Epoksidinių skystiklių naudojimas klampumui reguliuoti epoksidinių droselių formulėse

Kaip epoksidiniai skystikliai sumažina ir derina klampumą: mechanizmai ir struktūriniai principai

Reaguojančios ir nereaguojančios epoksidinių skystiklių chemijos palyginimas bei jų reologinės savybės

Epoksidinių skystiklių klampumą veikia visiškai kitokie cheminiai procesai. Paimkime reaguojančius skystiklius, tokius kaip butandiolio diglikidilo eteris, – jie turi specialias epoksidines arba glikidilo eterio grupes, kurios sukietėjant iš tikrųjų tampa polimerinės tinklo dalimi. Šie skystikliai gali sumažinti pradinį klampumą nuo 40 iki 60 procentų, nesunaikindami daug medžiagos šiluminės ar mechaninės stiprybės, palyginti su neaktyviaisiais atitikmenimis. Kai kurie bifunkciniai reaguojantys skystikliai ypač gerai tai daro, išlaikydami apie 85–90 procentų pradinės dervos kietumo ir minimaliai mažindami Tg depresiją, kas reiškia, kad medžiaga aukštesnėse temperatūrose lieka stabilus. Kita vertus, neaktyvieji skystikliai veikia labiau kaip laikini plastifikatoriai, trukdydami tarp molekulių esančioms jėgoms. Jie trumpalaikiu mastu taip pat veiksmingai sumažina klampumą, tačiau visada kyla problema, kad jie laikui bėgant gali išsiskirti ar atsiskirti nuo pagrindinės medžiagos. Iš reologinės pusės, reaguojantys skystikliai iš tikrųjų palengvina medžiagų tekėjimą, sumažindami aktyvacijos energiją nuo 15 iki 20 procentų. Tai padeda lyginimui ir sudrėkinimui tų stora sluoksnių, didelio kietųjų dalelių turinčių dangų, kuriuos dažnai matome. Neaktyvieji variantai iš pradžių elgiasi pakankamai gerai, rodydami Niutono skysčių savybes, tačiau tai pasikeičia, kai išgaruoja tirpikliai arba kai pasireiškia temperatūros svyravimai, o tai galiausiai paveikia galutinio produkto vientisumą.

Molekulinė masė, funkcionalumas ir žiedo atsidarymo kinetika kaip pagrindiniai klampumo nustatantys veiksniai

Pagrindiniu požiūriu yra trys pagrindiniai veiksniai, kurie lemia, kaip gerai veikia skystinimo priemonės epoksidiniuose sistemose: jų molekulinis svoris, tai, ką vadiname funkcionalumu, ir tai, kaip jie reaguoja atsidarius žiedams per apdorojimą. Kalbant apie molekulinį svorį, viskas, kas žemiau apie 200 gramų vienam moliui, tikrai padeda sumažinti klampumą. Kiekvienas 100 g/mol svorio sumažėjimas klampumą DGEBA sistemose sumažina tarp 1 200 ir 1 500 centipoizė (cP), nes mažėja grandinėlių supynimas ir mažėja laisvojo tūrio apribojimai. Funkcionalumo aspektas susijęs su tarpinio susiejimo tankio valdymu. Monofunkcinės skystinimo priemonės gali sumažinti klampumą apie pusę iki trijų ketvirčių, tačiau jos taip pat sumažina stiklo pereinamąją temperatūrą (Tg) apie 10–20 °C ir sumažina tarpinio susiejimo tankį apie 30–40 %. Dvikomponentinės versijos pasiekia geresnį balansą, išlaikydamos didžiąją dalį šiluminės stabilumo, kartu leisdamos apdoroti medžiagas, kurių klampumas žemesnis nei 4 000 cP. Tai, kas vyksta su žiedo atsidarymo reakcijomis, taip pat svarbu dėl apdorojimo trukmės. Alifatiniai epoksidai linkę greitinti procesą lyginant su aromatiniais atitikmenimis, padidindami sukietėjimo greitį apie 25–30 %, dėl ko medžiaga greičiau sustangrėja, bet reikalauja daug griežtesnio kontrolės laiko ribojimo. Reguliuodami šiuos skirtingus parametrus, gamintojai gali tiksliai derinti savo medžiagas nuo pradinių taškų apie 12 000 cP iki žemiau 4 000 cP, todėl jos tampa tinkamos viskam – nuo siūlų vyniojimo operacijų, kur būtinas žemas klampumas, iki vakuumo infuzijos procesų, kuriems reikalingas šiek tiek didesnis klampumas tinkamam droselio tekėjimui.

Biopakuočiai epoksidiniai skystintuvai: Karvakolio, timolio, gvaikolio ir vanilino alkoholio darinių našumas ir praktiškumas

Fenoliniams monoterpenams pagrįstų epoksidinių skystintuvų sintezės efektyvumas ir epoksido išeiga

Kai kalbama apie epoksido lydžius, karvakolio ir timolio dariniai išsiskiria – jų derlingumas siekia daugiau nei 95 % esant gana minkštoms sąlygoms, apie 60–80 laipsnių Celsijaus. Gvajakolio sistemos veikia net greičiau – reakcijos baigiasi per maždaug tris dienas. Ypač įdomūs vanililo alkoholio dariniai yra dėl to, kad jų fenolių hidroksilo grupės apsaugomos steriniais efektais. Tai užtikrina žymiai geresnį selektyvumą reaguojant ir sukuria kur kas mažiau nereikalingų šalutinių produktų, todėl vėliau reikia mažiau pastangų galutiniam produktui valyti. Atsižvelgiant į naujausius pasiekimus tirpiklių nebuvimo metodų srityje, matome nuolat aukštesnius nei 90 % derlingumo rezultatus net didesniame bandymo mastelyje. Tai svarbu, nes tokie procesai tampa ekonomiškai patrauklesni ir tuo pačiu draugiškesni aplinkai. Įmonėms, norinčioms rinkoje pasiūlyti biobazinius skystiklius, šie efektyvumo pagerinimai atspindi tikrąjį progresą link gyvybingų komercinių sprendimų.

Tikslumo mažinimo veiksmingumas: Palyginamieji duomenys prieš DGEBA

Esant 15 sv.%, karvakolio kilmės skystikliai žymiai sumažina DGEBA klampumą – apie 78–92 procento. Gautasis klampumas svyruoja nuo maždaug 1 050 iki 2 500 cP, todėl šios medžiagos yra tikrai tinkamos tokiam dalykams kaip dervos infuzija ir vakuumu pagrįsti gamybos procesai. Analizuojant timolio analogus, matome ir įdomių temperatūros atsakų. Kambario temperatūroje (apie 25 laipsnius Celsijaus) mišiniai pasiekia apie 1 800 cP, tačiau, temperatūrai viršijus 40 laipsnių Celsijaus, pereina prie Niutono tekėjimo savybių. Ši savybė padeda pagerinti formavimo užpildymo vientisumą, kai susiduriama su besikeičiančiomis šilumos sąlygomis gamybos eigoje. Tačiau guajakolio pagrindu gaminami skystikliai nėra tokie veiksmingi, jie klampumą sumažina tik apie 60–70 procentų. Nors vanililo alkoholio variantai turi didesnę molekulinę masę, jie vis dar pasiekia apie 3 700 cP. Tai rodo, kad tam tikros biologinės struktūros gali kompensuoti tai, kas kitu atveju būtų apribojimai dėl padidėjusios masės. Ypač verta paminėti tai, kad skystikliai, išlaikantys bent 40 % biomasės turinį, veikia ne prasčiau, o kartais net geriau nei tradiciniai naftos cheminės kilmės sprendimai, kai kalbama apie klampumo valdymą panašiuose sumaišymo lygiuose.

Balansavimas tarp našumo kompromisų: biologinė medžiaga, reaktyvumas ir šiluminės savybės

Dirbant su biologinės kilmės epoksidiniais skystintuvais, formulavimo specialistams reikia subalansuoti darnumo tikslus ir medžiagos našumą. Augalinės kilmės medžiagos, tokios kaip fenoliai ir monoterpenai, dažniausiai geriau sumažina klampumą lyginant su tradicinėmis alternatyvomis, atsižvelgiant į naudojamos medžiagos kiekį. Tačiau yra viena problema. Šios atsinaujinančios žaliavos gali keisti molekulinę struktūrą taip, kad cheminės reakcijos sukietėjimo metu vyksta greičiau. Tyrimai parodė, kad tai gali pagreitinti sukietėjimą apie 25–30 procentų, nors paprastai tai reiškia mažesnį tarpinių ryšių skaičių – jie sumažėja apie 10–15 procentų. Rezultatas? Pastebimas stiklo pereinamosios temperatūros (Tg) sumažėjimas nuo 5 iki 20 laipsnių Celsijaus, kai medžiaga visiškai sukietėja. Alifatinės struktūros padeda pagerinti medžiagos atsparumą įtrūkimams, tačiau tai pasiekiamas mažinant šilumos atsparumą. Tai ypač svarbu kompozitinėms detalėms, kurios turi patikimai veikti net esant aukštai temperatūrai, viršijančiai 100 °C. Sėkmė priklauso nuo visų šių sąveikų supratimo. Formulavimo specialistai turi pasirinkti tokius skystintuvus, kurie pasiektų tam tikrus Tg rodiklius, taip pat atitiktų technologinius gamybos terminus, susijusius su tokiais veiksniais kaip mišinio naudoklumas ir detalės išėmimo iš formos laiku.

Epoksidinio skystinimo efektyvumo lyginamasis vertinimas: reologija, kietėjimo elgsena ir galutiniai kompozitų rodikliai

Reologinis profiliavimas esant 0–15 sv. % epoksidinio skystinimo kiekiui

Kai įterpiama nuo 0 iki 15 svorio procentų, epoksidiniai skystinamieji sumažina sudėtingą klampumą apie 40–70 % lyginant su grynu DGEBA medžiaga. Maždaug 10 svorio procentų koncentracijoje sudėtingas klampumas nukrenta žemiau 4 000 centipoizė, kas bendrai laikoma pakankamai geru rezultatu tinkamam pluošto permirkymui kompozitų gamybos metu. Pažvelgus į klamprotės savybes, pastebima ir kai kas įdomaus. Tiektumo modulis ir praradimo modulis šiose modifikuotose sistemose susidaro ilgiau. Ankstyvieji tiektumo modulio matavimai yra maždaug 20–30 % žemesni nei standartinėse formulėse, kas rodo lėtesnį tampriųjų tinklų vystymąsi medžiagoje. Iš tikrųjų tai gali palengvinti apdorojimą, tačiau ne be rizikos. Kai koncentracija viršija 12 svorio procentų, didėja fazės atskyrimosi rizika, dėl ko sutrinka tarpusavyje susijusi vienodumas ir galiausiai pablogėja pagamintų detalių kokybė. Tačiau yra ir gerų naujienų: tinkamai subalansuotos skystinamųjų mišinių vis dar išlaiko klampumo mažėjimo nuo skersinės apkrovos savybes, todėl jie tolygiai užpildo formą ir negelėja per anksti gamybos metu.

Įtaka geliavimo laikui, stiklinės fazės temperatūrai ir tarpusavyje susietų grandžių tankiui

Pridedant reaktyviuosius skystinimo priemones, gėliavimosi laikas gali sutrumpėti apie 15–25 procentus, kai jų kiekis sudaro nuo 5 iki 10 svorio procentų. Tai įvyksta todėl, kad epoksidinės grupės tampa judresnės ir žiedo atsidarymo procesas paspartėja. Tačiau svarbiausia yra to, kiek funkcinių grupių turi šios priemolos. Vienafunkcinės paprastai sumažina stiklo pereinamąją temperatūrą apie 10–20 laipsnių Celsijaus esant 15 svorio procentų kiekiui. Kita vertus, dvifunkcinės rūšys išlaiko stiklo pereinamąją temperatūrą daug arčiau pradinio polimero, paprastai tik 5–10 laipsnių ribose. Kas liečia tarpusavyje susietą tankį, pastebima panaši tendencija. Dvifunkcinės skystinimo priemonės išlaiko apie 85–90 procentų tarpusavyje susietų ryšių, būdingų neatskiestiems medžiagoms. Vienfunkcinės parinktys gerokai atsilieka, paprastai krisdamos iki tik 60–70 procentų. Norint pasiekti geriausių rezultatų, dauguma gamintojų siekia 8–10 svorio procentų kiekio. Tokiu lygiu medžiaga tampa pakankamai patogia naudoti, jos klampumas yra žemiau 4 000 centipoizė, išlaikoma stiklo pereinamoji temperatūra aukščiau 120 laipsnių Celsijaus, reikalinga konstrukciniams taikymams, ir išlieka pakankamas tarpusavyje susietas tankis, užtikrinantis tinkamas mechanines savybes. Tačiau viršijus 12 svorio procentų kiekį prasideda rimti problemos. Sumažėja terminė stabilumas, silpnėja sluoksnių tarpinė šlyties stipris ir ilgainiui detalės gali išsiviesti. Šių problemų dažnai neįmanoma pataisyti, kai jos kartą atsiranda.