Тема "эпоксидная смола", как это не покажется
кому-то странным, при детальном рассмотрении может оказаться сравнимой с темой
"сталь"!
Под эпоксидными смолами следует понимать растворимые и плавкие реакционно-способные
олигомерные продукты, содержащую более одной эпоксигруппы (откуда, собственно
и название), способные к переходу в термореактивное (отвержденное, неплавкое
и нерастворимое) состояние под действием отверждающих агентов различного типа.
Выпускаются десятки разновидностей собственно смол. И десятки - отвердителей.
Эпоксидная группа может вступать во взаимодействие более чем с 50 различными
химическими группами и существует несколько различных механизмов полимеризации.
Часть отвердителей запускает реакцию в результате каталитического действия,
другие принимает непосредственное участие в химической реакции.
Сочетание этих фактов обуславливает большое разнообразие существующих рецептур,
условий реакции и разнообразие свойств конечного продукта - отвержденной смолы.
В зависимости от марки смолы, ее температура размягчения может быть от 5°С
до 150 °С, соответственно реакционно активные группы составляют от 25% до
1.3% массы всей молекулы. Совершенно аналогичная ситуация имеет место и для
отвердителей.
Реакция проходит с выделением тепла, но дополнительные компоненты в составе
рецептуры могут сильно влиять на его интенсивность.
Некоторые из пунктов статьи (даже если это не оговорено особо) справедливы
не для всех рецептур.
Техника безопасности.
Неотвержденная смола
раздражает кожу. В ходе реакции, может (в
первую очередь - в зависимости от
отвердителя) выделяться комплекс летучих
веществ: эпихлоргидрин (ведущий летучий
компонент), а также толуол, фенол,
формальдегид, резорцин, анилин,
диэтиленгликоль и др. Хотя есть и
рецептуры, не выделяюшие летучих веществ.
Поэтому работать нужно в резиновых
перчатках, в помещении с хорошей
вентиляцией. Особенно, если это
приходится делать чаще чем раз в неделю.
При попадании на кожу - сначала смыть
ацетоном...
Подготовка
поверхностей.
Подгонять поверхности
лучше "по принципу ореха": по
периметру прилегания - тщательно, внутри -
грубая, рельефная поверхность.
Это позволяет перенести нагрузки на шов с
самого слабого звена - сдвига по
плоскости склейки (а нет ее, плоскости!) -
на срез объема смолы, что сделать в разы
труднее даже в условиях когда прочность
шва на сдвиг максимальна.
Естественно, поверхности надо
подготовить к склеиванию. Обезжирить,
высушить, зашкурить.
Базовая технология.
Наиболее часто встречающимся
рецептуры "холодного отверждения"
при нормальной температуре набирают от 60
до 80% окончательной прочности спустя 24
часа.
Можно считать, что окончательное
отверждение достигается спустя 72 часа
при 20°С.
Оно будет продолжаться в течение
последующих нескольких недель, достигнув
в конце концов точки, когда дальнейшее
отверждение будет невозможно без
значительного роста температуры.
Для повышения полноты отверждения и,
следовательно, улучшения свойств смолы,
можно проводить термообработку при 60—120°С
в течение 12—2 ч.
Скорость определяется составом смолы и
составом отвердителя.
Скорость реакции зависит от температуры (примерно
удваивается на каждые 10°С).
Смесь из компонентов взятых при
комнатной температуре и
саморазогревшаяся до 50°С затвердеет
гораздо быстрее, чем разогревшаяся до тех
же 50°С смесь компонентов, разогретых
предварительно до 45°С.
Смесь, затвердевающая при 20°С за час, при
30°С застынет за полчаса. Но при 10°С она
застынет... когда нагреется до 20°С.
Поскольку от температуры зависит не
только скорость, но и полнота прохождения
реакции.
Впрочем, существуют рецептуры, способные
твердеть и при -10°С.
И наоборот - стабильные в условиях
хранения, но твердеющие при 120-150°С за 2-0.5
часа.
Если Вы надумаете поработать с большим
количеством - сразу же после смешивания
нужно разлить на более-менее мелкие
порции - иначе можно не успеть намазать из-за
саморазогрева и ускорения реакции.
Для каждой рецептуры критический объем
свой - до отсутствия излишнего
саморазогрева.
Какой-то смолы можно и литр замесить, а
другая даже таком небольшом объеме как 20
г, с начальной температуры 20 °С может
саморазогреться до более 200 °С!
Опасность саморазогрева тем выше, чем
меньшую вязкость имеют компоненты при
комнатной температуре и чем больший
объем взят.
Скорость реакции зависит от "формфактора":
К примеру , если 100 г смеси смолы с
отвердителем обращаются в твердое
состояние в стакане за 15 минут при
исходной температуре в 25°С , то при тех же
25°С эти 100 г равномерно размазанные по
площади в 1 м2 , будут твердеть более
двух часов.
Для многих рецептур попадание воды на
неотвердевшую поверхность даст белесую
пленку, которая не затвердеет и ее
придется удалять механически.
При этом существуют рецептуры, в которых
вода может выполнять функцию ускорителя.
Но и там уже ~1% воды может вызвать
вспенивание.
Нагрев компонентов и смолы.
Нагрев компонентов или смеси одновременно облегчает
перемешивание, уменьшает вероятность образования при этом воздушных пузырьков
и ускоряет набор прочности.
Большие количества можно разогреть поместив закрытые емкости
с компонентами в горячую воду или даже в микроволновке - если работать приходится
много, а печку не жалко.
При работе с мелкими количествами проще греть
одновременно со смешиванием.
Некоторые предпочитают греть не водяной бане - нет ограничений на посуду,
но есть риск попадания воды в смесь.
Я предпочитаю замешивать в алюминиевых пробках от напитков (предварительно
удалив пластиковую прокладку), на остывающей электроплите - можно приступать
как только на ней перестанут вскипать брызги воды.
Дозирование.
При замешивании мелких порций (несколько мл) обостряется
вопрос точной дозировки. Обычно 1:10, подробности на упаковке.
Рекомендуется соблюдать требуемое соотношение смолы и отвердителя.
При работе с привычными маркой смолы, объемами и посудой можно
и "на глазок", исходя из расчета, что 1 мл отвердителя - это 20
капель.
На вес - можно, но весы жалко.
Для более точного
дозирования можно натянуть смолы в
одноразовый шприц со снятой иглой, надеть
иглу, дотянуть нужное количество
отвердителя.
Потом все выдавливается (без иглы) в
емкость для смешивания, перемешивается
той же иглой или спичкой.
Не нужно спешить при перемешивании смолы,
особенно смешивая при комнатной
температуре - могут захватываться
пузырьки воздуха. Особенно неприятны
самые мелкие (смола при этом выглядит
мутной) - избавиться от них бывает трудно
даже при нагреве смеси.
После перемешивания - опять втягиваем в
шприц, из которого и дозируем по месту. По
потребности - затыкаем шприц "чем
мешали".
Неиспользованные остатки можно оставить
на время в качестве "пробника" - для
контроля полноты застывания.
Как вариант метода дозировки - обрезать тот же шприц, превратив
его в одноразовую мензурку.
Несколько бОльшие порции удобно замешивать в колпачках от
аэрозольных баллонов.
Тара многоразовая - засохшая смола легко отстает от полиэтилена.
Некоторым нравится замешивать шпателем на полиэтиленовой или
фторопластовой пластине - можно размазать по ней тонким слоем для задержки
отвердевания.
При заметном "перекосе"
в любую сторону падает прочность смолы -
вплоть до гелеобразного состояния.
Небольшое отклонение в сторону
избытка отвердителя увеличит полноту
реакции в случае работы с мелкими
порциями при комнатной температуре.
Кроме того, смола с избытком отвердителя
становится коррозионно активной и от нее
страдает все вплоть до алюминия и
нержавеющей стали, особенно если смола
используется для покрытия металла -
известны случаи, когда за пару лет днище
легковушки корродировало чуть не
насквозь.
Мне встречалась эпоксидка, расфасованная
в алюминиевые тюбики - оказалось, что
отвердитель представляет собой взвесь
темно-зеленого порошка и какой-то
жидкости.
При работе работе с мелкими количествами
точная дозировка оказалась невозможной.
Если отвердитель сомнительного качества
или от другой смолы - можно провести
экспресс-тест. Мокнуть спичку в смешанную
смолу, нагреть [другой спичкой, избегая
попадания смолы в пламя] до начала
вскипания. Смола должна затвердеть.
Навык тестирования можно отработать на
заведомо привильных смесях.
Модификации.
Кроме собственно
склеивания, эпоксидку можно применять
для заполнения внутренних объемов.
При желании немного снизить расход смолы
- в нее можно добавит наполнитель.
Практически - почти что угодно, лишь бы
сухое. От алюминиевой пудры и муки, опилок
и металлических и деревянных, до
всевозможных пигментов, акварельной,
типографской красок, тонера (отработки),
цемента...
Наполнитель лучше вводить после
смешивания смолы с отвердителем -
снижается риск нарушения пропорции.
Отвердитель обычно намного менее вязкий
и более склонен к впитыванию/концентрации
на поверхности частиц наполнителя.
С другой стороны, ту же смолу можно
применить и для наружной обработки
деревянных рукоятей.
Разбавив ацетоном/спиртом - получаем
пропитку.
Разбавленные смеси имеют большую усадку,
несколько меньшую прочность, могут
становиться пористыми при высыхании.
Без разбавления, но желательно с нагревом
- прочное лаковое покрытие.
При желании - смолу можно прокрашивать и
масляными красками. Покрытие получается
менее твердым, более пластичным.
Кроме того, для пластификации можно
использовать любое растительное масло -
до нескольких процентов объема. С
поправкой на то, высыхающее ли оно.
А если подсыхающее покрытие "запанировать"
в соль марки "экстра", зашкурить
высохшее и вымыть соль - наш ответ шкуре
заморского ската.
В качестве ускорителя могут быть
применены третичные амины, например:
диметиланилин.
Для растворения еще не застывшей смеси и
для замедления реакции могут быть
использованы ацетон, этилметилкетон,
толуол, ксилол, диоксан, диметилформамид.
Свойства.
Эпоксидные смолы
универсальны вследствие своей
незначительной усадки, хорошей
химической и термической стойкости,
чрезвычайно высокой прочности клеевого
соединения и хорошей адгезии к
большинству материалов.
По прочностным показателям продукты
отверждения эпоксидных смол, превосходят
все применяемые в промышленности
полимерные материалы на основе других
синтетических смол.
Отвержденные эпоксидные смолы стойки к
действию соляной и серной кислот средней
и низкой концентрации, к щелочам и к
бензину, обладают хорошей
теплостойкостью и водостойкостью.
Отвердевшая смола выдерживает
длительный нагрев до 150-180°С. с
минимальными потерями прочности.
Специальные составы выдерживают до 400°С
кратковременно и длительную
эксплуатацию на вздухе при 250°С.
Прочность при растяжении (для композиций
на основе эпоксидных смол без
наполнителя) может достигать 400-1400 кгс/см2,
при сжатии 1000-4000 кгс/см2, при изгибе
800-2200 кгс/см2, модуль упругости
25000-50000 кгс/см2, ударная вязкость 5-25
кдж/м2, или кгс•см/см2,
относительное удлинение 50-750% (температура
испытания 20 °С).
Прочность клеевого шва может превышать 350
кг/см2 при сдвиге и приближаться к
прочности самой смолы - на отрыв.
Естественно, не все рекордные показатели
достигаются в одном рецепте
Из большого количества материалов, с
которыми мы сталкиваемся, эпоксидка
плохо справляется только с материалами, с
которые вообще трудно клеить - капрон и,
тем более полиэтилен, фторопласт... ну и
сильно эластичные беспористые материалы.
При склеивании различных материалов,
особенно беспористых нужно учитывать,
что есть склонность к большей (по
сравнению со смолой в объеме) хрупкости
на границе с металлом и к вязкости на
границе с пластмассами.
Эпоксидная смола не любит солнечный свет,
но это может иметь значение только в
случае применения ее в качестве лака и
если изделие будет постоянно, годами,
валяться на солнышке.