реакцията и създава много по-малко нежелани странични продукти, което означава по-малко усилия при последващата пречистване на крайния продукт. При наблюдението на последните разработки в безразтворителните методи се наблюдават постоянни резултати с добив над 90%, дори при по-големи пилотни мащаби. Това има значение, защото прави тези процеси икономически привлекателни, но също така по-приятели към околната среда. За компании, които целят внасянето на биобазирани разредители на пазара, този вид подобрения в ефективността представляват истински напредък към жизнеспособни търговски решения.

Ефективност на намаляване на вискозитета: Сравнителни данни срещу DGEBA

Когато се заредят при 15 тег%, разредителите, получени от карвакрол, намаляват значително вискозитета на DGEBA, всъщност с около 78 до 92 процента. Получените вискозитети варират от приблизително 1050 до 2500 сР, което прави тези материали наистина подходящи за неща като инфузия на смола и производствени процеси с вакуумно подпомагане. При анализа на аналогите на тимол виждаме интересни температурни реакции и тук. При стайна температура (около 25 градуса по Целзий) смесите достигат около 1800 сР, но след това преминават към нютонов тип течен поток, когато температурите надминат 40 градуса по Целзий. Това свойство помага за подобряване на последователността при запълване на формите при работа с променливи топлинни условия по време на производствени серии. Разредителите, базирани на гваякол, обаче не са чак толкова ефективни, като намаляват вискозитета само с около 60 до 70%. Любопитно е, че въпреки че вариантите на ванилов алкохол имат по-високи молекулни маси, те все пак постигат около 3700 сР. Това показва как определени биологични структури могат да компенсират това, което иначе би било ограничение, причинено от увеличена маса. Особено забележително е, че разредителите, запазващи поне 40% съдържание на биомаса, се представят еднакво добре, ако не и по-добре от традиционните петрохимически алтернативи, когато става въпрос за контрол на вискозитета при сходни нива на зареждане.

Балансиране на компромисите в производителността: биосъдържание, реактивност и топлинни свойства

При работа с биоосновни епоксидни разредители, формулировчиците трябва да балансират целите за устойчивост спрямо изискванията материалът правилно да изпълнява функциите си. Растителни материали като феноли и монотерпени обикновено понижават вискозитета по-ефективно от традиционните опции, когато се има предвид количеството използван материал. Но има един недостатък. Тези възобновяеми съставки могат да променят молекулната структура по начин, който ускорява химичните реакции по време на втвърдяване. Изследвания показват, че това може да ускори процеса на втвърдяване с около 25 до 30 процента, макар обикновено да означава по-малко образуване на напречни връзки, намалявайки ги с около 10 до 15 процента. Резултатът? Забележимо понижение на температурата на преход в стъклено състояние (Tg) между 5 и 20 градуса Целзий, след като всичко се затвори. Алифатичните структури помагат за устойчивостта на материала към пукнатини, но това става за сметка на понижена топлоустойчивост. Това е от голямо значение за композитни части, които трябва да запазят надеждна работоспособност дори когато температурите надвишават 100°C. Правилният подбор зависи от разбирането на всички тези взаимоотношения. Формулировчиците трябва да избират разредители, които отговарят на определени Tg изисквания, като същевременно съответстват на производствените графици, свързани с неща като живот в купата и момента, в което частите могат безопасно да бъдат извадени от формите.

Сравнителен анализ на ефективността на разредител за епоксидни смоли: реология, поведение при втвърдяване и крайни характеристики на композита

Реологично профилиране в диапазона 0–15 тегловни% натоварване с разредител за епоксидни смоли

Когато се добавят в количество между 0 и 15 тегловни процента, разредителите за епоксидни смоли намаляват сложната вискозност с около 40 до 70% в сравнение с чистия DGEBA материал. При концентрация от около 10 тегловни процента, сложната вискозност пада под 4000 сантипоаза, което обикновено се счита за достатъчно добро за подходящото напояване на влакната по време на производството на композити. Анализът на вискоеластичните свойства показва също нещо интересно. Модулът на съхранение и модулът на загуба отнемат повече време да нараснат при тези модифицирани системи. Началните измервания на модула на съхранение са приблизително с 20 до 30% по-ниски в сравнение със стандартните формулировки, което сочи по-бавно развитие на еластичните мрежи в материала. Това всъщност може да помогне при обработката, но носи и рискове. Когато концентрациите надвишат 12 тегловни процента, нараства вероятността от фазово разделяне, което нарушава равномерността на кръстосаните връзки и в крайна сметка влияе на качеството на готовите детайли. Добрата новина обаче е, че правилно балансирани смеси от разредители запазват характеристиките си на течности, които омекват при налягане, така че последователно запълват формите, без да загелеят твърде рано по време на производството.

Влияние върху времето за гелуване, температурата на стъклен премин и плътността на напречното свързване

Добавянето на реактивни разредители може да намали времето за гелуване с около 15 до 25 процента при съдържание между 5 и 10 тегловни процента. Това се случва, защото епоксидните групи стават по-мобилни и процесът на отваряне на пръстена се ускорява. Но всъщност от значение е колко функционални са тези разредители. Еднофункционалните обикновено понижават температурата на стъклен преминаване с около 10 до 20 градуса Целзий при натоварване от 15 тегловни процента. От друга страна, двуфункционалните видове запазват температурата на стъклен преминаване много по-близо до тази на оригиналната смола, обикновено в рамките само на 5 до 10 градуса. Когато става дума за плътността на напречните връзки, наблюдаваме подобно поведение. Двуфункционалните разредители запазват приблизително 85 до 90 процента от напречните връзки, установени при недилутирани материали. Еднофункционалните варианти значително изостават, като обикновено падат до само 60 до 70 процента. За най-добри резултати повечето производители целят натоварване от 8 до 10 тегловни процента. На това ниво материала става достатъчно работим, с вискозитет под 4000 сантипоаза, запазва температура на стъклен преминаване над 120 градуса Целзий, необходима за конструкционни приложения, и запазва достатъчна плътност на напречните връзки за добри механични свойства. Въпреки това, увеличаването над 12 тегловни процента започва да причинява сериозни проблеми. Намалява се топлоустойчивостта, намалява се якостта на междуслоен отрязване и детайлите могат да се деформират с времето. Тези проблеми рядко са обратими, след като веднъж се появят.