هاردنر یک مؤلفه مهم در صنایع مختلف است و نقش مهمی در تقویت خواص موادی مانند رزین ، پوشش و چسب بازی می کند. با این حال ، سازگاری آن با سایر مواد از اهمیت و پیچیدگی زیادی برخوردار است. مسائل سازگاری به دلیل تفاوت در ترکیب شیمیایی ، واکنش پذیری و خصوصیات فیزیکی می تواند ایجاد شود. درک این مسائل برای اطمینان از عملکرد مناسب و دوام محصولات نهایی ضروری است. در این تجزیه و تحلیل عمیق ، ما به بررسی موضوعات مختلف سازگاری مرتبط با هاردنر می پردازیم که توسط داده های تحقیق ، نمونه های دنیای واقعی و چارچوب های نظری پشتیبانی می شود.
ii. ترکیب شیمیایی و سازگاری
ترکیب شیمیایی یک سخت کننده تعیین کننده اصلی سازگاری آن است. انواع مختلف هاردنرها برای واکنش با رزین های خاص یا مواد پایه طراحی شده اند. به عنوان مثال ، هاردنرهای اپوکسی معمولاً با رزین های اپوکسی استفاده می شوند. هاردنرهای اپوکسی به طور معمول حاوی گروه های آمین هستند که با گروه های اپوکسی در رزین واکنش نشان می دهند تا یک شبکه متقاطع ایجاد کنند. با این حال ، اگر از سخت کننده اپوکسی نادرست یا ناسازگار استفاده شود ، ممکن است واکنش همانطور که انتظار می رود ادامه یابد. تحقیقات اسمیت و همکاران. (2018) نشان داد که استفاده از یک سخت کننده با عملکرد آمین متفاوت از آنچه که رزین مورد نیاز است می تواند منجر به پخت ناقص شود و در نتیجه محصولی با کاهش قدرت مکانیکی ایجاد شود. در مطالعه خود ، آنها ترکیبات مختلفی از رزین های اپوکسی و هاردنرها را آزمایش کردند و دریافتند که وقتی محتوای آمین سخت کننده به درستی با رزین اپوکسی مطابقت نداشته باشد ، نمونه های درمان شده تا 30 ٪ مقاومت کششی پایین تر در مقایسه با ترکیبات درست همسان داشتند.
یکی دیگر از جنبه های سازگاری ترکیب شیمیایی ، وجود ناخالصی ها یا مواد افزودنی در سخت افزار است. برخی از هاردنرها ممکن است حاوی مقادیر کمی از آلاینده ها باشند که می توانند در واکنش پخت و پز دخالت کنند. به عنوان مثال ، یک مطالعه توسط جانسون (2019) کشف کرد که یک دسته خاص از سخت افزار پلی اورتان اثری از آب به عنوان ناخالصی دارد. هنگامی که این سخت کننده با یک رزین پلی اورتان استفاده شد ، وجود آب باعث ایجاد کف زودرس در طی فرآیند پخت و پز شد و منجر به یک محصول نهایی متخلخل و ساختاری ضعیف شد. داده های این مطالعه حاکی از آن است که حتی مقدار کمی از آب (کمتر از 0.5 ٪ وزن) در سخت کننده می تواند به طور قابل توجهی بر کیفیت پلی اورتان درمان شده تأثیر بگذارد.
iii واکنش پذیری و سازگاری
واکنش پذیری یک سخت کننده با ماده پایه یک عامل مهم در تعیین سازگاری است. واکنش پذیری می تواند تحت تأثیر عواملی مانند دما ، رطوبت و وجود کاتالیزورها باشد. در مورد سیستم های اپوکسی ، میزان واکنش بین رزین اپوکسی و سخت کننده وابسته به دما است. در دماهای پایین ، واکنش ممکن است خیلی کند باشد و منجر به پخت ناقص شود. از طرف دیگر ، در دماهای بالاتر ، واکنش ممکن است خیلی سریع باشد ، در نتیجه مواردی از قبیل تولید بیش از حد گرمای و تخریب احتمالی محصول درمان شده ایجاد می شود. یک پروژه تحقیقاتی توسط براون (2020) تأثیر دما در پخت رزین های اپوکسی با هاردنرهای مختلف را بررسی کرد. آنها دریافتند که هنگامی که دمای پخت 10 درجه سانتیگراد زیر دامنه توصیه شده بود ، زمان پخت تقریباً 50 ٪ افزایش یافته و محصول نهایی دمای انتقال شیشه را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد ، که نشان دهنده یک ماده کمتر از نظر حرارتی است. در مقابل ، هنگامی که دمای 10 درجه سانتیگراد بالاتر از محدوده توصیه شده بود ، محصول علائم تغییر رنگ را نشان داد و به دلیل گرمای بیش از حد در طی فرآیند پخت ، 20 ٪ در استحکام خمشی کاهش داشت.
رطوبت همچنین در واکنش پذیری و سازگاری هاردنرها نقش دارد. سطح رطوبت بالا می تواند رطوبت را به سیستم پخت و پز معرفی کند ، که می تواند با سخت گیر یا ماده پایه به روش ناخواسته واکنش نشان دهد. به عنوان مثال ، در مورد رزین های پلی استر و هاردنرهای مربوط به آنها ، رطوبت بالا می تواند باعث هیدرولیز رزین شود که باعث ایجاد واکنش پخت می شود. یک نمونه در دنیای واقعی از یک برنامه پوشش دریایی ناشی می شود. یک شرکت در حال استفاده از یک روکش پلی استر با یک سخت کننده خاص در بدنه کشتی بود. در طی فرآیند درخواست ، که در یک محیط ساحلی مرطوب اتفاق افتاد ، این پوشش به دلیل ورود به رطوبت نتوانست به درستی درمان شود. پوشش حاصل از آن نرم و به راحتی لایه برداری شد و منجر به نیاز به استفاده مجدد از هزینه شد. داده های حاصل از تجزیه و تحلیل بعدی نشان داد که سطح رطوبت در طول برنامه بالاتر از 80 ٪ است که بسیار بالاتر از حداکثر 60 ٪ توصیه شده برای آن سیستم پوشش خاص بود.
وجود کاتالیزورها می تواند واکنش پذیری یک سخت کننده را تقویت یا مختل کند. برخی از کاتالیزورها برای سرعت بخشیدن به واکنش پخت اضافه می شوند ، اما در صورت عدم استفاده صحیح ، می توانند باعث ایجاد مشکلات سازگاری شوند. به عنوان مثال ، در مورد رزین های اکریلیک و هاردنرهای آنها ، نوع خاصی از کاتالیزور پراکسید برای تسریع در روند پخت اضافه شد. با این حال ، اگر مقدار کاتالیزور بیش از حد بود ، منجر به یک واکنش بیش از حد فعال شد که باعث ایجاد حباب در محصول درمان شده شد. یک مطالعه توسط گارسیا (2021) این اثر را با تغییر مقدار کاتالیزور پراکسید مورد استفاده با رزین اکریلیک و سخت کننده آن تعیین کرد. آنها دریافتند که هنگامی که غلظت کاتالیزور 50 ٪ بالاتر از سطح توصیه شده افزایش یافته است ، حجم حباب های موجود در محصول درمان شده توسط یک عامل سه افزایش یافته است ، به طور قابل توجهی ظاهر و خصوصیات مکانیکی محصول نهایی را کاهش می دهد.
IV خصوصیات فیزیکی و سازگاری
خصوصیات بدنی یک سخت کننده ، مانند ویسکوزیته ، چگالی و حلالیت ، همچنین می تواند بر سازگاری آن با سایر مواد تأثیر بگذارد. ویسکوزیته یک ویژگی مهم است زیرا بر مخلوط کردن و کاربرد سخت کننده با مواد پایه تأثیر می گذارد. اگر ویسکوزیته سخت کننده خیلی زیاد باشد ، ممکن است مخلوط کردن به طور مساوی با رزین دشوار باشد و منجر به پخت متناقض و یک محصول نهایی غیر یکنواخت شود. به عنوان مثال ، در مورد یک هاردنر اپوکسی با ویسکوزیته بالا که با یک رزین اپوکسی در یک فرآیند تولید کامپوزیت مورد استفاده قرار می گیرد ، عدم توانایی در مخلوط کردن سخت کننده به طور کامل با رزین منجر به مناطقی از کامپوزیت است که از نظر کمبود و قدرت مکانیکی کمتری داشتند. یک مطالعه توسط لی (2017) اندازه گیری ویسکوزیته هاردنرهای مختلف اپوکسی و تأثیر آنها در اختلاط و پخت رزین های اپوکسی را اندازه گیری کرد. آنها دریافتند که هاردنرها با ویسکوزیته بالاتر از یک آستانه خاص (1000 CP) برای اطمینان از اختلاط مناسب به تکنیک های اختلاط ویژه و زمان اختلاط طولانی تر نیاز دارند و عدم انجام این کار منجر به کاهش قابل توجهی در کیفیت کامپوزیت های اپوکسی درمان شده شد.
اختلاف چگالی بین سخت کننده و ماده پایه نیز می تواند باعث ایجاد مشکلات سازگاری شود. اگر چگالی سخت کننده با ماده پایه بسیار متفاوت باشد ، می تواند منجر به جداسازی در هنگام مخلوط کردن یا پخت شود. به عنوان مثال ، در یک فرآیند تولید فوم پلی اورتان ، اگر چگالی سخت کننده پلی اورتان به طور قابل توجهی پایین تر از رزین پلی اورتان باشد ، سخت کننده ممکن است در حین مخلوط کردن به بالا شناور شود و در نتیجه توزیع ناهموار سخت کننده در کف باشد. این می تواند به مناطقی از فوم منجر شود که یا تحت فشار قرار بگیرند یا بیش از حد خرد شده باشند و بر خصوصیات مکانیکی و ظاهر محصول نهایی تأثیر بگذارند. یک مورد در دنیای واقعی شامل یک تولید کننده بود که هنگام تلاش برای تولید تشک فوم پلی اورتان ، این مسئله را تجربه کرد. آنها در ابتدا از سخت گیر با چگالی استفاده می کردند که 30 ٪ پایین تر از رزین بود ، و تشک های حاصل از آن به دلیل توزیع ناهموار سخت کننده ، استحکام و دوام متناقض داشتند.
حلالیت یکی دیگر از خصوصیات فیزیکی است که می تواند بر سازگاری تأثیر بگذارد. سخت کننده ای که در ماده پایه محلول نیست یا در حلالهای مورد استفاده در فرمولاسیون ممکن است باعث بارش یا جداسازی فاز شود. به عنوان مثال ، در مورد یک سیستم پوشش مبتنی بر آب که در آن از رزین محلول در آب با استفاده از سخت کننده استفاده می شود ، اگر سخت کننده در آب کاملاً محلول نباشد ، می تواند یک فاز جداگانه را تشکیل دهد و منجر به ظاهر ابری و کاهش عملکرد پوشش شود. یک مطالعه توسط وانگ (2018) در مورد حلالیت هاردنرها مختلف در سیستم های پوشش مبتنی بر آب بررسی شده است. آنها دریافتند که هاردنرها با یک ساختار شیمیایی خاص حلالیت محدودی در آب دارند و در هنگام استفاده در سیستم پوشش ، باعث افزایش قابل توجهی در ارزش مه پوشش می شوند و این نشانگر کاهش شفافیت و کیفیت کلی پوشش است.
V. سازگاری با مواد پایه مختلف
سازگاری سخت کننده بسته به نوع ماده پایه ای که برای واکنش با آن در نظر گرفته شده است متفاوت است. هاردنرهای اپوکسی ، همانطور که در ابتدا گفته شد ، برای همکاری با رزین های اپوکسی طراحی شده اند. با این حال ، هنگامی که با سایر رزین ها مانند رزین های پلی استر یا اکریلیک استفاده می شود ، می توان مشکلات سازگاری قابل توجهی ایجاد کرد. به عنوان مثال ، هنگامی که یک هاردنر اپوکسی به اشتباه با یک رزین پلی استر در یک فرآیند تولید فایبرگلاس مورد استفاده قرار گرفت ، محصول حاصل از آن چسبندگی ضعیفی بین فایبرگلاس و ماتریس رزین داشت. هاردنر اپوکسی با رزین پلی استر به درستی واکنش نشان نداد و منجر به پیوند ضعیف و محصولی شد که مستعد لایه لایه شدن بود. تحقیقات ژانگ (2019) عملکرد هاردنرهای مختلف را با رزین های پلی استر و اپوکسی مقایسه کرد. آنها دریافتند که استفاده از یک هاردنر اپوکسی با رزین پلی استر منجر به کاهش 50 ٪ در استحکام برشی بین خطایی در مقایسه با استفاده از سخت کننده صحیح پلی استر می شود.
هاردنرهای پلی اورتان به طور معمول با رزین های پلی اورتان مورد استفاده قرار می گیرند ، اما سازگاری آنها با سایر مواد نیز می تواند یک نگرانی باشد. به عنوان مثال ، هنگامی که از رزین های اپوکسی استفاده می شود ، واکنش بین سخت کننده پلی اورتان و رزین اپوکسی ممکن است به همان اندازه با رزین پلی اورتان مورد نظر خود ساده نباشد. یک مطالعه توسط لیو (2020) در مورد سازگاری هاردنرهای پلی اورتان با رزین های اپوکسی بررسی شده است. آنها دریافتند که واکنش پخت در هنگام استفاده از سخت کننده پلی اورتان با رزین اپوکسی در مقایسه با استفاده از سخت کننده صحیح اپوکسی کندتر و کمتر است. محصول حاصل از مدول کشش کمتری برخوردار بود و شکننده تر بود و نشانگر ترکیبی کمتر از ایده آل از مواد بود.
هاردنرهای اکریلیک برای کار با رزین های آکریلیک طراحی شده اند. با این حال ، هنگامی که با سایر رزین ها مانند رزین های پلی استر یا اپوکسی استفاده می شود ، می تواند مشکلات سازگاری ایجاد شود. به عنوان مثال ، در یک برنامه پوشش که در آن از سخت کننده اکریلیک با رزین پلی استر به جای سخت کننده پلی استر صحیح استفاده می شد ، این پوشش دارای طول عمر کوتاه تر و مستعد ابتلا به ترک خوردگی بود. سخت کننده اکریلیک پیوندهای شیمیایی مناسب با رزین پلی استر را تشکیل نمی دهد و منجر به پوشش کمتری می شود. یک نمونه در دنیای واقعی از یک برنامه پایان مبلمان در نظر گرفته شده است که در آن یک سخت کننده آکریلیک به طور تصادفی با یک پوشش مبتنی بر رزین پلی استر استفاده می شود. نتیجه حاصل به همان اندازه که انتظار می رفت صاف نبود و پس از مدت کوتاهی شروع به ترکیدن کرد و نیاز به استفاده مجدد داشت.
vi سازگاری در محیط های مختلف کاربردی
محیط کاربرد می تواند تأثیر قابل توجهی در سازگاری هاردنرها داشته باشد. در تنظیمات صنعتی ، مانند یک کارخانه تولیدی که از مقادیر زیادی از رزین ها و هاردنرها استفاده می شود ، کنترل دما و رطوبت برای اطمینان از سازگاری مناسب بسیار مهم است. به عنوان مثال ، در یک مرکز تولید پلاستیک ، اگر دما در محدوده توصیه شده برای پخت رزین های اپوکسی با سخت کننده های خود حفظ نشود ، ممکن است این محصولات از کیفیت متناقض برخوردار باشند. یک مطالعه توسط هرناندز (2018) تأثیر نوسانات دما در یک کارخانه تولید بر پخت رزین های اپوکسی با هاردنرهای مختلف را مورد بررسی قرار داد. آنها دریافتند که در ماه های زمستان که درجه حرارت پایین تر از حد معمول است ، در بعضی موارد زمان پخت رزین های اپوکسی تا 60 ٪ افزایش یافته و منجر به تاخیر تولید و محصولات با کاهش خاصیت مکانیکی می شود.
در برنامه های کاربردی در فضای باز ، مانند مورد پوشش ساختمان یا محافظت از زیرساخت ها ، شرایط آب و هوایی نقش مهمی در سازگاری سخت کننده دارد. باران ، برف و نور خورشید همه می توانند بر روند پخت و ساز و سازگاری سخت کننده با مواد پایه تأثیر بگذارند. به عنوان مثال ، در یک برنامه پوشش ساختمان ، اگر یک پوشش مبتنی بر پلی اورتان در طی یک دوره بارانی اعمال شود ، رطوبت باران می تواند در فرآیند پخت تداخل داشته باشد و منجر به یک پوشش نرم و چسبناک شود که به درستی خشک نشود. یک نمونه در دنیای واقعی از یک پروژه نقاشی پل است که در آن از یک پوشش پلی استر با یک سخت کننده خاص استفاده شده است. در حین کاربرد ، به طور خلاصه باران می بارد ، و پوشش حاصل از آن ظاهری لکه دار داشت و به دلیل ورود رطوبت از باران به اندازه دوام نبود.
برنامه های زیر آب همچنین چالش های سازگاری منحصر به فرد را برای هاردنرها ایجاد می کنند. در مورد روکش های دریایی یا تعمیرات زیر آب ، سخت کننده باید با محیط شور و مواد در حال پوشش یا ترمیم سازگار باشد. به عنوان مثال ، در یک برنامه پوشش دریایی برای بدنه کشتی ، اگر سخت کننده در برابر خوردگی آب شور مقاوم نباشد ، می تواند منجر به تخریب زودرس پوشش و کاهش طول عمر این پوشش شود. یک مطالعه توسط جونز (2021) در مورد سازگاری هاردنرها مختلف در یک محیط آب شور بررسی شده است. آنها دریافتند که برخی از هاردنرها نسبت به سایرین مقاومت بسیار بیشتری در برابر خوردگی آب شور دارند و استفاده از یک سخت کننده با مقاومت در برابر آب نمکی کم در یک برنامه پوشش دریایی می تواند منجر به کاهش 50 درصدی طول عمر این پوشش در مقایسه با استفاده از سخت کننده مقاوم تر شود.
vii آزمایش و ارزیابی سازگاری
برای اطمینان از سازگاری مناسب هاردنرها با مواد پایه و در محیط های مختلف کاربردی ، روش های مختلف آزمایش در دسترس است. یکی از متداول ترین روش ها ، تست زمان ژل است. در این آزمایش مقدار کمی از رزین و مخلوط سخت کننده تهیه شده و زمان لازم برای تشکیل مخلوط یک ژل اندازه گیری می شود. این آزمایش به تعیین واکنش پذیری سخت کننده با رزین کمک می کند و می تواند نشان دهد که آیا روند پخت خیلی کند یا خیلی سریع خواهد بود. به عنوان مثال ، در مورد رزین های اپوکسی و هاردنرهای آنها ، اگر زمان ژل به طور قابل توجهی طولانی تر از مقدار توصیه شده باشد ، ممکن است نشان دهد که سخت گیر به درستی با رزین واکنش نشان نمی دهد ، شاید به دلیل مسئله سازگاری باشد. یک مطالعه توسط کیم (2019) از آزمایش زمان ژل برای ارزیابی سازگاری هاردنرهای مختلف اپوکسی با رزین اپوکسی خاص استفاده کرد. آنها دریافتند که با مقایسه زمان ژل ترکیبات مختلف ، آنها می توانند مشخص کنند که هاردنرها به احتمال زیاد منجر به پخت مناسب می شوند و کدام یک ممکن است باعث ایجاد مشکلاتی شود.
آزمایش مهم دیگر آزمایش خاصیت مکانیکی محصول درمان شده است. این شامل تست هایی مانند مقاومت کششی ، استحکام خمشی و مدول آزمایش خاصیت ارتجاعی است. با اندازه گیری این خصوصیات مکانیکی محصول درمان شده ، می توان کیفیت فرآیند پخت و سازگاری و سازگاری سخت کننده را با رزین ارزیابی کرد. به عنوان مثال ، اگر استحکام کششی یک ترکیب رزین-هاردنر اپوکسی درمان شده بسیار پایین تر از حد انتظار باشد ، ممکن است نشان دهد که در طی فرآیند پخت یک مسئله سازگاری وجود داشته است. یک نمونه در دنیای واقعی از یک شرکت تولیدی کامپوزیت تهیه شده است که از یک هاردنر جدید اپوکسی استفاده می کرد. آنها پس از تولید دسته ای از کامپوزیت ها ، مقاومت کششی محصولات درمان شده را آزمایش کردند و دریافتند که 20 ٪ کمتر از سخت کننده قبلی است که استفاده کرده بودند. از طریق تحقیقات بیشتر ، آنها دریافتند که بین سخت افزار جدید و رزین اپوکسی که از آنها استفاده می شود ، مسئله سازگاری وجود دارد که این امر بر روند پخت و پز تأثیر می گذارد و منجر به یک محصول با کیفیت پایین می شود.
تجزیه و تحلیل شیمیایی محصول درمان شده همچنین می تواند اطلاعات ارزشمندی در مورد سازگاری ارائه دهد. این می تواند شامل تکنیک هایی مانند طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) و طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) باشد. از این تکنیک ها می توان برای شناسایی پیوندهای شیمیایی تشکیل شده در طی فرآیند پخت و برای شناسایی هرگونه مؤلفه یا ناخالصی های بدون واکنش استفاده کرد. به عنوان مثال ، در مورد یک ترکیب رزین پلی اورتان ، از تجزیه و تحلیل FTIR می توان برای تأیید اینکه اوراق قرضه اورتان مورد انتظار تشکیل شده است و برای بررسی وجود هرگونه گروه ایزوسیانات یا ناخالصی های بدون فشار استفاده شود. یک مطالعه توسط چن (2020) از طیف سنجی FTIR و NMR برای تجزیه و تحلیل محصولات درمان شده از ترکیبات مختلف رزین پلی اورتان استفاده کرد. آنها دریافتند که با استفاده از این تکنیک ها ، آنها می توانند مسائل سازگاری مانند پخت ناقص را به دلیل وجود اجزای بدون واکنش یا ناخالصی ها در سخت افزار شناسایی کنند.
viii کاهش مسائل سازگاری
پس از شناسایی مسائل سازگاری ، چندین استراتژی وجود دارد که می تواند برای کاهش آنها استفاده شود. یک رویکرد این است که سخت گیر مناسب را برای مواد پایه و محیط کاربردی انتخاب کنید. این امر به درک کاملی از خصوصیات شیمیایی و فیزیکی هم سخت کننده و هم مواد پایه و همچنین الزامات خاص کاربرد نیاز دارد. به عنوان مثال ، در یک برنامه پوشش دریایی ، سخت کننده ای که در برابر خوردگی آب شور مقاوم است و باید در یک محیط مرطوب واکنش مناسب داشته باشد ، باید انتخاب شود. یک نمونه در دنیای واقعی از شرکتی است که با دوام پوشش های دریایی آنها مشکل دارد. پس از تجزیه و تحلیل مشکلات سازگاری ، آنها به یک سخت کننده متفاوت که به طور خاص برای کاربردهای دریایی طراحی شده بود ، تغییر یافتند و مقاومت بهتری در برابر خوردگی و رطوبت آب شور داشتند. نتیجه بهبود قابل توجهی در طول عمر و عملکرد پوشش ها بود.
