Կոշտացման արագացուցիչներ. արագ կոշտացող սոսնձերի լուծում

Ինչպես էպօքսի արագացուցիչները արագացնում են բետոնումը. գիտությունը և իրական աշխարհի ազդեցությունը

Էպօքսի արագացուցիչների ակտիվացման մեխանիզմների գիտությունը

Էպօքսի արագացուցիչները նվազեցնում են ակտիվացման էներգիան մինչև 50%-ով՝ ապահովելով ավելի արագ խաչաձև կապ խեժերի և ամրացուցիչների միջև (Էպօքսի բերանների ամրացում 2022): Այս կատալիզատորները թուլացնում են էպօքսիդային խմբերում էլեկտրաստատիկ կապերը՝ թույլ տալով ամիններին սկսել պոլիմերացումը ավելի ցածր էներգետիկ շեմերում: Այս մոլեկուլային «հրումը» փոխարկում է լարված խեժերը մինուտների ընթացքում պինդ մատրիցների փոխարեն ժամերի ընթացքում:

Կինետիկ վերլուծություն արագացված էպօքսի բերանի ամրացման մասին մոլեկուլային մակարդակներում

Դիֆերենցիալ թերմային վերլուծիչ (DSC) ցույց է տալիս, որ արագացուցիչները ռեակցիայի արագությունը մեծացնում են 3-5 անգամ համեմատած անկատալիզատոր համակարգերի հետ: 25°C-ում երրորդական ամինները նվազեցնում են ժելացման շեմը 2 ժամից մինչև 35 րոպե՝ կայունացնելով անցումային վիճակները էպօքսիդային օղակների նուկլեոֆիլ հարձակումների ընթացքում:

Ուսումնասիրություն. Ժամանակի կրճատում սոսնձային միացումներում՝ օգտագործելով երրորդական ամիններ որպես արագացուցիչներ

0.5% բենզիլդիմեթիլամին օգտագործելով՝ աերոտիեզերական արտադրողները թիթեղների միացման ցիկլերը կրճատել են 68%-ով: Կառուցվածքային էպօքսի սոսնձերը ձեռք են բերել լրիվ ամրությունը 90 րոպեում՝ ի տարբերություն 4.5 ժամից, պահպանելով սկզբնական հեռացման ամրության 95%-ը (45 ՄՊա):

Ուղղություն՝ Ավտոմոբիլային հավաքման գծերում Արագ Ինիցիացման Կատալիզատորների Ծագումնաբանություն

Այժմ ավտոմեքենաների արտադրողները օգտագործում են թույլատրելի իմիդազոլի ածանցյալներ էլեկտրական մեքենաների բաթարեակում տակի կապարապատումը 8 ժամից մինչև 110 րոպե կրճատելու համար: Այս կատալիզատորները մնում են ակտիվ 80°C-ից ցածր ջերմաստիճաններում՝ խորամանկանալով սոսնձի ներարկումից առաջ ամրանալը:

Էպօքսի արագացուցիչների համապատասխանեցում խեժային համակարգերի հետ առավելագույն արդյունավետության համար

Ալիֆատիկ ամինների և Դիգլիցիդիլ էթեր խեժերի միջև համատեղելիություն

Երբ ալիֆատիկ ամինները օգտագործվում են diglycidyl ether (DGEBA) խռնվածքների հետ, դրանք մեծապես արագացնում են գործընթացը պոլիմերային քիմիայի շրջաններում քննարկվող այդ պրոտոնի փոխանցման ռեակցիաների շնորհիվ: Ըստ անցյալ տարի Polymer Journal-ում հրապարակված հետազոտությունների, այդ ռեակցիաները իրականում կրճատում են ակտիվացման էներգիայի անհրաժեշտ քանակը մոտ 30-ից մինչև 50 տոկոս առանց արագացուցիչների համակարգերի համեմատ: Իրական հրաշքը, այնուամենայնիվ, տեղի է ունենում, երբ այդ երկու բաղադրիչները միասին աշխատում են: Երկու ժամվա ընթացքում ամբողջությամբ ավարտվում է մոտ 95% խաչաձև կապակցումը նույնիսկ սենյակի ջերմաստիճանում (մոտ 25 աստիճան Ցելսիուս): Դա այս համակցությունը դարձնում է բացարձակապես իդեալական բարակ շերտային ծածկույթների կիրառումների համար, որտեղ ամենաշատը կարևոր է արագ ցանկապնման ժամանակը, քանի որ դանդաղ ցանկապումը հաճախ անհետիկ թեքված խնդիրների պատճառ է դառնում: Արդյունաբերության մեծագույն ներկայացուցիչները հաստատել են, որ ամինի և էպօքսիի հարաբերակցությունը մոտ 1 մաս ամին 10 մաս էպօքսիի դեպքում ապահովում է արագ ցանկապման արագությունների և ժամանակի ընթացքում Tg կայունության հատկությունների պահպանման միջև հավասարակշռությունը:

Արագացուցիչների համապատասխանեցումը կոմպոզիտ արտադրողության ժամանակ էպօքսի խեժերի տեսակների հետ

Օդատիերական կոմպոզիտային թիմերը օգտագործում են բորի եռֆտորիդի կոմպլեքսներ բազմագործառու էպօքսի խեժերի հետ՝ ապահովելով 40%-ով ավելի արագ պրեպրեգի բուժում, առանց միջշերտային մաքուր ամրության կորուստի (Composite Structures 2023): Ածխածին մանրաթելով հարուստ պոլիմերների համար արագացուցիչների ընտրությունը հետևում է երեք կանոնների.

• Կատալիզատորի կոնցենտրացիան ≤ խեժի քաշի 2%
• Ամենաբարձր էքսոտերմիկ ջերմաստիճանը 180°C-ից ցածր
• Շառագուլակի ընթացքում երկրորդային ամողջական արդյունքներ չեն առաջանում

Ռազմավարություն՝ Արագացուցիչ-Խեժի համատեղելիությունը կանխատեսելու համար DSC վերլուծության օգտագործում

Դիֆերենցիալ թերմային վերլուծիչը (DSC) տրամադրում է բուժման կինետիկ տվյալներ՝ արագացուցիչների արդյունավետությունը մոդելավորելու համար տարբեր ջերմաստիճաններում: 2024 թվականի փորձարկման ընթացքում արտադրողները կոմպոզիտային աղետների տոկոսը 22%-ից իջեցրեցին 3%-ի՝ ընդունելով DSC-ուղեցույց բաղադրատոմսեր.

(Աղբյուր՝ Կոմպոզիտային նյութերի ինստիտուտ 2024)

Խուսամրցական արագացման և ջերմային փախուստի վտանգներից խուսափել

Հաստ-հատվածքային էպօքսի լցման մեջ արագացման վտանգը

Երբ նյութերը շատ արագ են բուժվում, դա ստեղծում է իրական խնդիրներ ջերմաստիճանի վերահսկման հետ, հատկապես երբ գործ ունենք 5 միլիմետրից ավելի հաստ շերտերի հետ: Այս գործընթացը արտազատում է շատ շոգ, երբեմն այն գերազանցում է 150 աստիճան Ցելսիուսը համաձայն 2022 թվականին ASM International-ի հետազոտությունների: Այս ինտենսիվ ջերմությունը բերում է մանր ճաքերի առաջացմանը, քանի որ տարբեր մասերը ձգվում են տարբեր արագություններով, ինչը նյութի ընդհանուր ամրությունը թուլացնում է մոտ 40 տոկոսով այն տիրույթներում, որտեղ անհրաժեշտ է կրող կառուցվածք լինելը: Ինչ-որ բան էլ ավելի վատանում է հաստ հատվածների համար, քանի որ դրանք ավելի երկար են պահում այդ ջերմությունը: Քիմիական կապերը ավելի արագ ձևավորվելու դեպքում իրականում ավելի շատ ջերմություն է արտադրվում, ստեղծելով այն, ինչը ճարտարագետները կոչում են հետադարձ կապի ցիկլ: Այս ամբողջ ցիկլը վնասում է կառուցվածքի ամրությունը և վերջնական մակերեսի հարթությունը:

Էքզոթերմիկ փախուստի խորամանկությունը արդյունաբերական հատակների կիրառման դեպքում

Արդյունաբերական էպօքսի հատակները պահանջում են փուլային կիրառման ստորաբաժանումներ անկնկալ ռեակցիաների նվազեցման համար: Կոնտրագենտները օգտագործում են.

