Процесс отверждения полиэфирных смол (методичка)

[Роман Измерли]

Добрый день. Хочу составить некую листовку-методичку с картинками, в которой бы объяснялось, что такое полиэфирная смола, как происходит процесс отверждения, какую роль выполняют ускоритель, отвердитель, ингибитор и т.д. Нужно это, чтобы дать нашим работникам базовые знания о технологии, а также мне самому, чтобы лучше во всем этом разобраться.
Много чего нашел в интернете, но все либо неполное либо упирается в химические формулы и становится выше моего понимания.

Подскажите, пожалуйста, может быть уже есть на эту тему готовый материал: статья, презентация, видео?

Если методичку все-таки сделаю, то выложу ее сюда.

[Admin]

Роман, Ваше желание похвально. Со времени появления на форуме, Вы активно участвуете в общении, и хорошо интересно пишите. Хочу выразить Вам за это нашу благодарность! Нечто подобное, что Вы ищите есть в Зеленой Зоне. Но для доступа туда Вам нужно набрать еще 16 благодарностей. Пока же, я открываю Вам доступ в СИНЮЮ ЗОНУ. Здесь тоже много интересного.

О свойствах материалов много и хорошо пишет Екатерина Солодовникова. Предлагаю посмотреть ее АВТОРСКИЙ ФОРУМ. Здесь найдете интересующую Вас информацию. Хоть там и написано в каждом заголовке - Дугалак, но там про все полиэфирные материалы и их свойства.
Вот здесь, также, Катерина написала много интересного: Полиэфирные смолы: разновидности, применение.

Боюсь, только с картинками - не густо. В основном мы все представляем себе эти процессы и не делаем фото и видео. Фоткают все в основном конечный результат - похвастаться
Поэтому же, не много и фотографий дефектов: человек поймал дефект, расстроился, что ему фоткать, как он облажался?

Вот Вам и реальная возможность заработать "Мастера" - сделайте такую презентацию с картинками. Это всем будет интересно и полезно.

[Admin]

Возможно, Вам поможет и этот материал.
Здесь я 80% взял из Словаря Терминов у Тигиря. Но делал этот текст для наших менеджеров по продажам, которые бывают ни разу не в теме. Поэтому попытался "смягчить" академические понятия своими пояснениями и примерами от "гуманитария", чтобы "неокрепшему организму" менеджера было более понятно, запомнилось. На отдельную тему это не тянет, т.к., повторюсь, практически все взял у Игоря. Но, надеюсь, читается легко. Поэтому размещу здесь, возможно будет полезно взять некоторые выдержки для Вашей презентации.

ТЕРМИНЫ И СВЯЗАННЫЕ ПОНЯТИЯ
СФЕРЫ ПОЛИЭФИРНЫХ И ЭПОКСИДНЫХ КОМПОЗИТОВ
А
Адгезия - (от лат. adhaesio – сцепление) соединение приведенных в контакт поверхностей на молекулярном уровне. Поверхности (металлы, полимеры, стекло, керамика, стеклопластик) обычно соединяются между собой при помощи специальных веществ (жидких полимерных растворов), называемых – адгезивами. Частный случай адгезии – аутогезия, соединение между собой двух поверхностей без участия дополнительного вещества, например формовка слоев стеклопластика. Когезия – межмолекулярное соединение внутри однородного вещества, например внутри отвержденной полиэфирной смолы. Антиадгезивы – противоположность адгезивам: вещества, применяемые для предотвращения соединения приведенных в контакт поверхностей, более известные под названием – разделители.
Армирующий материал – компонент композита, представляющий собой волокнистый материал, вводимый в жидкую смолу, после ее отверждения придающий сформированному телу дополнительную прочность на разрыв, изгиб, скручивание. Различают: направленное армирование – введение в композит стеклотканей, в результате чего, сформированная конструкция приобретает разные коэффициенты прочности в разных направлениях; изоморфное (разнонаправленное) армирование – введение стекломатов, конечное изделие имеет одинаковую прочность в любом направлении изгиба, скручивания, разрыва. Армирущий материал может состоять из стеклонитей (стеклоткань, стекломат, стеклоровинг), углеволокна (углеткань – карбон, угольный ровинг), базальтовых волокон (базальтоткань, базальтовый ровинг).
Антипирены – вещества, вводимые в состав полиэфиров для препятствования горению изделий из них. Наиболее применяемая добавка - тригидрат алюминия (до 70% в составе смолы), а также более дорогие галогенсодержащие антипирены: фторсодержащие и бромсодержащие. Механизм подавления огня основан на выделении воды и газов, препятствующих доступу кислорода к очагу горения, при нагреве композитного изделия. Антипирены вводятся в состав полиэфирных смол и гелькоутов. Наиболее востребованы в изделиях для железнодорожной отрасли.
Апельсиновая корка – дефект, возникающий на поверхности изделия, покрытого полиэфирным гелькоутом из-за слишком тонкого слоя нанесения или слишком высокой густоты наносимого материала. При этом лицевая поверхность изделия покрытого гелькоутом, имеет некрасивую грубую шагрень, похожую на корку апельсина. Минимальная толщина слоя гелькоута на изделии 0,3 мм (300 мкм), но из-за неравномерности нанесения, безопасной считается толщина 0,5 мм, что обеспечивается расходом гелькоута 0,6-0,7 кг/м.кв поверхности. Опасность такого дефекта уменьшается, когда заданная норма гелькоута наносится на поверхность в 2-3 слоя, «мокрый по мокрому». Густота материала должна обеспечивать хорошее видимое растекание капель гелькоута в сплошной слой при нанесении. При необходимости при напылении пульверизатором, допускается разбавлять гелькоут стиролом (не более 3%), или ацетоном (не более 10%).
Аппрет – вещество, наносимое на стеклоткань, ровинг, стекломат, кварцевый песок, тригидрат алюминия и другие материалы при их изготовлении. Служит для усиления адгезии полимерной смолы и армирующего материала (наполнителя), ускорения смачивания, придания тиксотропности смоле и получения других полезных свойств армированным стеклопластиком, либо литьевой смесью. Материалы, прошедшие такую обработку, называются аппретированными.
Атмосферостойкость – способность изделий из полиэфирных и эпоксидных композитов выдерживать воздействие атмосферных факторов (солнечное излучение, нагрев, охлаждение, атмосферные газы, осадки и др.) в течении продолжительного времени без значительного изменения внешнего вида (утеря блеска, пожелтение, выцветание) и эксплуатационных качеств (жесткость на разрыв, изгиб, скручивание; целостность поверхности, сохранение внутренней структуры полимера). Более подвержены атмосферным факторам ортофталевые и эпоксидные полимеры, гораздо меньше – изофталевые и винилэфирные композиты. Процесс утери первоначальных качеств называется старение полимера и носит необратимый характер. Оценка атмосферостойкости производится сравнением образцов, прошедших экспозицию на открытом воздухе с образцами-эталонами, не подвергшимися этим воздействиям.
Аэросил – коллоидный диоксид кремния, очень легкий минеральный порошок белого цвета с выраженными адсорбционными свойствами. Под микроскопом имеет вид снежинок с чрезвычайно тонкой структурой, благодаря чему обладает этими ценными свойствами. «Аэросил» — торговое название, введенное в оборот немецкой химической компанией «Evonik Degussa AG». Техническое название — пирогенная двуокись кремния. В производстве полимеров используется как средство повышения тиксотропности смол и гелькоутов.
Б
Биоразрушение (биоразложение) – свойство материалов разрушаться (разлагаться до простых веществ) под воздействием плесеней, бактерий и других микроорганизмов. Интенсивнее происходит в почве при наличии достаточной влажности. Изделия из эпоксидов и полиэфиров мало подвержены биоразложению и могут практически без ущерба находиться в почве 50 и более лет. Поэтому они используются для изготовления трубопроводов большого сечения, септиков и погруженных в почву емкостей.
Бензостойкость (маслостойкость) – способность изделий из композитов противостоять разрушающему действию жидких углеводородов. У специальных видов полиэфиров она достаточно высокая, благодаря чему их используют в производстве трубопроводов и емкостей для хранения углеводородов.
Бисфенол А (дифенилолпропан) – добавка для производства специальных видов смол, устойчивых к нагреву до высоких температур (термостойкостью).
Борсодержащие полимеры – смолы содержащие атомы бора в молекулярной цепи. Обладают высокой термостойкостью.
В
Время гелеобразования – период времени от добавления в полиэфирную (эпоксидную) смолу (гелькоут), или склеивающую пасту отвердителя, до перехода ее (его) из жидкого состояния в резиноподобное, а затем в твердое. Зависит от количества добавленного отвердителя, молекулярной структуры отверждаемого материала (как сварен на заводе изготовителе), степени предускоренности материала, температуры материала и воздуха, влажности воздуха. Сопровождается выделением тепла – саморазогрев отверждающегося вещества (экзотермическая реакция). За это время нужно успеть сформировать из полиэфирного (эпокидного) материала готовое изделие.
Вязкость – внутреннее трение, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. По европейской системе измеряется в Сантипуазах при помощи специального прибора – ротационного вискозиметра. Смола с вязкостью 120-350 сП считается жидкой, 600 – 1000 сП – средней вязкости 2000-4000 – вязкой. По российской системе вязкость измеряется в секундах при помощи отторированной воронки с определенной емкостью и - размером отверстия для истекания (обычно 4 мм). Значениям европейской системы примерно соответствуют значения российской (отверстие 4 мм): жидкая 50-80 сек, средней вязкости 130-170 сек, вязкая – 300 сек и более.
Вакуумирование – процесс дегазации веществ и смесей путём создания пониженного давления. В композитном производстве применяется в вакуумных миксерах и литьевых машинах (автокастерах) Одекс и Респекта, при приготовлении литьевой смеси. Также применяется при процессах неконтактного формования: RTM, вакуумное формование, автоклавирование и др.
Внутреннее напряжение – напряжение, возникающее в литьевых и формованных изделиях из композитов при отверждении. Вызывает усадку отвержденного изделия – уменьшение габаритных размеров на 5-7 мм на погонном метре по сравнению с матрицей, на которой изготовлено изделие. Низкоусадочные смолы и гелькоуты имеют меньшую усадку. При неравномерном протекании процесса отверждения, внутренние напряжения в изделии возникают неравномерно, что ведет к деформации (короблению) изделия. Для обеспечения равномерности внутренних напряжений в отверждаемом изделии, необходимо использовать качественные не просроченные смолы (гелькоуты), тщательно перемешивать компоненты перед использованием, следить чтобы при отверждении изделие не подвергалось неравномерному облучению прямым солнечным светом и неравномерному охлаждению в следствии сквозняков.
Г
Гелькоут – декоративное и защитное покрытие изделий из композитных материалов. Полиэфирный гелькоут имеет основой высококачественную полиэфирную смолу с различными улучшающими и декоративными добавками: красящий пигмент, тиксотропирующая добавка, деаэратор, ускоритель и др.
Д
Диспергирование (от лат. dispergo — рассеивать) – тонкое измельчение твердых тел и жидкостей в газообразной или жидкой среде. Приводит к образованию дисперсных систем, например – гелькоут (в жидкой смоле-основе распределены частички красящего пигмента и других порошков и жидкостей. Дисперсное вещество может быть эмульсией (порошок), или суспензией (капельножидкая взвесь).
Диэлектрик – материал (среда), не проводящий электрический ток. Большинство полиэфирных смол и гелькоутов – диэлектрики, что используется для изготовления электротехнических изделий.
И
Изофталиевая смола - ненасыщенная полиэфирная смола на основе изофталиевой кислоты. Стеклопластик на базе этой смолы имеет малое водопоглощение, высокие механические свойства и химостойкость, высокую температуру HDT, по сравнению с более дешевой ортофталевой смолой.
Ингибитор (замедлитель) - вещество, замедляющее процесс полимеризации ненасыщенной полиэфирной смолы. Применяется для оттягивания времени гелеобразования в специальных смолах. Например, в смолах для ручной формовки больших изделий, в смолах для вакуумного инфузирования больших изделий, для приготовления склеивающих паст с длительным временем жидкой фазы.
Инициатор (катализатор, отвердитель) - вещество, вызывающее реакцию полимеризации ненасыщенной полиэфирной смолы. При этом происходит поперечная сшивка полимерных молекул в полимерную сетку и смола (гелькоут) превращается из жидкости в твердое вещество.
Искусственный камень - конструкционный материал, основными компонентами которого являются сыпучий наполнитель и полиэфирная смола. Отличительные особенности: высокая прочность, стойкость к бытовым загрязнителям, слабая теплопроводность, возможность имитации различных типов натурального камня.
К
Коэффициент армирования - показатель, характеризующий количество армирующего компонента по отношению к единице массы композиционного материала. Например, при ручном (контактном) формовании соотношение стекломата к смоле в композите составляет 40% к 60%. Т.е. на 1 кг стекломата приходится 1,5 кг смолы. Его коэффициент армирования 1/(1+1,5) = 0,4. При формовании методом вакуумной инфузии, в ламинате 50% составляет стекломат и 50% смола. Т.е. на 1 кг стекломата приходится 1 кг смолы. В этом случае, коэффициент армирования составляет 1/(1+1) = 0,5.
Кислородный индекс (КИ) - минимальная концентрация кислорода, при которой поддерживается горение. Это одна из характеристик огнестойкости материала. Нормальное содержание кислорода в атмосфере = 21%. Полимеры, имеющие КИ < 27, считаются легкогорючими. У материалов с КИ = 20—27 горение в воздухе протекает медленно, если КИ < 20 — такие материалы в воздухе горят быстро. Полимеры считаются трудногорючими материалами и являются самозатухающими при выносе их из огня, если их КИ > 27. Например, КИ ПММА (полиметилметакрилат) = 17,3%, КИ основного списка полиэфирных материалов 22-23%, КИ специальных огнестойких смол 50% и выше.
Композиционный материал (композитный материал, композит) - материал, состоящий из двух или более компонентов, представляет собой полимерную основу (полиэфирная смола, эпоксидная смола) с заданным распределением в ней упрочнителей (стекловолокна, углеродные волокна, частицы и др.), при этом эффективно используются индивидуальные свойства составляющих композиции. Обладает уникальными свойствами по сравнению со свойствами отдельных компонентов.
Коррозия (с лат. сorrosio — разъедание) - процесс разрушения материала в результате химического или физического воздействия. Частный случай коррозии – осмос. Стеклопластиковые корпуса катеров и яхт при длительном нахождении в воде, разрушаются. Полиэфирная и эпоксидная смолы реагируют с водой и постепенно разрушаются. Очаги осмоса в виде продавливающихся областей, сочащихся cерой жидкостью, размером с монету, или меньше, появляются на судах через 7-10 лет эксплуатации. Для защиты от осмоса при изготовлении в корпуса яхт первым за гелькоутом укладывается слой винилэфирной смолы, она хорошо противостоит этим воздействиям.
Л
Ламинат - мокрый стеклопластик, состоящий из еще не отвержденной полиэфирной смолы и армирующего материала.
Литье искусственного камня – метод получения изделия из полиэфирной (эпоксидной) молы и наполнителя (микрокальцит, мраморный песок, окрашенный кварцевый песок, кварцевая мука, тригидрат алюминия). Производится в форму (матрицу), чаще всего закрытого типа, в которой происходит отверждение литьевой смеси и набор прочности. Для обеспечения извлечения готового литьевого изделия из матрицы, ее стенки покрывают антиадгезионным составом (разделителем). Таким методом изготавливают кухонные мойки, умывальники, ванны, душевые поддоны, садовые фигуры, клумбы, и др. Литье подразделяется на разновидности, в зависимости от особенностей производства: литье искусственного мрамора, литье полимербетона, литье оникса, кварцевое литье.
Лайнер – слой стеклопластика, или чистой смолы высокой химостойкости, которым покрывают внутреннюю поверхность трубопроводов и емкостей для транспортировки и хранения ГСМ, агрессивных химических веществ (например, кислот и щелочей). Обычно изготавливается из винилэфирной смолы.
М
Матрица (форма) - формообразующая оснастка, используется для формования (матрица открытого типа) изделий из стеклопластика или отливок из искусственного камня (закрытого типа). Может быть цельная, или разъемная (из нескольких элементов, соединенных болтами или струбцинами). Изготавливается из матричного гелькоута и матричной смолы, обладающих пониженной усадкой и высокими физико-механическими качествами в отвержденном состоянии.
Матрица – в химической терминологии это полимерное связующее (в нашем случае – полиэфирная смола), в которое погружен армирующий материал (например стекломат), или наполнитель (например, мраморный песок).
Мономер – вещество, молекулы которого при определенных условиях могут полимеризоваться в цепочки и сети. Мономер-стирол – жидкость для разбавления гелькоутов, входит и в состав полиэфирных смол (составляет в них 30-40%).
Н
Наполнитель - относительно инертный материал, добавляемый в полиэфирную смолу или гелькоут, для усиления определенных свойств. Например, тригидрат алюминия как наполнитель придает трудногорючесть, уменьшение усадки, повышение прочности. Мраморный или кварцевый песок и -мука, обычный наполнитель для искусственного (литьевого) камня. Составляет его основную массу и придает прочность сравнимую с натуральным камнем.
О
Ортофталиевая смола - ненасыщенная полиэфирная смола на основе ортофталиевой кислоты. Имеет пониженные свойства по сравнению с изофталиевой смолой. Стеклопластик на базе этой смолы получил применение в областях и изделиях, к котором не предъявляются особые требования по водопоглощению, химостойкости. Для защиты от этих факторов, обычно покрывается гелькоутом, или лайнером (слой более химостойкой смолы).
Огнестойкость – способность изделия из композита противостоять воздействию открытого источника пламени в течении определенного времени.
П
Перекись метилэтилкетона (ПМЭК) - основной инициатор полимеризации полиэфирных смол при холодном отверждении (при комнатной температуре). Имеет различные торговые названия, в зависимости от фирмы-производителя: Бутанокс, Тригонокс, Курокс, и др.
Полимербетон - разновидность искусственного камня, используется для создания изделий, несущих силовую нагрузку (блоки, плиты), для армирования поверхностей или изделий. Обладает улучшенными свойствами по сравнению с цементным бетоном.
Полимеризация - реакция отверждения полимера (полиэфирной смолы) посредством "сшивки" его молекул, в результате чего полимерные цепи превращаются в полимерные сети, а жидкая смола – в твердое вещество. Экзотермическая реакция (с выделением тепла). Для полимеризации, необходимо добавить в полиэфирную смолу отвердитель (метилэтилкетон). Для быстрого протекания реакции при комнатной температуре, в ней также должен присутствовать ускоритель (октоат кобальта, или др.).
Полиэфирные смолы - растворы ненасыщенных полиэфиров в ненасыщенном мономере, например, стироле. Используются в качестве связующего материала при изготовлении стеклопластика или искусственного камня. (Ненасыщенный – химический термин, означает наличие двойных и тройных связей в углеродной цепочке).
Постотверждение - технологическая операция, выполняемая после формования или заливки изделия для полного завершения процесса полимеризации связующего компонента. Состоит из двух этапов: на первом этапе изделие выдерживается при комнатной температуре, на втором - при повышенной. Постотверждение требуется для набора стеклопластиком или искусственным камнем максимальной величины физико-механических свойств.
Препрег/премикс (SMC/BMC) - непрерывный армированный композитный материал, предварительно пропитанный полиэфирной, или эпоксидной смолой и другими компонентами. Отвердитель в него добавлен при изготовлении, благодаря специальным веществам-замедлителям/блокираторам реакции полимеризации, при сохранении в холодильнике, препрег (премикс) находится в не отвержденном состоянии длительное время (до нескольких месяцев). Отверждение наступает при нагреве препрега. Различают препреги SMC (Sheet Molding Compound- листовой формовочный комплекс) и премиксы BMС (Bulk Molding Compound – объемный формовочный комплекс). Препреги перерабатываются в изделия методом горячего прессования.
Пропитка - обработка волокнистых наполнителей полиэфирной смолой в процессе изготовления стеклопластика.
Пигмент – относительно инертная тонкодисперсная добавка в гелькоут или смолу, для придания им определенного цвета. Применяются порошкообразные (например, оксид титана – белый цвет) и жидкие (пастообразные) пигменты. Последние обладают улучшенной растворимостью в гелькоуте (смоле).
Пластификаторы – добавки в полиэфирные или эпоксидные смолы, для придания им дополнительной гибкости, эластичности, уменьшения вязкости, снижения температуры полимеризации, и др. свойств.
Пористость - дефект поверхности или тела изделия, характеризующийся наличием микро- или макроскопических пор. Возникает при нарушении технологии производства изделий из композитов. Например – пористость литьевых изделий из-за неправильной рецептуры смеси, и др. причин, пористость гелькоутного слоя из-за захвата воздуха при неправильном давлении, размере сопла, технике нанесения и др.
Прочность — это способность материала противостоять приложенной нагрузке и при этом не разрушаться. Не путать с твердостью (см. далее). Например, винилэфирная смола обладает большей чем у ортофталевой прочностью, но меньшей твердостью. Это выражается в том, что ее трудно поцарапать: вдавленное в нее тело, после прекращения давления, не оставляет повреждений, поверхность выравнивается в первоначальное положение.
Р
Разделительный состав (антиадгезионый материал, разделитель) - вещество, наносимое на поверхность матрицы, для предотвращения адгезии между изделием и поверхностью формообразущей оснастки (матрицы). Различают одноразовые разделители, действующие всего один съем (поливиниловый спирт) и многоразовые (воски, жидкие). Воски дают 5-8 съемов. Разделители, дающие большое количество съемов изделия с матрицы (10-15, и более), называют полупостоянными. Как правило это жидкие вещества.
Ровинг - непрерывный жгут из большого числа нитей стекловолокна. Применяется для изготовления изделий из стеклопластика методом намотки, методом пултрузии (вытяжка ламината через фигурное отверстие – фильеру), автоматизированным нанесением рубленного ровинга чоппером, и др. Характеризуется толщиной элементарных волокон (номинальной линейной плотностью) – текс. 1 текс — это вес 1 км элементарной нити, равный 1 гр. Также, - типом замасливателя. Различают рассыпной ровинг, для чоппера (может легко рубиться на отрезки) и не рассыпной, для намотки/вытяжки. Поставляется в бобинах по 21-24 кг на паллетах. Например: 1) ровинг стеклянный T30 SE1200 24-4800 C-F. Здесь T30 - Тип ровинга однопроцессный, SE - Тип замасливателя, C-F 24±1кг - Вес бобины, 4800 - Марка TEX (ТЕКС), номинальная линейная плотность; 2) T30 SE1200 17-2400 C-F. Здесь 2400 - Марка TEX (ТЕКС).
РТМ (RTM – Resin Transfer Moulding). Технология изготовления композитов методом инжекции смол в закрытые матрицы. Предполагает использование разъёмных матриц, состоящих как минимум из двух частей - основной матрицы и ответной. Между формообразующими поверхностями матриц, укладывается предварительно раскроенный армирующий материал (стеклоткань, стекломат, комплексные материалы с внутренним дренированием и др.). Затем, в закрытую матрицу инжектируется активированная отвердителем смола. После отверждения готовое изделие из стеклопластика извлекается из формы и подвергается механической обработке.
С
Связующее - готовая к применению полиэфирная смола с добавленным инициатором.
Система отверждения - компоненты, вводимые в смолу с целью управления реакцией полимеризации. Для полиэфирных смол - инициатор (отвердитель), ускоритель, ингибитор (замедлитель).
Стекломат - стекловолокнистый наполнитель нетканого типа, состоящий из хаотически распределенных нитей стекловолокон (рубленных или непрерывных), скрепленных между собой особым составом, который растворяется в смоле. При пропитке смолой, стекломат приобретает пластичность, что облегчает формовку изделий. Различают порошковые и эмульсионные стекломаты. Это тип склеивающего состава. Порошковые дольше пропитываются смолой, чем эмульсионные, что используется в особых отраслях производства стеклопластиков (намотка, пакетное формование и др.). Наиболее распространен и востребован эмульсионный стекломат. Основная характеристика – плотность = вес на единицу площади. Стандартные плотности стекломата 100, 150, 225, 300, 450, 600 гр/м.кв. Наиболее востребован 450. Толщина стекломата в слое ламината: 300 – 0,5 мм, 450 – 0,8 мм, 600 – 1,2 мм, зависит от способа формования и связующего, значения даны для ручного (контактного) формования конструкционной смолой. При формовке матричной наполненной смолой, толщины больше, при вакуумном формовании – меньше.
Стекловуаль – разновидность стекломата, отличается малой плотностью (50 и 100 гр/м кв), более длинными нитями, его составляющими (У стекломата 6-8 см, у стекловуали 10-15 см). Применяется для создания первого слоя ламината на матрицах и при изготовлении морского транспорта (барьерный слой с винилэфирной смолой, уменьшающий эффект осмоса).
Стеклоткань - стекловолокнистый наполнитель тканого типа: полотняная, основа и уток взаимно переплетены, сатиновая (где нить основы проходит над несколькими нитями утка), жгутовая или ровинговая (полученная переплетением прядей ровинга).
Стеклопластик - композитный материал, состоящий из синтетической смолы (полиэфирная, эпоксидная и т.д.) и армирующего материала - стекломата, стеклоткани или ровинга. Используется в качестве конструкционного материала в различных областях техники.
Преимущества готового изделия:
• широкая цветовая гамма и возможность изготовления изделий любой сложности;
• высокая скорость изготовления и монтажа, возможность серийного производства;
• малый вес, эстетический внешний вид, конструкционная- и ударопрочность, водонепроницаемость и долговечность;
• устойчивость к атмосферному воздействию, УФ-излучению, коррозии, возгоранию;
• хорошие тепло- и электроизоляционные свойства;
• простота эксплуатации и ремонта.
Старение полимеров - процесс ухудшения физических свойств полимеров с течением времени под влиянием внешних энергетических воздействий: тепловых полей, механических статических и переменных напряжений, световой радиации, воздействия химически активных сред, включая кислород воздуха. Причиной старения является деструкция макромолекул с последующим изменением физической структуры полимера. Для замедления старения полимерных материалов и предотвращения последствий деструкции макромолекул используются антиоксиданты, светостабилизаторы, антипирены, антирады.
Стабилизаторы - вещества, которые производители вводят в состав смол и гелькоутов, резин, лаков, красок, клеев для торможения их старения, происходящего главным образом в результате деструкции. Наиболее важные стабилизаторы полимеров: антиоксиданты, или антиокислители (напр., ароматические амины, фенолы) и антиозонанты (напр., производные фенилендиамина, воски), предохраняющие полимеры соответственно от действия атмосферного кислорода и озона; светостабилизаторы (напр., сажа, производные бензофенона), замедляющие старение полимеров при действии на них ультрафиолетового света; антирады (ароматические углеводороды или амины), защищающие полимеры от разрушения под влиянием высокоэнергетических излучений.
Стеклование - переход полимера из высокоэластичного и (или) вязкотекучего состояния в стеклообразное. Характеризуется набором максимальной твердости. Достигается при отверждении и постотверждении композита.



Т
Твердость - свойство твердых тел противодействовать внедрению в него другого тела.
Твердость по Барколу - величина твердости, определяемая при помощи прибора - импрессора Баркола. Шкала прибора имеет 100 делений. Твердость часто используют как характеристику степени отверждения связующего и прочности композита. Например, конструкционная смола, отвержденная без наполнителей и армирующих материалов, имеет твердость 40, - матричная наполненная 50, - винилэфирная 30, гелькоуты 30-40.
Температура HDT (High Deformation Temperature) - температура начала термической деформации. Температура начала потери стеклопластиком или искусственным камнем физико-механических свойств (размягчения).
Тиксотропия (тиксотропность) - временное понижение эффективной вязкости вязко-текучей или пластичной системы в результате её деформирования с восстановлением исходной структуры после прекращения механического воздействия. На практике - например, разжижение гелей при интенсивном перемешивании или встряхивании, с последующим загустеванием после прекращения механического воздействия. Благодаря этому свойству, жидкий нанесенный гелькоут не стекает, и смола не стекает из стекломата, - на вертикальной поверхности. Аэросил (пирогенный оксид кремния) – компонент тиксотропизатор для смол и гелькоутов.
Толщиномеры - приспособления для измерения толщины слоя мокрого гелькоута. Представляют собой бочонок или пластинку с насечками в виде ступенек прогрессирующей высоты. При погружении в слой нанесенного на поверхность гелькоута, закрашенная им ступенька с наибольшим подписанным числовым значением, соответствует толщине слоя. Например 300 – это 300 мкм = 0,3 мм, 500 = 0,5 мм.
Топкоут - защитное покрытие, предназначенное для создания сухой, твердой, грязе-водоотталкивающей поверхности, препятствующей остаточной эмиссии стирола из ламината в окружающую среду. Топкоут чаще всего наносится на обратную сторону изделия из стеклопластика.
Теплостойкость способность твердых стеклообразных или кристаллических полимеров не размягчаться при повышении температуры, измеряется в градусах Цельсия.
Трудногорючесть – способность композитного изделия гореть в воздушной среде при воздействии источника зажигания, но неспособность самостоятельно гореть после его удаления. Понятие особо актуально в железнодорожной отрасли.
У
Усадка - относительное уменьшение размеров образца или изделия, замеренных до начала реакции полимеризации полиэфирной смолы или композитного материала на ее основе, и после завершения полимеризации.
Ускоритель - вещество, которое ускоряет реакцию полимеризации ненасыщенной полиэфирной смолы, позволяет протекать ей при комнатной температуре. Без него, смоле, активированной отвердителем, требуется больше времени и более высокая температура для прохождения реакции полимеризации. Наиболее распространен ускоритель Октоат Кобальта – 1%, 6% или 8% раствор в стироле.
Ударная вязкость - способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки. Оценивается работой до разрушения надрезанного образца при ударном изгибе, отнесенной к площади его сечения в месте надреза. выражается в дж/м2. Чем выше ударная вязкость, тем труднее разбить, например литьевое изделие. Зависит от свойств наполнителя и связующего. Для повышения УВ, в литьевую смесь добавляют определенные наполнители, или вводят в смолу пластификатор.
Ф
Формование - изготовление изделия из стеклопластика на матрице (форме). Различают контактное формование (вручную) и различные высокотехнологичные способы (нанесение ламината чоппером, вакуум-формовка, вакуумная инфузия, РТМ, и др).
Х
Хрупкость - свойство твердого тела разрушаться при малых упругих деформациях.
Ц
Центробежное формование - метод переработки полимерных материалов под действием центробежных сил, который применяют для изготовления изделий, имеющих форму тел вращения (втулки, трубы, полые сферы). Активированную композитную смесь заливают в замкнутую форму, закрепленную на валу центрифуги, которую приводят во вращение. Под действием центробежных сил перерабатываемый материал распределяется равномерным слоем по формообразующей поверхности и уплотняется. Давление достигает 0,3-0,5 мПа. Для трубчатых изделий используют вращение по одной оси, для сферических – по 2 взаимоперпендикулярным осям. Метод применяется для трудновоспроизводимых другими способами изделий, и в России распространен мало.
Э
Экзотермическая реакция - химическая реакция, сопровождается выделением тепловой энергии. Пик экзотермы - максимальная температура, развивающаяся в процессе отверждения инициированной полиэфирной смолы. Оптимальный пик экзотермы при формовке и литье искусственного камня для полиэфирных смол 50-60 градусов. Зависит от скорости протекания реакции и теплоотдачи (материала и толщины матриц, наличия в них действующих нагревательных/охладительных элементов, количества и состава наполнителя, начальной температуры материалов, температуры в помещении, влажности воздуха, количества отвердителя, ускорителя, ингибитора).


Составлен 23.10.2022 г.

[grrrey]

отличная инициатива. прям в написании участвовать скорее всего времени не найду, но помочь готов. с т.з. химии, например, ну и своего опыта.

[Роман Измерли]

Большое спасибо за доверие. Материалы изучу. Листовку буду делать текстовую. Картинки нужны в основном химические. Как выглядит смола мы и так знаем :)
Если будут вопросы, то здесь задам.

[Катерина]

Скачайте учебник Седов, Михайлова "ненасыщенные полиэфиры". Там можно поковыряться в плане химизмов. Правда без профильного высшего там можно кукухой поехать ( да и с профильным тоже немножко). Там есть механизмы действия всяких отвердителей и ускорителей.
Модификаций смол множество, и на все формулы не найти. Но можно найти общие формулы. В интернете изометрическую формулу (где шариками нарисовано) не находила. Рисовала ее по буквенной формуле для нашего нового сайта. Потом специалисты переводили мои каракули в объемную формулу. Выложить пока этот файл не могу, т.к. сайт еще не выпущен. Как появится-скину сюда.
Идея с методичкой отличная. Если будут вопросы по процессам- задавайте. Всем будет интересно почитать. Сейчас посмотрю, может у меня какие-нибуль картинки из презентаций есть. Скину.

[Катерина]

http://dugalak-ural.ru/uploadedFiles/fi ... r_smol.pdf Вот отличная презентация. На опечатки не обращайте внимания- делали сербские специалисты.

[Роман Измерли]

Катерина, большое вам спасибо за материалы. Учебник сложноват, но кое-что полезное для себя я нашел. Презентация - очень ценная.

Я подготовил черновой вариант документа. Сразу оговорюсь, что предназначен он для обычных работников, не сведущих в химии, поэтому я старался минимально использовать специальную терминологию. Только то, что мы знаем со школы и то, что есть в нашем профессиональном жаргоне (например, мы знаем, что кобальт - это такой ускоритель для DIONа, но можем не знать, что это металл и элемент таблицы Менделеева).
Назначение этого документа - дать работнику базовое понимание процесса отверждения смолы. Я считаю, что это (и подобная обучающая информация) будет способствовать профессиональному росту человека, и, в конечном счете, его самореализации как личности.
При составлении документа я использовал статьи из интернета. При необходимости могу дать ссылки. От себя почти ничего не вносил, кроме слов для связи предложений.
Оставшиеся у меня вопросы выделил в тексте желтым маркером. Пожалуйста, посмотрите, какие изменения, дополнения, правки на ваш взгляд необходимо внести.

Не смог прикрепить документ, т.к. форум пишет, что расширение *.doc запрещено администратором. Выложил на сторонний ресурс.
https://docs.google.com/document/d/1OVb ... ue&sd=true


________________________________ ВСТАВКА (Admin)_________________________________

Отверждение полиэфирных смол

Как профессиональный сварщик должен знать особенности металлов и понимать суть процессов, происходящих при сварке, как мастер краснодеревщик должен знать свойства различных пород древа и понимать что происходит при сушке, резке и т.д, так и работник композитного производства должен понимать из чего состоят материалы, с которыми он работает и какие процессы происходят при отверждении.

1.jpg (32.43 KiB) Просмотров: 6148

Предназначено для работников композитных производств,
которые научились работать кисточкой и валиком

Введение

Атом – мельчайшая частица вещества, являющаяся носителем его свойств.

Молекула – соединение нескольких атомов.

Мономер – простое вещество, молекулы которого при определенных условиях могут соединяться в цепочки и сети.

Полимер — вещество, состоящее из длинных повторяющихся цепочек молекул.

Полимеризация – процесс образования молекулярных цепочек путём многократного присоединения молекул простого вещества.

Полиэфир – полимерное соединение, которое образуется в результате реакции между спиртом и кислотой (изофталевой, ортофталевой и другими) (уточнить).

Насыщенные полиэфиры – полимеры, которые не обладают двойными либо тройными связями в молекулярной структуре. Отличаются особой прочностью и твердостью. Стойки к различным атмосферным воздействиям, на них практически не накапливаются загрязнения. Используются при производстве твердых покрытий для рулонных изделий, лаков, эмалей, печатных красок, синтетических волокон, полиэтиленовой пленки и тары. Примеры насыщенного полиэфира: алкидная смола, полиэтилентерефталат, поликарбонат. Полимеризация происходит при высокой температуре и давлении (уточнить).

Нeнасыщенные полиэфиры – полимеры, которые обладают двойными либо тройными связями в молекулярной структуре. Используются в производстве электроизоляции, лаков, клееев, грунтовок, заливочных смесей, стеклопластиков. Ненасыщенные полиэфиры способны «сшиваться» с образованием трёхмерных структур. Полимеризация происходит при комнатной температуре и обычном давлении (уточнить).

Полиэфирные смолы – растворы ненасыщенных полиэфиров в мономере, например, стироле. Стирол снижает вязкость полиэфира, а также сам участвует в процессе полимеризации. В смоле, как правило, также содержится катализатор, являющийся ускорителем реакций, и ингибитор, который не дает веществу самостоятельно вступать в полимеризацию.

Полимеризация смолы – реакция отверждения смолы посредством «сшивки» ее полимерных молекул между собой через молекулы мономера, в результате чего полимерные цепи превращаются в полимерные сети, а жидкая смола – в твердое вещество.

Процесс отверждения

Сам по себе полиэфир – вещество очень вязкое, поэтому к нему добавляют растворитель. Чаще всего это стирол. Молекулы стирола способны сополимеризоваться с молекулами полиэфира. И скорость этой сополимеризации выше, чем у молекул полиэфира между собой.

Процесс отверждения запускается радикалами – высокоактивными частицами, заставляющими соединяться между собой молекул полиэфира и стиролаРадикалы все время образуются в смоле сами по себе, поэтому смола склонна к самополимеризации, но процесс этот идет очень медленно. Внешне это проявляется как постепенное загустевание смолы и образование комков.

Для ускорения этого процесса смолу вводят инициатор (отвердитель), служащий источником свободных радикалов и запускающий сшивку молекул полиэфира и стирола. Отвердитель не принимает участия в химической реакции, он просто активирует процесс (уточнить).
(Как именно радикалы запускают процесс полимеризации? Один радикал инициирует одну сшивку молекул или запускается цепная реакция? Если да, то за счет чего происходит сшивка последующих молекул в цепи?)
Свободные радикалы могут образовываться из перекисей или других нестабильных соединений.

В качестве перекисей используются:
• пероксида метилэтилкетона (ПМЭК),
• пероксида циклогексанона (ПЦГ),
• пероксид ацетилацетона (ААП, AAP).
Есть и другие, однако эти встречаются наиболее часто. ПМЭК широко известен под марками Butanox M50 и M60, Norpol Peroxide №1, Curox M302, Luperox K1 и др.

Перекисные соединения — это сложные вещества, в которых атомы кислорода соединены друг с другом, как например, на этом рисунке:

4.jpg (2.98 KiB) Просмотров: 6148

Здесь показана молекула всем известной перекиси водорода H2O2. Белые шары символизируют атомы водорода, а красные шары — атомы кислорода. Молекулы отвердителя имеют более сложное строение, но у них тоже есть такая связь из атомов кислорода. В этих атомах кислорода и связи между ними заключается значительная «энергия», которая способна вызывать различные реакции и в частности реакцию полимеризации смолы.
И задача как раз состоит в том, чтобы разорвать эту перекисную связь, высвободить её энергию. Это можно сделать с помощью сильного разогрева или воздействия ультрафиолетового излучения. Однако если мы ведём процесс при комнатной температуре, то нужен другой метод.

Этот метод — состоит в использование специальных веществ, которые называются ускорителями. С помощью ускорителя отвердитель распадается на простые радикалы, которые запускают сшивку молекул полиэфира и стирола между собой, т.е. начинается процесс полимеризации смолы.
Как правило, ускоритель вводится в смолу на заводе изготовителе. Такие смолы называются предускоренными. В непредускоренные смолы ускоритель нужно вводить до введения отвердителя. Без ускорителя с одним лишь отвердителем смола отверждаться не будет.

Скрытый текст. Необходимо зарегистрироваться.

В качестве ускорителей чаще всего применяются органические растворы солей кобальта — так называемые нафтенаты и октоаты кобальта с концентрацией кобальта от 1 до 12 %. Чем выше концентрация, тем выше активность ускорителя. Обычно такие ускорители имеют насыщенный фиолетовый цвет.

Также полиэфирная смола содержит ингибитор, тормозящий процесс полимеризации. Ингибитор является, по существу, улавливателем свободных радикалов. Реакция полимеризации при введении отвердителя начинается лишь после того, как преодолено действие ингибитора. Этот период задержки дает возможность пропитать смолой армирующий материал или залить ее в необходимую для отверждения форму до начала реакции полимеризации.
Как только ингибитор израсходуется, вязкость полиэфирной смолы резко повышается, она утрачивает способность течь и переходит в желеобразное состояние (гель). Далее эта масса переходит в резиноподобное и наконец, в твердое состояние. Процесс отверждения происходит с выделением тепла. Разогрев может быть весьма существенным.
При избытке ингибитора не остается достаточного количества свободных радикалов для полимеризации смолы в полном объеме (уточнить). Смола остается недоотвержденной. (Значит ли это, что при избытке ингибитора достаточно добавить еще отвердителя для завершения процесса отверждения?)

5.jpg (95.91 KiB) Просмотров: 6148

За основу взята эта иллюстрация:

6.jpg (47.62 KiB) Просмотров: 6148

В книге Л.Н.Седова и З.В.Михайловой «Ненасыщенные полиэфиры» я нашел такое описание:
«При сополимеризации полималеината со стиролом могут одновременно протекать четыре элементарные реакции: полимеризация стирола, присоединение молекул стирола к активным центрам олигоэфира, соединение двух молекул олигоэфира по их активным центрам и сшивание двух полиэфирных центров стирольной цепочкой».
Видимо иллюстрации нужно будет изменить в соответствии с ним.

[grrrey]

2Роман измерли
в меру своего понимания откомментировал, посмотрите, надеюсь будет полезно.

Отверждение смолы.docx

(1.39 MiB) Скачиваний: 58

[Роман Измерли]

Grrrey, большое спасибо за комментарии. У меня возникли еще вопросы.
1. Корректируя определение полиэфиров получаю:
Полиэфир – полимерное соединение, которое образуется в результате реакции между спиртами и кислотами (изофталевой, ортофталевой и другими).
В оригинале, вместо "спиртов" было "полиол (гликоль)". Поскольку мы таких слов не знаем, то я заменил на спирт, согласно определению гликоля из Википедии.
Вы пишете: "Ну и такое определение это не «ПОЛИэфиры», а просто «эфиры». Не считая оговорки про полимерность, под него попадают, например мыла – эфиры жирных кислот и глицирина".
Как дать более корректное определение полиэфирам, чтобы это было более-менее понятно без знания химии?

2. Исходя из данных определений насыщенных и ненасыщенных полиэфиров, разница между ними состоит в отсутствии/наличии двойных и тройных связей, а также в том, что ненасыщенные полиэфиры способны «сшиваться» с образованием трёхмерных структур.
Можно ли дать простое определение терминам "насыщенный/ненасыщенный"?
Какие еще существуют различия между этими видами полиэфиров?

3. В составе смолы есть наполнители, которых может быть до 50%. Вы пишете, что они в тандеме со смолой обеспечивают конечные механические свойства изделия. Подскажите, пожалуйста, о каких наполнителях здесь идет речь? Микрокальцит, микросфера?

[Admin]

Доки не вставляются, потому что движок форума не расчитан на это. Нужно копировать текст и вставлять в сообщение отдельно вставлять картинки. В основном у нас ненасыщенные полиэфиры все смолы и гели. Добавки производитель скрывает, ну то что мы знаем, в наполненные смолы добавляется тригидрат алюминия, в предускоренные смолы и гели добавляется октоат кобальта, в трудногорючие - галогены металлов, еще деаэратор, цветные пигменты, сигнальный пигмент, который меняет цвет при добавлении отвердителя, также во все смолы и гели добавлен мономер стирола от 30 до 40% массы. Также, добавки для улучшения смачивания, повышения тиксотропности - пироксид кремния, добавки для разжижения. Мож чего не вспомнил, но много всего

[Роман Измерли]

Спасибо. В целом там про все эти добавки сказано. Просто в таблице помимо них есть отдельный пункт "Наполнители". И я думаю, что речь идет именно о таких добавках, как тригидрат алюминия.

[grrrey]

"Полиэфир – полимерное соединение, которое образуется в результате реакции между двухатомнымиспиртами и двухосновными органическими кислотами (изофталевой, ортофталевой и другими)."
вот так будет более-менее правильно, хоть и очень размыто) кроме того все же нужно понимать что такое двухатомный спирт и двухосновная органическая кислота, а далеко не все после школы это помнят/знают.
Определить ненасыщенное соединение проще и правильнее чем через кратные связи ИМХО невозможно.
про различия - какие именно вас интересуют? различия в применении, в химических свойствах?
про наполнители - я все же понял это как наполнитель в готовом изделии, а не в смоле под переработку. если мы про смолу под переработку, то тут ЕМИП широко применяется только упомянутый тригидрат алюминия

[Роман Измерли]

Определить ненасыщенное соединение проще и правильнее чем через кратные связи ИМХО невозможно.
про различия - какие именно вас интересуют? различия в применении, в химических свойствах?

Как объяснить, что такое насыщенные и ненасыщенные смолы и в чем их отличия (в свойствах, применении), человеку сильно далекому от химии. Чтобы часто употребляемое словосочетание "ненасыщенная смола" не оставалось пустым звуком. Сейчас определения звучат так:

Насыщенные полиэфиры – полимеры, которые не обладают двойными либо тройными связями в молекулярной структуре. Отличаются особой прочностью и твердостью. Стойки к различным атмосферным воздействиям, на них практически не накапливаются загрязнения. Используются при производстве твердых покрытий для рулонных изделий, лаков, эмалей, печатных красок, синтетических волокон, полиэтиленовой пленки и тары. Примеры насыщенного полиэфира: алкидная смола, полиэтилентерефталат, поликарбонат.

Нeнасыщенные полиэфиры – полимеры, которые обладают двойными либо тройными связями в молекулярной структуре. Используются в производстве электроизоляции, лаков, клеев, грунтовок, заливочных смесей, стеклопластиков. Ненасыщенные полиэфиры способны «сшиваться» с образованием трёхмерных структур.

Здесь даже "двойные, тройные связи" уже могут быть непонятны. Может быть как-то объяснить, почему, например, полимеры, не обладающие двойными и тройными связями в молекулярной структуре отличаются особой прочностью и твердостью, а обладающие способны «сшиваться» с образованием трёхмерных структур.

[grrrey]

все полиэфиры обладают высокой "твердостью и прочностью", насыщенные могут полимеризоваться только в тонком слое - краска в банке не полимеризуется во всем объеме, а только в верхнем слое. ненасыщенные способны к полимеризации в объеме.

[Катерина]

Самые сильные и крепкие связи-сигма. Вещества в которых все связи одинарные( т.е. сигма связи) отличаются прочностью в связи с тем, что сигма связи сложно разрушить. Если присоединяется вторая связь-то она называется пи( латинская буква) связь. То по пи связи и идёт разрушение. В двойной связи сигма остаётся целая, а пи связь как бы раскрывается, становится активной и стремится ухватиться за кончик еще одной пи связи. По пи связям и идет полимеризация. В ненасыщенных полиэфирах есть эти реакционноспособные двойные связи ( в которых любвеобильная пи). А ненасыщенные они т .к. там не хватает одного электрона в пи связи.

[Роман Измерли]

Всем здравствуйте. Я подкорректировал текст методички в соответствии с вашими поправками и дополнениями, дорисовал картинки и добавил еще один раздел. Пожалуйста, помогите довести его до ума.

Факторы, влияющие на скорость полимеризации

Температура
Рекомендуемый температурный диапазон работы со смолой от 18 °С до 25 °С. При более низких температурах реакция замедляется вплоть до полной остановки. (Почему?) Существуют специальные отвердители и смолы для работы при пониженных температурах .
Повышение температуры вызывает распад молекул отвердителя (уточнить) и соответственно ускорение реакции отверждения.

Давление
Повышение давления вызывает ускорение реакции. (Почему?)

УФ-излучение
УФ-излучение вызывает распад молекул отвердителя на радикалы и, соответственно, резко ускоряет процесс полимеризации. При наличии УФ-излучения не обязательно наличие ускорителя в смоле для ее отверждения. (Уточнить) (Прим.: Как-то мы забыли добавить ускоритель в непредускоренную эпоксивинилэфирную смолу (DION 9500) и она отлично отвердилась. Работали летом под солнцем.)

Концентрация отвердителя (инициатора)
Концентрация отвердителя напрямую влияет на скорость отверждения, т.к. чем больше молекул отвердителя, тем больше возникает центров полимеризации. Слишком высокое содержание пероксида создает множество коротких связей, и смола получается хрупкая. Также при избытке пероксида реакция проходит бурно, вызывая повышенный нагрев отверждаемой смолы. Это может привести к усилению усадки и растрескиванию изделия (при литье).
При недостатке пероксида прореагирует меньшее количество молекул смолы, что приведет к недоотверждению, снижению прочности и химической стойкости изделия, повышенному содержанию стирола, а также увеличению склонности к образованию осмоса.

Концентрация мономера (стирола)
Повышение содержания стирола ведет к ускорению процесса полимеризации. (Почему?) Смола становится более хрупкой. (Почему?)

[Admin]

Когда жарче, реакция быстрее, это же из школьной физики-химии: молекулы в результате теплового движения чаще сталкиваются - быстрее реагируют друг с другом. То же при повышенном давлении - чаще сталкиваются, т.к. теснее расположены.
Стирол это простая молекула, при полимеризации они просто и быстро склеиваются друг с другом, когда полимеризуются молекулы полиэфира, то они уже сами по себе - длинная макаронина с несколькими активными центрами. Этим центрам нужно больше времени, чтобы найти друг друга среди нагромождения макаронин. Полимеризованный стирол хрупок, видимо потому, что связи между его молекулами менее прочные чем связи в полиэфирных цепочках (это зависит от энергии общего электрона, который обеспечивает зарядом связываемые атомы при реакции, измеряется в электрон-вольтах; слишком муторно разбираться, как на меня - гуманитария :)).

[Роман Измерли]

Всем доброго дня. Появилось время закончить методичку. Выкладываю конечный вариант. Если будут замечания и предложения, пишите.
Планирую провести по ней обучающее занятие с нашими работниками.

Отверждение смолы.docx

(1.17 MiB) Скачиваний: 23

______________________________________________________________________________________________________________________________
Визуализировал готовую методичку (ниже). Заголовок темы, с Вашего позволения сменю на "Процесс отверждения полиэфирных смол (методичка)". Для удобства тематического поиска читателями.
(Админ)


Отверждение полиэфирных смол


Описание процессов, происходящих при отверждении полиэфирной смолы простым языком

Введение

Атом – мельчайшая частица вещества, являющаяся носителем его свойств.

Молекула – соединение нескольких атомов.

Мономер – простое вещество, молекулы которого при определенных условиях могут соединяться в цепочки и сети.

Полимер — вещество, состоящее из длинных повторяющихся цепочек молекул.

Полимеризация – процесс образования молекулярных цепочек путём многократного присоединения молекул простого вещества.

Полиэфир – полимерное соединение, которое образуется в результате реакции между некоторыми спиртами и кислотами (изофталевой, ортофталевой и другими).

Насыщенные полиэфиры – полимеры, которые не обладают двойными либо тройными связями в молекулярной структуре. Отличаются особой прочностью и твердостью. Стойки к различным атмосферным воздействиям, на них практически не накапливаются загрязнения. Используются при производстве твердых покрытий для рулонных изделий, лаков, эмалей, печатных красок, синтетических волокон, полиэтиленовой пленки и тары. Примеры насыщенного полиэфира: алкидная смола, полиэтилентерефталат, поликарбонат.

Нeнасыщенные полиэфиры – полимеры, которые обладают двойными либо тройными связями в молекулярной структуре. Используются в производстве электроизоляции, лаков, клеев, грунтовок, заливочных смесей, стеклопластиков. Ненасыщенные полиэфиры способны «сшиваться» с образованием трёхмерных структур.

Полиэфирные смолы – растворы ненасыщенных полиэфиров в мономере, например, стироле. Стирол снижает вязкость полиэфира, а также сам участвует в процессе полимеризации. В смоле, как правило, также содержится катализатор, являющийся ускорителем реакций, и ингибитор, который не дает веществу самостоятельно вступать в полимеризацию.

Полимеризация смолы – реакция отверждения смолы посредством «сшивки» ее полимерных молекул между собой через молекулы мономера, в результате чего полимерные цепи превращаются в полимерные сети, а жидкая смола – в твердое вещество.

Процесс отверждения

Сам по себе полиэфир – вещество очень вязкое, поэтому к нему добавляют растворитель. Чаще всего это стирол. Молекулы стирола способны сополимеризоваться с молекулами полиэфира. И скорость этой сополимеризации выше, чем у молекул полиэфира между собой.

Процесс отверждения запускается радикалами – высокоактивными частицами, заставляющими соединяться между собой молекул полиэфира и стирола. Радикалы все время образуются в смоле сами по себе, поэтому смола склонна к самополимеризации, но процесс этот идет очень медленно. Внешне это проявляется как постепенное загустевание смолы и образование комков.

Для ускорения этого процесса смолу вводят инициатор (отвердитель), служащий источником свободных радикалов и запускающий сшивку молекул полиэфира и стирола. Радикалы образуются в результате распада молекул перекиси или других неста¬бильных соединений и, по сути, являются «неполноценными молекулами». Присоединяясь к полиэфирным молекулам, они делают их также «неполноценными», давая им активное окончание, которыми они цепляются к другим молекулам, сшиваясь с ними, но само «активное окончание» при этом не пропадает, и реакция продолжается по принципу «снежного кома».
В качестве перекисей используются:
• пероксид метилэтилкетона (ПМЭК),
• пероксид циклогексанона (ПЦГ),
• пероксид ацетилацетона (ААП, AAP).
Есть и другие, однако эти встречаются наиболее часто. ПМЭК широко известен под марками Butanox M50 и M60, Norpol Peroxide №1, Curox M302, Luperox K1 и др.

Перекисные соединения — это сложные вещества, в которых атомы кислорода соединены друг с другом, как например, на этом рисунке:

3.jpg (12 KiB) Просмотров: 5477

Здесь показана молекула всем известной перекиси водорода H2O2. Белые шары символизируют атомы водорода, а красные шары — атомы кислорода. Молекулы отвердителя имеют более сложное строение, но у них тоже есть такая связь из атомов кислорода. В этих атомах кислорода и связи между ними заключается значительная «энергия», которая способна вызывать различные реакции и в частности реакцию полимеризации смолы.
И задача как раз состоит в том, чтобы разорвать эту перекисную связь, высвободить её энергию. Это можно сделать с помощью сильного разогрева или воздействия ультрафиолетового излучения. Однако если мы ведём процесс при комнатной температуре, то нужен другой метод.

Этот метод — состоит в использование специальных веществ, которые называются ускорителями. С помощью ускорителя отвердитель распадается на простые радикалы, которые запускают сшивку молекул полиэфира и стирола между собой, т.е. начинается процесс полимеризации смолы. Сам ускоритель не принимает участия в химической реакции, он просто активирует процесс.
Как правило, ускоритель вводится в смолу на заводе изготовителе. Такие смолы называются предускоренными. В непредускоренные смолы ускоритель нужно вводить до введения отвердителя. Без ускорителя с одним лишь отвердителем смола отверждаться не будет.

В качестве ускорителей чаще всего применяются органические растворы солей кобальта — так называемые нафтенаты и октоаты кобальта с концентрацией кобальта от 1 до 12 %. Чем выше концентрация, тем выше активность ускорителя. Обычно такие ускорители имеют насыщенный фиолетовый цвет.

Также полиэфирная смола содержит ингибитор, тормозящий процесс полимеризации. Ингибитор является, по существу, улавливателем свободных радикалов. Реакция полимеризации при введении отвердителя начинается лишь после того, как преодолено действие ингибито¬ра. Этот период задержки дает возможность пропитать смолой армирующий материал или залить ее в необходимую для отверждения форму до начала реакции полимеризации.
Как только ингибитор израсходуется, вязкость полиэфирной смолы резко повышается, она утрачивает способность течь и переходит в желеобразное состояние (гель). Далее эта масса переходит в резиноподобное и наконец, в твердое состояние. Процесс отверждения происходит с выделением тепла. Разогрев может быть весьма существенным.
При избытке ингибитора не остается достаточного количества свободных радикалов для полимеризации смолы в полном объеме. Смола остается недоотвержденной.

Факторы, влияющие на скорость полимеризации

Температура
Рекомендуемый температурный диапазон работы со смолой от 18 °С до 25 °С. При более низких температурах реакция замедляется вплоть до полной остановки т.к. энергия молекул становиться ниже минимально необходимой для протекания реакции. Существуют специальные отвердители и смолы для работы при пониженных температурах.
Повышение температуры вызывает ускорение реакции отверждения в среднем в 2 раза на каждые 10 °С, т.к. возрастает энергия молекул.

Давление
Повышение давления вызывает ускорение реакции, т.к. уменьшается расстояние между отдельными молекулами и им проще реагировать друг с другом.

УФ- и ИК-излучение
УФ- и ИК-излучение повышает энергию молекул и, соответственно, резко ускоряет процесс полимеризации.

Концентрация отвердителя (инициатора)
Концентрация отвердителя напрямую влияет на скорость отверждения, т.к. чем больше молекул отвердителя, тем больше возникает центров полимеризации. Слишком высокое содержание пероксида создает множество коротких связей, и смола получается хрупкая. Также при избытке пероксида реакция проходит бурно, вызывая повышенный нагрев отверждаемой смолы. Это может привести к усилению усадки и растрескиванию изделия (при литье).
При недостатке пероксида прореагирует меньшее количество молекул стирола и смолы, что приведет к недоотверждению, снижению прочности и химической стойкости изделия, повышенному содержанию стирола, а также увеличению склонности к образованию осмоса.

Концентрация мономера (стирола)
Повышение содержания стирола ведет к ускорению процесса полимеризации, т.к. молекулы стирола существенно меньше молекул смолы и им проще соединиться друг с другом. Смола при этом становится более хрупкой, потому что связи между молекулами стирола менее прочные чем связи между молекулами смолы.

Поправки и замечания присылайте на izmerly@mail.ru

[Admin]

Роман, за Ваше активное участие в жизни форума и - жизненную позицию, а также набор 26 благодарностей от форумчан, присваиваю Вам ранг "Надежный". Что открывает Вам "зеленый уровень" и доступ к разделу "СЕКРЕТ МАСТЕРА", в котором мы обсуждаем наши наработки и делимся наиболее ценными производственными секретами.


Вот, кстати то, о чем я говорил, когда Вы искали материал по вышеозначенной теме: Интерактивные обучающие занятия. Занятие №2 "Виды полиэфиров"
Теперь для Вас, как и для других Мастеров эта ссылка зеленой зоны открыта.
Здесь я задумывал создать интерактивную обучающую программу для разных групп обучаемых (как для рабочих, так и для менеджеров, технологов, и др.). Круг вопросов в этой "методичке" должен был быть гораздо шире, чем в Вашей. Сложность и темы можно было бы выбирать в зависимости от того, кого обучаешь. Позднее могла быть составлена компьютерная программа, которая без участия преподавателя могла бы проводить обучение и экзаменацию обучаемого. И, естественно, я собирался эту идею и свою работу продавать. "На пример" написал только одно занятие с разработанным механизмом, списком вопросов и вариантами ответов, списком правильных ответов. Предложил эту "развлекуху" мастерам, отослал подобное предложение Ольге Гладуновой (редактору журнала "Композитный Мир"). Но инициатива моя не нашла поддержки и интереса, как Вы можете видеть из результатов голосования в пилотном посте этой моей темы. От слова - "никакой" (вообще только 4 человека проголосовали). Так что данный мой "проект покорения мира" пока что находится в стадии заморозки.

[Admin]

Полимеризация – процесс образования молекулярных цепочек путём многократного присоединения молекул простого вещества.

Это, когда на заводе варят полиэфиры, образуются цепочки. Когда мы перерабатываем полимер из жидкости в твердое тело образуются, скорее, полимерные сети, как видно из Ваших замечательных иллюстраций к методичке. Поэтому, мне кажется правильнее будет сказать "... процесс образования молекулярных цепочек и полимерных сетей...".

В целом у Вас получилась, по моему, отличная методичка! При прочтении я лучше (нагляднее) стал понимать действие ускорителя, отвердителя, ингибитора. Схемы полимеризации, по моему, вообще - самая лучшая визуализация этого процесса, которую я когда-либо видел. Вот такой материал мне нравится! Это не то, что научные труды, которые понимают ученые, которые "в теме", и они не стараются донести свои знания до нормального человека, не особо стремятся к практическому применению своих умозаключений практиками. На самом деле популяризация - это покруче и посложнее иных научных трудов. Одно дело понять процесс самому, но гораздо более сложное - донести это понимание до чужого, в большинстве случаев, неподготовленного разума!

П.С. Мне кажется, Ваше "Введение в Полиэфиры" вполне могло бы украсить этот мой грандиозный проект под номером 1, в соответствии с нижеозначенным планом:

1. Начальные понятия: что такое полиэфиры (введение), стекломатериалы, наполнители, пигменты, аддитивы, разделители, полировочные пасты, абразивные материалы - весь ассортимент фирмы-дилера композитных материалов, что для чего, и как вообще происходит процесс переработки полиэфиров (как изготавливают различные виды изделий). Универсальная технология быстрого и качественного изготовления полиэфирных матриц для разных видов изделий.
2. Виды полиэфиров (сделано).
3. Аналоги марок полиэфиров у разных производителей (полный список), равнозначные, сильные и слабые материалы разных производителей. Что у кого выбрать, чем у кого заменить?
4. Технологии переработки полиэфиров- описание существующих областей производства, требования к свойствам полиэфиров в каждой из областей.
5. Проблемы при переработке полиэфиров (браки): все причины и способы устранения. Универсальный алгоритм определения причины брака. Универсальный алгоритм устранения любого брака.
6. Вспомогательные материалы: армирующие, наполнители, аддитивы (ускорители, замедлители). Описание, свойства, применение (способы, дозы, особенности).
7. Виды разделителей и методы применения. Выбор оптимального режима разделения и материалов для разных видов работ.
8. Организация производства: литьевого, формовочного. Необходимое оборудование, площади и размещение, организация техпроцесса (что куда движется и во что превращается, организация смен, тайминг, периодичность).

[Тигирь]

Ещё один момент.
В таблице п.9
Смачивающие добавки не снижают вязкость, это ПАВы, они уменьшают краевой угол смачивания. Как следствие, увеличивают скорость и качество пропитывания, влияя в свою очередь на адгезию

[Катерина]

Небольшие замечания по процентному содержанию разных веществ: Разбавитель (мономер) 30-35 процентов. ( У Вас с 25-30, пять процентов куда-то пропадают). Ускорителя 0,5-2%. Это в пересчете на самый слабоконцентрированный - однопроцентный. Шестипроцентного будет еще меньше. Отвердитель 0,8- 3 процента. Есть методики хитрые типа УФ отверждения, там мудреного китайского отвердителя 4-8 процентов. Но, как правило, до 3- х процентов стандартных отвердителей кладут. На всю химию есть паспорта, там написаны границы сколько класть.

[Тигирь]

Кстати, да, про процентные содержания я упустил. Катерина, спасибо! Вы у нас надёжа и опора Как Мы столько лет без Вас жили, даже не представляю.

Ну тогда ещё, как раз для мастеров на местах актуально. Всегда нужно обращать внимание на концентрацию кобальта перед тем, как добавлять в непредускоренную смолу. Ибо можно по недосмотру бухнуть вместо 1%-го такое же количество 10%го и сильно удивиться, когда ведро смолы встанет колом с "лёгким дымком" ещё до того, как его успеют вымешать после активации .

Ну и чтобы 2 раза не вставать. В принципе, все и так знают, но раз обучение, то не плохо бы напомнить, что ни в коем случае нельзя смешивать карализатор с отвердителем. Ни специально в виде эксперимента, ни случайно, когда излишки катализатора из шприца выливаются в отвердитель или наоборот. Ибо последствия могут быть весьма плачевными.
А ещё лучше продумать систему так, чтобы перепутать и вылить не туда было не возможно

[Admin]

Так Роман написал, что нельзя смешивать ускоритель с отвердителеми выделил в рамке. Я, кстати недавно по запарке проверил это еще раз: набрал в шприц 20 кубовый отвердитель, а шприц был из-под ускорителя. Получилось примерно, как на крайнем смайлике. Успел только увидеть, как облачко дыма к лицу подымается, да по пальцам шибануло больно. Шприц как ракета врезался в стенку, разломался, только клякса отвердоса на стенке осталась, да кусочки пластика. И поршень отдельно лежит, им мне по рукам и шибануло.

[Тигирь]

Во-во .
Поэтому я и заострил внимание. Текст в рамочке, это хорошо, вот только людям не знакомым с реальными последствиями нужно чётко объяснить возможные последствия ошибки. Может даже имеет смысл исхитриться и наглядно показать, предварительно приняв меры безопасности. С видеофиксацией, чтобы не повторять при последующих инструктажах

[Александр]

Ну и ужастиков вы здесь написали.Надо самому по развлекаться. У меня за 25 лет работы подобных ситуаций не было. Совсем.

[Admin]

Вот, заодно и на камеру снимИте
Если просто влить отвердос в ускоритель, он булькает, как-будто кипит. Может выплеснуться. И дымок идет. А со шприцем эффектно получается.

[Катерина]

Я смешивала ради интереса шестипроцентный кобальт с бутаноксом. Примерно 10 на 10 грамм. У меня только дымило. Но я в руках не держала, смотрела из окопа

[Admin]

Можно бомбу сделать: бутылку из-под минералки по стенкам ускорителем ополостуть, так чтобы не стекало, а в крышечку налить отвердитель и завинтить вверх ногами. Потом кинуть подальше. Компоненты соединятся, бутылка стрельнёт.
Эх, детство вспомнилось, взрывпакеты из тыренного на военном аэродроме магния...