Хитрости и тонкости работы с эпоксидной смолой. Ювелирная эпоксидка уф быстрого отверждения


публикации и мастер-классы – Ярмарка Мастеров

КАК ВЫБРАТЬ ЮВЕЛИРНЫЙ КОМПАУНД (СМОЛУ). 11 важных моментов

к. т. н.  С. А. Гейдур

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Оптически прозрачные (ювелирные) эпоксидные компаунды в последние несколько лет получили широкое распространение в бижутерии, производстве сувениров, оригинальных столешниц, ручек ножей и т.д.. Им посвящено много публикаций, в частности [1-6], в которых подробно обсуждается, какой замечательный материал появился в руках мастеров и его потенциальные возможности. Прозрачный как лёд, может использоваться как объемное глянцевое покрытие (с эффектом «линзы»), при заливке в форму принимать любой заданный вид, прекрасно окрашивается, гнётся в определенных условиях. А сколько всякого разного можно в нём поместить: высушенные цветочки, листики, насекомые, бисер, ракушки, камешки, глиттеры, логотипы и фирменные знаки, часовые механизмы, фигурки и пр. По крайней мере, несколько десятков  фото и видео мастер классов обучат и научат всем технологическим тонкостям [7-11].

Но вот проблема. Ювелирных эпоксидных компаундов очень много (рис. 1).  Crystal resin, ICE resin, Luxe resin, EasyCast, ПЭО-10К-20/0, ПЭО-610КЭ-20/0, ПЭО-510КЭ-20/0, ПЭО-10КЭ-20/0, ПЭО-210КЭ-20/0, MG-EPOX-GLASS, MG-EPOX-ELASTIC, EpoxAcast 690, MasterCast, ART RESIN, Crystal Clear Resin, Art Epoxy, Daily art, Permabond ET 500, 3/1 TYPE 1 Epoxy, BLS100 CRYSTAL, Araldite 2020, DC-2250/DC-87HC Deco-Coat, ERF/HRF, DSM431201, Magic Crystal 3D, Epoxy Crystal, Crystal 7, Epoxydharz HT2/Harter HT2, Crystal Glass, ЭП-СМ-ПРО/921(ОП), Эпокси Просвет, Слеза радости, Хрустальный эльф и т.д. и т.п.  Как выбрать нужную марку, исходя из потребности в определенных свойствах? Чем руководствоваться при выборе? 

Целью настоящей работы явилось сравнение  объективных показателей качества популярных отечественных и зарубежных ювелирных компаундов и выдача рекомендаций по выбору нужной марки компаунда исходя из планируемого будущего применения.

 

Рис. 1

Что известно простому человеку  про эпоксидную смолу?  Каждый помнит две баночки с вязкими жидкостями из хозмага, которые при смешивании превращаются в очень прочный полимер. Благодаря хорошей адгезии ко многим материалам и текучести она может использоваться, как клей, и как компаунд. Нас будет больше интересовать второе применение - компаундирование (заливка) различных объектов.  

Эпоксидный компаунд  (в просторечии "смола")  представляет собой композицию, составленную, как правило, из двух компонентов: эпоксидной основы (компонента А) и отвердителя - сшивающего агента (компонента В). Эпоксидная основа, в свою очередь, состоит из собственно эпоксидной смолы и модифицирующих добавок (пластификаторов, пеногасителей, активных разбавителей, отбеливателей и т.д.), введенных в смолу на стадии приготовления при производстве. Образно говоря, упрощенная пара: смола+отвердитель это «бульон», тогда как композиция: смола+добавки+отвердитель - уже полноценный «суп». Рецептов приготовления профессиональных "супов" великое множество – для любого гурмана. Только в одном каталоге приводится более ста марок эпоксидных компаундов и клеев [12]. 

1. "Упрощенные" компаунды

Выбирая ювелирный эпоксидный компаунд вы обязательно наткнетесь на предложения таких «бульонов», в которых компонентом А служит только одна «чистая» смола без всяких добавок, например, чешская CHS-Epoxy 520, корейская KER-828, тайваньская YD-128 и др. В качестве компонента В обычно используют отвердители  ТЭТА или 921(ОП).  Основное достоинство этих компаундов – дешевизна. Такие составы могут быть использованы в бижутерии для нанесения покрытий или склеивания и по своим оптическим характеристикам, конечно же, лучше обычных хозяйственных эпоксидных клеев, например, ЭДП. Однако упрощенная рецептура сказывается на качестве изделия: могут быть проблемы с удалением пузырей в процессе отверждения, растрескивание при механической обработке и перепадах температур в полимеризованном состоянии. Кроме того, для образцов, полученных с использованием ТЭТА, характерно появление так называемой аминной пленки [13] - «жирных» пятен на поверхности (выпотевания, белесости).  А у образцов с применением отвердителя 921(ОП) прекрасная глянцевая поверхность, но… невысокая стойкость к воздействию УФ света, как это видно на фото [14] на примере образцов 3а,3б. Предлагают такие компаунды в подавляющем большинстве предприимчивые частные лица, руководствуясь простым принципом: "Не боги горшки обжигают. Сам с усам". Предшествующий технологический опыт [12] в учет не берется.

Ещё одной разновидностью «упрощенных» компаундов являются УФ отверждаемые эпоксидные смолы (клеи), обычно японского производства.  Их преимуществом является то, что смола однокомпонентная и быстро отверждается в течение нескольких минут. Последнее обстоятельство, несомненно, важно при сборке объективов, когда оптик соединяет несколько линз в нужном положении (юстирует), затем их следует закрепить (склеить) с высокой точностью. В бижутерии применение этих материалов встречается по ряду причин не часто, главным образом, из-за высокой цены в сравнении с обычными двухкомпонентными компаундами, необходимостью иметь под рукой ультрафиолетовую лампу и невозможностью облучать УФ светом эпоксидную массу толщиной более 1см. 

2. Фирма-изготовитель

Выбирать ювелирный компаунд нужно также тщательно, как при выборе косметики или любого другого продукта, контактирующего с кожей. А раз так брэнд предприятия-изготовителя тоже имеет значение.

Для получения оптически прозрачных эпоксидных полимеров требуется использование чистых бесцветных смол, отвердителей и модифицирующих добавок, а также выбор соответствующих режимов переработки [15] . К сожалению, бесцветных эпоксидных смол отечественная промышленность не выпускает, поэтому можно с уверенностью сказать, что почти все отечественные ювелирные эпоксидные компаунды производятся на импортных смолах. Согласно [16] рынок эпоксидных смол в России импортозависим не менее, чем на 90%. Отсюда бытующее суждение, что зарубежные компаунды априори лучше по качеству отечественных, по крайней мере спорное. 

Ноу-хау полноценного компаунда, помимо эпоксидной смолы и отвердителя определяется специальными добавками, кстати, многие из них выпускаются в России. Эпоксидные полимеры имеют сложный химический состав и механизм полимеризации, поэтому даже из бесцветных компонентов трудно, порой невозможно получить бесцветные твердые образцы, а, получив их, сохранить это качество в процессе эксплуатации. И здесь определяющим является опыт и знания разработчика. Например, все вышеуказанные ювелирные компаунды, как импортные, так и отечественного производства при температуре свыше 100-110°С пожелтеют. Но одни больше, другие меньше. 

Поиск начинайте как всегда с изучения состояния вопроса: что почем, какие марки популярны [17], почитайте отзывы на форумах и специализированных сообществах. Сделав предварительный выбор, получите от продавцов или ознакомьтесь на сайтах с Инструкцией по применению компаунда, затем начинайте анализ его технических характеристик. Если инструкции нет, кто изготовитель неизвестно, а он в соответствии с ГОСТ 9980.4-2002 должен быть непременно указан на маркировке (не только название, но и контактные данные), тогда компаунд лучше «отбраковать». В противном случае кому будете предъявлять претензии?

В Лаборатории физики полимеров СПбГТИ(ТУ) накоплен большой опыт по созданию оптически прозрачных эпоксидных компаундов. Разработанные на протяжении более трех десятков лет оптические компаунды ПЭО широко используются в России и за рубежом в производстве светоизлучающих диодов, фотоприемников, цифро-знаковых индикаторов, эндоскопов, ректоскопов, кардиостимуляторов, электротехнических изделий [15, 18, 19]. В последние годы к этому  добавились реставрационное [20] и  ювелирное [21, 22] направления.

