DETA-ի օգտագործման օպտիմալացումը էպոքսիդային բաղադրամասերում ցանկալի հատկություններ ստանալու համար

DETA-ի դերի հասկացումը էպօքսիդային ցողոցման քիմիայում

DETA-ի քիմիական կառուցվածքը և ռեակտիվությունը էպօքսիդային ցողոցման ընթացքում

Դիէթիլենտրիամինը, կամ հապաղեցնելով DETA-ն, ունի երկու հիմնական ամինային խմբեր՝ գումարած ևս մեկ երկրորդային խումբ, ինչը տալիս է երեք կետ, որտեղ այն կարող է ռեագալ էպօքսիդային օղակների հետ: Մոլեկուլը գծապատկերում նման է NH2-CH2-CH2-NH-CH2-CH2-NH2 կառուցվածքի, ինչը այն դարձնում է բավականին ռեակտիվ, սակայն չափազանց խտացված չէ համեմատած TETA-ի նման ավելի մեծ մոլեկուլների հետ: Սենյակային ջերմաստիճանում աշխատելիս առաջնային ամինները սկսում են պոլիմերացման գործընթացը՝ հարձակվելով էպօքսիդային օղակների վրա և ստեղծելով երկրորդային սպիրտներ: Նույն ժամանակ երկրորդային ամինը ավելի ուշ փուլերում տարբեր դեր է խաղաում՝ նպաստելով նյութի խաչաձև կապերի կառուցմանը: DETA-ի յուրահատուկ հատկությունը հենց այս ֆունկցիաների համադրումն է: Փորձերը ցույց են տալիս, որ տիպիկ բիսֆենոլ-A էպօքսիդային համակարգերում ռեակցիայի մոտ 80%-ը տեղի է ունենում ընդամենը չորս ժամում՝ սենյակային ջերմաստիճանում: Այս աշխատանքային հատկությունները DETA-ն դարձնում են հայտնի ընտրություն բազմաթիվ արդյունաբերական կիրառություններում, որտեղ անհրաժեշտ են արագ պոլիմերացման ժամանակներ:

Ամինային ջրածնի համարժեք քաշը և նրա նշանակությունը DETA-էպօքսիդային ստոյքիոմետրիայում

Դիէթիլենտրիամինի (DETA) ամինային ջրածնի համարժեք քաշը (AHEW), որը կազմում է մոտ 20,6 գ/հս, կարևոր է էպօքսիդային խեժերի հետ խառնման օպտիմալ հարաբերակցությունները որոշելու համար: 190 գ/հս էպօքսիդային համարժեք քաշ (EEW) ունեցող խեժի համար ստոյքիոմետրիկ բանաձևը հետևյալն է.

DETA (grams) = (Resin Weight × AHEW) / EEW

Օրինակ՝ 100 գ խեժի համար անհրաժեշտ է (100 × 20,6)/190 = 10,8 գ DETA: Այս հարաբերակցությունից շեղումները կտրուկ ազդում են կատարման վրա.

• DETA-ի ավելցուկ (+10%) . Բարձրացնում է խաչաձև կապման խտությունը, T_g-ն բարձրացնում 15 °C-ով, սակայն կրճատում է ձգման ժամանակ երկարացումը 40%-ով
• DETA-ի պակաս (-10%) . Թողնում է չռեակցված էպօքսիդային խմբեր, ինչը նվազեցնում է քիմիական դիմադրությունը 30%-ով (ASTM D543-21)

Ճշգրիտ ստոյքիոմետրիայի պահպանումը ապահովում է մեխանիկական, ջերմային և քիմիական հատկությունների հավասարակշռություն:

Խտացման կինետիկա. Ինչպես է DETA-ն համեմատվում այլ ալիֆատիկ ամինների հետ

DETA-ն 60% ավելի արագ է խտանում, քան արոմատիկ ամինները, ինչպիսին է DDS-ը (4,4′-դիամինոդիֆենիլ սուլֆոն), սենյակային ջերմաստիճանում, սակայն 25% ավելի դանդաղ է, քան տետրաէթիլենպենտամինը (TEPA): Այնուամենայնիվ, այն առաջարկում է հարմար համադրություն արագության և կառավարելիության միջև.

Այս պրոֆիլը DETA-ն հարմար է դարձնում այն կիրառությունների համար, որտեղ անհրաժեշտ է արագ շրջակա միջավայրում ցանկալի հիդրացում՝ առանց չափից շատ տաքացման, ինչպես օրինակ՝ ծովային ծածկույթները և կոմպոզիտային գործիքները:

DETA կոնցենտրացիայի ազդեցությունը մեխանիկական և ջերմային հատկությունների վրա

Շատության լարվածությունը և կորստի դեֆորմացիան՝ որպես DETA ստոյքիոմետրիայի ֆունկցիաներ

DETA-ի օգտագործված քանակը հստակ ազդեցություն է թողնում նյութերի մեխանիկական հատկությունների վրա: Երբ դիտարկում ենք 95% ստոյքիոմետրիայով նմուշներ, դրանք ցուցադրում են մոտ 43 ՄՊա լարվածության ամրություն, որը իրականում 12%-ով ավելի լավ է, քան 105% DETA մակարդակների դեպքում, որտեղ այն իջնում է մինչև 38 ՄՊա: Ի՞նչ է տեղի ունենում, երբ DETA-ն ավելցուկային է: Դե, ավելցուկային քանակները թողնում են չռեակցված ամինային խմբեր, որոնք վարվում են ինչպես պլաստիֆիկատորներ: Սա նյութին թույլ է տալիս ավելի շատ ձգվել կոտրվելուց առաջ՝ 7,2%-ից 8,5% աճեցնելով, որը մոտ 18% աճ է: Սակայն սա ունի իր գինը, քանի որ կառուցվածքային ամբողջականությունը վատանում է: DGEBA/DETA թերմոամրակայուն համակարգերի վերաբերյալ ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս մի հետաքրքիր երևույթ: Նույնիսկ այն դեպքում, երբ արտադրողները ավելացնում են 30% մանրաթելային ամրացում, ճիշտ հարաբերակցություններ չունեցող ձևավորումները դեռևս կարող են խնդիրներ ունենալ: Մասնավորապես, այս ստոյքիոմետրիայից շեղված խառնուրդները կարող են տապալել ապակեցման փոխանցման ջերմաստիճանը մինչև 67 աստիճան Ցելսիուսով: Սա ընդգծում է, թե ինչպես է կարևոր ճիշտ քիմիական հարաբերակցություններ ստանալը, հատկապես այն դեպքում, երբ փորձում ենք կոմպոզիտային նյութերի մեջ ներառել տարբեր լցանյութեր:

Խաչաձև կապման խտություն և ապակեցման փոխանցման ջերմաստիճան DETA-ի ավելցուկի կամ պակասի դեպքում

DETA-ի պակասը թողնում է չռեակցված էպօքսի խմբեր, ինչը նվազեցնում է խաչաձև կապումը 20%-ով: Ընդհակառակը, ամինի ավելցուկը արագացնում է սկզբնական ռեակցիայի կինետիկան, սակայն հանգեցնում է ցանցի անամբողջական ձևավորման, ինչի արդյունքում Tg-ն իջնում է մինչև 27%: Երկու անհավասարակշռությունն էլ վատացնում են երկարաժամկետ տևողությունը:

DETA-էպօքսի հարաբերակցության օպտիմալացումը Դիֆերենցիալ սկանավորող կալորիմետրիայի (DSC) միջոցով

DSC անալիզը ցույց է տալիս, թե ինչպես է ստոյունիականությունը ազդում ռեակցիայի վարքագծի վրա: Պիկային էքզոթերմիկ արձագանքը տեղաշարժվում է 122°C-ից (ստոյունիական խառնուրդ) մինչև 98°C՝ 110% DETA-ի դեպքում, ինչը ցույց է տալիս փոփոխված բարձրացման մեխանիզմներ: Օպտիմալ հարաբերակցությունները հասնում են 95% կոնվերսիայի 2 ժամվա ընթացքում, մինչդեռ անհավասարակշռորեն ձևավորված խառնուրդների դեպքում այն պահանջում է 3,5 ժամ: Այս ուշացումը ցույց է տալիս ցանցի անարդյունավետ զարգացում և ընդգծում է DSC-ի օգտակարությունը ձևավորումների ճշգրիտ կարգավորման մեջ:

Ուսումնասիրություն. DETA-ի վերահսկվող մակարդակներով ճկունության և կոշտության կարգավորում

Երբ ավտոմեքենաների համար պատրաստվում է միացում, որը պետք է ունենա շուրջ 15 ՄՊա հակադիմադրություն հորիզոնական լարման նկատմամբ, ամենատարածված բաղադրաչափերում DETA-ն օգտագործվում է 97-ից 103 տոկոս սահմաններում՝ ըստ քիմիական պահանջվող քանակի: Այս միջակայքը օգնում է հասնել ճիշտ հարաբերակցությանը պինդ կառուցվածքի և որոշակի ճկունության միջև: Եթե այն գերազանցի 105%-ը, ապա մակերեսից պոկման դիմադրությունը մեծանում է մոտ 40%, ինչը լավ թվում է, մինչև նյութը սկսի կորցնել կայունությունը 60°C-ից բարձր ջերմաստիճաններում: Ուստի շատ արտադրողներ խիստ հետևում են այս սահմաններին: Այն ապրանքների համար, որոնք պահանջում են ինչպես լավ ջերմադիմադրություն (Tg-ն պետք է մնա 75°C-ից բարձր), այնպես էլ ճիշտ ճկունություն, այդ միացումներ ստեղծող մասնագետները հաճախ հիմնվում են FTIR հսկման վրա՝ նյութի ցանկալի ցանցի ձևավորման ընթացքում: Սա նրանց հնարավորություն է տալիս իրական ժամանակում հետևել քիմիական ցանցի ձևավորմանը՝ ապահովելով հետագայում անսպասելի խնդիրների բացառում:

DETA-ի հիման վրա ստեղծված էպօքսիդային համակարգերի ցանկալի ցանցի ձևավորման պարամետրեր

ԴԵՏԱ-ի վրա հիմնված էպօքսիդային համակարգերում խոտանման պարամետրերի վերահսկումը ուղղակիորեն որոշում է վերջնական արտադրանքի կառուցվածքային ամբողջականությունն ու կատարումը։ Պարամետրերի ճիշտ ընտրությունը հավասարակշռում է խոտանման արագությունը ցանցի ձևավորման որակի հետ՝ ապահովելով օպտիմալ ջերմային և մեխանիկական հատկություններ։

Սենյակային ջերմաստիճանում խոտանում և հետխոտանում. Վերջնական ցանցային հատկությունների վրա ազդեցությունը

Երբ նյութերը սառը ջերմաստիճանում հիդրոլիզվում են DETA-ի հետ, դրանք շուրջ 24 ժամ անց հասնում են օգտագործման համար պիտանի ամրության, սակայն խաչաձև կապերի առավելագույն հնարավոր խտության միայն մոտ 85%-ին: Կարգավորումներ են կատարվում, երբ հետո մի ուղեկցող պայմանական ջերմաստիճանի վրա՝ 80 աստիճան Ցելսիուսով, միայն 2 ժամ տևողությամբ: Այս գործընթացը թույլ է տալիս քիմիական կապերի մեծամասնության ճիշտ ձևավորվել, ինչը բարձրացնում է ապարատի ապարդյունավետ ջերմաստիճանը մոտ 15 աստիճանով սովորական սենյակային ջերմաստիճանում հիդրոլիզման համեմատ: Դիֆերենցիալ սկանավորման կալորիմետրիայի փորձարկումների տվյալների վերլուծությունը ցույց է տալիս նաև մի հետաքրքիր փաստ. չի ռեակցված մոնոմերների քանակը կտրուկ նվազում է մոտ 12%-ից 3%-ից ցածր: Սա կարևոր տարբերություն է սարքերի համար, որոնք պետք է լավ աշխատեն ջերմային լարվածության պայմաններում իրական շահագործման միջավայրում:

DETA-ով հիդրոլիզման կինետիկ հսկումը FTIR սպեկտրոսկոպիայի միջոցով

Իրական ժամանակում ՖՈՒԻՎ սպեկտրոսկոպիայի կիրառումը օգնում է հետևել ամին (-NH) և էպօքսիդային խմբերի ծախսման չափին գործընթացի ընթացքում, ինչը լավ ներկայացում է տալիս DETA-ի հիդրացման արդյունավետության մասին: Տվյալների վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ 90 րոպեի ընթացքում առաջնային ամինի կլանումը 3350 սմ⁻¹ շրջակայքում նվազում է մոտ 20 տոկոսով՝ սենյակային ջերմաստիճանի (մոտ 25 աստիճան Ցելսիուս) պայմաններում: Սա սովորաբար նշանակում է, որ էպօքսիդային խմբերի մոտ երեք քառորդը արդեն ռեակցվել է: Այս մեթոդի արժեքը նրանում է, որ այն վաղ փուլում է հայտնաբերում խառնման կամ սխալ հարաբերակցությունների հնարավոր խնդիրները՝ մինչ դրանք մեծ խնդիրներ դառնան, և թույլ է տալիս օպերատորներին գործընթացի ընթացքում կատարել անհրաժեշտ կարգավորումներ:

Խոնավության, խառնման ընթացակարգի և ինդուկցիոն ժամանակի ազդեցությունը հիդրացման արդյունավետության վրա

Երբ հարաբերական խոնավությունը գերազանցում է 60%-ը, սա իրականում խթանում է ջրի վրա հիմնված կողային ռեակցիաները, որոնք մոտ 10 աստիճան Ցելսիուսով իջեցնում են ապակու անցման ջերմաստիճանը (Tg) և մոտ 18% կրճատում են ձգման ամրությունը: Շատ գործընթացների համար բարձր շփման խառնիչների 4-ից 6 րոպե ընթացքում աշխատելը սովորաբար հանգեցնում է խառնուրդների մոտ 98% համասեռության, ինչը մեծ դեր է խաղում ֆազերի անջատման կանխարգելման գործում: Նաև շատ կարևոր է պահպանել ինդուկցիոն ժամանակը 15 րոպեից ցածր, քանի որ հակառակ դեպքում դինամիկ խտությունը սկսում է աճել դեռևս կիրառությունից առաջ: Այժմ շատ արտադրողներ հիմնվում են կինետիկ մոդելներով աջակցվող արդյունաբերական ստանդարտների վրա, և այդ մոտեցումները տարբեր շարքերի ընթացքում ցուցաբերվող ցանկացած տատանումը կրճատել են մոտ 40%-ով, ինչը արտադրության գործընթացները դարձնում է շատ ավելի համապատասխան՝ մեկ արտադրամասից մյուսին:

Համեմատական արդյունավետություն՝ DETA ընդդեմ DDS-ի և DICY-ի՝ որպես էպօքսիդային ցանցերի ցանցային ագենտներ

Կապված ցանցերի ջերմային կայունությունը՝ DETA-ն ընդդեմ արոմատիկ (DDS) և լատենտ (DICY) ագենտների

DETA-ի հիման վրա հիմնված էպոքսիդները սկսում են քայքայվել մոտավորապես 180-200 աստիճան Ցելսիուսի վրա, ինչը նշանակում է, որ դրանք ջերմության նկատմամբ այնքան էլ կայուն չեն մնում այլ տարբերակների համեմատ: Արոմատիկ դիամինները, ինչպիսին է DDS-ն, շատ ավելի լավ ջերմային կայունություն ունեն, սովորաբար քայքայվելու գործընթացը սկսվում է մոտ 280-300°C-ի սահմաններում: Լատենտ խոտանման ագենտները, ինչպիսին է DICY-ն, գտնվում են միջակայքում՝ մոտ 240-260°C: DDS տիպը ստեղծում է իսկապես ամուր, ջերմակայուն կառուցվածքներ, որոնք հիանալի աշխատում են ավիատիեզերական կիրառություններում: DDS-ի յուրահատուկ հատկությունը նրանում է, թե ինչպես է այն կայունացնում էլեկտրոններով աղքատ տեղամասերը՝ նյութերին ավելի լավ պաշտպանություն ապահովելով օքսիդացման վնասվածքներից ժամանակի ընթացքում: Ընդ որում, DICY-ի ակտիվացման համար անհրաժեշտ են ավելի բարձր ջերմաստիճաններ՝ 160-ից 180°C: Սակայն այս դանդաղ ռեակցիայի արագությունը փաստորեն նպաստում է նախնական պրեգ արտադրության գործընթացներին, որտեղ վերահսկվող խոտանումը կարևոր է որակի վերահսկման նպատակներով:

Մեխանիկական ցուցանիշների փոխզիջում՝ Ալիֆատիկ (DETA) և Արոմատիկ համակարգեր

Նյութերի գիտությունը դիտարկելիս պարզվում է, որ ԴԷՏԱ-ն նման ալիֆատիկ ամինները առաջացնում են շատ ավելի ճկուն ցանցային կառուցվածքներ: Շեղման երկարացումը տատանվում է մոտ 8-ից մինչև 12 տոկոս, ինչը փաստորեն ավելի լավ է, քան այն, ինչ մենք տեսնում ենք ԴԴՍ-ով հիդրացված համակարգերում, որոնք հասնում են մոտ 3-ից 5 տոկոս: Մյուս կողմից՝ ԴԷՏԱ-ի հիման վրա ստացված էպօքսիդային խեժերը սովորաբար ունեն ավելի թույլ ձգման ամրություն՝ 60-ից մինչև 80 ՄՊա: Համեմատեք ԴԴՍ-ի ձևավորման հետ, որն ընդհանրապես հասնում է մոտ 90-ից մինչև 120 ՄՊա: Ինչո՞ւ է սա տեղի ունենում: Բարի այն պարզապես այն իսկ պատճառով, որ ԴԷՏԱ-ն պարունակում է այնպիսի ուղիղ շղթայական մոլեկուլներ, որոնք ցանկացած չափով խիտ չեն տեղավորվում հիդրացման ընթացքում: Որոշ կիրառությունների համար, որտեղ հարվածային դիմադրությունն է առավել կարևոր, ինչպիսիք են նավերի կամ տրանսպորտային միջոցների պաշտպանիչ ծածկույթները, շատ ինժեներներ նախընտրում են ԴԷՏԱ-ն՝ չնայած դրա թուլությանը մաքուր ամրության ցուցանիշներում: Լարվածության տակ նյութի ճկվելու և ձգվելու կարողությունը որոշ դեպքերում կարող է արժանի լինել այդ թուլությունից հրաժարվելուն:

ԴԷՏԱ-ի մշակման առավելությունները՝ ցածր վիսկոզություն և սենյակային ջերմաստիճանում հիդրացման հնարավորություն

DETA-ն սենյակային ջերմաստիճանում 120-ից 150 սենտիպուազ խտության սահողականություն ունի, ինչը դարձնում է այն իդեալական լուծիչ առանց խառնման և համոզված լինելու համար լավ խեժի թրքության հատկությունների մեջ: Սա օգնում է կրճատել թույլատրելի օրգանական միացությունների արտանետումները արտադրության ընթացքում: Մեծ տարբերությունը DDS-ի և DICY-ի հետ այն է, որ այդ նյութերին անհրաժեշտ է տաքացում ճիշտ ցանկալի ցանկալի հատկությունների համար: DETA-ն աշխատում է լավ սենյակային ջերմաստիճաններում, որտեղ սովորաբար ամբողջական ցանկալի համար պահանջվում է մեկից երկու օր: Այն արտադրողների համար, ովքեր աշխատում են մեծ նախագծերի վրա, ինչպես օրինակ՝ քամու տուրբինների թևեր, սա մեծ տարբերություն է նշանակում: Արդյունաբերական տվյալները ցույց են տալիս, որ անցնելով այս ալիֆատիկ ամինային համակարգերին, կարող է խնայել մոտ 40 տոկոս էներգիայի հաշվին, համեմատած ավանդական բարձր ջերմաստիճանային ցանկալի մեթոդների հետ:

Երբ DETA-ն անբավարար է՝ սահմանափակումները բարձր կարողություն ունեցող կիրառություններում

DETA-ի առավելագույն շահագործման ջերմաստիճանը մոտ 120 աստիճան Ցելսիուս է, և այն նաև քիմիական նյութերի հետ վատ է վարվում: Այս սահմանափակումները նշանակում են, որ այն չի աշխատի լավ այն դժվար պայմաններում, երբ շատ տաք կամ կոռոզիվ է, կարող եք մտածել ավտոմեքենաների շարժիչների տարածքների կամ քիմիական նյութեր պահելու մեծ տանկերի մասին: Երբ մեզ անհրաժեշտ է ինչ-որ բան, որը կարող է դիմանալ ջերմությանը, DDS-ն ավելի լավ ջերմային կայունություն է ապահովում: Եվ այն արտադրողները, ովքեր հստակ են հետևում իրենց գործընթացների ժամանակացույցին, հաճախ նախընտրում են DICY-ն, քանի որ այն նրանց ավելի շատ վերահսկողություն է տալիս այն բանի վերաբերյալ, թե երբ են տեղի ունենում ռեակցիաները: DETA-ի մեկ այլ խնդիր այն է, որ այն կլանում է խոնավությունը օդից, ինչը խնդիրներ է առաջացնում, երբ խոնավության մակարդակը բարձրանում է: Սա իրական խնդիր է դառնում խոնավ միջավայրերում: Բախտաբար, կան տարբերակներ, ինչպիսին է IPDA-ն՝ իզոֆորոն դիամինի միացությունը, որը մնում է չոր և կայուն, նույնիսկ երբ խոնավ պայմանները սպառնում են կատարողականին:

Հաճախ տրամադրվող հարցեր

Ինչ է DETA-ն, և ինչպես է այն աշխատում էպոքսիդային ցանցավորման ընթացքում?

DETA-ն, կամ դիէթիլենտրիամինը, ամին է, որը օգտագործվում է էպօքսիդային ցանցային կառուցվածքի ձևավորման համար՝ օգտագործելով իր բազմաթիվ ռեակտիվ կենտրոնները՝ արագ ռեակցիա ապահովելու համար էպօքսիդային օղակների հետ, ինչը հանգեցնում է արագ ցանցային կառուցվածքի ձևավորմանը և խաչաձև կապմանը:

Ինչպե՞ս է DETA-ն համեմատվում TEPA-ի և DDS-ի նման այլ ցանցային կառուցվածքի ձևավորիչ նյութերի հետ:

DETA-ն առաջարկում է միջին ցանցային կառուցվածքի ձևավորման արագություն՝ համեմատած DDS-ի և TEPA-ի հետ, և պահանջում է շրջակա միջավայրի ջերմաստիճան, ինչը այն հարմար դարձնում է այն կիրառությունների համար, որոնք պահանջում են արագ ցանցային կառուցվածքի ձևավորում՝ առանց լրացուցիչ տաքացման:

Որո՞նք են DETA-ի օգտագործման հետ կապված մարտահրավերները բարձր կարողություն ունեցող կիրառություններում:

DETA-ն դժվարանում է աշխատել բարձր ջերմաստիճաններում և քիմիական դիմադրության տեսանկյունից, ինչպես նաև նա կլանում է խոնավություն օդից, ինչը խնդիրներ է ստեղծում խոնավ միջավայրերում: