Jak dlouho trvá schnutí epoxidové pryskyřice, jak rychle schnout polymer

Doba vytvrzování nebo schnutí epoxidové kompozice, ať už se jedná o epoxid pro šperky, podlahové krytiny nebo epoxidové lepidlo, závisí na mnoha faktorech. Klíčovou roli hraje stáří kompozice, tedy kolik let uplynulo od vydání epoxidového materiálu výrobcem, datum spotřeby, vztažené k datu výroby. Mezi faktory ovlivňující rychlost polymerace patří významné hodnoty:

• Složení vytvrzovacího činidla.
• Množství tvrdidla, které se má přidat do epoxidové pryskyřice nebo lepidla.
• Teplota, při které se složky smísí a hotová směs ztvrdne.
• Plocha povrchu, který má být vyplněn, nebo jeho objem.

Znalecký posudek
Oleg Vasiliev

Mistr výroby nábytku a interiérových předmětů z epoxidové pryskyřice. Vytváří unikátní předměty na zakázku ve vlastní produkci.

Nelze neříci, že pojmy „schne“ nebo „tvrdne“ jsou prakticky nesprávné a používají se pouze v běžné konverzaci. Směs epoxidové pryskyřice a tvrdidla prochází fází tvrdnutí.

O složení tvrdidel

Nejběžnějšími katalytickými činidly, která spouštějí mechanismus polymerace, jsou polyethylenpolyamin (PEPA) a triethylentetraamin (TETA). Oba patří do aminové skupiny tvrdidel epoxidových pryskyřic, ale působí poněkud odlišně.

PEPA se obvykle klasifikuje jako „studené“ činidlo, což znamená, že pro normální tuhnutí se do 20 hodin přidá katalyzátor do hlavní pryskyřičné kompozice, smíchá se a nanese se na některé povrchy nebo se odlije ve formě objemového produktu při běžné pokojové teplotě, v rozmezí 25–350 °C. Výrobky nebo povrchy vyrobené z takové pryskyřice odolávají teplotám až 400–450 °C bez snížení kvality a teprve po 500–XNUMX °C začne destrukce ztuhlého polymeru.

Při zahřívání směsi epoxidové pryskyřice s polyethylenpolyaminovým tvrdidlem se doba schnutí pracovního roztoku zkrátí, ale mohou se zhoršit některé provozní vlastnosti hotových kalených povrchů nebo objemů. Zejména pevnost v tahu sklolaminátu během jeho výroby se sníží z 9,3-11,0 na nižší hodnoty, nebo se mezní napětí v ohybu v MPa místo 60-100 může stát pouze 40 a v tahu místo 35-70 – pouze 30.

Užitečné informace > Obecné pokyny pro použití epoxidového lepidla, klíčové body

Triethylentetraamin se chová poněkud odlišně. Jako „horký“ katalyzátor pro vytvrzování epoxidu má TETA provozní teploty při dlouhodobém provozu v průměru o 100 °C vyšší než PEPA, teplota, při které se hotové výrobky začínají rozpadat při přehřátí, je 473–480 °C a mezní napětí v ohybu MPa je v rozmezí 90–130 a v tahu 70–98.

Pro TETA je žádoucí určité zahřátí hotové směsi, což způsobí urychlení reakce tuhnutí. Čím blíže je teplota směsi 50 °C, tím vyšší bude rychlost polymerace.

Je pouze nutné mít na paměti, že zvyšování teploty ohřevu za účelem urychlení procesu nad 50 °C je krajně nežádoucí. Ve velkých objemech (někdy je tento „velký objem“ pouze 100–150 cmXNUMX) se hotová epoxidová směs může začít rychle samovolně zahřívat, až k varu, a dokonce i kouřit.

Pokud tedy potřebujete vyrobit objemový odlitek z epoxidu s tvrdidlem TETA, musíte to udělat v několika fázích, objem vyplňovat po vrstvách a zároveň nechat každou předchozí vrstvu zcela vytvrdnout. Pokud je to problematické, použijte PEPA, která má koeficient samoohřevu několikanásobně nižší a můžete naplnit velký objem najednou.

Proto se katalyzátory „horké“ polymerace častěji používají v případech, kdy budoucí produkty budou vystaveny značnému zatížení a vysokým teplotám. Během procesu vytvrzování zvýšená teplota epoxidové hmoty s tvrdidlem podporuje tvorbu hustší molekulární sítě s rozsáhlými a rozvětvenými valenčními vazbami, což znamená pevnost, tepelnou odolnost a větší odolnost vůči roztahování, ohybu, trhání a kroucení.

Zvýšení teploty epoxidové směsi s tvrdidlem o 10 °C urychlí tvrdnutí takové směsi třikrát.

Znalecký posudek
Oleg Vasiliev

Mistr výroby nábytku a interiérových předmětů z epoxidové pryskyřice. Vytváří unikátní předměty na zakázku ve vlastní produkci.

Zároveň se však prudce zvyšuje pravděpodobnost „vaření“ směsi s tvorbou bublin v tloušťce ztvrdlé směsi.

Závislost rychlosti schnutí na licí ploše

Teplotu jsme si vyřešili, i když je tu ještě jedna zajímavá nuance, ale ta také zcela souvisí s dalším tématem. Někdy pryskyřice s aminovými tvrdidly, jako je TETA, zahřívání nepotřebují, dochází k němu spontánně a to souvisí s formou, do které se nalévá výchozí surovina.

Zde lze vysledovat následující závislost: čím kompaktnější je tvar náplně, tj. čím blíže je tvarem krychle a zejména koule, tím rychleji a intenzivněji probíhá proces samoohřívání, až po var a dokonce i kouření, což může jistě obrobek zkazit.

Pokud se odebere malé množství epoxidové pryskyřice s tvrdidlem, pak při pokojové teplotě 100 g kompozice zcela polymeruje za 5-6 hodin. Stejný objem pryskyřice, nalitý na plochu 100 cmXNUMX, však ztvrdne za den, tj. v pryskyřici s tvrdidlem TETA se vytvoří určitá kritická hmotnost, v závislosti na objemu, který taková epoxidová směs zaujímá, a tato kritická hmotnost je tím menší, čím více objem, který zaujímá, tíhne ke kulovitému tvaru.

Úplná analogie s plutoniem: ve tvaru válce potřebujete řekněme 5 kilogramů k zahájení spontánní řetězové reakce jaderného štěpení a ve tvaru koule pouze 2 kilogramy. Ve tvaru plochého plechu může být hmotnost kovu až stovky kilogramů a nic se nestane.

Pouze v případě epoxidu jsou procesy chemické, ovlivňují čistě vnější obaly atomů látky a její molekulární vazby, a u štěpných materiálů, jako je plutonium nebo uran-235, vstupuje do hry čistá fyzika, kde již probíhají intranukleární procesy. Mechanismus je však podobný: vznik kritické hmotnosti, závislé na kompaktnosti umístění.

Znalecký posudek
Oleg Vasiliev

Mistr výroby nábytku a interiérových předmětů z epoxidové pryskyřice. Vytváří unikátní předměty na zakázku ve vlastní produkci.

Mluvíme o ploše přenosu tepla takové „kritické hmoty“. Čím větší je plocha, tím méně se směs zahřívá a tím delší je doba jejího vytvrzování. U koule je tato plocha minimální a proto je zahřívání největší.

Jak optimálně smíchat ingredience

Doba vytvrzování pryskyřice a kvalita výsledných odlitků nebo potažených ploch závisí na přesnosti měření dávek hlavní epoxidové složky. Kromě toho je velmi důležité důkladné čištění ošetřovaných povrchů nebo forem pro lití.

Čištění zahrnuje jak odstranění prachu, tak i předběžné zdrsnění ošetřovaného povrchu, ale to druhé není nutné, stejně jako chemickou přípravu stěn nádoby pro odlitky nebo vyplňované plochy. Obvykle se jedná o odmašťování acetonem nebo alkoholem, před naplněním epoxidovými sloučeninami stačí počkat, až se jejich částice odpaří, jinak alkohol i aceton vstoupí do vytvrzovací reakce a změní její dobu, protože se také používají jako změkčovadla v hotových vytvrzených výrobcích.

Jak se práce provádí:

• Epoxidové složky se pečlivě odměřují. K tomu je třeba použít jednorázovou odměrku s dílky, a to i bez digitalizace. Pro malé objemy, kde může být přesnost kritická, je lepší použít velkoobjemové lékařské stříkačky o objemu 20 nebo 50 ml.
• Pro urychlení procesu tvrdnutí (schnutí) se epoxidová pryskyřice bez tvrdidla zahřívá ve vodní lázni na 40-50 °C za stálého pomalého míchání. Nemíchejte rychle, protože by se vytvořily vzduchové bubliny, které při rychlém postupu nemusí mít čas vystoupit na povrch a zůstat v tloušťce vytvrzeného polymeru.
• Poté za stálého míchání rychle nalijte tvrdidlo a ujistěte se, že je směs homogenní.
• Výslednou směs spotřebujte nejpozději do 30 minut. Pokud budete otálet, směs může kriticky zhoustnout a nemusí se nanášet rovnoměrně.

Toto popisuje práci se specifickým vzorkem pryskyřice a tvrdidla. Ve skutečnosti lze složky různých epoxidů měřit podle hmotnosti, nikoli objemu, a doba použití se může pohybovat od specifikovaných 30 minut až po několik hodin. Vše závisí na typu a oblasti použití pryskyřice stanovené výrobcem.

Fáze tuhnutí

Směs epoxidu a tvrdidla netuhne najednou, nedochází k tvorbě souvislých a superdlouhých (v molekulárním měřítku) polymerních řetězců v celé hmotě epoxidové kompozice. Polymerace probíhá v oddělených fragmentech, které se teprve později, v průběhu času, spojí do jedné polymerní hmoty.

Proces tvrdnutí, houstnutí a schnutí epoxidové pryskyřice smíchané s tvrdidlem prochází několika fázemi:

1. Tekutá, tekutá konzistence, která díky této tekutosti umožňuje vyplnit i ty nejmenší nerovnosti dutiny lité hmoty.
2. Zahuštění směsi do stavu studeného pohankového medu. V této formě již směs není schopna zcela vyplnit povrchy komplexní a výraznou úlevou.
3. Hustota je taková, že z převrácené nádoby vyklouzává rychlostí maximálně centimetr za sekundu. Je vhodný pouze pro lepení velkých dílů.
4. Je tak hustá, že když se pokusíte oddělit byť jen její část od celkové hmoty, táhne se po ní dlouhá stopa pryskyřice, která tvrdne před vašima očima.
5. „Gumové pódium“, už se nelepí na ruce, odlitek ze skladby můžete ohýbat, natahovat, kroutit.
6. Produkt působí dojmem, že je vyroben z organického skla nebo plastu. Je tvrdý, odolný a není příliš náchylný k vnějším vlivům.

Účinek plniv

Mnoho plniv je samo o sobě schopno sloužit jako katalyzátory pro zahájení polymerace v některých epoxidových kompozicích, proto jejich přidání do hotové směsi epoxidu a tvrdidla může zkrátit dobu vytvrzování epoxidové kompozice i bez předběžného zahřátí.

Například hliníkový prášek nebo železné piliny mají takové vlastnosti. Ale i když je plnivo chemicky neutrální, jako je tomu u písku nebo sklolaminátu, epoxidová směs s ním stále rychleji tvrdne a její pevnost na konci polymeračního procesu se také výrazně zvyšuje.

Požadovaná bezpečnostní opatření

Při práci s epoxidovými pryskyřicemi byste neměli zapomínat na bezpečnostní opatření. Koneckonců, pouze hotová, vytvrzená epoxidová směs je chemicky neutrální a nepředstavuje žádné nebezpečí pro lidské zdraví. Během procesu vytvrzování se z pryskyřičné hmoty uvolňuje mnoho toxických látek, jako je formalin a fenol, které jsou pro člověka nebezpečné, zejména v její „horké“ verzi s tvrdidly TETA.

Proto je nutné se chránit před škodlivými účinky pomocí jednorázových latexových nebo dokonce bavlněných rukavic, respirátoru, a to jak ve fázi tvrdnutí pryskyřice s uvolňováním aldehydů, tak i během konečné úpravy ve formě broušení a leštění s nevyhnutelnou tvorbou prachu. Místnost, kde se pracuje s epoxidem, musí být vybavena nuceným odsáváním.