Epoksi lahustite kasutamine viskoossuse reguleerimiseks epoksiistsete vormide valmistamisel

Kuidas epoksiididilandid vähendavad ja kohandavad viskoossust: toimemehhanismid ja struktuuriprintsiibid

Reageeriva vs. mitte-reageeriva epoksiididilandi keemia ja nende rheoloogilised omadused

Epoksiide laheddajate viskoossusele avaldatav mõju põhineb täiesti erinevatel keemilistel protsessidel. Võtame näiteks reageerivad laheddajad, nagu butaneedidi glütsiidilämmastik, mis sisaldavad spetsiaalseid epoksi- või glüttsiidilämmastikgruppe, mis kõvenemisel tegelikult osa polümeervõrgustikuks saavad. Sellised laheddajad suudavad algviskoossust vähendada 40–60 protsendini, samas kui materjali soojuskindluse ja mehaaniliste omaduste langus on nende mitteaktiivsete vastanditega võrreldes väike. Mõned difunktsionaalsed reageerivad laheddajad suudavad säilitada umbes 85–90 protsenti algselt vaiku iseloomustavat kõvadust ning minimeerida nii nimetatud Tg-langetust, mis tähendab, et materjal jääb stabiilseks ka kõrgematel temperatuuridel. Teisest küljest toimivad mitteaktiivsed laheddajad pigem ajutiste plastifikaatoritena, segades molekulidevahelisi jõude. Kindlasti vähendavad nad lühiajaliselt viskoossust sama tõhusalt, ent tekib alati probleem nende aja jooksul väljumisega või eraldumisega peamisest materjalist. Reoloogilisest vaatenurgast tehes muudavad reageerivad laheddajad materjali voolavamaks, vähendades aktiveerimisenergiat ligikaudu 15–20 protsenti. See aitab parandada tasandust ja niisutust neis paksudes kõrge tahkisainesisaldusega pinnakatetel, mida tihti esineb. Mitteaktiivsed versioonid käituvad alguses ilusti newtonlikuna, kuid see muutub kohe, kui lahustid aurustuvad või materjal satub temperatuurikõikumiste mõju alla, mis lõppkokkuvõttes mõjutab lõpptootmise ühtlaseid omadusi.

Molekulmass, funktsionaalsus ja rõngasavamise kiirus kui olulised viskoossuse määrajad

Diluentide töötamist epoksiitsetes süsteemides mõjutavad põhimõtteliselt kolm olulist tegurit: nende molekulmass, seda, mida me nimetame funktsionaalsuseks, ja ringi avamisel toimuv reaktsioon töötlemise ajal. Molekulmassi osas aitab kõik, mis on alla umbes 200 grammi mooli kohta, viskoossust tunduvalt vähendada. Iga 100 g/mol kaalu langus viib DGEBA-süsteemides tavaliselt viskoossuse langusele 1200–1500 sentipoisi vahel, kuna ahela segunemine väheneb ja vabad ruumipiirangud kahanevad. Funktsionaalsuse poolest käib tegelikult rääkides läbi ristseostatuse tiheduse kontrollimine. Monofunktsionaalsed diluendid võivad viskoossust vähendada ligikaudu poole või kolmandiku võrra, kuid samal ajal langeb klaasnihe (Tg) umbes 10–20 kraadi Celsiuse võrra ning ristseostatuse tihedus ligikaudu 30–40%. Difunktsionaalsed versioonid pakuvad siiski paremat tasakaalu, säilitades enamuse soojuskindlusest ja võimaldades siiski töödelda allpool 4000 cP oleva viskoossuse juures. Ka ringi avamisel toimuvad reaktsioonid mängivad rolli töötlemise aja osas. Alifaatsed epoksiidid kiirendavad protsessi oma aromaatsete vastedega võrreldes, suurendades kõvenemise kiirust ligikaudu 25–30%, mis teeb materjalil seotumise kiiremaks, kuid nõuab palju rangeimat kontrolli kasutusaeglust. Neid erinevaid parameetreid reguleerides saavad tootjad materjale täpselt seadistada alates umbes 12 000 cP-st alla 4000 cP-se, muutes need sobivaks kõigestki niitkeevitusoperatsioonidest, kus madal viskoossus on kriitiline, kuni vaakumini-pressimisprotsessideni, kus on vaja veidi kõrgemat viskoossust korrektseks vaigivooluks.

Biopõhised epoksiide vedeldajad: Karvakrooli, tühymooli, guaiakooli ja vanillüülalkoholi derivaatide toimivus ja praktilisus

Fenoolsete monoteerpeerivate epoksiidvedeldajate sünteesi efektiivsus ja epoksüürimise saag

Epoksüdeerimisrendimentide osas tõstab karvakrooli ja tümooli derivaadid silma, saavutades üle 95% heitvõime rohkem kui leebitel tingimustel umbes 60 kuni 80 kraadi Celsiuse juures. Guaikooli süsteemid töötavad veel kiiremini ja lõpetavad reaktsioonid vaid kolme päeva jooksul. Eriti huvitav vanillüülalkoholi derivaatides on fenoolsete hüdroksülrühmade kaitse steriliste efektide kaudu. See viib reaktsioonide ajal palju paremani valikuks ning tekitab märksa vähem soovimatuid kõrbenäiteid, mis omakorda tähendab vähemat vaeva lõppprodukti puhastamisel hiljem. Vaadates hiljutisi arenguid lahustivabades meetodites, on tulemused jäänuvalt üle 90% heitvõime isegi suuremates eestootmismastaabites. See on oluline, sest see muudab sellised protsessid majanduslikult atraktiivseks, samas kui on ka keskkonnasõbralikum. Ettevõtetele, kes soovivad turule tuua biopõhiseid vedeldajaid, kujutavad sellised tõhususe parandused reaalset edasiminekut elujõuliste kaubanduslahenduste poole.

Viskoossuse vähenemise tõhusus: Võrdlevad andmed DGEBA suhtes

Kui neid on laetud 15 kaaluprotsendi juures, vähendavad karvakrooli põhised lahustid DGEBA viskoossust märkimisväärselt, tegelikult umbes 78–92 protsenti. Tulemuseks olevad viskoossused jäävad ligikaudu 1050 kuni 2500 cP vahemikku, mistõttu on need materjalid eriti sobivad asjadeks nagu režiimi infusioon ja vaakumiga toetatud valmistamisprotsessid. Vaadates tühüooli analooge, näeme siin huvitavaid temperatuurilisi reaktsioone. Toatemperatuuril (umbes 25 kraadi Celsiuse järgi) jõuavad seguained ligikaudu 1800 cP-ni, kuid lülituvad üle newtonilise voolumisomadusega, kui temperatuur tõuseb üle 40 kraadi Celsiuse. See omadus aitab parandada vormi täitmisjärjepidevust erinevate soojusolude korral tootmisprotsesside käigus. Kuivaksolu põhised lahustid ei ole aga nii tõhusad, vähendades viskoossust vaid umbes 60–70 protsenti. Huvitavalt piisab, kuigi vanillüülalkoholi variandid on suurema molekulmassiga, jõuavad nad ikkagi ligikaudu 3700 cP-ni. See näitab, kuidas teatud bioloogilised struktuurid saavad kompenseerida seda, mis muul viisil oleks suurema massi tõttu piirang. Erilist tähelepanu väärib see, et lahustid, mis säilitavad vähemalt 40% biomassi sisalduse, toimivad sama hästi või isegi paremini kui traditsioonilised petrokeemilised valikud, kui on tegemist viskoossuse kontrollimisega sarnastes laadimistasemetes.

Jõudluse kompromisside tasakaalustamine: bioomavolik sisu, reaktiivsus ja soojusomadused

Kui töödeldakse biopõhiseid epoksiõlendeid, peavad valemite koostajad tasakaalustama jätkusuutlikkuse eesmärke materjali nõutava toimivusega. Taimepõhised materjalid, nagu fenoolid ja monoterpäänid, vähendavad tavaliselt viskoossust paremini kui traditsioonilised valikud, võttes arvesse kasutatava materjali kogust. Kuid siin on lüür. Need taastuvad sisaldused võivad muuta molekulaarstruktuuri viisidel, mis kiirendavad keemilisi reaktsioone kõvenemise ajal. Testid näitavad, et see võib kiirendada kõvenemisprotsessi umbes 25–30 protsenti, kuigi tavaliselt moodustub vähem ristsideid, langenuna ligikaudu 10–15 protsenti. Tulemus? Märkimisväärne langus klaasnihe-temperatuuris (Tg) 5 kuni 20 kraadi Celsiuse võrra pärast kogu protsessi lõppu. Alifaatsed struktuurid aitavad materjali vigastuste vastupidavusega, kuid nende kasuks on soojakindluse vähenemine. See on eriti oluline komposiitdetailide puhul, mis peavad usaldusväärselt toimima ka siis, kui temperatuur ületab 100°C. Õige tulemuse saavutamine sõltub kõigi nende suhete mõistmisest. Valemite koostajad peavad valima õlendid, mis vastavad teatud Tg normatiividele ning samal ajal sobivad tootmisaja tingimustega, sealhulgas asjadega nagu segatava materjali eluea ja detailide ohutu eemaldamise ajaga vormidest.

Epoksiidi vedeldaja tõhususe võrdlusanalüüs: reoloogia, kõvendus käitumine ja lõplik komposiitmaterjali jõudlus

Reoloogiline profiilimine vahemikus 0–15 kaaluprotsenti epoksiidi vedeldajat

Kui neid laaditakse 0 kuni 15 kaaluprotsendi vahel, vähendavad epoksiide vedeldajad keerulise viskoossuse umbes 40–70% võrra puhta DGEBA materjaliga võrreldes. Umbes 10 kaaluprotsendi kontsentratsioonil langeb keeruline viskoossus alla 4000 sentipoisi, mis peetakse üldiselt piisavaks sobivaks kiudude niisutamiseks komposiitmaterjalide tootmisel. Viskoelastsete omaduste vaatamine näitab ka midagi huvitavat. Nii akumuleerimis- kui ka kaotusmoodul kuluvad nende modifitseeritud süsteemides aeglasemalt. Varajased akumuleerimismooduli mõõtmised on ligikaudu 20–30% madalamad kui standardvalemitesse, mis viitab elastsuse võrgustiku aeglasemale arengule materjalis. See võib tegelikult aidata töötlemisel, kuid kaasneb riskidega. Kui kontsentratsioonid ületavad 12 kaaluprotsenti, suureneb faasijaotuse tõenäosus, mis segab ristseostumise ühtlase ja lõpuks mõjutab valmistoodete kvaliteeti. Hea uudis on siiski see, et korralikult tasakaalustatud vedeldajate segu säilitab endiselt oma nihkevähendavaid omadusi, seega täidavad need vormid järjepidevalt ilma enneaegse geelumiseta tootmisprotsessi ajal.

Geliatempo, klaasläbimineku temperatuuri ja ristseostatuse tiheduse mõju

Reaktiivsete lahustite lisamine võib vähendada geelumise aega umbes 15–25 protsenti, kui nende sisaldus on 5–10 massiprotsenti. See juhtub, sest epoksiühendid muutuvad liikuvamaks ja rõngasavane protsess kiireneb. Kuid oluline on siiski, kui funktsionaalsed need lahustid on. Ühefunktsioonilised tõmbavad tavaliselt klaasnihepunkti alla umbes 10–20 kraadi Celsiuse järgi 15 massiprotsendi sisaldusel. Teisalt hoiavad kahefunktsioonilised sortid klaasnihepunkti palju lähemal algsesse polümeeri, tavaliselt vaid 5–10 kraadi piires. Ristseostatuse tiheduse osas näeme sarnast käitumist. Kahefunktsioonilised lahustid säilitavad ligikaudu 85–90 protsenti ristsidest, mis leiduvad lahustita materjalides. Ühefunktsiooniliste variantide puhul langeb see märkimisväärselt, tavaliselt langates vaid 60–70 protsendini. Parimate tulemuste saavutamiseks püüavad enamik tootjaid jõuda 8–10 massiprotsendi sisalduseni. Sellel tasemel muutub materjal piisavalt töödeldavaks, viskoossus jääb alla 4000 sentipoisi, säilitatakse struktuurirakendusteks vajalik klaasnihe temperatuur üle 120 kraadi Celsiuse ning säilib piisav ristseostatuse tihedus heade mehaaniliste omaduste tagamiseks. Ületades aga 12 massiprotsendi piiri, tekivad tõsised probleemid. Termiline stabiilsus langeb, kihtidevaheline nihkekindlus nõrgeneb ja detailid võivad ajapikku kergituda. Need probleemid on esinemisel harva pöörduvad.