Kakšne so težave z združljivostjo s trdnikom?
I. Uvod
Hardener je ključna sestavina v različnih panogah, ki igra pomembno vlogo pri izboljšanju lastnosti materialov, kot so smole, premazi in lepila. Vendar je njegova združljivost z drugimi snovmi zelo pomembna in zapletenost. Težave z združljivostjo se lahko pojavijo zaradi razlik v kemični sestavi, reaktivnosti in fizikalnih lastnostih. Razumevanje teh vprašanj je bistvenega pomena za zagotavljanje ustrezne zmogljivosti in trajnosti končnih izdelkov. V tej poglobljeni analizi bomo raziskali različna vprašanja združljivosti, povezana s trdnikom, podprtimi s podatki o raziskavah, primeri iz resničnega sveta in teoretičnimi okviri.
Ii. Kemična sestava in združljivost
Kemična sestava utrdilnika je glavna determinanta njegove združljivosti. Različne vrste utrdilnikov so zasnovane tako, da reagirajo s specifičnimi smolami ali osnovnimi materiali. Na primer, epoksidni utrdi se običajno uporabljajo z epoksi smolami. Epoksidni utrdi običajno vsebujejo aminske skupine, ki reagirajo z epoksi skupinami v smoli, da tvorijo medvestno povezano omrežje. Če pa se uporabi napačen ali nezdružljiv epoksidni utrjevalnik, reakcija ne sme nadaljevati, kot je bilo pričakovano. Raziskave Smith in sod. (2018) so pokazali, da lahko uporaba trditve z drugačno funkcionalnostjo amina, kot jo zahteva smola, privede do nepopolnega strjevanja, kar ima za posledico izdelek z zmanjšano mehansko trdnostjo. V svoji raziskavi so preizkusili različne kombinacije epoksidnih smol in utrjevcev in ugotovili, da ko se vsebnost amina v utrjenju ni pravilno ujemala z epoksi smolo, so imeli sušeni vzorci do 30% nižjo trdnost natezanja v primerjavi s pravilno ujemajočimi se kombinacijami.
Drug vidik združljivosti kemijske sestave je prisotnost nečistoč ali dodatkov v utrdilniku. Nekateri utrdilniki lahko vsebujejo majhne količine onesnaževal, ki lahko motijo reakcijo strjevanja. Študija Johnsona (2019) je na primer odkrila, da ima posebna serija poliuretanskega utrdilnika sledi vode kot nečistoč. Ko je bil ta trdilec uporabljen s poliuretansko smolo, je prisotnost vode med postopkom strjevanja povzročila prezgodnjo penjenje, kar je vodilo do poroznega in strukturno šibkega končnega izdelka. Podatki iz te študije so pokazali, da lahko celo majhna količina vode (manjša od 0,5% po teži) v utrjenju znatno vpliva na kakovost utrjenega poliuretana.
Iii. Reaktivnost in združljivost
Reaktivnost utrjevanja z osnovnim materialom je ključni dejavnik pri določanju združljivosti. Na reaktivnost lahko vplivajo dejavniki, kot so temperatura, vlaga in prisotnost katalizatorjev. V primeru epoksi sistemov je hitrost reakcije med epoksi smolo in utrdbo odvisna od temperature. Pri nižjih temperaturah je reakcija lahko prepočasna, kar vodi do nepopolnega strjevanja. Po drugi strani je lahko pri višjih temperaturah reakcija prehitro, kar ima za posledico vprašanja, kot so prekomerna nastanek toplote in morebitna razgradnja ozdravljenega izdelka. Raziskovalni projekt Brown (2020) je raziskal vpliv temperature na strjevanje epoksidnih smol z različnimi utrjevi. Ugotovili so, da je bila temperatura strjevanja 10 ° C pod priporočenim območjem, čas strjevanja se je povečal za približno 50%, končni izdelek pa je imel znatno znižanje temperature stekla, kar kaže na manj toplotno stabilen material. Nasprotno, ko je bila temperatura 10 ° C nad priporočenim območjem, je izdelek pokazal znake razbarvanja in je imel 20 -odstotno zmanjšanje upogibne trdnosti zaradi pregrevanja med postopkom strjevanja.
