Էպոքսիդային խեժերի տարբեր կոշտության և ճկունության ստացումը ամինների օգտագործմամբ

Ինչպես են ամինային հարմարեցուցիչները ազդում էպոքսիդային մեխանիկական հատկությունների վրա

Ամինների տեսակների և դրանց ռեակցիոնության հասկացությունը էպոքսիդային խեժերի հետ

Ամինային շիկացուցիչների էպօքսիդային հատկությունների վրա ունեցած ազդեցությունը հիմնականում կախված է դրանց մոլեկուլային կառուցվածքից և քիմիական փոխազդեցության ձևից: Վերցրե՛ք, օրինակ՝ առաջնային ամինները, ինչպիսին է էթիլենդիամինը (EDA): Այս միացությունների յուրաքանչյուր ազոտի ատոմին կցված են երկու ռեակտիվ ջրածնի ատոմ: Այս քիմիական կառուցվածքը հնարավորություն է տալիս դրանց շատ ավելի արագ խաչաձև կապեր կառուցել և ստեղծել ավելի խիտ ցանցեր՝ համեմատած երկրորդային ամինների հետ: Երբ այս էպօքսիդները պնդանում են, սովորաբար ցուցադրում են 15-20 տոկոսով ավելի բարձր կոշտություն Rockwell M սանդղակով: Սակայն սա որոշ գնով է տեղի ունենում, քանի որ նյութը ընդհանուր առմամբ ավելի քիչ ճկուն է դառնում: Քանի որ դրանք շատ արագ են փոխազդում, առաջնային ամինները օգնում են անմիջապես մեխանիկական ամրություն կառուցել, ինչի պատճառով շատ արտադրողներ նախընտրում են դրանք կիրառել այն դեպքերում, երբ արտադրության պայմաններում անհրաժեշտ է արագ պնդացում:

Առաջնային և երկրորդային ամինները էպօքսիդային օղակի բացման ռեակցիաներում

Էպօքսիդային օղակի բացումը շատ տարբեր կերպ է ընթանում՝ կախված նրանից, թե ինչ տեսակի ամին է դիտարկվում: Առաջնային ամինները սովորաբար արագ են սկսվում սենյակային ջերմաստիճաններում՝ մոտ 20-25 աստիճան Ցելսիուս, և կազմում են բարդ ճյուղավորված կառուցվածքներ, որոնք զգալիորեն բարձրացնում են ինչպես ձգման մոդուլը, այնպես էլ միասնության ցուցանիշները: Երկրորդային ամինների դեպքում պատկերը այլ է: Նրանք հանդիպում են այն այն, ինչը քիմիկոսները կոչում են ստերիկ խոչընդոտում, ինչը նշանակում է, որ նրանց ռեակցիաները տևում են 30-50 տոկոսով ավելի երկար, քան առաջնայիններինը: Այս դանդաղ ընթացքը իրականում օգնում է ստեղծել ավելի երկար շղթաներ, որոնք նյութերին տալիս են ավելի մեծ կայունություն կոտրման դեպքում: Խելացի ձևավորողները գիտակցում են սա և փորձում են գտնել ճիշտ հարաբերակցությունը: Հաճախ օգտագործվում է մոտ 70 տոկոս առաջնային և 30 տոկոս երկրորդային ամինների խառնուրդ: Այսպիսի համակարգերը սովորաբար 4 ժամվա ընթացքում հասնում են կրկնակի ամրության, միևնույն ժամանակ հասնելով 120 ՄՊա-ից բարձր ձգման մոդուլի ցուցանիշների:

Ամինով ցանկապատված էպօքսիդներում կառուցվածքի և հատկությունների փոխհարաբերություններ

Ամին-հիդրոլիզված էպօքսիդների կատարումը որոշող երեք հիմնական կառուցվածքային գործոններ կան.

Ցիկլալիֆատիկ ամինները լավ օրինակ են այս փոխհարաբերությունների, որոնք ապահովում են Tg արժեքներ 130°C-ից բարձր՝ պահպանելով 5–8% երկարացում կոտրման դեպքում, ինչը դրանք հարմար է դարձնում ավիատիեզերական կոմպոզիտների համար, որոնք պահանջում են ինչպես ջերմային կայունություն, այնպես էլ ճեղքերի դիմադրություն:

Ալիֆատիկ և ցիկլալիֆատիկ ամիններ. Խորդանման արագության և արդյունքների համեմատություն

Ալիֆատիկ ամիններ. Արագ խորդող ագենտներ շեղող էպօքսիդային համակարգերի համար

Ալիֆատիկ ամինները, ինչպիսիք են էթիլենդիամինը (EDA) և դիէթիլենտրիամինը (DETA), հայտնի են իրենց բարձր ռեակտիվությամբ՝ պայմանավորված այն էլեկտրոններ տվող ալկիլային խմբերով, որոնք դրանք պարունակում են: Սովորաբար այս միացությունները լրիվ շինում են 6-ից 12 ժամվա ընթացքում՝ սովորական սենյակային ջերմաստիճաններում թողնված: Այն, ինչ տարբերում է այս միացությունները արոմատիկ ամիններից, արագությունն է՝ ռեակցիան տեղի է ունենում 30-40 տոկոսով ավելի արագ: Այս արագությունը կարևոր է այնպիսի կիրառություններում, ինչպիսիք են արդյունաբերական հատակների շինումը և արագ պրոտոտիպների մշակումը, որտեղ ժամանակի խնայողությունը անմիջապես փոխարկվում է ծախսերի նվազմամբ: Սակայն այս նյութերի համար պոտի կյանքը բավականին սահմանափակ է՝ սովորաբար 15-ից 45 րոպե: Դա նշանակում է, որ աշխատողները պետք է շատ զգուշությամբ և ճշգրիտ խառնեն դրանք: Երբ աշխատում են ավելի հաստ շերտերի հետ, նաև առաջանում է շինման ընթացքում արագ տաքացման խնդիր, ինչը կարող է նյութում ճեղքեր առաջացնել:

Ցիկլալիֆատիկ ամիններ. ռեակտիվության, տևականության և ճկունության հավասարակշռում

Ցիկլոալիֆատիկ ամինները, ինչպիսին է IPDA-ն, ունեն այս հատուկ օղակաձև կառուցվածքները, որոնք փաստորեն դանդաղեցնում են նրանց քիմիական ռեակցիայի արագությունը, ինչը հանգեցնում է դրանց ավելի երկար կյանքի շահագործման ընթացքում: Այնուամենայնիվ, այս նյութերը դեռևս բավականին արագ են աշխատում՝ մոտ 85-ից 95 տոկոս արագությամբ սովորական ալիֆատիկ ամինների համեմատ ցանկացած ցանկալի ժամկետում: Դրանց հատկանիշն այն է, որ դրանք դիմադրում են խոնավությանը և կայուն են տարբեր քիմիական նյութերի նկատմամբ: Անցյալ տարի անցկացված վերջերս հետազոտությունները ցույց տվեցին, որ դրանք ավելի լավ են դիմադրում լուծիչներին, քան գծային ալիֆատիկ այլընտրանքները՝ ցուցադրելով մոտ 25 տոկոս ավելի լավ արդյունք: Այս հատկությունը դրանք հատկապես օգտակար է դարձնում նավերի ներկերի համար, որտեղ աղի ջրի անընդհատ ազդեցությունն է, կամ էլեկտրոնային մասերի պաշտպանության համար այն միջավայրերում, որտեղ խոնավության մակարդակը ամբողջ օրվա ընթացքում փոխվում է:

Արդյունավետության համեմատություն արոմատիկ և այլ ամինների հետ

Արոմատիկ ամինները ապահովում են բացառիկ ջերմային կայունություն (մինչև 180°C+), սակայն պահանջում են բարձր խոտանման ջերմաստիճաններ, ինչը սահմանափակում է դրանց կիրառելիությունը տեղում: Դրանց շեղահարթ մոլեկուլային կառուցվածքը նպաստում է բարձր Tg-ին, սակայն նաև դարձնում է դրանք փխրուն:

Տեղային խոչընդոտման էֆեկտներ DETA և TETA հիմքով էպօքսիդային բաղադրամասերում

Տրիէթիլենտետրամինը, կամ կարճ՝ TETA-ն, կառուցվածքային նմանություններ ունի DETA-ի հետ, սակայն շատ այլ կերպ է վարվում բարձրացման ընթացքում: Դրա մոլեկուլային կառուցվածքի ճյուղավորումը ստեղծում է այն, ինչը քիմիկոսները կոչում են ստերիկ խոչընդոտում, որն իրականում նշանակում է, որ մոլեկուլի մասերը փոխադարձաբար խոչընդոտում են շարժվել: Ըստ 2022 թվականի որոշ վերջերս կատարված փորձարկումների, սա հանգեցնում է արձագանքների արագության մոտ 15-20 տոկոսանոց նվազման: Չնայած սա կարող է թվալ թերություն, սակայն այստեղ կա նաև մի առավելություն: Ավելի դանդաղ ընթացող ռեակցիան նյութերին ավելի լավ հնարավորություն է տալիս տարածվել և ներծծվել փոքր անցքեր ունեցող մակերեսների մեջ, ինչը ընդհանուր առմամբ հանգեցնում է ավելի ուժեղ կապերի: Մյուս կողմից, TETA-ն խառնուրդների խտությունը մեծացնում է մոտ 30-ից 50 սանտիպուազ միավորով: Սպրեյային սարքավորումներով աշխատող արտադրողները հաճախ ստիպված են լինում օգտագործել լուծիչներ կամ հատուկ ավելացումներ, որպեսզի ապահովեն նյութերի ճիշտ շարժումը իրենց համակարգերով:

Էպոքսիդային հատկությունների հարմարեցում ամինների խառնման միջոցով

Ամինի հարթեցումը՝ կարծրությունը և ճկունությունը հավասարակշռելու համար

Տարբեր տեսակի ամիններ խառնելիս նյութերի մեխանիկական հատկությունները շատ ավելի լավ են վերահսկվում: Օրինակ՝ երբ պինդ ալիֆատիկ ամինները խառնում ենք ավելի ճկուն ցիկլալիֆատիկների հետ, տեղի է ունենում մի հետաքրքիր երևույթ: Արդյունավետ նյութը զգալիորեն ավելի դիմացկուն է լինում հարվածների նկատմամբ, ինչը վերջերս Advanced Polymer Science-ում 2023 թվականին հրապարակված ուսումնասիրությունների համաձայն բարելավում է այս ոլորտում 30-40 տոկոսով: Իրականում հիանալին այն է, որ այս ավելացված ամրության դեպքում նյութը պահպանում է իր կարծրությունը՝ ըստ Shore D կարծրության փորձարկումների, և մնում է 80-ից բարձր սանդղակի վրա: Քիմիական կողմից արագ ազդող բաղադրիչները մշակման ընթացքում անմիջապես սկսում են առաջացնել խաչաձև կապեր: Մինչդեռ դանդաղ ռեագիրող բաղադրիչները աշխատում են այլ կերպ: Նրանք թույլ են տալիս ներդրված ճկունություն, քանի որ նրանք աստիճանաբար ստեղծում են իրենց ցանցային կառուցվածքները, ինչը իրականում օգնում է նվազեցնել ներքին լարվածությունները, որոնք հակված են կուտակվելու նյութի ներսում ժամանակի ընթացքում:

Էփոքսի նախնական ծածկույթի օպտիմալ աշխատանքի համար ամինային խառնուրդների կարգավորում

Պաշտպանիչ նախնական ծածկույթներում ամինային հարաբերակցությունների հավասարակշռությունը կարևոր է կպչունության և կոռոզիայի դիմադրության համար: Արդյունաբերական փորձարկումները ցույց են տվել, որ պոլիամիդի և ամիդոամինի 3:1 հարաբերակցությամբ խառնուրդը պողպատի վրա պահպանում է ծածկույթի 92% ամբողջականությունը՝ 1000 ժամ աղային ցրտի ազդեցությունից հետո, ինչը 18%-ով բարձր է, քան մեկ միջոցառման համակարգերում, որոնք հիմնված են խորը սուբստրատի թրջման և հզոր վրապատված կառույցի համադրման վրա:

Մասամբ մեթիլացված ամինային խառնուրդների վերաբերյալ հետազոտությունների արդյունքներ

Մեթիլային խմբի փոխարինումը նվազեցնում է ամինային նուկլեոֆիլությունը՝ իջեցնելով ռեակցիայի արագությունը 22-25%: Այս փոփոխված հարմարեցուցիչները երկարաձգում են աշխատանքային ժամանակը 24-36 ժամով, թույլ տալով հաստ էփոքսի լցանքների անվտանգ ցանկապատում՝ առանց ջերմային ճեղքերի: Չնայած դանդաղ ցանկապատմանը, դրանք հասնում են 70 ՄՊա-ից ավելի լարվածության, ինչը դրանք հարմար է դարձնում խոշորամասշտաբ արդյունաբերական հատակների համար:

Ցանկապատման արագության և վերջնական մեխանիկական կարծրության միջև փոխզիջումներ

Պուր DETA համակարգերը սովորաբար բուժվում են մոտ չորս ժամվա ընթացքում, բայց դրանք հակված են ամբողջությամբ կոտրվել, երբ ենթարկվում են 2%-ից պակաս լարվածության, քանի որ դրանց խիտ խաչմերուկային կառուցվածքը: Երբ արտադրողները DETA-ի մոտ 30%-ը փոխարինում են IPDA-ով, նյութը երկար ժամանակ, մոտավորապես վեց ժամ, աշխատում է, իսկ նաեւ շատ ավելի երկար է ձգվում, նախքան կոտրվելը: Իրականում, մոտ 400% -ով ավելի շատ, քան ստանդարտ ձեւակերպումները: Սակայն թերությունն այն է, որ վերջնական արտադրանքը մոտ 15%-ով ավելի փափուկ է, քան մաքուր DETA- ն: Այս փոխզիջումը ցույց է տալիս, թե ինչու են ինժեներները միշտ բախվում այս դժվար ընտրությունների հետ, թե ինչքան արագ է ինչ-որ բան բուժվում, որքան ուժեղ է դառնում, եւ որքան ճկուն կամ ամուր է այն մնում սթրեսի տակ:

Բազմաֆունկցիոնալ ամինների օգտագործմամբ խաչմերուկային կապի առաջադեմ ռազմավարություններ

Էպոքսիային խաչմերուկային կապի մեխանիզմներ՝ օգտագործելով դիամիններ եւ տրիպոքսիային միացություններ

Բազմաֆունկցիոնալ ամինների և բազմաթիվ էպօքսի խմբերի փոխազդեցությունը նյութերում հանգեցնում է եռաչափ ցանցերի ստեղծմանը։ Վերցրեք, օրինակ, դիամինները, ինչպիսին է DETA-ն, դրանք ձևավորում են շատ խիտ կապեր, որոնք անհրաժեշտ են այն առաջադեմ կոմպոզիտային նյութերի ստեղծման համար, որոնք մենք տեսնում ենք այսօր։ Երբ այս նյութերը խառնվում են եռէպօքսի միացությունների հետ, տեղի է ունենում մի հետաքրքիր երևույթ՝ խաչաձև կապումը զգալիորեն ավելի արդյունավետ է դառնում։ Ըստ Լիուի և նրա գործընկերների 2022 թվականին կատարված որոշ վերջերս հրապարակված հետազոտությունների՝ եռէպօքսիներ պարունակող ձևավորումները, զուգակցված ցիկլոալիֆատիկ ամինների հետ, ցուցադրել են մոտ 66 տոկոսով բարելավված կապման ամրություն սովորական միայն ամինային համակարգերի համեմատ։ Սա հնարավոր է դարձնում դրանց հատկությունը՝ միաժամանակ փոխազդելու բազմաթիվ կենտրոններում։ Այս հատկանիշը արտադրողներին ավելի լավ վերահսկելու հնարավորություն է տալիս ցանցի ձևավորման ընթացքում սեղմման գործընթացների ընթացքում, ինչը վերջնական արտադրանքներում նշանակում է բարելավված մեխանիկական հատկություններ և լավ ջերմային դիմադրություն։

Ամինի ֆունկցիոնալության ազդեցությունը ցանցի խտության և ճկունության վրա

Երբ ամինի ֆունկցիոնալությունը մեծանում է, ընդհանրապես մեծանում է նաև խաչաձև կապերի խտությունը: Վերցրեք, օրինակ, տետրաֆունկցիոնալ ամինները՝ նրանք ստեղծում են ցանցեր, որոնք մոտ 42 տոկոսով ավելի խիտ են, քան երկֆունկցիոնալ ամիններով ստացված ցանցերը: Սա նշանակում է, որ արտադրանքները ավելի կոշտ են դառնում և ավելի դիմադրում են քիմիական նյութերին, թեև սովորաբար նրանք ավելի քիչ են ձգվում: Այն դեպքերում, երբ մնում է կարևոր որոշակի ճկունություն, շատ արտադրողներ խառնուրդի մեջ ավելացնում են երկրորդային ամիններ: Նրանք աշխատում են մոլեկուլային միացումների նման, շղթաներին տալով հենց այնքան տեղ, որ շարժվեն, առանց ամբողջովին կոտրվելու: Մի քանի տարրեր ուշադիր խառնելով, ինժեներները իրականում կարող են կառավարել, թե երբ են նյութերը սկսում փափկել: ՈՒշադրության կենտրոնում է գտնվում ապակե անցման ջերմաստիճանը, որը սովորաբար տատանվում է 60 աստիճան Ցելսիուսից մինչև 140 աստիճան Ցելսիուս՝ կախված այն բանից, թե ինչ պահանջվում է կատարել կատարողականի պահանջների տեսանկյունից:

Ապակե անցման ջերմաստիճանի կառավարումը ամինների ընտրությամբ

Ապակու փոխանցման ջերմաստիճանը, կամ Tg-ն, շատ է կախված ամինի մոլեկուլների զանգվածից և դրանց կոշտությունից: Վերցրեք, օրինակ, թեթև ալիֆատիկ միացությունները, ինչպիսին է TETA-ն՝ սովորաբար դրանք առաջացնում են 120 աստիճան Ցելսիուսից բարձր Tg ցուցանիշներ, ինչը դրանք դարձնում է ինքնաթիռների կառուցման ժամանակ օգտագործվող բարձր կատարողական կպչունների համար հարմար ընտրություն: Ընդհակառակը, ծավալային արոմատիկ ամիններն սովորաբար ունեն շատ ավելի ցածր Tg միջակայք՝ մոտ 70-ից 90 աստիճան, սակայն ավելի լավ պաշտպանություն են ապահովում քիմիական նյութերից՝ իրենց արոմատիկ օղակները հեշտությամբ չքայքայվելու շնորհիվ: Այժմ արդյունաբերական մասնագետները տարբեր տեսակի ամիններ խառնում են միմյանց հետ՝ ստեղծելով տարբեր Tg մակարդակներ մեկ շերտ էպոքսիդային նյութում: Սա օգնում է կանխել շերտերի պոտվելը տատանվող ջերմաստիճանների ազդեցության տակ, ինչը հատկապես կարևոր է այն արտադրանքների համար, որոնք պետք է հուսալիորեն աշխատեն շատ տարբեր շրջակա միջավայրային պայմաններում:

Կայուն այլընտրանքներ. կենսածագում ունեցող ամինային ցանկացման ագենտներ

Էպոքսիդային խեժերի համար կենսածագում ունեցող ամինային ցանկացների նորագույն միտումներ

Կարդանոլ, սոյայի յուղ և լիգնին նման բաղադրիչներից ստացված կենսածագման ամինային հարմարեցուցիչների նոր ալիք է տարածվում կայունության ոլորտում: Այս բուսական տարբերակները նույնքան լավ են աշխատում, որքան նավթային աղբյուրներից ստացվածները, սակայն կրճատում են ածխածնի արտանետումները մոտ 30%: Որոշ վերջերս հրապարակված հետազոտություններ ցույց են տալիս, որ այս այլընտրանքային կանաչ նյութերը պահպանում են սովորական մեխանիկական ամրության մոտ 95-98%-ը: Ընկերությունները սկսել են իրացնել առևտրային խառնուրդներ, որոնք պարունակում են մոտ 40-60% վերականգնվող նյութեր: Դրանք իրականում բավականաչափ լավ են աշխատում ծովային ծածկույթներ և ավտոմոբիլային հիմնարկներ նման բարդ կիրառությունների համար, ուստի արտադրողները սկսում են դրանք ներառել տարբեր արդյունաբերություններում արտադրության գործընթացների մեջ:

Կենսածագման համակարգերում արդյունավետության և կայունության փոխզիջումներ

Կենսածագումն ունեցող ամինները հաջողությամբ են զարգանում, սակայն դեռևս դժվարանում են որոշ հատկությունների հետ, ինչպիսիք են դրանց խոհարարությունը և խոնավությունից դիմադրությունը: Խոհարարման ժամանակը սովորաբար 15-25 տոկոսով երկար է՝ համեմատած DETA-ի հետ, ինչը կարող է դանդաղեցնել արտադրության ընթացքը: Ավելին, այս նյութերը հաճախ ունենում են բարձր վիսկոզություն, որը պահանջում է հատուկ սպասարկում ձևավորման ընթացքում: Բացասականի դիմաց, դրանց մոլեկուլային կառուցվածքը տալիս է բնական ճկունություն, որը նվազեցնում է փխրեցվածությունը: Սա արտահայտվում է 70-ից 90 աստիճան Ցելսիուս տիրույթում ապակու փոխակերպման ջերմաստիճաններով (Tg): Չնայած սա ցածր է այն ցուցանիշից, որը տեսնում ենք արոմատիկ համակարգերում, սակայն լավ աշխատում է այն ծածկույթների համար, որոնք պետք է դիմադրեն հարվածներին: Վերահսկող մարմինները շարունակում են ավելի խիստ մոտեցումներ ցուցաբերել արդյունաբերական կիրառություններում օրգանական միացությունների հանքային մասի նկատմամբ, ինչի պատճառով շուկայի վերլուծաբանները կանխատեսում են, որ կենսածագումն ունեցող խոհարարման ագենտների շուկան 2030 թվականը հասնելու ընթացքում տարեկան աճի 12,7% տեմպերով: Շատ արտադրողներ հաջողությամբ օգտագործում են 20-40 տոկոս կենսածագումն ունեցող ամիններ՝ ավանդական սինթետիկ տարրերի հետ խառնելով: Այս հիբրիդային մոտեցումը օգնում է ընկերություններին անցնել ավելի կանաչ պրակտիկաներին՝ արտադրական գործընթացները հարթ պահելով:

FAQ բաժին

Ինչ են ամինային հարմարեցուցիչները

Ամինային հարմարեցուցիչները քիմիական միացություններ են, որոնք օգտագործվում են էպոքսիդային ռեզինների հարմարեցման համար՝ ազդելով դրանց մեխանիկական հատկությունների և ընդհանուր կատարողականի վրա

Որն է տարբերությունը առաջնային և երկրորդային ամինների միջև էպոքսիդներում

Առաջնային ամինները ավելի արագ են փոխազդում և առաջացնում են ավելի խիտ ցանցեր, իսկ երկրորդային ամինները առաջացնում են ավելի երկար շղթաներ, որոնք խոցելիության դեպքում առաջացնում են ավելի դիմացկուն նյութեր

Ինչ առավելություններ են առաջարկում ցիկլային ալիֆատիկ ամինները

Ցիկլային ալիֆատիկ ամինները առաջարկում են լավ խոնավության դիմադրություն, քիմիական կայունություն և ճկունություն գծային ալիֆատիկ տարբերակների համեմատ

Ինչո՞ւ են կենսածագում ամինային հարմարեցուցիչները հանրահայտություն ձեռք բերում

Կենսածագում ամինային հարմարեցուցիչները հանրահայտություն են ձեռք բերում իրենց ցածր ածխածնի արտանետումների և սինթետիկ տարբերակներին համարժեք մեխանիկական ամրության շնորհիվ