• Փուլային լցում (<300 մմ² հատվածներ)
• Բորսիլիկատային միկրոգնդեր (25–30% կշռի նվազում)
• Ջերմային հսկողություն ներդրված սենսորներով

Այս մոտեցումը նվազեցնում է պիկային էքզոթերմը 62%-ով խորանարդ լցման դեպքում (Coatings Technology ամսագիր, 2021), միևնույն ժամանակ պահպանելով <2 ժամ աշխատանքային ընդունելիության ժամանակը, ինչը պահանջվում է արտադրողական կառուցվածքների կողմից:

Վեճերի վերլուծություն. արագություն ընդդեմ կոնստրուկտիվ ամրության արագացված պնդացման մեջ

Էպօքսի փորձագետների շրջանում վերջերս քննարկվում էր արագացնել բարձրացման գործընթացը և այն, թե արդյոք դա իրոք թուլացնում է պոլիմերային կառուցվածքը: Արագ ազդող արագացուցիչները ամբողջությամբ բարձրանում են մոտ 90%՝ ընդամենը 45 րոպեում, սակայն այն արագացուցիչները, որոնք ավելի երկար են տևում, ձևավորում են ավելի խիտ խաչաձև կապեր, որը 18-22 տոկոս է՝ համաձայն ASTM D4065 ստանդարտների: Կառուցվածքային սոսնձերի հետ աշխատող արտադրողների համար սա ստիպում է դնել մի տեսակ դիլեմմա: Նրանք պետք է որոշենք՝ արտադրության ավելի արագ շրջանառություն ցանկանում են, թե ավելի երկարակյաց ամրություն՝ ինչպես նշված է ASTM C881-20 ստանդարտներով: Շատ ընկերություններ այս գործոնները կշռում են ըստ իրենց կիրառման կարիքների և չեն ընտրում մեկ բացարձակ լուծում:

Էպօքսի-արագացուցիչ ռեակցիաների մոլեկուլային մեխանիզմներ

Իմիդազոլ հիմքով արագացուցիչների կողմից աջակցվող նուկլեոֆիլ հարձակման մեխանիզմներ

Իմիդազոլի վրա հիմնված արագացնողները սկսում են ամրացումը նյուկլեոֆիլային հարձակման միջոցով էպոքսիական օղակների վրա: Իմիդազոլի միացություններում էլեկտրոններով հարուստ ազոտի ատոմները թիրախավորում են էպոքսի խմբերի էլեկտրոֆիլ ածխածնիները, առաջացնելով մատանիների բացման ռեակցիաներ, որոնք ձեւավորում են կովալենտ կապեր: Այս մեխանիզմը արագացնում է խաչմերուկային կապը առանց ջերմային ակտիվացման պահանջի:

Էպոքսե խարույճի եւ արագացնողների միջեւ քիմիական ռեակցիաներ անհիդրիդով բուժված համակարգերում

Անհիդրիդով բուժված էպոքսիական համակարգերում արագացնողները հեշտացնում են կարբոքսիլաթթուների դերիվատների եւ հիդրոքսիլային խմբերի միջեւ էստերիֆիկացիոն ռեակցիաները: 2022 թ.-ին անցկացվող հետազոտությունը Մատերիալների հետազոտության եւ տեխնոլոգիայի ամսագիր ցույց է տվել, որ հատուկ ամինային կատալիզատորները 35~40%-ով նվազեցնում են այս գործընթացում ակտիվացման էներգիան, ինչը թույլ է տալիս ավելի արագ գելային ժամանակներ կազմվածքի արտադրության մեջ:

Հիդրոգենային կապի դերը խաչմերուկային կապի խտության արագացման գործում

Արագացնող մոլեկուլների և էպօքսի ինտերմեդիատների միջև ջրածնային կապերի առկայությունը կայունացնում է խաչաձև կապման ընթացքում անցումային վիճակները: Գիտնականների հետազոտությունները ցույց են տվել, որ այս փոխազդեցությունը խաչաձև կապման խտությունը մեծացնում է 22%-ով չկատալիզվող համակարգերի համեմատ, որը ուղղակիորեն բարելավում է սոսնձանյութերի և ծածկույթների մեխանիկական ամրությունը:

Տվյալների վերլուծություն. Ֆուրիեի գործուն ինֆրակարմիր (FTIR) սպեկտրոսկոպիան ցույց է տվել կապերի առաջացման իրական ժամանակի ցուցանիշները

Իրական ժամանակի Ֆուրիեի գործուն ինֆրակարմիր (FTIR) սպեկտրոսկոպիան ցույց է տվել, որ էպօքսի-արագացնող ռեակցիաները օպտիմալ պայմաններում 8 րոպեի ընթացքում հասնում են կապերի առաջացման 90% ցուցանիշին: Վերջին տվյալները հաստատում են, որ այս արագ ռեակցիաների շնորհիվ հնարավոր է ճշգրիտ վերահսկողություն իրականացնել ավիատիզմի համար նախատեսված սոսնձանյութերի բարձրորակ ցուցանիշների վրա:

Ծածկույթներում և ցածր ջերմաստիճանային կիրառություններում ցիկլի տևողության օպտիմալացում

Էպօքսի ներկերի կիրառման համար ցիկլի տևողության կրճատումը ծովային միջավայրերում

Աղի ջրի ենթարկվելը պահանջում է արագ բուժում՝ սոսնձի վատացումը կանխելու համար: Փոփոխված ցիկլոալիֆատիկ ամին արագացնողները նվազեցնում են էպօքսի ներկի բուժումը մինչև 2.5 ժամ սպլաշ գոտիներում (6 ժամ արագացված չէ), պահպանելով 98% կապի ուժը 12-ամսյա աղի ցանցի փորձարկումներից հետո (ASTM B117-23):

Էպօքսի ներկի աշխատանքներում արագության և տևականության հարթեցում փոփոխված իմիդազոլներով

Իմիդազոլի ածանցյալները, ինչպես օրինակ 2-էթիլ-4-մեթիլիմիդազոլը (EMI) մեծացնում են խաչաձև կապի խտությունը՝ առանց ավելորդ էքզոտերմիայի: Վերջին բաղադրատոմսերը հասնում են 45 րոպե տակտիլ ազատ ժամանակներին՝ պահպանելով 90 ՄՊա-ից բարձր ձգման դիմադրությունը՝ կարևոր նավերի կապուղիների համար, որոնք պահանջում են հարվածի դիմադրություն:

Ցածր ջերմաստիճանի բուժման լուծումներ լատենտ կատալիզատորների օգտագործմամբ (5–15°C)

Դիցիանդիամիդի հիմքով լատենտ արագացնողները ակտիվանում են ≤7°C-ում՝ թույլատվելով բուժման ցիկլերը 30%-ով ավելի արագ, քան ավանդական ամինները Արկտիկայի պայմաններում: Այս տեխնոլոգիան աջակցում է օֆշորային քամու ֆերմաների նորոգմանը՝ ապահովելով -10°C ապակե անցման ջերմաստիճանները (Tg), հաստատված ԴՄԱ վերլուծությամբ:

Ուսումնասիրություն. Քամու տուրբինի թերթերի հավաքածուն ցուրտ կլիմայում

2023 թվականին Արկտիկայում իրականացված նախագծում օգտագործվեց բորի տրիֆտորիդ-ամինային կոմպլեքսներ՝ 60-մետրանոց էպօքսիդային թիթեղները -5°C ջերմաստիճանում 8 ժամում ցանկապական գործընթաց իրականացնելու համար, որի արդյունքում ջերմային խրամատների օգտագործումը կրճատվեց 2400 կՎտ·ժ օրական: Փորձարկումները ցույց տվեցին 18 Ն/մմ ամրություն՝ ISO 4587 ստանդարտից 22 %-ով ավելի բարձր:

Հաճախ տրամադրվող հարցեր

Ի՞նչ է էպօքսիդային արագացուցիչը:

Էպօքսիդային արագացուցիչը կատալիզատոր է, որն օգտագործվում է էպօքսիդային խեժերի ցանկապական գործընթացի համար անհրաժեշտ ակտիվացման էներգիան նվազեցնելու համար, այդպիսով արագացնելով ռեակցիան և ամրապնդելով կապը:

Արդյոք էպօքսիդային արագացուցիչները անվտանգ է օգտագործել:

Էպօքսիդային արագացուցիչները, ընդհանրապես, անվտանգ են, եթե օգտագործվում են արտադրողի ցուցումներին համապատասխան, սակայն պետք է նախազգուշամություններ ձեռնարկել՝ խորապես շնչելուց և ճիշտ չկառավարելուց խուսափելու համար:

Կարո՞ղ են արագացուցիչները օգտագործվել բոլոր էպօքսիդային համակարգերի համար:

Արագացուցիչները կարող են հարմարեցվել որոշակի էպօքսիդային համակարգերին, սակայն պետք է ստուգել համատեղելիությունը՝ անավարտ ցանկապական գործընթացի կամ բացասական ռեակցիաների խուսափելու համար:

Արդյոք էպօքսիդային արագացուցիչները ազդում են ցանկապական նյութերի ամրության վրա:

Չնայած դրանք արագացնում են հասունացումը, սակայն որոշ արագացուցիչներ կարող են վնասել հասունացած ապրանքի խտությունն ու ուժը, եթե դրանք օպտիմալ կերպով չեն օգտագործվում: