Ալիֆատիկ ամինների օգտագործումը բարձր ամրության էպոքսիդային կոմպոզիտներ ստանալու համար

Ինչու են ալիֆատիկ ամինները ապահովում արագ և բարձր ամրության էպօքսիդային պոլիմերացում

Նուկլեոֆիլային ավելացման կինետիկան՝ ինչպես առաջնային ամինների ռեակտիվությունը հնարավորություն է տալիս արագ ժելավորման և վաղ ամրության զարգացման

Երբ խոսքը վերաբերում է էպոքսիդային նյութերի արագացված ստվարացմանը, ալիֆատիկ ամինները իրենց ազդեցությունն են թողնում նուկլեոֆիլային ավելացման գործընթացների միջոցով: Առաջնային ամինային խմբերը (-NH2) հիմնականում արագ մտնում են էպօքսիդային օղակների մեջ՝ ստեղծելով կովալենտ կապեր, որոնք արագ ապահովում են ցանցավորումը: Այստեղ տեղի ունեցող գործընթացը հետևում է այն այսպես կոչված երկրորդ կարգի կինետիկային: Հետևաբար, երբ մենք ավելացնում ենք ամինի քանակը կամ բարձրացնում ջերմաստիճանը, ստվարացման գործընթացը ոչ միայն արագանում է, այլև՝ էքսպոնենցիալ արագանում: Այդ ամինները ավելի լավ են էլեկտրոններ տրամադրում իրենց ազոտի ատոմներից, քան արոմատիկ ամինները կամ այն թաքնված կատալիզատորները: Փորձարկումները ցույց են տալիս, որ դրանք կարող են մոտավորապես 30–40 %-ով արագացնել օղակների բացման արագությունը տիպիկ DGEBA համակարգերում: Վերջնական արդյունքը՝ ժելացումը տեղի է ունենում շատ արագ, երբեմն՝ կես ժամվա ընթացքում, ինչը ապահովում է կոմպոզիտային արտադրության համար անհրաժեշտ սկզբնական ամրությունը: Սա կարևոր է, քանի որ սա օգնում է կանխել մանրաթելերի դիրքի փոփոխությունը շերտավորման գործողությունների ընթացքում և նվազեցնում է արտադրական շարքերում տարբեր շաբլոնների ու ամրացման սարքերի անհրաժեշտությունը:

Շրջակա միջավայրում ստացվող ամրության համեմատական ցուցանիշ. DETA-ի և TETA-ի կողմից ստացված DGEBA՝ 24 ժամվա ընթացքում ձգման ամրությամբ >85 ՄՊա

Դիէթիլենտրիամին (DETA) և տրիէթիլենտետրամին (TETA) արդյունաբերության մեջ համարվում են շրջակա միջավայրում ստացվող էպոքսիդային նյութերի ամրության համեմատական ցուցանիշներ: Երբ դրանք ռեակցիայի մեջ են մտնում բիսֆենոլ-A-ի դիգլիցիդիլ եթերի (DGEBA) հետ 23°C ջերմաստիճանում և 50 % հարաբերական խոնավության պայմաններում, դրանք հաստատուն կերպով բավարարում են՝ և գերազանցում են կառուցվածքային պահանջները՝ առանց հետային տաքացման.

Նրանց ցածր մոլեկուլային զանգվածը և բարձր ամինային ֆունկցիոնալությունը հնարավորություն են տալիս ստանալ խիտ և համասեռ խաչաձև կապում՝ անմիջապես արտահայտվելով մեխանիկական կայուն աշխատանքում մեծ մասշտաբի կամ ջերմային զգայուն կիրառումներում, ինչպես օրինակ՝ քամու տուրբինների թեքվածքներում կամ կպչող էլեկտրոնային սարքերի կապարապատ կափարիչներում:

Ալիֆատիկ ամինների կառուցվածք–հատկությունների փոխհարաբերություններ. Խաչաձև կապի խտության և ցանցի համասեռության ճշգրտում

Ֆունկցիոնալության ազդեցությունը. Եռամիններ (օրինակ՝ TETA) ընդդեմ երկամինների (օրինակ՝ DETA) — խաչաձև կապի խտության քանակական գնահատում DMA-ի և լուծիչով ուռչման միջոցով

Երբ համեմատում ենք տրիամինային ամրացնողները, ինչպես օրինակ TETA-ն, դիամինների հետ, ինչպես օրինակ DETA-ն, ցանկացած ցանկալի ցանցի ձևավորման տարբերություն նկատելի է: TETA-ն ստեղծում է զգալիորեն ավելի խիտ ցանցեր, քանի որ այն ապահովում է մոտավորապես 50 %-ով ավելի շատ ռեակցիայի կետեր, քան DETA-ն, ինչը բնականաբար հանգեցնում է նյութի ընդհանուր խաչաձև կապի ավելի բարձր խտության: Դինամիկ մեխանիկական վերլուծությունը նույնպես բավականին համոզիչ կերպով հաստատում է սա: TETA-ով ստացված էպոքսիդային սառույցները սովորաբար հասնում են գlass անցման ջերմաստիճանի (Tg), որը մոտավորապես 15 աստիճան Ցելսիուսով բարձր է DETA-ով ստացվածներից: Այս ջերմաստիճանային տարբերությունը մեզ բավականին կարևոր տեղեկություն է տալիս պոլիմերային շղթաների իրար հետ ամրագրվածության մասին: Նույն երևույթը նկատվում է նաև լուծիչի փքման փորձարկումների ժամանակ: TETA-ով ստացված ցանցերը ացետոնում փքվում են միայն 20–30 %-ով ավելի քիչ, քան DETA-ով ստացված համապատասխան ցանցերը: Սա շատ բան է ասում այս նյութերի կառուցվածքային խիտության մասին: Ցանկացած մասնագետ, ով զբաղվում է բաղադրության մշակմամբ, այս տեսակի չափելի տարբերությունները շատ կարևոր են: Դրանք բաղադրությունների մշակողներին տալիս են իրական վերահսկողություն՝ ըստ վերջնական արտադրանքի այն պահանջների, որոնց նա պետք է դիմանա իր նախատեսված կիրառման միջավայրում՝ ջերմային, քիմիական կամ կառուցվածքային առումներով:

Ամինային ճարտարապետության ազդեցությունը. Պրիմար և սեկունդար հարաբերակցությունը և ալկիլային շղթայի երկարությունը կառավարում են Tg-ն, ճեղքման դիմացկունությունը և ստեղծման համասեռությունը

Մոլեկուլների կառուցվածքը գերազանցում է միայն հիմնարար ֆունկցիան և իրականում որոշում է նյութերի աշխատանքի արդյունավետությունը: Վերցնենք, օրինակ, ալկիլային միջանկյալները: Կարճ միջանկյալները, ինչպես օրինակ՝ էթիլենային կամուրջները, սահմանափակում են շղթաների շարժման աստիճանը՝ համեմատած երկար պրոպիլենային շղթաների հետ: Այս սահմանափակումը բարձրացնում է ապակիային անցման ջերմաստիճանը (Tg) 25–40 °C միջակայքում, սակայն ունի իր վճարը՝ հարվածային դիմացկունությունը նվազում է մոտավորապես 35%-ով: Ամինների դեպքում առաջնային տիպի ամինները, ընդհանուր առմամբ, ավելի արագ են ռեագիրում, սակայն ստեղծում են ավելի կոշտ կառուցվածքներ, որոնք ավելի հեշտ են կոտրվում: Իսկ երկրորդային ամինները, ընդհակառակը, ձևավորում են այն ճկուն կապերը, որոնք նյութերին թույլ են տալիս ավելի լավ ծալվել և միատարրապես ամրանալ մակերևույթների վրա: Առաջնային և երկրորդային ամինների հարաբերությունը 2:1-ից ցածր պահելը սովորաբար ապահովում է ճիշտ հավասարակշռությունը: Դա օգնում է ապահովել մշակման ընթացքում ամբողջ նյութի ճիշտ վերափոխումը՝ առանց թողնելու այն թույլ տեղերը, որտեղ ամրացումը ամբողջությամբ չի ավարտվել: Այն արդյունաբերությունների համար, որոնք պահանջում են հուսալի նյութեր, ինչպես օրինակ՝ օդանավերի բաղադրիչները կամ էլեկտրական տրանսպորտային միջոցների (EV) մեջ օգտագործվող մարտկոցների պատյանները, այս մոլեկուլային կառուցվածքի ճիշտ ընտրությունը կարևորագույն նշանակություն ունի արտադրանքի երկարատևության և անվտանգության համար:

Ուժի և դիմացկունության հավասարակշռում ալիֆատիկ ամին-պատրաստված էպոքսիդային կոմպոզիտներում

Բրիտտլնեսի (փխրունության) փոխզիջումը՝ IPDA-ի բարձր մոդուլը (3,2 ԳՊա) ընդդեմ նվազած հարվածային դիմացկունության՝ համեմատած DETA-ի հետ

Ալիֆատիկ ամինների ընտրությունը նշանակում է նյութի դիզայնում ճգնաժամային հավասարակշռություն պահպանել կոշտության և ճկունության միջև: Վերցնենք, օրինակ, IPDA-ն: Այս նյութը ունի բավականին կոշտ ցիկլոալիֆատիկ կառուցվածք, որը ապահովում է հիասքանչ ձգման ամրություն՝ մոտավորապես 3,2 ԳՊա: Սակայն այստեղ կա մեկ խնդիր. այն չի դիմանում հարվածներին: Նյութերի մեջ միկրոճեղքեր են առաջանում, երբ դրանք ենթարկվում են կրկնվող ջերմաստիճանային փոփոխությունների կամ սուր հարվածների: Մյուս կողմից, ուղիղ շղթայավորված ամինները, օրինակ՝ DETA-ն, կորցնում են մի քանի աստիճան կոշտություն (մոտավորապես 2,1 ԳՊա), սակայն փոխարենը առաջարկում են լավացված էներգիայի կլանման հնարավորություն՝ շնորհիվ այն ճկուն ածխածնի շղթաների, որոնք միմյանց հետ կապում են բոլոր բաղադրիչները: Այս փոխզիջման պատճառը բոլորովին կապված է խաչաձև կապերի խտության հետ: IPDA-ն չի կարող այդքան շատ խաչաձև կապեր առաջացնել՝ առանց չափից շատ խիտ ցանց ստեղծելու, որը ստեղծում է կոշտ, սակայն փ fragile ցանցեր: Իսկ DETA-ի ավելի քիչ խիտ կառուցվածքը թույլ է տալիս շղթաներին բավարար չափով շարժվել՝ կլանելով հարվածի էներգիան մինչև դրա վնասակար ազդեցության առաջացումը:

Հիբրիդային ստվարացման ռազմավարություններ՝ ալիֆատիկ ամինների համատեղում արոմատիկ կամ պոլիեթեր-փոփոխական ամինների հետ՝ ամրությունը պահպանելու և ճկունությունը բարելավելու նպատակով

Ուժի և կայունության միջև հավասարակշռությունը պահպանելու խնդիրը շատ արտադրողների համար վերջերս հանգեցրել է հիբրիդային ամրացնող համակարգերի օգտագործմանը: 2024 թվականին BMC Chemistry ամսագրում հրապարակված վերջերս կատարված հետազոտությունը ցույց տվեց մի հետաքրքիր արդյունք՝ երբ IPDA-ն խառնվեց TETA-ի հետ մոտավորապես 3 ։ 1 հարաբերությամբ: Ի՞նչ տեղի ունեցավ: Ճնշման դիմադրությունը պահպանվեց մոտավորապես 94 ՄՊա-ի մակարդակում, սակայն ճեղքման դիմադրությունը մեծացավ մոտավորապես 40 %-ով՝ համեմատած միայն մաքուր IPDA-ի օգտագործման դեպքի հետ: Եվ ի՞նչ է ավելի հետաքրքիր. սենյակային ջերմաստիճանում ամրանալու ժամանակը նույնպես մնաց մոտավորապես նույնը: Այս հիբրիդային բաղադրատոմսերը աշխատում են այն պատճառով, որ նրանք միավորում են ջերմադիմացությանը նպաստող արոմատիկ բաղադրիչները և շղթաներին մեծ ճկունություն տվող պոլիեթերային մասերը՝ ստեղծելով այսպես կոչված միջծածկված ցանցային կառուցվածք: Երբ նյութերը մշակման ընթացքում ձևավորում են այս առանձին փուլեր, դրանք իրականում դառնում են լարվածության կենտրոններ: Սա հանգեցնում է միկրոճեղքերի կառավարվող առաջացման, որոնք կլանում են էներգիան՝ փոխարենը թույլ չտալով վնասվածքի անվերահսկելի տարածումը: Այսպիսով, մենք ստանում ենք ավելի լավ պաշտպանություն ավարտի դեմ՝ չկորցնելով այն արագ ամրանալու ժամանակը և ուժեղ մեխանիկական հատկությունները, որոնք բնորոշ են ալիֆատիկ միացություններին:

FAQ բաժին

Ի՞նչ են ալիֆատիկ ամինները

Ալիֆատիկ ամինները ամինների դաս են, որոնք հիմնականում պարունակում են բաց շղթայավոր մոլեկուլային կառուցվածքներ՝ սովորաբար ածխածնի և ազոտի միջև կապերով: Դրանք օգտագործվում են էպոքսիդային փակման գործընթացներում՝ շատ արագ սկսելու խաչաձև կապերի առաջացման ռեակցիաների շնորհիվ:

Ինչպե՞ս են աշխատում սենյակային ջերմաստիճանում փակվող էպոքսիդային նյութերը

Սենյակային ջերմաստիճանում փակվող էպոքսիդային նյութերը նախատեսված են սենյակային ջերմաստիճանում կոշտանալու համար՝ լրացուցիչ տաքացման անհրաժեշտության չունենալով: Դիէթիլենտրիամինի (DETA) և Տրիէթիլենտետրամինի (TETA) նման փակիչների օգտագործումը ապահովում է արագ փակում և բարձր ձգվածության ամրություն:

Ի՞նչ է տարբերությունը առաջնային և երկրորդային ամինների միջև էպոքսիդային փակման ընթացքում

Առաջնային ամինները էպոքսիդային փակման ընթացքում ավելի արագ են ռեագիրում, ինչը հանգեցնում է ավելի կոշտ կառուցվածքների առաջացման, մինչդեռ երկրորդային ամինները ստեղծում են ավելի ճկուն կապեր, որոնք ապահովում են լավ ծալվելու հատկություն և մակերևույթի վրա համասեռ փակում:

Ի՞նչ է հիբրիդային փակման ռազմավարությունների օգտագործման նշանակությունը

Հիբրիդային ստվածումը համատեղում է ալիֆատիկ ամինները արոմատիկ կամ պոլիեթեր-փոփոխական ամինների հետ՝ ուժի և ճկունության հավասարակշռություն ստեղծելու, ճեղքման դիմացողության բարելավման և անհրաժեշտ մեխանիկական հատկությունների պահպանման նպատակով: