Ненасыщенная полиэфирная смола - это многокомпонентная термореактивная система на полиэфирной основе, которая затвердевает в результате целого ряда химических реакций (полимеризации). Для активизации процессов полимеризации в систему на разных этапах добавляют дополнительные компоненты: растворитель (стирол), инициатор-ускоритель (октоат кобальта), перекиси МЕКП (отвердители), ингибитор (замедлитель) и т.п.
Ненасыщенная полиэфирная смола продукт поликонденсации дикарбоновых (многоосновных) кислот или их ангидридов и многоатомных спиртов (гликоля, которые содержат двойные связи). Ненасыщенные полиэфирные смолы являются одним из наиболее широко используемых типов смол для композитов, включающих свыше 70% всех термореактивных смол.
Ненасыщенные полиэфиры являются наиболее часто применяемой матрицей для армированных пластиков, особенно в комбинации со стекловидной армировкой. Полиэфирные смолы имеют хорошие механические, электрические и химические свойства. Полиэфиры хорошо подходят для слабой кислой среды.
Винилэфирные смолы комбинируют самые лучшие характеристики полиэфирных и эпоксидных смол. Виниловый эфир обладает высокой устойчивостью к кислой и щелочной средам, особенно при воздействии высоких температур. Если винилэфирные профили армировать стекловолокном, то они будут иметь хорошие тепловые и электрические свойства. Винилэфирные смолы, базированные на эпоксидах, при высоких температурах имеют повышенную устойчивость против химикатов. Максимальная рекомендуемая температура 90-150°C.
Метилакрилаты - модифицированные метилакрилатовые смолы имеют отличные свойства и применяются чаще всего в комбинации с такой высококачеcтвенной армировкой как карбоновое волокно. Данные смолы содержат замедлители горения и применяются тогда, когда требуется высокая огнеупорность.
Эпоксиды имеют отличные механические и электрические свойства и обычно применяются вместе с такими качественными армировками, как карбоновые волокна или же стекловолокном, если содержание армировки высокое. Кроме всего, имеют хорошие электроизоляционные свойства при широком интервале температур. Необходимо оценить и их особо высокую водонепрницаемость, устойчивость к щелочным и кислым растворам, а также к некоторым растворителям.
Для отверждения полиэфирной смолы в нее добавляют инициаторы и ускорители отверждения. Инициатором обычно служит какое-либо перекисное соединение. Для ускорения распада перекиси используют активные вещества - ускорители. Наиболее часто для отверждения полиэфирмалеинатов применяют гидроперекись изопропилбензола - гипериз и в качестве ускорителя - нафтенат кобальта в виде 10%-го раствора в стироле. Оптимальное содержание реагентов составляет соответственно 3...4 и 6...8 % от массы смолы.
Реакция отверждения представляет собой радикальную сополимеризацию стирола с реакционно способными двойными связями полиэфира. В качестве инициаторов используются органические перекиси. Ускорителями для гидроперекисных инициаторов служат растворимые соли кобальта (нафтенат и октоат кобальта).
Отвердители - (инициаторы, катализаторы).
Компонентом, необходимым для перевода полиэфирных смол из жидкого состояния в твердое, является инициатор отверждения - перекись или гидроперекись. При взаимодействии с другим необходимым компонентом - ускорителем, инициатор распадается на свободные радикалы, возбуждающие цепной процесс полимеризации, превращая молекулы полиэфира в свободные радикалы. Данная цепная реакция протекает с большой скоростью и выделением значительного количества тепла. Инициатор вводится в состав смолы непосредственно перед формованием. Стандартными веществами, применяемыми в качестве инициаторов в системах отверждения полиэфирных смол, являются пероксиды (перекиси), а именно перекись метилэтилкетона (МЭКП или МЕКР) и перекись дибензоила (БПО), а также смеси перекисей.
Перекись MEKP Akperox A50 – это метилэтилкетон пероксид во флегматизаторе, для отверждения ненасыщенных полиэфирных смол при комнатной температуре в сочетании с кобальтовыми ускорителями. Рекомендуется к использованию как отвердитель ненасыщенных полиэфирных смол ДУГАЛАК как в ручном формовании, так и в напылении. Благодаря малому содержанию воды, он может быть рекомендован, как для отверждения гелькоутов ДУГАЛАК, так и для высоконаполненных систем (например, искусственный камень), а также для не наполненных смол (например, лаков).
Ускорители.
Ускоритель отверждения необходим для реакции с инициатором, в результате которой образуются свободные радикалы, инициирующие процесс полимеризации. Ускоритель может вводиться в состав полиэфиров как на стадии изготовления, так и непосредственно при их переработке перед введением инициатора. Для каждого типа инициаторов применяется определенный ускоритель. С перекисями кетонов применяются нафтенат кобальта и октоат кобальта. В сочетании с перекисью бензоила используют третичные амины: диметиланилин и диэтиланилин.
Кобальтовые ускорители
• NL-49P - октоат кобальта 1%
• NL-51P - октоат кобальта 6%
Запрещается смешивать инициатор и ускоритель непосредственно друг с другом - это приведет к взрыву с выделением вредных веществ. Ускоритель и инициатор смешивают по отдельности со смолой. После смешивания со смолой инициатора и ускорителя жизнеспособность смолы ограничена до 20-40 мин. Сначала вязкость смолы нарастает незначительно. Затем наступает период желатинизации смолы с сильным выделением теплоты (возможен разогрев смолы до 80-120°С), когда твердеющая масса переходит в псевдотвердое гелеобразное состояние.
Окончательное отверждение длится несколько часов и может быть ускорено нагреванием до 60-80°С. Твердение полиэфирных смол сопровождается усадкой по объему (до 10%), что может привести к появлению трещин и разрушению изделий. С целью снижения хрупкости полиэфирные смолы модифицируют тиоколовым и карбоксилатными каучуками, вступающими во взаимодействие с полиэфирами.
Ингибиторы. Полиэфирные ненасыщенные смолы и без инициаторов и ускорителей могут сами образовывать свободные радикалы и преждевременно полимеризоваться в процессе теплого хранения. Для предотвращения преждевременной полимеризации нужен ингибитор (замедлитель) отверждения. Механизм его действия заключается во взаимодействии с периодически возникающими свободными радикалами с образованием малоактивных радикалов или соединений нерадикального типа. В качестве ингибиторов применяют фенол, трикрезол, хиноны и некоторые органические кислоты. Среднее количество вводимого ингибитора 0,02-0,05% - на стадии изготовления.
• NLC-1 - 1%
• NLC-10 - 10%
Постотверждение – это процесс подъема температуры композита после его отверждения при комнатной температуре для увеличения так называемой «степени сшивки» полимера. Максимальная плотность сшивки получается в результате когда прореагирует каждая ненасыщенная связь.
Гелькоут — это жидкий состав из модифицированной смолы, используемый для получения высококачественной отделки на видимой части композитного материала, армированного волокном. Он представляет из себя защитно-декоративное покрытие для композитных конструкций, изготовленное на основе синтетических смол и является отделочным слоем, призванным защищать стеклопластиковый корпус изделия (например яхты или катамарана) от осмоса и старения под воздействием ультрафиолета. Кроме того, он обеспечивает блеск поверхностей, придавая изделиям надлежащий товарный вид. Они могут изготавливаться из смол различной природы, но наиболее распространены гелькоуты на основе ненасыщенных полиэфирных смол.
Композитными материалами считаются материалы, которые состоят из двух и более компонентов, сильно отличающихся как химическими и так и физическими свойствами. Соединением этих материалов возникает новый материал с уникальными свойствами, которые каждый материал в отдельности обладать не может.
Армирующие материалы используются для повышения прочностных и эксплуатационных характеристик композитов. Их применение обеспечивает устойчивость готового изделия к различного рода нагрузкам – динамическим, статическим, атмосферным, усталостным и т.д.
Армирующие материалы, используемые для производства композитов, изготавливаются из различных видов стекла, углеродных волокон, синтетических волокон и т.д.
Основные виды армирующих материалов – стеклоровинги, стеклоткани, стекломаты, стекловуали, их разновидности и специальные продукты.
Стеклоровинг – это первичный продукт производства стеклокомпозитов, его получают из расплавленного алюмоборосиликатного стекла, которое вытягивается волокнами диаметром 10-20 микрон каждое. Для более лучшей адгезии с химией пропитывают специальным замасливателем. Далее эти волокна собирают в пучки – это и есть стеклоровинг. Благодаря наличию замаслителя впоследствии становится возможен контакт с различными смолами – полиэфирными, эпоксидными, фенолформальдегидными.
Использование стеклоровинга. Из рубленого ровинга изготовляются стекломаты. Для этого ровинг рубится на 50-миллиметровые отрезки, которые соединяются при помощи полиэфирного связующего в нетканое полотно.
Из стеклоровинга на ткацких станках получают стеклоткань или стеклорогожу. Волокна при этом обычно переплетаются под прямым углом, и ткань получается прочной во всех направлениях. Такая ткань используется для получения изделий, более прочных, чем основанных на использовании стекломатов.
Путем протягивания ровинга, пропитанного связующей смолой, через формообразующую фильеру получают стеклопластиковые профили.
Стекломаты изготавливаются из стеклянных рубленых нитей, скрепляемых между собой эмульсионным или порошковым связующим, и представляют собой нетканое полотно из разнонаправленных волокон различной длины (длиной около 50 мм). Стекломаты используются в качестве армирующего связующего материала при изготовлении различных стеклопластиковых конструкций на основе полиэфирных и эпоксидных смол.
Конструкционная (комплексная) стеклоткань – технический материал, который изготавливается из комплексных кручёных стеклонитей (стекловолокон) или ровинговых стеклонитей из алюмоборосиликатного стекла типа «Е» с поверхностной плотностью от 120 гр./м2. до 1000 гр./м2. Конструкционные стеклоткани производятся с различной структурой переплетения: полотняное, сатиновое, саржевое, что позволяет использовать их для изготовления стеклопластиковых изделий сложной формы.
Конструкционные стеклоткани выпускаются необработанными либо предварительно пропитанными специальными составами для улучшенного взаимодействия с полиэфирными, эпоксидными, формальдегидными, эпоксифенольными и другими видами смол.
Ровинговая стеклоткань (стеклорогожи) - это стеклоткани более жёсткого полотняного переплетения. При полотняном переплетении перекрытия нитей идут под углом 90º. Такие ткани изготавливаются из ровинга, имеют высокую прочность и жесткость и обычно применяются для армирования сильно нагруженных участков пластика не очень сложной формы. Большинство тканей - равнопрочные в обоих направлениях (по основе и по утку), однако встречаются и однонаправленные жгутовые ткани.
Мультиаксиальная стеклоткань – это сотканный из нескольких слоев нити текстильный материал. Нити в стеклоткани ориентированы в разных направлениях и под разными углами (+45°/-45°, +90°/-90°, +135°/-135° и т.п.), которые заданы схемой армирования. Схема армирования стеклоткани рассчитывается исходя из нагрузки, которая оказывается на материал стеклоткани.
Стекловуаль - это стекломаты плотностью 30 г/м2. Используется для формования слоя, следующего непосредственно за гелькоутом с целью уменьшения проявления структуры основного стекломатериала на поверхности готового изделия из стеклопластика, а также для создания в химостойких трубах и емкостях из стеклопластика слоя с обильным содержанием химостойкой полиэфирной смолы, обращенного непосредственно к агрессивной среде.
Препреги представляют собой полуфабрикат из композиционного материала, который подготовлен к производству различных по назначению изделий. Тканая или нетканая основа пропитана связующим веществом, которое улучшает ее физико-химические свойства. Волокнистое полотно становится армирующей составной препрегов. Дальнейшее действие с полуфабрикатом – прессование препрегов. Данная технология достаточно проста, требует минимальной инструментальной обработки и остается актуальной, с ее помощью создаются изделия сложной формы и очень прочные.
С помощью препрегов методом прессования активно производятся изделия из стеклопластика. Для этого применяются специальные пресс-формы на гидравлических прессах.
Технология RTM - это процесс закрытого формования. В основе технологии RTM лежит инжекция. Между матрицей и пуансоном укладывается сухой, предварительно раскроенный армирующий материал (стеклоткань или стекломат). Матрица и пуансон жестко стягиваются между собой. Далее, при помощи специального оборудования, в закрытую форму под высоким давлением инжектируется смесь, полиэфирная смола и отвердитель. После отверждения уже готовое изделие из стеклопластика извлекается из формы и подвергается механообработке, если требуется.
Процесс Light RTM для производства композиционных материалов основан на использовании вакуума для подачи смолы и для удерживания частей формы в закрытом состоянии. Прижим матрицы и пуансона осуществляется с помощью вакуума, а пуансон представляет собой легкий оттиск матрицы. Разрежение создается также и в рабочей полости формы, что позволяет добиться оптимальных характеристик пропитки армирующего материала.
Различие между методами RTM и RTM Light?
• RTM - смола под высоким давлением пропитывает материал, находящийся между матрицей и тяжелым пуансоном.
• RTM Light - смола под низким давлением и созданным вакуумом между матрицей и облегченным пуансоном пропитывает материал. Разрежение создается также и в рабочей полости формы, что позволяет добиться оптимальных характеристик пропитки армирующего материала.
Технология Flex Molding - это возможность изготавливать детали методом инфузии при использовании инжекционной установки, которая подсоединяется через пневматические приспособления, расположенные на вакуумной плёнке или мембране многократного использования (гибкий пуансон). Использование технологии Flex Molding обеспечивает увеличение контроля и безопасности в процессе производства, а также снижение расхода сырьевых материалов. Позволяет производить детали с высоким стеклонаполнением 50-70%. При использовании данной технологии можно изготавливать изделия с обратными углами. Настоятельно рекомендуем проводить серию испытаний с тем или иным материалом перед использованием его в основном производстве.
Технология BretonStone — это технология производства кварцевого агломерата, уникальный способ создания особо прочного искусственного камня, основным компонентом которого является натуральный материал — кварц. В настоящее время большинство производителей инженерного камня используют эту запатентованную систему BretonStone, также известную как вибропрессование под вакуумом.
