Epoxydų skiedikliai: sprendimas lengvesniam aukšto klampumo epoksidų naudojimui

Kodėl epoksidiniai skiedikliai yra būtini aukštos klampumo dervų apdorojimui

Dirbti su aukštos klampumo epoksidiniais dervomis gamintojams gali būti ganėtinai sudėtinga. Dažnos problemos apima prastą pildiklių šlapijimą, netolygius dangtis, kurių storis kinta, bei daug įstrigusio oro liejant detalės formas. Laimei, epoksidiniai skiedikliai padeda išspręsti daugumą šių sunkumų, žymiai sumažindami dervos klampumą – kartais net iki 90 % mažesnio nei pradinis. Tai palengvina maišymą, leidžia visiškai prisotinti pluoštus ir padeda vienodai taikyti medžiagą net sudėtingose formose. Kai kurie specialūs reaktyvūs skiedikliai klampumą sumažina daugiau kaip dešimt kartų, nežeminant stiklinės perėjimo temperatūros žemiau 90 °C, todėl medžiaga vis dar gerai veikia esant aukštai temperatūrai. Tačiau tinkamo skiediklio pasirinkimas padeda ne tik pagerinti srauto charakteristikas. Jis taip pat pagreitina kietėjimo procesus ir stiprina svarbias mechanines savybes, pvz., galutinio gaminio atsparumą smūgiams. Taikymuose, kai gamybos greitis yra tokios pat svarbios kaip ir konstrukcinė tvirtumas, tinkamo skiediklio radimas tampa absoliučiai būtinas.

Reaktyvūs ir nereaktyvūs epoksidiniai skiedikliai: srauto, kietėjimo chemijos ir naudojimo pabaigoje išlaikomos vientisumo pusiausvyra

Pagrindinės skirtumų tarp reaktyvių ir nereaktyvių epoksidinių skiediklių rūšių supratimas lemia formulės sukūrimo sėkmę. Šis pasirinkimas tiesiogiai veikia klampumo kontrolę, kietėjimo elgseną bei ilgalaikę gaminio vientisumą kompozituose, klijuose ir apsauginėse dangaose.

Kaip reaktyvūs epoksidiniai skiedikliai integruojami į tinklą ir veikia kryžminės jungties tankį

Reaktyvūs skiedikliai paprastai turi arba epoksidines, arba hidroksilines funkcinio grupes, kurios dalyvauja šiose kryžminės jungties reakcijose per apdorojimą. Kai šios molekulės sudaro kovalentines jungtis polimerinėje tinklo struktūroje, jos gali sumažinti pradinį klampumą maždaug 40–60 procentų, todėl gamybos metu su jomis dirbti tampa lengviau. Taip pat jos padeda išlaikyti galutinį kietumą virš 80 Shore D lygio, vienu metu užtikrindamos gerą cheminę atsparumą. Be to, kryžminės jungties tankis didėja proporcingai kiekvienos molekulės turimų reaktyvių vietų skaičiui. Kita vertus, vienfunkciniai glikidilo eteriai, pvz., butilo glikidilo eteris (BGE), naudojami vietoj įprastų dervos monomerų, dažniausiai sumažina stiklinės būsenos temperatūrą (Tg) maždaug 10–15 laipsnių Celsijaus. Todėl tikslus dozavimas yra itin svarbus taikymuose, kuriuose reikia aukštesnės Tg reikšmės, kad būtų išlaikytas našumas ekstremaliomis sąlygomis.

Nereaguojantys epoksidiniai skiedikliai: leidžiamumas, migracijos rizikos ir ilgalaikė savybių kaita

Aromatiniai ir alifatiniai esteriai veikia kaip laikinieji plastifikatoriai, kurie neįsijungia į medžiagas cheminių ryšių būdu. Tačiau šis požiūris turi trūkumų. Dėl leidžiamumo praradimai gali pasiekti apie 15 % bendros masės per kietinimo procesą. Dėl migracijos problemų stiprumas per metus dažnai mažėja bent 20 %. Be to, šiluminė stabilumas ir adhezijos savybės laikui bėgant pamažu blogėja. Dėl šių priežasčių dauguma gamintojų nereaguojančius skiediklius naudoja tik laikinoms klijavimo medžiagoms, kurios vėliau turi būti pašalintos, arba tarpų užpildymo medžiagoms, skirtoms trumpalaikiam naudojimui. Jie tiesiog netinka konstrukcinėms detalėms, kur reikalingas ilgalaikis veikimas.

Tinkamo epoksidinio skiediklio pasirinkimas: chemijos pritaikymas taikomosioms reikalavimams

Glikidilo eteriai (BGE, PGE) padidintai reaktyvumui ir žemos klampumo konstrukcinėms formulėms

Glikidilo eteriai, tokie kaip butilglikidilo eteris (BGE) ir fenilglikidilo eteris (PGE), veikia kaip mono-funkciniai reaktyvūs skiedikliai, kurie, kietėdami, įtraukiami į epoksidinę tinklo struktūrą. Šios medžiagos iš tikrųjų dalyvauja kryžminio susiejimo procese, todėl klampumas sumažėja net daugiau kaip 70 %, nepažeidžiant šiluminės stabilumo. Jų cheminis integravimas taip pat padeda sumažinti VOC emisijas ir pagerina pluoštų drėkinimą – tai ypač svarbu aviacijos ir automobilių kompozituose, kur stiprumas turi atitikti svorio reikalavimus. Tačiau yra vienas niuansas: kadangi BGE paprastai sumažina stiklinės būsenos temperatūrą (Tg), bet kuri formulė, skirta aukštų temperatūrų taikymui, turi arba riboti BGE kiekį, arba derinti jį su kitais skiedikliais, turinčiais didesnę funkcinį aktyvumą.

Ne-glikidilo tipo variantai (alifatiniai esteriai, poliefteriniai modifikatoriai) žemos VOC emisijos ir aukštos stabilumo taikymo srityse

Kai reikia atitikti ultržemo VOC kiekio reikalavimus ir išlaikyti matmeninę stabilumą, ypač tokioms aplikacijoms kaip elektronikos apsaugojimas ar komercinių grindų įrengimas, verta apsvarstyti alternatyvas glikidiliniams junginiams. Alifatiniai esteriai ir ypatingai sukurti polieterys modifikatoriai išsiskiria tuo, kad jie iš tikrųjų suardo susivyniojusias polimerų grandines, žymiai sumažindami klampumą – kartais net iki 85 %. Be to, šie medžiagų priedai neįtakoja amino pagrindu vykstančių kietėjimo procesų, kas yra didelis privalumas daugeliui gamintojų. Tačiau yra vienas trūkumas, kurį verta paminėti. Kadangi šie priedai nesudaro stiprių cheminių ryšių su pagrindine dervos struktūra, laikui bėgant jie turi tendenciją migruoti, ypač esant drėgmės poveikiui. Kai kurie laboratoriniai tyrimai rodo, kad po ilgesnio laikotarpio ši migracija gali sukelti maždaug 15–20 procentų mažesnį gniuždymo stiprumą. Laimei, naujosios modifikuotų polieterys versijos pradėjo šią problemą spręsti naudodamos išmanius cheminius sprendimus. Jos įtraukia ypatingus pritvirtinimo taškus, kurie prisitvirtina prie epoksidinės matricos, taip išlaikydamos VOC emisijas žemiau 50 g/l, o tuo pat metu visiškai atitinkant žaliųjų sertifikatų reikalavimus, įskaitant LEED standartus ir Declare etiketes.

Praktiniai nurodymai, kaip įtraukti epoksidinius skiediklius, neprarandant galutinių savybių

Epoksidinių formulių optimizavimui reikia strategiškai sumažinti klampumą, nepažeidžiant mechaninių ar šilumos savybių. Pagrįstos geriausios praktikos apima:

• Reaktyvių skiediklių maišymas : Sumaišykite mono-funkcionalius (10–12 %) ir tri-funkcionalius skiediklius (5–7 %), kad pasiektumėte ~18 % klampumo sumažėjimą, vienu metu minimaliai sumažindami kryžminio susiejimo tankį. Tri-funkcionalūs variantai, tokie kaip butanodiolio diglikidilo eteris, padeda išlaikyti tinklo standumą ir ilgalaikę savybių stabilumą.
• Hibridinės katalizatorių integracija : Neutralizuokite galimą kietėjimo slopinimą, kurį sukelia hidroksilais turtingi skiedikliai, naudodami pagreitinamąjį priedą, pvz., cinko oktoatą – užtikrindami visišką polimerizaciją be ciklo trukmės pratęsimų.
• Nanopriedų kompensavimas : Įtraukite 0,5–1,0 % nanosilicio, kad atkurtumėte 85–90 % kietumo sistemose su aukštu skiediklių kiekiu, kompensuodami plastifikacinį poveikį ir tuo pačiu padidindami atsparumą dilimui.

Kai šios metodikos taikomos kartu, jų dėka tempimo stiprio sumažėjimas lieka žemiau 25 % palyginti su nepatirčiais etaloniniais rodikliais. Konstrukcinėms aplikacijoms rekomenduojama naudoti daugiafunkcius reaktyviuosius epoksidinius skiediklius ir patikrinti jų veikimą atliekant ASTM D3418 standartui atitinkančius pagreitintus senėjimo bandymus – ypač tada, kai naudojami nereaktyvieji skiedikliai, kurių dėka per penkerius metus gali įvykti iki 20 % stiprio sumažėjimas dėl migracijos.

DUK

Kam naudojami epoksidiniai skiedikliai?

Epoksidiniai skiedikliai naudojami norint sumažinti aukštos klampumo epoksidinių dervų klampumą, kad būtų lengviau juos maišyti, taikyti ir kietėti. Jie pagerina tekėjimo savybes ir pagreitina kietėjimo procesus, tuo pačiu gerindami mechanines savybes.

Koks skirtumas tarp reaktyviųjų ir nereaktyviųjų epoksidinių skiediklių?

Reaktyvieji epoksidiniai skiedikliai integruojasi į polimerinę struktūrą, veikdami kryžminio susiejimo tankį ir išlaikydami kietumą, o nereaktyvieji skiedikliai veikia kaip laikinos plastifikatoriai, todėl gali kilti problemų, susijusių su jų išgaravimu ir migracija.

Ar yra trūkumų naudojant epoksidinius skiediklius?

Pagrindiniai trūkumai apima galimus nuostolius dėl klampumo svyravimų naudojant neaktyviuosius skiediklius ir sumažėjusią stiklinės būsenos temperatūrą naudojant tam tikrus aktyviuosius skiediklius, pvz., butilo glikidilo eterį. Šių poveikių sumažinimui ypač svarbūs tinkamas pasirinkimas ir dozavimas.

Kaip pasirinkti tinkamą epoksidinį skiediklį savo taikymui?

Atsižvelkite į cheminę sudėtį, tikslinę klampumą, šiluminę stabilumą ir galutinio naudojimo reikalavimus. Mažo VOC kiekio ir aukšto stabilumo reikalavimams galima nagrinėti neglikidilinius variantus, pvz., alifatinius esterius ir polieferius modifikatorius, o glikidilo eteriai siūlo padidintą reaktyvumą tam tikroms konstrukcinėms aplikacijoms.