Достаточно большое количество факторов определяет скорость высыхания смолы разных видов, будь то ювелирная смола или эпоксидный клей. Главными факторами являются:
- Свежесть состава (срок годности с даты производства и условия хранения);
- Состав компонента-отвердителя;
- Температурные режимы при подготовке эпоксидки и застывании изделия;
- Размеры и площадь эпоксидной массы используемой в изготовлении изделия.
Рассмотрим подробнее данные факторы и их влияние на скорость застывания эпоксидного состава.
Влияние отвердителя
Среди аминовых отвердителей для эпоксидной смолы можно выделить 2 основных типа это: ПЭПА и ТЭТА отвердители.
Первый тип – полиэтиленполиамин, относится к «холодным» полимеризаторам, потому что застывание смолы с данным отвердителем достаточно эффективно происходит при комнатной температуре (полимеризация происходит уже при 22-25°C). Готовое изделие с использованием ПЭПА может выдержать температуры в среднем до 380°C, сохраняя свои качества. За счет низких температур засыхания, процесс происходит достаточно быстро и не требует дополнительных условий, что также экономит время и трудозатраты. Однако есть у таких составов и минусы. Например, сопротивление разрывам и изгибам с использованием стекловолокна у таких изделий будет немногим меньше, поэтому такой отвердитель больше подходит для статичных изделий.
Второй тип – триэтилентетрамин. Данный отвердитель в отличие от ПЭПА имеет уже гораздо более высокую температуру засыхания, поэтому его и называют «горячим» типом. Хотя он и будет застывать даже при комнатных температурах, этот процесс будет происходить заметно медленнее чем у ПЭПА. Поэтому такие составы принято дополнительно нагревать (в среднем до 50°C) для быстрого застывания. Готовое изделие с данным отвердителем выдерживает температуры до 490°C.
Важно помнить, что нагревание смолы свыше 50-55°C при застывании может привести к нежелательным реакциям и испортить состав. Триэтилентетрамин сам по себе при смешивании вызывает нагревание и крайне нежелательно смешивать сразу большой объем такого состава, так как химическое нагревание смолы с большим объемом может достигать критических температур и приводить к закипанию смеси.
Поэтому необходимо наносить тонкий слой смолы если речь идет о плоском объекте с большой площадью. Если говорить об отливке формы объемом от 120-140 кубических сантиметров, то заливку лучше проводить в несколько слоев. Наносить новый слой необходимо дожидаясь, когда основная реакция предыдущего слоя будет ослабевать и он застынет. Исходя из данных свойств ТЭТА, заливку фигур и изделий большого объема предпочитают производить смолой с использованием ПЭПА в качестве отвердителя.
Учитывая свойства данных отвердителей их применение имеет различные направления хотя и допускает использование каждого в самых разных случаях с учетом их особенностей. Так, смолы с ТЭТА отвердителем чаще применяют в изготовлении небольших, тонких, динамичных объектов. Они более стойки на излом, более гибкие и выдерживают высокие температуры. Например, это могут быть детали рядом с двигателем автомобиля или мелкие детали в аэродинамических объектах, подвергающиеся воздействию ветра. Что касается ПЭПА, то его чаще используют в статичных объемных объектах, таких как скульптуры.
В любом случае нагревание эпоксидного состава с разными отвердителями приведет к заметному ускорению застывания смеси, но нужно помнить о предельных температурах и технике безопасности, при проведении данной операции.
Влияние площади и объема смолы
Большую роль в скорости застывания имеет объем или площадь поверхности эпоксидного состава. Дело тут не только в том, что большое количество материала дольше застывает, что естественно, но также важную роль играет форма этого состава. Так, чем более компактная форма эпоксидной смолы (например, в виде шара или куба где вся плотность смолы равноудалена от центра) тем быстрее и сильнее происходит химическая реакция и застывание смолы. Как пример возьмем примерно 100 мл. эпоксидного компаунда и в первом случае зальем его в форму для отливки в форме куба, а во втором случае распределим его тонким слоем по ровной поверхности тем самым создав плоский слой с большой площадью. Отливка в форме куба застынет уже через 5 часов, тогда как разлитый по площади смоляной диск будет застывать почти сутки. Данную особенность застывания смолы с отвердителем ТЭТА крайне важно учитывать при его использовании, так как она определяет не только скорость застывания, но и критические реакции.
Такой набор так называемой «критической массы» очень схож с реакцией плутония. Компактность вещества напрямую определяет скорость и силу реакции. У плутония она связана с физическим взаимодействием внутри ядер молекул, а у эпоксидной смолы с химическим взаимодействием оболочек атомов и связей между молекулами.
Правильное смешивание компонентов эпоксидной смеси
Смешивание компонентов эпоксидного компаунда определяет основные свойства получившегося материала. Несоблюдение пропорций и методик смешивания может привести от создания бесполезного по свойствам состава до получения бурной реакции которая испортит материал и может привести к травмам. Определяет правильность смешивания и скорость с которой будет застывать смола. Стоит обратить внимание и на подготовку поверхностей с использованием смолы. Если дело касается эпоксидного клея, то поверхности требуют определенной зачистки, а если речь идет об отливке форм из смолы, то нужно обратить внимание на покрытие формы.
При зачистке поверхностей нужно тщательно удалить пыль, грязь и другие вещества которые мешают соприкоснуться смоле именно с самим материалом. Не лишним будет и создание некое абразива на поверхности, чтобы эпоксидный клей лучше цеплялся за мелкие бугорки и полости на поверхности. Также нужно обезжирить поверхность ацетоном или спиртом, только прежде чем наносить эпоксидный состав нужно пождать пока вещество для обезжиривания выветрится иначе его остатки вмешаются в реакцию смолы.
При отливании формы нужно нанести разделитель, который не даст смоле прилипнуть к форме. Обычно для этого поверхность формы обрабатывают воском либо используют тонкий полиэтиленовый настил.
Как правильно работать с эпоксидкой:
- Нужно вымерить необходимые пропорции согласно инутрукции к составу. Для этого хорошо подойдет шприц или мерный одноразовый стаканчик с делениями (можно заранее взять обычный пластиковый стакан и нанести на нем маркером нужный уровень в соответствии с объемом);
- Чтобы состав быстро застывал, нужно подготовить его заранее разогрев на водяной бане в среднем до 50°C. В процессе разогрева нужно медленно помешивать состав, давая воздушным полостям в массе выходить наружу и испаряться;
- Продолжая мешать смесь, быстро, тонкой струей вливается отвердитель. Перемешивание продолжается до образования однородности состава и выхода всех воздушных пузырей.
- Затем в течение 25-35 мин. состав нужно использовать. Если продолжать мешать его слишком долго или вообще оставить на некоторое время он станет слишком густым, будет плохо наноситься и не сможет заполнить необходимые мелкие пространства.
Указанные правила относятся к большинству простых эпоксидных составов, но некоторые составы могут иметь собственные значения и особенности эксплуатации (застывают медленнее или требуют иной температуры для застывания). Это нужно учитывать при работе с конкретным видом эпоксидного компаунда.
Процесс застывания смолы по стадиям
Затвердевание полимерного состава происходит не сразу по всему объему. Цепи полимеров постепенно начинают застывать от молекулы к молекуле в результате эпоксидная масса имеет разное состояние на отдельных этапах вплоть до готового состояния. Можно выделить несколько таких этапов:
- Когда отвердитель смешивается со смолой масса доводиться до однородного состояния и реакция в ней только начинает происходить. В самом начале такой состав будет очень жидким и потому легко проникнет в самые мелкие тонкие полости.
- Через некоторое время смесь начинает набирать вязкость и походит по своей текучести на густой мед. Такой компаунд не сможет проникнуть в мельчайшие детали и обычно это состояние наступает уже после того как состав был залит в форму.
- Состав еще сохраняет тягучесть, но становится крайне густым. Такая смесь стекает со скоростью не более 1 см. в секунду, потому уже не подходит для заливки, хотя может использоваться для склеивания деталей.
- Далее густота состава достигает значений что, если потянуть за отдельные ее участки будет образовываться густой шлейф, который будет быстро застывать.
- Этап «резиновой стадии», когда смолу еще можно изгибать или скручивать. Форму элементам изделия в таком виде можно менять только инструментами с определенным усилием как это делают с раскаленным стеклом.
- Финальная стадия. Изделие становится плотным, прочным и твердым. На момент финального застывания получается очень крепкое изделие похожее по ощущениям на стекло или плотный пластмасс.
Дополнительные наполнители
В состав эпоксидной смеси, не считая самой смолы и отвердителя можно добавлять различные наполнители, которые позволяют добиться изменения каких-либо ее качеств, либо придание нового вида готовому изделию. Некоторые из таких наполнителей сами по себе оказывают влияние на скорость реакции застывания компаунда.
Часто можно встретить случаи, когда в смолу добавляют алюминиевую пудру или металлическую стружку. Такие добавки не только ускоряют скорость застывания, но и делают итоговый материал прочнее.
Меры безопасности при работе с эпоксидными составами
Эпоксидные смеси тех или иных видов имеют самые разные реакции при смешивании, сила и специфика которых имеет ряд факторов. Нарушение технологии смешивания или несоблюдение банальных мер безопасности при смешивании составов могут привести к резким и опасным химическим реакциям, которые навредят организму человека, использующего состав. Если готовый застывший образец безопасен для человека, то его еще не застывшие версии могут быть опасны. Поэтому важно помнить о мерах предосторожности при работе с эпоксидными компаундами. Так, смолы с отвердителем ТЭТА могут очень сильно нагреваться и, если смешивать их неправильно или переборщить с компактностью большого объема смолы может произойти вскипание и задымление в результате которого выделяется масса вредных веществ таких как фенол или формалин. Сила реакции может навредить не только поверхности на которой происходило смешивание или заливка, но и человеку рядом.
Учитывая все риски, в работе со смолой необходимо всегда использовать средства защиты: перчатки и респиратор (не лишними будут и защитные очки). При обработке уже застывшего изделия будет образовываться пыль, которая также может попасть в глаза или в дыхательные пути, поэтому очки и маска тоже необходимы. Помещение для таких робот должно хорошо проветриваться.