Vlažnost igra tudi vlogo pri reaktivnosti in združljivosti utrjevanja. Visoka raven vlažnosti lahko v sistem ozdravitve vnese vlago, ki lahko na neželen način reagira s trdnikom ali osnovnim materialom. Na primer, v primeru poliestrskih smol in njihovih ustreznih utrjevih lahko visoka vlažnost povzroči hidrolizo smole, ki moti reakcijo strjevanja. Primer iz resničnega sveta izvira iz aplikacije za morsko prevleko. Podjetje je na trupu ladje uporabljalo poliestrsko prevleko s specifičnim utrjevanjem. Med postopkom uporabe, ki je potekal v vlažnem obalnem okolju, premaz ni uspel pravilno ozdraviti zaradi vdora vlage. Nastala prevleka je bila mehka in zlahka olupljena, kar je vodilo do potrebe po dragi ponovni uporabi. Podatki iz naslednje analize so pokazali, da je bila stopnja vlažnosti med aplikacijo nad 80%, kar je bilo za ta sistem premaza precej nad priporočenim največ 60%.
Prisotnost katalizatorjev lahko izboljša ali moti reaktivnost trditve. Nekateri katalizatorji se dodajo, da pospešijo reakcijo strjevanja, če pa se ne uporabljajo pravilno, lahko povzročijo težave z združljivostjo. Na primer, v primeru akrilnih smol in njihovih kalčkov smo dodali določeno vrsto peroksidnega katalizatorja, da se pospeši postopek strjevanja. Če pa je bila količina katalizatorja preveč, je to privedla do preaktivne reakcije, ki je povzročila nastanek mehurčkov v ozdravljenem izdelku. Študija Garcia (2021) je ta učinek količinsko opredelila s spreminjanjem količine peroksidnega katalizatorja, ki se uporablja z akrilno smolo in njeno trdoživo. Ugotovili so, da se je, ko se je koncentracija katalizatorja povečala za 50% nad priporočeno raven, se je prostornina mehurčkov v sušenem proizvodu povečala za faktor treh, kar je znatno razgradilo videz in mehanske lastnosti končnega izdelka.
Iv. Fizične lastnosti in združljivost
Fizikalne lastnosti utrjevanja, kot so viskoznost, gostota in topnost, lahko vplivajo tudi na njegovo združljivost z drugimi materiali. Viskoznost je pomembna lastnost, saj vpliva na mešanje in uporabo utrdbe z osnovnim materialom. Če je viskoznost utrdbe previsoka, jo je morda težko enakomerno mešati s smolo, kar vodi v nedosledno ozdravitev in neenakomerni končni izdelek. Na primer, v primeru epoksidnika z visoko viskoznostjo, ki se uporablja z epoksi smolo v kompozitni proizvodnji, je nezmožnost temeljitega mešanja utrdilnika s smolo povzročila območja kompozita, ki so bila premalo zavarovana in je imela nižjo mehansko moč. Študija Leeja (2017) je merila viskoznost različnih epoksi utrdilnikov in njihov vpliv na mešanje in strjevanje epoksilnih smol. Ugotovili so, da trdniki z viskoznostjo nad določenim pragom (1000 CP) zahtevajo posebne tehnike mešanja in daljši čas mešanja, da se zagotovi pravilno mešanje, zaradi tega pa je bilo to privedlo do znatnega zmanjšanja kakovosti utrjenih epoksi kompozitov.
Razlike gostote med utrjevanjem in osnovnim materialom lahko povzročijo tudi težave z združljivostjo. Če se gostota trditve veliko razlikuje od roke osnovnega materiala, lahko med mešanjem ali strjevanjem privede do ločitve. Na primer, v postopku izdelave poliuretanske pene, če je gostota poliuretanskega utrdilnika bistveno nižja od gostote poliuretanske smole, lahko trdilnik med mešanjem lebdi na vrh, kar povzroči neenakomerno porazdelitev utrjeva v peni. To lahko privede do območij pene, ki so bodisi premalo vabljena ali prerezana, kar vpliva na mehanske lastnosti in videz končnega izdelka. Primer iz resničnega sveta je vključeval proizvajalca, ki je to težavo doživel pri poskusu izdelave vzmetnic iz poliuretanske pene. Sprva so uporabili utrjevalnik z gostoto, ki je bila 30% nižja od smole, nastale vzmetnice pa so imele neskladno trdnost in trajnost zaradi neenakomerne porazdelitve utrdilnika.
Topnost je še ena fizična lastnost, ki lahko vpliva na združljivost. Trdilec, ki ni topen v osnovnem materialu ali v topilih, ki se uporabljajo v formulaciji, lahko povzroči padavine ali fazne ločitve. Na primer, v primeru sistema za prevleko na vodni osnovi, kjer se s trdnikom uporablja vodna topna smola, če utrdilnik ni popolnoma topen v vodi, lahko tvori ločeno fazo, kar vodi do oblačnega videza in zmanjšanja zmogljivosti prevleke. Študija Wang (2018) je raziskala topnost različnih utrjevalcev v sistemih na osnovi vode. Ugotovili so, da imajo utrdilniki z določeno kemijsko strukturo omejeno topnost v vodi, in ko so se uporabljali v sistemu prevleke, so povzročili znatno povečanje vrednosti meglice prevleke, kar kaže na zmanjšanje preglednosti in splošno kakovost prevleke.
V. Združljivost z različnimi osnovnimi materiali
Združljivost utrdilnika se razlikuje glede na vrsto osnovnega materiala, s katerim naj bi reagiral. Epoksidni utrdi, kot smo že omenili, so zasnovani za delo z epoksi smolami. Vendar se lahko pri uporabi z drugimi smoli, kot so poliester ali akrilne smole, pojavijo pomembne težave z združljivostjo. Na primer, ko je bil epoksidni utrjevalnik napačno uporabljen s poliestrsko smolo v proizvodnji vlaken, je imel dobljeni izdelek slabo oprijem med steklenimi vlakni in matrico smole. Epoksidni utrip ni pravilno reagiral s poliestrsko smolo, kar je privedlo do šibke vezi in izdelka, ki je bil nagnjen k Delaminaciji. Raziskave Zhang (2019) so primerjale zmogljivost različnih utrdilnikov s poliestrskimi in epoksidnimi smolami. Ugotovili so, da je uporaba epoksi utrdilnika s poliestrsko smolo povzročila 50 -odstotno zmanjšanje strižne trdnosti medlaminarne v primerjavi z uporabo pravilnega poliestrskega utrdilnika.
Poliuretanski utrdilniki se običajno uporabljajo s poliuretanskimi smolami, vendar lahko skrbi tudi njihova združljivost z drugimi materiali. Če se na primer uporablja z epoksidnimi smolami, reakcija med poliuretanskim utrjenjem in epoksi smolo morda ni tako preprosta kot pri predvideni poliuretanski smoli. Študija Liu (2020) je raziskala združljivost poliuretanskih utrdilnikov z epoksi smolami. Ugotovili so, da je bila reakcija strjevanja počasnejša in manj popolna pri uporabi poliuretanskega trditve z epoksi smolo v primerjavi z uporabo pravilnega epoksi trda. Nastali izdelek je imel nižji modul elastičnosti in je bil bolj krhek, kar kaže na manj kot idealno kombinacijo materialov.
Akrilni utrdilniki so zasnovani tako, da delujejo z akrilnimi smolami. Vendar pa se lahko pri uporabi z drugimi smoli, kot so poliester ali epoksidne smole, pojavijo težave z združljivostjo. Na primer, v aplikaciji za prevleko, kjer je bil akrilni utrjevalnik uporabljen s poliestrsko smolo namesto s pravilnim poliestrskim utrdilnikom, je imel prevleka krajšo življenjsko dobo in je bil bolj nagnjen k pokanje. Akrilni utrjevalec ni tvoril ustreznih kemičnih vezi s poliestrsko smolo, kar je privedlo do manj trpežne prevleke. Primer iz resničnega sveta izvira iz končne aplikacije za pohištvo, kjer je bil akrilni trdilec slučajno uporabljen s poliestrsko prevleko na osnovi smole. Nastali zaključek ni bil tako gladek, kot je bilo pričakovano, in se je po kratkem času začel razpokati, kar je zahtevalo ponovna uporaba.
Vi. Združljivost v različnih aplikacijskih okoljih
Aplikacijsko okolje lahko pomembno vpliva na združljivost utrdilnikov. V industrijskih okoljih, na primer v proizvodnem obratu, kjer se uporabljajo velike količine smol in utrjevanja, je nadzor temperature in vlažnosti ključnega pomena za zagotavljanje ustrezne združljivosti. Na primer, v proizvodnem objektu plastike, če temperatura ne vzdržuje v priporočenem območju za ozdravitev epoksidnih smol s svojimi trdniki, imajo lahko izdelki neskladno kakovost. Študija Hernandeza (2018) je analizirala vpliv temperaturnih nihanj v proizvodnem obratu na strjevanje epoksilnih smol z različnimi utrjevalci. Ugotovili so, da se je v zimskih mesecih, ko je bila temperatura nižja od običajne, čas strjevanja epoksi smole v nekaterih primerih povečal za do 60%, kar je privedlo do zamud pri proizvodnji in izdelkov z zmanjšanimi mehanskimi lastnostmi.
V aplikacijah na prostem, na primer v primeru gradbenih premazov ali infrastrukturne zaščite, imajo vremenske razmere pomembno vlogo pri združljivosti utrjevanja. Dež, sneg in sončna svetloba lahko vplivajo na proces strjevanja in združljivost utrdilnika z osnovnim materialom. Na primer, v nanosu stavbe, če se v deževnem obdobju nanese premaz na osnovi poliuretanskega utrdbe, lahko vlaga iz dežja moti postopek strjevanja, kar vodi do mehkega in lepljivega premaza, ki se ne posuši pravilno. Primer iz resničnega sveta izvira iz mostu slikarskega projekta, kjer je bila uporabljena poliestrska prevleka z določenim trdnim trdnikom. Med nanosom je na kratko deževalo in nastala prevleka je imela pikčast videz in ni bila tako trpežna, kot je bilo pričakovano zaradi vdora vlage iz dežja.
Podvodne aplikacije predstavljajo tudi edinstvene izzive združljivosti za utrjevanje. V primeru morskih premazov ali podvodnih popravil mora biti utrdilec združljiv s fiziološkim okoljem in materiali, ki so prevlečeni ali popravljeni. Na primer, v aplikaciji za morsko prevleko za ladijski trup, če utrjevalnik ni odporen proti koroziji slane vode, lahko privede do prezgodnje razgradnje prevleke in zmanjšane življenjske dobe prevleke. Študija Jonesa (2021) je raziskala združljivost različnih utrjevalcev v okolju slane vode. Ugotovili so, da imajo nekateri utrdilniki veliko večjo odpornost proti koroziji slane vode kot drugi, uporaba utrdilnika z nizko odpornostjo na slano vodo v uporabi morske prevleke pa bi lahko privedla do 50 -odstotnega zmanjšanja življenjske dobe prevleke v primerjavi z uporabo bolj odpornim trdnikom.
Vii. Testiranje in ocenjevanje združljivosti
Da bi zagotovili pravilno združljivost utrjevarjev z osnovnimi materiali in v različnih aplikacijskih okoljih, so na voljo različne metode testiranja. Ena najpogostejših metod je časovni test gela. V tem testu pripravimo majhno količino mešanice smole in utrdilnika in izmeri čas, ki ga je potrebno, da mešanica tvori gel. Ta test pomaga določiti reaktivnost utrdilnika s smolo in lahko nakaže, ali bo postopek strjevanja prepočasen ali prehiter. Na primer, v primeru epoksidnih smol in njihovih utrjevih, če je čas gela bistveno daljši od priporočene vrednosti, lahko kaže, da utrdilnik ne reagira pravilno s smolo, morda zaradi vprašanja združljivosti. Študija Kim (2019) je uporabila časovni test gela za oceno združljivosti različnih epoksi utrdilcev s specifično epoksi smolo. Ugotovili so, da bi lahko s primerjavo časov gela različnih kombinacij ugotovili, kateri trditvi najverjetneje povzročijo pravilno ozdravitev in kateri bi lahko povzročili težave.
Drug pomemben test je mehansko testiranje lastnosti ozdravljenega izdelka. To vključuje teste, kot so natezna trdnost, upogibna trdnost in modul testiranja elastičnosti. Z merjenjem teh mehanskih lastnosti ozdravljenega izdelka lahko ocenimo kakovost procesa strjevanja in združljivost utrdilnika s smolo. Na primer, če je natezna trdnost sušene epoksidne kombinacije smolo-škrlate precej nižja od pričakovanega, lahko kaže, da je med postopkom strjevanja prišlo do težave z združljivostjo. Primer iz resničnega sveta prihaja iz sestavljenega proizvodnega podjetja, ki je uporabljalo nov epoksi trdnik. Po izdelavi serije kompozitov so preizkusili natezno trdnost ozdravljenih izdelkov in ugotovili, da je 20% nižja kot pri prejšnjem utrjevanju, ki so ga uporabljali. Z nadaljnjo preiskavo so ugotovili, da obstaja vprašanje združljivosti med novim utrdilnikom in epoksi smolo, ki so jo uporabljali, kar je vplivalo na postopek strjevanja in je povzročilo izdelek manjše kakovosti.
Kemična analiza ozdravljenega izdelka lahko zagotovi tudi dragocene informacije o združljivosti. To lahko vključuje tehnike, kot so Fourierjeva transformacijska infrardeča spektroskopija (FTIR) in jedrska magnetna resonanca (NMR) spektroskopija. Te tehnike se lahko uporabijo za prepoznavanje kemičnih vezi, ki nastanejo med postopkom strjevanja, in za zaznavanje kakršnih koli nereagiranih komponent ali nečistoč. Na primer, v primeru kombinacije poliuretanske smole, analizo FTIR lahko uporabimo za potrditev, da so nastale pričakovane uretanske vezi in preverili prisotnost kakršnih koli nereagiranih izocianatnih skupin ali nečistoč. Študija Chen (2020) je uporabila spektroskopijo FTIR in NMR za analizo sušenih produktov različnih kombinacij poliuretanskih smole. Ugotovili so, da lahko z uporabo teh tehnik prepoznajo vprašanja združljivosti, kot je nepopolno ozdravitev zaradi prisotnosti nereagiranih komponent ali nečistoč v utrdilniku.
Viii. Zmanjšanje težav z združljivostjo
Ko so ugotovljena vprašanja združljivosti, obstaja več strategij, ki jih je mogoče uporabiti za ublažitev. En pristop je, da skrbno izberete ustrezen utrjevalnik za osnovni material in okolje za uporabo. To zahteva temeljito razumevanje kemijskih in fizikalnih lastnosti tako utrjevarja kot osnovnega materiala ter posebnih zahtev aplikacije. Na primer, v uporabi morskega premaza je treba izbrati utrjevalnik, ki je odporen proti koroziji slane vode in ima ustrezno reaktivnost v vlažnem okolju. Primer iz resničnega sveta izvira iz podjetja, ki ima težave z vzdržljivostjo svojih morskih premazov. Po analizi težav z združljivostjo so prešli na drugačen utrjevalnik, ki je bil posebej zasnovan za morske aplikacije in je imel boljšo odpornost proti koroziji slane vode in vlažnosti. Rezultat je bilo pomembno izboljšanje življenjske dobe in zmogljivosti prevlek.
Druga strategija je
