Էփոքսի լցանյութերի օգտագործումը էփոքսի խեժի բաղադրություններում խտությունը վերահսկելու համար

Ինչպես են էփոքսի ներառուկները նվազեցնում և կարգավորում խտությունը՝ մեխանիզմներ և կառուցվածքային սկզբունքներ

Ռեակտիվ և ոչ ռեակտիվ էփոքսի ներառուկների քիմիական բաղադրությունը և դրանց ռեոլոգիական հատուկ նշանները

Էփոքսիդային ներառուկների խտության վրա ազդեցությունը կախված է լիովին այլ քիմիական գործընթացներից: Վերցրեք, օրինակ, ռեակտիվ ներառուկներ՝ ինչպիսին բութանդիոլի դիգլիցիդիլ էթերն է, որոնք պարունակում են հատուկ էփոքսիդային կամ գլիցիդիլ էթերային խմբեր, որոնք հիմնականում մաս են կազմում պոլիմերային ցանցի, երբ նյութը հնանում է: Այս տեսակի ներառուկները կարող են նվազեցնել սկզբնական խտությունը 40-ից մինչև 60 տոկոս՝ նյութի ջերմային ամրության կամ մեխանիկական հատկությունների մեծ մասը չնվազեցնելով՝ համեմատած ոչ ռեակտիվ ներառուկների հետ: Որոշ երկֆունկցիոնալ ռեակտիվ ներառուկներ հատկապես լավ են այս առումով՝ պահպանելով սկզբնական սաղմի կոշտության մոտ 85-90 տոկոսը՝ նվազագույնի հասցնելով Tg ճնշումը, որն նշանակում է, որ նյութը կայուն է մնում բարձր ջերմաստիճանների դեպքում: Ընդհակառակը, ոչ ռեակտիվ ներառուկները ավելի շատ աշխատում են ժամանակավոր պլաստիկացնողների նման՝ խանգարելով մոլեկուլների միջև ուժերին: Իհարկե, կարճաժամկետ այս ներառուկները նույնքան էլ արդյունավետ են նվազեցնում խտությունը, սակայն միշտ առկա է դրանց արտանետման խնդիրը ժամանակի ընթացքում կամ հիմնական նյութից անջատվելու հնարավորությունը: Ռեոլոգիական տեսանկյունից, ռեակտիվ ներառուկները իրականում հեշտացնում են նյութերի հոսքը՝ նվազեցնելով ակտիվացման էներգիան 15-ից մինչև 20 տոկոս: Սա օգնում է հարթեցման և ուղղահայցման գործընթացներին այնպիսի հաստ, բարձր պինդ ծածկույթներում, ինչպիսիք հաճախ ենք հանդիպում:

Մոլեկուլային զանգված, ֆունկցիոնալություն և օղակի բացման կինետիկա՝ որպես խտության որոշման հիմնարար գործոններ

Ըստ էության՝ եփոքսի համակարգերում նոսունների աշխատանքը ազդող երեք հիմնական գործոն կա. դրանց մոլեկուլային զանգվածը, այն, ինչ մենք անվանում ենք ֆունկցիոնալություն, և օղակների բացման ժամանակ ռեակցիաների ընթացքը: Ինչ վերաբերում է մոլեկուլային զանգվածին, 200 գրամ/մոլից ցածր ցանկացած արժեք իրականում օգնում է նվազեցնել վիսկոզությունը: Քանի որ շղթաների միջև փոխազդեցությունը և ազատ ծավալի սահմանափակումները նվազում են, DGEBA համակարգերում յուրաքանչյուր 100 գ/մոլ-ով զանգվածի նվազման դեպքում վիսկոզությունը ընկնում է 1200-ից մինչև 1500 սանտիպուազ: Ֆունկցիոնալության հարցը ամբողջությամբ առնչվում է խաչաձև կապման խտության վերահսկմանը: Միաֆունկցիոնալ նոսունները կարող են կտրուկ նվազեցնել վիսկոզությունը կեսից երեք քառորդի չափով, սակայն նաև նվազեցնում են ապակե անցման ջերմաստիճանը (Tg) մոտ 10-20 աստիճան Ցելսիուսով և 30-40%-ով նվազեցնում են խաչաձև կապման խտությունը: Երկֆունկցիոնալ տարբերակները, սակայն, ավելի լավ հավասարակշռություն են ապահովում՝ պահպանելով ջերմային կայունության մեծ մասը՝ միաժամանակ թույլ տալով մշակում 4000 սՊ-ից ցածր վիսկոզությամբ: Բացվող օղակների ռեակցիաները նույնպես կարևոր են մշակման ժամանակահատվածների համար: Ալիֆատիկ էպոքսիդները, որպես կանոն, արագացնում են գործընթացը իրենց արոմատիկ համարժեքների համեմատ, բարձրացնելով ամրացման արագությունը մոտ 25-30%, ինչը նյութին ավելի արագ սետվելու հնարավորություն է տալիս, սակայն պահանջում է ավելի խիստ վերահսկողություն աշխատանքային ժամանակի նկատմամբ: Այս տարբեր պարամետրերը կարգավորելով՝ արտադրողները կարող են ճշգրտել իրենց նյութերը՝ սկսած մոտ 12,000 սՊ-ից մինչև 4000 սՊ-ից ցածր, դարձնելով դրանք հարմար ամեն ինչի համար՝ սկսած ֆիլամենտային պտույտներից, որտեղ ցածր վիսկոզությունը կարևոր է, մինչև վակուումային ինֆուզիայի գործընթացներ, որոնց պահանջվում է մի փոքր ավելի բարձր վիսկոզություն՝ խեցեղենի հոսքի ճիշտ ապահովման համար:

Կենսածագումն էպօքսիդային ներարկողներ. Կարվակրոլի, թիմոլի, գվայակոլի և վանիլի սպիրտի ածանցյալների կատարողականը և գործնական կիրառելիությունը

Ֆենոլային մոնոտերպեն հիմքով էպօքսիդային ներարկողների սինթեզի արդյունավետությունը և էպօքսիդացման ելքը

Էպօքսիդացման ելքի տեսանկյունից կարվակրոլի և թիմոլի ածանցյալները առանձնահատուկ են, 60-80 աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճաններում հասնելով 95%-ից բարձր ելքի: Գվայակոլային համակարգերը աշխատում են ավելի արագ՝ ռեակցիան ավարտելով մոտ երեք օրվա ընթացքում: Վանիլինի սպիրտի ածանցյալների հատկապես հետաքրքիր է այն փաստը, որ դրանք պաշտպանում են ֆենոլային հիդրոքսիլային խմբերը տարածական էֆեկտի միջոցով, ինչը ռեակցիաների ընթացքում ապահովում է զգալիորեն ավելի լավ սելեկտիվություն և առաջացնում է ավելի քիչ ցանկալի արգասիքներ, ինչը հետագայում մաքրման ընթացքում նվազեցնում է դժվարությունները: Վերջերս զարգացված լուծիչ ազատ մեթոդների վերաբերյալ տվյալները ցույց են տալիս, որ նույնիսկ խոշորացված փորձարարական մասշտաբներում ելքը մնում է 90%-ից բարձր: Սա կարևոր է, քանի որ այս գործընթացները դարձնում է տնտեսապես շահավետ, միաժամանակ ավելի շահավետ դարձնելով շրջակա միջավայրի համար: Կենսածագում ներառող ներարկիչներ շուկա մտցնելու ցանկություն ունեցող ընկերությունների համար այս տեսակի արդյունավետության բարելավումները նշանակում են իրական առաջընթաց դեպի կենսունակ առևտրային լուծումներ:

Տարբերակման արդյունքի նվազեցում. DGEBA-ի համեմատական տվյալներ

Երբ լցված է 15 կշռ. %, կարվակրոլից ստացված ներխորհումները նշաբարձր կերպով իջեցնում են DGEBA-ի վիսկոզությունը՝ մոտավորապես 78-ից 92 տոկոսով: Արդյունքում ստացված վիսկոզությունները տատանվում են մոտ 1,050-ից մինչև 2,500 սՊ-ի սահմաններում, ինչը այդ նյութերը շատ հարմար է դարձնում խեժի ներծծման և վակուումային աջակցվող արտադրական գործընթացների նման գործընթացների համար: Վերլուծելով թիմոլի անալոգները՝ նկատում ենք, որ դրանք նույնպես ցուցադրում են հետաքրքիր ջերմաստիճանային պատասխաններ: Սենյակային ջերմաստիճանի դեպքում (մոտ 25 աստիճան Ցելսիուս), խառնուրդները հասնում են մոտ 1,800 սՊ-ի, սակայն անցնում են Նյուտոնի հոսքային բնութագրերի, երբ ջերմաստիճանները բարձրանում են 40 աստիճան Ցելսիուսից վեր: Այս հատկությունը օգնում է բարելավել ձևի լցման համաչափությունը՝ արտադրական ընթացքների ընթացքում տատանվող ջերմային պայմանների դեպքում: Այնուամենայնիվ, գվայակոլի հիմքի վրա հիմնված ներխորհումները այդքան էլ արդյունավետ չեն, նրանք վիսկոզությունը նվազեցնում են միայն մոտ 60-70%: Տեսանելի է, որ չնայած վանիլինի սպիրտի տարատեսակներն ունեն ավելի բարձր մոլեկուլային զանգված, սակայն նրանք միևնույն է հասնում են մոտ 3,700 սՊ-ի: Սա ցույց է տալիս, թե ինչպես են որոշ կենսաբանական կառուցվածքներ հատվածում փոխհատուցում այն սահմանափակումներին, որոնք հակառակ դեպքում պայմանավորված են զանգվածի ավելացմամբ: Հատկապես արժե նշել, որ ներխորհումները, որոնք պահպանում են առնվազն 40%-ի կենսազանգված, արդյունավետ են աշխատում՝ նույնիսկ ավելի լավ, քան ավանդական նավթաքիմիական տարբերակները, երբ խոսքը վիսկոզության վերահսկման մասին է նույն լցման մակարդակների դեպքում:

Կատարողականի հավասարակշռում. կենսաբանական բովանդակություն, ռեակտիվություն և ջերմային հատկություններ

Երբ աշխատում են կենսածագման էպոքսիդային նոսրացուցիչների հետ, ձևավորողները պետք է հավասարակշռեն կայունության նպատակները՝ հաշվի առնելով նաև նյութի ճիշտ աշխատանքի համար անհրաժեշտ պայմանները: Բուսական նյութերը, ինչպիսիք են ֆենոլները և մոնոտերպենները, որպես կանոն, ավելի լավ են նոսրացնում խտությունը՝ համեմատած ավանդական տարբերակների հետ, երբ դիտարկվում է օգտագործվող նյութի քանակը: Սակայն այստեղ կա մի բանավոր խնդիր: Այս վերականգնվող բաղադրիչները կարող են փոխել մոլեկուլային կառուցվածքը այնպես, որ քիմիական ռեակցիաները հնարավոր է արագանան ցանկացած պինդ վիճակի ընթացքում: Փորձարկումները ցույց են տալիս, որ սա կարող է 25-30 տոկոսով արագացնել ցանկացած պինդ վիճակի գործընթացը, չնայած սովորաբար սա նշանակում է, որ խաչաձև կապերի քանակը նվազում է մոտ 10-15 տոկոսով: Ի՞նչ է ստացվում: Երբ ամեն ինչ պինդ վիճակի մեջ է անցնում, ապա ակնհայտ կերպով նվազում է ապակե անցման ջերմաստիճանը (Tg)՝ 5-ից 20 աստիճան Ցելսիուսով: Ալիֆատիկ կառուցվածքները օգնում են նյութի ճեղքվածքների նկատմամբ դիմացկության հարցում, սակայն սա տեղի է ունենում ջերմության դիմադրությունը նվազեցնելու հաշվին: Սա հատկապես կարևոր է կոմպոզիտային մասերի համար, որոնք պետք է հուսալի կերպով աշխատեն՝ նույնիսկ այն դեպքում, երբ ջերմաստիճանը գերազանցում է 100°C-ը: Այս հարցում ճիշտ լուծում գտնելը կախված է բոլոր այս փոխհարաբերությունները հասկանալուց: Ձևավորողները պետք է ընտրեն նոսրացուցիչներ, որոնք հասնում են որոշակի Tg սահմանաչափերին՝ միաժամանակ համապատասխանելով արտադրության ժամանակացույցին՝ կապված այնպիսի գործոնների հետ, ինչպիսիք են լցման կյանքը և ձևերից մասերի անվտանգ հեռացումը:

Էփոքսի ներառուկի արդյունավետության համեմատություն՝ ռեոլոգիա, սեղմման վարք և վերջնական կոմպոզիտի կատարում

Ռեոլոգիական պրոֆիլավորում 0–15 զ. % էփոքսի ներառուկի բեռնավորման ընթացքում

Երբ լցված է 0-ից մինչև 15 կշռային տոկոս, էպոքսիդային ներխորհումները բարդ վիսկոզությունը կրճատում են մոտ 40-ից 70%՝ համեմատած մաքուր DGEBA նյութի հետ: Մոտ 10 կշռային տոկոս կոնցենտրացիայի դեպքում բարդ վիսկոզությունը իջնում է 4000 սանտիպուազից ներքև, որը ընդհանուր առմամբ համարվում է բավարար փունջի լավ թրջման համար կոմպոզիտների արտադրության ընթացքում: Վիսկոէլաստիկ հատկությունների վերաբերյալ տվյալներն էլ հետաքրքիր են: Երկու պաշարային մոդուլներն էլ՝ ինչպես պաշարային, այնպես էլ կորստի, ավելի երկար են ձևավորվում այս փոփոխված համակարգերում: Պաշարային մոդուլի վաղ փուլի չափումները մոտ 20-30% ցածր են, քան ստանդարտ բաղադրություններում դիտվածը, ինչը ցույց է տալիս նյութի մեջ առաձգական ցանցերի դանդաղ ձևավորումը: Սա իրականում կարող է օգտակար լինել մշակման համար, սակայն որոշ ռիսկեր էլ կան: Երբ կոնցենտրացիաները գերազանցում են 12 կշռային տոկոսը, փուլային անջատման հավանականությունը աճում է, ինչը խանգարում է խաչաձև կապերի համասեռությանը և վերջնականապես ազդում է վերջնական արտադրանքի որակի վրա: Լավ լուրն այն է, որ ճիշտ հավասարակշռված ներխորհման խառնուրդները շարունակում են պահպանել իրենց սղոցային բնույթը, ուստի դրանք ձևերը համապես լցնում են՝ առանց շատ շուտ գելացվելու արտադրության ընթացքում:

Ազդելու ժամանակի, ապակու փոխանցման ջերմաստիճանի և խաչաձև կապվածության խտության վրա

Ռեակտիվ նոսրացուցիչների ավելացումը 5-ից 10 տոկոս քաշով բեռնավորման դեպքում կարող է ժելիացման ժամանակը կրճատել մոտ 15-25 տոկոսով: Սա տեղի է ունենում, քանի որ էպօքսիդային խմբերը ավելի շարժուն են դառնում, և օղակի բացման գործընթացը արագանում է: Սակայն ամենակարևորը այն է, թե որքան ֆունկցիոնալ են այս նոսրացուցիչները: Միաֆունկցիոն նոսրացուցիչները սովորաբար նվազեցնում են ապակե անցման ջերմաստիճանը մոտ 10-20 աստիճան Ցելսիուսով՝ 15 տոկոս քաշով բեռնավորման դեպքում: Ընդ որում, երկֆունկցիոն տեսակները ապակե անցման ջերմաստիճանը շատ ավելի մոտ են պահում սկզբնական խմբին՝ սովորաբար ընդամենը 5-10 աստիճանով: Խաչաձև կապվածության խտության դեպքում նկատվում է նմանատիպ վարք: Երկֆունկցիոն նոսրացուցիչները պահպանում են մոտ 85-90 տոկոս խաչաձև կապեր, ինչը հանդիսանում է նոսրացված նյութերի համար: Միաֆունկցիոն տարբերակները զգալիորեն նվազում են՝ սովորաբար ընկնելով մինչև 60-70 տոկոս: Լավագույն արդյունքների համար արտադրողների մեծ մասը ձգտում է 8-10 տոկոս քաշով բեռնավորման: Այս մակարդակում նյութը դառնում է բավականաչափ մշակվող՝ վիսկոզությունը 4000 սանտիպուազից ցածր, պահպանում է ապակե անցման ջերմաստիճանը 120 աստիճան Ցելսիուսից բարձր՝ կառուցվածքային կիրառումների համար անհրաժեշտ է, և պահպանում է բավարար խաչաձև կապվածության խտությունը՝ լավ մեխանիկական հատկություններ ունենալու համար: Սակայն 12 տոկոսից ավել քաշով բեռնավորումը սկսում է լուրջ խնդիրներ առաջացնել: Ջերմային կայունությունը նվազում է, շերտերի միջև հոսքային լարվածությունը թուլանում է, և մասերը կարող են ժամանակի ընթացքում դեֆորմացվել: Այս խնդիրները սովորաբար հնարավոր չէ վերականգնել առաջացման դեպքում: