দ্রুত-সেটিং ইপোক্সি আঠালো জন্য একটি সমাধান হিসাবে ইপোক্সি অ্যাক্সেলেরেটর

কীভাবে ইপোক্সি অ্যাক্সেলেরেটর কিউরিং প্রক্রিয়াকে ত্বরান্বিত করে: বিজ্ঞান এবং বাস্তব প্রভাব

ইপোক্সি অ্যাক্সেলেরেটর সক্রিয়করণ প্রক্রিয়ার পিছনের বিজ্ঞান

এপক্সি অ্যাক্সেলেরেটরগুলি রজন এবং হারডেনারদের (এপক্সি কিউরিং এজেন্টস 2022) মধ্যে ক্রস-লিঙ্কিং কম পর্যন্ত 50% কমিয়ে দেয়। এই অনুঘটকগুলি এপোক্সাইড গ্রুপগুলিতে ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বন্ধনগুলি দুর্বল করে দেয়, যার ফলে অ্যামিনগুলি কম শক্তি সীমার মধ্যে পলিমারাইজেশন শুরু করতে পারে। এই অণুর "ঠেলা" মিনিটের পরিবর্তে ঘন্টার পরিবর্তে ঘন রজনগুলিকে কঠিন ম্যাট্রিক্সে রূপান্তরিত করে।

আণবিক স্তরে ত্বরিত এপক্সি কিউরিংয়ের গতিবিদ্যা বিশ্লেষণ

ডিফারেনশিয়াল স্ক্যানিং ক্যালোরিমেট্রি (ডিএসসি) দেখায় যে অনুঘটক ছাড়া সিস্টেমগুলির তুলনায় অ্যাক্সেলেরেটরগুলি বিক্রিয়ার হার 3–5 বৃদ্ধি করে। 25°C-এ, তৃতীয় অ্যামিনগুলি নিউক্লিওফিলিক আক্রমণের সময় সংক্রমণ অবস্থা স্থিতিশীল করে জেলেশন সীমা 2 ঘন্টা থেকে 35 মিনিটে কমিয়ে দেয়।

কেস স্টাডি: তৃতীয় অ্যামিনগুলিকে অ্যাক্সেলেরেটর হিসাবে ব্যবহার করে আঠালো বন্ধনে সময় হ্রাস

0.5% বেনজিলডাইমিথাইলামিন ব্যবহার করে এয়ারোস্পেস প্রস্তুতকারকরা ওয়িং প্যানেল বন্ডিং চক্রগুলি 68% হ্রাস করেছে। স্ট্রাকচারাল ইপক্সি আঠালো পদার্থ 90 মিনিটের বনাম 4.5 ঘন্টায় পূর্ণ শক্তি অর্জন করেছে, সীমান্ত অবস্থার 95% অপরিবর্তিত অবস্থায় রেখেছে (45 MPa)।

প্রবণতা: অটোমোটিভ সমবায় লাইনে দ্রুত উদ্বোধন অনুঘটকের গ্রহণযোগ্যতা

এখন অটোমেকাররা EV ব্যাটারি ট্রে ক্যাপসুলেশনকে 8 ঘন্টা থেকে 110 মিনিটে কমাতে ল্যাটেন্ট ইমিডাজোল ডেরিভেটিভ ব্যবহার করছে। এই অনুঘটকগুলি 80°C এর নিচে নিষ্ক্রিয় থাকে, রেজিন ইনজেকশন চলাকালীন অকাল পরিপক্বতা প্রতিরোধ করে।

সর্বোচ্চ দক্ষতার জন্য রেজিন সিস্টেমের সাথে ইপক্সি অ্যাক্সেলেরেটরগুলি মেলানো

এলিফ্যাটিক অ্যামিন এবং ডাইগ্লাইসিডাইল ইথার রেজিনের মধ্যে সামঞ্জস্যতা

যখন অ্যালিফ্যাটিক অ্যামিনগুলি ডাইগ্লাইসিডাইল ইথার (ডিজিইবিএ) রজিনের সাথে ব্যবহার করা হয়, তখন পলিমার রসায়ন বৃত্তে আমরা যে প্রোটন স্থানান্তর বিক্রিয়া নিয়ে কথা বলি তার কারণে এগুলি বিষয়গুলি অনেক দ্রুত করে তোলে। গত বছর পলিমার জার্নালে প্রকাশিত গবেষণা অনুসারে, এই বিক্রিয়াগুলি ত্বরকবিহীন সিস্টেমের তুলনায় প্রায় 30 থেকে 50 শতাংশ পর্যন্ত সক্রিয়করণ শক্তি হ্রাস করে। যাইহোক, এই দুটি উপাদান একসাথে কাজ করলে প্রকৃত জাদু ঘটে। আমরা দেখছি মাত্র দুই ঘন্টার মধ্যে প্রায় 95% ক্রস লিঙ্কিং সম্পন্ন হয়েছে যদিও পরিবেশের তাপমাত্রা কক্ষ তাপমাত্রায় (প্রায় 25 ডিগ্রি সেলসিয়াস) থাকে। এটি পাতলা স্তরের কোটিং অ্যাপ্লিকেশনের জন্য সম্পূর্ণ নিখুঁত কারণ দ্রুত কিউরিংয়ের সময় বেশি গুরুত্বপূর্ণ কারণ ধীর কিউরিং প্রায়শই অদ্ভুত ঝুলন্ত সমস্যার দিকে পরিচালিত করে। শিল্প নেতাদের অধিকাংশই দেখেছেন যে অ্যামিন থেকে এপোক্সি অনুপাতটি প্রায় 1 অংশ অ্যামিন থেকে 10 অংশ এপোক্সি রাখলে দ্রুত কিউরিং এবং সময়ের সাথে ভালো Tg স্থিতিশীলতা বৈশিষ্ট্য বজায় রাখার মধ্যে সঠিক ভারসাম্য পাওয়া যায়।

কম্পোজিট উত্পাদনে এপক্সি রেজিন ধরনগুলির সাথে অ্যাক্সেলেরেটারগুলি ম্যাচিং করা

বিমান কম্পোজিট দলগুলি মাল্টিফাংশনাল এপক্সি রেজিনগুলির সাথে বোরন ট্রাইফ্লুরাইড কমপ্লেক্সগুলির মতো ল্যাটেন্ট ক্যাটালিস্টগুলি ব্যবহার করে যা ইন্টারল্যামিনার শিয়ার শক্তি ক্ষতি না করে প্রেপ্রেগ কিউরিং কে 40% দ্রুত করে তোলে (কম্পোজিট স্ট্রাকচার 2023)। কার্বন ফাইবার-রেইনফোর্সড পলিমারগুলির জন্য, অ্যাক্সেলেরেটর নির্বাচন তিনটি নিয়ম অনুসরণ করে:

• ক্যাটালিস্ট ঘনত্ব ≤ রেজিন ওজনের 2%
• শীর্ষ এক্সোথার্ম তাপমাত্রা 180°C এর নিচে
• ক্রসলিঙ্কিং এর সময় কোনো উদ্বায়ী পার্শ্ব পণ্য নেই

কৌশল: অ্যাক্সেলেরেটর-রেজিন সিনার্জি পূর্বাভাসের জন্য DSC বিশ্লেষণ ব্যবহার করা

ডিফারেনশিয়াল স্ক্যানিং ক্যালোরিমেট্রি (DSC) তাপমাত্রার পরিসরে অ্যাক্সেলেরেটর কর্মক্ষমতা মডেল করার জন্য কিউর কাইনেটিক্স ডেটা সরবরাহ করে। 2024 এর একটি পরীক্ষায়, উত্পাদকরা DSC-নির্দেশিত ফর্মুলেশন গ্রহণ করে কম্পোজিট ব্যর্থতার হার 22% থেকে কমিয়ে 3% এ নামিয়ে আনে:

(সূত্র: কম্পোজিট ম্যাটেরিয়ালস ইনস্টিটিউট ২০২৪)

ওভার-এক্সিলারেশন এবং তাপমোচী বিক্রিয়ার ঝুঁকি এড়ানো

মোটা অংশের ইপোক্সি ঢালাইয়ে ওভার-এক্সিলারেশনের ঝুঁকি

যখন উপকরণগুলি খুব দ্রুত শক্ত হয়ে যায়, তখন তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণের ব্যাপারে প্রকৃত সমস্যা তৈরি করে বিশেষ করে যখন 5 মিলিমিটারের বেশি পুরু স্তরের ব্যাপারে মাথা গুড়িয়ে থাকে। এই প্রক্রিয়াটি অনেক তাপ নির্গত করে, 2022 সালে ASM International এর গবেষণা অনুসারে কখনও কখনও 150 ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি হয়ে যায়। এই তীব্র তাপ বিভিন্ন অংশের বিভিন্ন হারে প্রসারিত হওয়ার কারণে ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র ফাটল তৈরি করে, যা ওজন সহ ক্ষেত্রগুলির উপাদানের মোট শক্তি প্রায় 40 শতাংশ দুর্বল করে দেয়। পরবর্তীতে যা ঘটে তা আরও খারাপ হয় পুরু অংশগুলির ক্ষেত্রে, কারণ তারা এই তাপ অধিক সময় ধরে রাখে। যেহেতু রাসায়নিক বন্ধনগুলি দ্রুত গঠিত হয়, তারা আসলে আরও বেশি তাপ উৎপাদন করে, যা প্রকৌশলীদের পরিভাষায় পুনরাবৃত্তি চক্র (ফিডব্যাক লুপ) হিসাবে পরিচিত। এই সম্পূর্ণ চক্রটি গঠনের শক্তি এবং চূড়ান্ত পৃষ্ঠের মসৃণতা উভয়ের ক্ষতি করে।

শিল্প মেঝে প্রয়োগে তাপজনিত অনিয়ন্ত্রিত বিক্রিয়া এড়ানো

শিল্প ইপক্সি মেঝেগুলি অনিয়ন্ত্রিত বিক্রিয়া প্রতিরোধের জন্য পর্যায়ক্রমিক প্রয়োগ পদ্ধতির প্রয়োজন হয়। ঠিকাদাররা ব্যবহার করেন:

• পর্যায়বদ্ধ ঢালাই (<300 mm² অংশসমূহ)
• বোরোসিলিকেট মাইক্রোস্ফিয়ার (25–30% ওজন হ্রাস)
• এম্বেডেড সেন্সর দিয়ে তাপীয় নিগরানি

ব্যাপক ঢালাইয়ের তুলনায় এই পদ্ধতি শীর্ষ তাপ নির্গমনকে 62% হ্রাস করে (কোটিংস প্রযুক্তি জার্নাল 2021), যখন উৎপাদন সুবিধাগুলি দ্বারা প্রয়োজনীয় <2 ঘন্টা চলার সময় বজায় রাখে।

বিতর্ক বিশ্লেষণ: ত্বরিত প্রক্রিয়াকরণে দ্রুতগতি বনাম কাঠামোগত অখণ্ডতা

ইপক্সি বিশেষজ্ঞদের মধ্যে দ্রুত কিউরিং প্রক্রিয়া আসলে পলিমার গঠনকে দুর্বল করে দেয় কিনা সে বিষয়ে বেশ আলোচনা হয়েছে। দ্রুত কাজ করা এক্সিলেটরগুলি মাত্র 45 মিনিটের মধ্যে প্রায় 90% কিউরড হয়ে যায়, কিন্তু যেগুলি সময় নেয় সেগুলি প্রায় 18 থেকে 22 শতাংশের মধ্যে অনেক বেশি ঘন ক্রসলিঙ্ক গঠন করে বলে এএসটিএম ডি4065 পরীক্ষায় দেখা গেছে। স্ট্রাকচারাল অ্যাডহেসিভগুলির সাথে কাজ করা প্রস্তুতকারকদের জন্য এটি এক ধরনের সমস্যার সৃষ্টি করে। তাদের সিদ্ধান্ত নিতে হবে যে তারা কি উৎপাদনের জন্য দ্রুত সময় পেতে চান নাকি এএসটিএম সি881-20 মান অনুযায়ী ভালো স্থায়ী শক্তি চান। বেশিরভাগ কোম্পানিই একটি নির্দিষ্ট সমাধান না নিয়ে তাদের প্রয়োগের প্রয়োজনীয়তার সাথে এই উপাদানগুলি মিলিয়ে দেখেন।

ইপক্সি-এক্সিলেটর বিক্রিয়ার আণবিক প্রক্রিয়া

ইমিডাজল-ভিত্তিক এক্সিলেটর দ্বারা সুবিধাজনক নিউক্লিওফিলিক আক্রমণ প্রক্রিয়া

ইমিডাজল ভিত্তিক এক্সিলারেটর ইপোক্সি রিংগুলির উপর নিউক্লিওফিলিক আক্রমণের মাধ্যমে নিরাময় শুরু করে। ইমিডাজল যৌগগুলির ইলেকট্রন সমৃদ্ধ নাইট্রোজেন পরমাণুগুলি ইপোক্সি গ্রুপগুলিতে ইলেক্ট্রোফিলিক কার্বনকে লক্ষ্য করে, রিং-ওপেনিং প্রতিক্রিয়াগুলি ট্রিগার করে যা কোভাল্যান্ট বন্ড গঠন করে। এই প্রক্রিয়াটি তাপ সক্রিয়করণের প্রয়োজন ছাড়াই ক্রস-লিঙ্কিং ত্বরান্বিত করে।

অ্যানহাইড্রাইড-কুরিয়েড সিস্টেমে ইপোক্সি রজন এবং অ্যাক্সিলারেটরগুলির মধ্যে রাসায়নিক বিক্রিয়া

অ্যানহাইড্রাইড-কুরিয়েড ইপোক্সি সিস্টেমে, এক্সিলারেটরগুলি কার্বক্সাইলিক অ্যাসিড ডেরিভেটিভ এবং হাইড্রক্সিল গ্রুপগুলির মধ্যে এস্টেরাইজেশন প্রতিক্রিয়াগুলি সহজতর করে। ২০২২ সালে জার্নাল অফ মটরিয়ালস রিসার্চ অ্যান্ড টেকনোলজি এটি প্রমাণিত হয়েছে যে নির্দিষ্ট অ্যামিন অনুঘটক এই প্রক্রিয়াটির সক্রিয়করণ শক্তি 35~40% হ্রাস করে যা যৌগিক উত্পাদনে দ্রুত জেল সময়কে সক্ষম করে।

ক্রস-লিঙ্কিং ঘনত্ব ত্বরান্বিত করতে হাইড্রোজেন বন্ডিংয়ের ভূমিকা

এক্সেলারেটর অণু এবং এপোক্সি ইন্টারমিডিয়েটগুলির মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধন ক্রস-লিঙ্কিং এর সময় ট্রানজিশন স্টেটগুলি স্থিতিশীল করে। গবেষণায় দেখা গেছে যে এই মিথস্ক্রিয়াটি অ-উত্প্রেরক সিস্টেমগুলির তুলনায় ক্রস-লিঙ্কিং ঘনত্ব 22% বৃদ্ধি করে, সরাসরি আঠালো এবং কোটিংসে যান্ত্রিক শক্তি বৃদ্ধি করে।

তথ্য অন্তর্দৃষ্টি: FTIR স্পেকট্রোস্কোপি বন্ধন গঠনের হার প্রকাশ করে

সময়ের সাথে FTIR (ফোরিয়ার ট্রান্সফরম ইনফ্রারেড) স্পেকট্রোস্কোপি দেখায় যে অপটিমাল পরিস্থিতিতে 8 মিনিটের মধ্যে এপোক্সি-এক্সেলারেটর বিক্রিয়াগুলি 90% বন্ধন গঠন অর্জন করে। সদ্য প্রাপ্ত তথ্য নিশ্চিত করে যে এই দ্রুত বিক্রিয়াগুলি এয়ারোস্পেস-গ্রেড আঠালো দ্রব্যে কিউর প্রোফাইলগুলির উপর নিয়ন্ত্রণ নিখুঁত করে।

কোটিংস এবং নিম্ন-তাপমাত্রার অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে কিউর সময় অপটিমাইজ করা

সমুদ্র পরিবেশে এপোক্সি পেইন্ট অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য কিউর সময় হ্রাস করা

লবণাক্ত জলের সংস্পর্শে আসার পর আঠালো পদার্থের ক্ষয় রোধে দ্রুত শক্তিতে পরিণত হওয়া প্রয়োজন। পরিবর্তিত সাইক্লোঅ্যালিফ্যাটিক অ্যামিন ত্বরক স্প্ল্যাশ জোনে এপক্সি রং শক্তিতে পরিণত হতে 2.5 ঘন্টা সময় লাগে (অত্বরিত অবস্থায় 6 ঘন্টা), 12 মাসের লবণ স্প্রে পরীক্ষার পরেও 98% বন্ধন শক্তি অক্ষুণ্ণ রাখে (ASTM B117-23)।

পরিবর্তিত ইমিডাজোল ব্যবহার করে এপক্সি রংয়ের কাজে দ্রুততা এবং স্থায়িত্বের ভারসাম্য রক্ষা

2-ইথাইল-4-মিথাইলইমিডাজোল (EMI) এর মতো ইমিডাজোল উপাদানগুলি অতিরিক্ত তাপ উৎপন্ন না করে ক্রসলিঙ্কিং ঘনত্ব বাড়ায়। সামপ্রতিক ফর্মুলেশনগুলি 45 মিনিটে আঠালো অবস্থা থেকে মুক্ত হয়ে যায় এবং 90 MPa থেকে বেশি টানা শক্তি অক্ষুণ্ণ রাখে—যা আঘাত প্রতিরোধের জন্য জাহাজের হালের জন্য অপরিহার্য।

প্রচ্ছন্ন অনুঘটক ব্যবহার করে নিম্ন তাপমাত্রায় শক্তিতে পরিণত হওয়ার সমাধান (5–15°C)

ডাইসিয়ানডাইঅ্যামাইড-ভিত্তিক প্রচ্ছন্ন ত্বরকগুলি 7°C এর চেয়ে কম তাপমাত্রায় সক্রিয় হয়, আর্কটিক পরিস্থিতিতে পারম্পরিক অ্যামিনের তুলনায় 30% দ্রুত চক্র শক্তিতে পরিণত হতে সক্ষম করে। এই প্রযুক্তি অফশোর উইন্ড ফার্ম রক্ষণাবেক্ষণকে সমর্থন করে যেখানে কাঁচের সংক্রমণ তাপমাত্রা (Tg) -10°C, DMA বিশ্লেষণের মাধ্যমে যা যাচাই করা হয়েছে।

গবেষণার বিষয়: শীত জলবায়ুতে বায়ু টারবাইন ব্লেড এসেম্বলি

2023 এর এক আর্কটিক ইনস্টলেশন প্রকল্পে 60-মিটার ইপোক্সি-বন্ডেড ব্লেডগুলি -5°C তাপমাত্রায় 8 ঘন্টার মধ্যে শক্ত করার জন্য বোরন ট্রাইফ্লুরাইড-অ্যামিন কমপ্লেক্স ব্যবহার করা হয়েছিল, যা পূর্বে 2,400 kWh প্রতিদিন খরচ হওয়া তাপ তাঁবুগুলি অপসারণ করেছিল। পিল পরীক্ষায় 18 N/মিমি শক্তি দেখা গেছে— যা ISO 4587 মানকে 22% ছাড়িয়ে গেছে।

FAQ

ইপোক্সি অ্যাক্সেলেরেটর কী?

ইপোক্সি অ্যাক্সেলেরেটর হল একটি অনুঘটক যা ইপোক্সি রজনগুলির শক্ত হওয়ার প্রক্রিয়ার জন্য প্রয়োজনীয় সক্রিয়ন শক্তি কমাতে ব্যবহৃত হয়, এর ফলে বিক্রিয়াটি দ্রুত হয় এবং বন্ডটি শক্তিশালী হয়।

ইপোক্সি অ্যাক্সেলেরেটরগুলি ব্যবহার করা কি নিরাপদ?

নির্মাতার নির্দেশাবলী অনুসরণ করলে ইপোক্সি অ্যাক্সেলেরেটরগুলি সাধারণত নিরাপদ হয়, তবে ধোঁয়া গ্রহণ এড়ানো এবং উপকরণগুলি সঠিকভাবে পরিচালনা করার জন্য সতর্কতা অবলম্বন করা উচিত।

সমস্ত ইপোক্সি সিস্টেমের জন্য কি অ্যাক্সেলেরেটর ব্যবহার করা যেতে পারে?

অ্যাক্সেলেরেটরগুলি নির্দিষ্ট ইপোক্সি সিস্টেমের জন্য প্রস্তুত করা যেতে পারে, কিন্তু অসম্পূর্ণ শক্ত হওয়া বা নেতিবাচক বিক্রিয়া এড়ানোর জন্য সামঞ্জস্যতা পরীক্ষা করা আবশ্যিক।

ইপোক্সি অ্যাক্সেলেরেটরগুলি কি শক্ত হওয়া উপকরণগুলির শক্তি প্রভাবিত করে?

এগুলো চিকিত্সার গতি বাড়ালেও কিছু ত্বরণকারী যদি সঠিকভাবে ব্যবহৃত না হয় তবে চিকিত্সিত পণ্যের ঘনত্ব এবং শক্তির ওপর খারাপ প্রভাব ফেলতে পারে।