3. Оптическое качество 

Главным фактором при выборе ювелирного эпоксидного компаунда является его оптическое качество, и в первую очередь, коэффициент светопропускания или цветность, требования к которым, в свою очередь, существенно зависят от толщины полимерного слоя будущего изделия. Какое изделие мы получим: бесцветное, с легким или сильным желтым оттенком? Это можно определить навскидку, для этого даже не нужен спектрофотометр, достаточно посмотреть на баночки с компонентами А (эпоксидной основой) и В (отвердителем). Известно, что в бижутерии и производстве сувениров ювелирные компаунды могут использоваться, по крайней мере, в 3-х качествах (в скобках указаны примерные толщины слоя):

а) создание объемного покрытия (до 2 мм)

б) заливка в форму (3-40 мм)

в) имитация воды (5-15 см)

Для первого применения (а) допускается использовать компаунды, один из компонентов которого имеет слабое желтое окрашивание. Таких компаундов почти половина из вышеприведенного списка. Чем тоньше покрытие, тем требования к цветности исходных продуктов слабее и наоборот. Ярким примером могут служить оптические эпоксидные клеи ОК-50 и ОК-72, ещё советской разработки [23]. Они изготовлены из компонентов желтого цвета. Тем не менее, коэффициент пропускания склеивающего слоя в видимой области спектра для них составляет 99%, но… при толщине клеевого слоя 10 мкм.

Для второго (б) и особенно третьего (в) применений бесцветность обоих компонентов обязательна. Кстати, часто путают понятия «бесцветный» и «прозрачный». А это не одно и тоже, к примеру: чай прозрачный, но отнюдь не бесцветный. Кроме цветности имеет значение также оптическая однородность и отсутствие посторонних включений в компонентах А и В. Таким образом, выбирайте нужную вам марку компаунда сообразно планируемым  применениям. Если в изделиях предполагаются толщины эпоксиполимерного слоя меньше 1-2 мм, подойдет любая из ювелирных марок, если больше 2мм, нужно использовать компаунды только с бесцветными компонентами. На рис. 2 приведены примеры первых двух применений, более подробно с возможностями ювелирных компаундов можно ознакомиться в интернет, например, в  [2, 24, 25].

 

 

Рис.2

Иногда компонент А имеет слабый сине-фиолетовый оттенок. Не стоит пугаться, он тоже годится. Просто в компонент А введена  отбеливающая добавка. Это делается для улучшения эстетического восприятия ювелирного компаунда. Используется свойство человеческого глаза. Когда мы говорим «кристально чистая», подразумеваем обязательно с голубизной (синевой). Особенно это важно при изготовлении «толстых» изделий с толщиной свыше 3-5 см. Многие зарубежные компаунды Crystal resin, ICE resin и другие используют этот прием. Отечественные компаунды ПЭОвыпускаются в 2-х вариантах: с отбеливающим эффектом (например, ПЭО-510КЭФ-20/0) и без него (ПЭО-510КЭ-20/0). Возможен ещё третий вариант, когда мастер сам может добавить в компаунд отбеливающий концентрат с подобранной по собственному вкусу концентрацией (ПЭО-510КЭ-20/0 плюс ЭПОКСИКОН-400 (110А)).

Важнейшие технические характеристики ювелирных эпоксидных компаундов ведущих производителей [21] приведены в табл. 1. Показатели качества компаундов ПЭО регламентируются ТУ 2257-407-02068474-2003 с изм. №1,2, ТУ 2257-435-02068474-2009 с изм. №1-3 и ТУ 2257-441-02068479-2011 с изм. №1,2. Коэффициент светопропускания компонентов А и В в слое толщиной 10мм  в области максимума кривой относительной спектральной чувствительности глаза составляет не менее 99 %.  Здесь же для сравнению приведены данные для "упрощенного" компаунда KER-828/921(ОП). 

 Таблица 1. Технические характеристики ювелирных эпоксидных компаундов

Наименование

ПЭО-10К-20/0 ПЭО-610КЭ-20/0 ПЭО-510КЭ-20/0 ПЭО-10КЭ-20/0 ПЭО-210КЭ-20/0 Crystal resin EpoxAcast 690 KER-828/921(ОП)

Фирма-изготовитель, страна

СПбГТИ(ТУ), Россия

PEBEO S.A.,Франция

Smooth-On, Inc.,США

Ю.Корея/Россия

В неотвержденном состоянии:

Упаковка

150г, 300г, 600г, 1200г, любая масса в пределах 10-200кг

150мл, 300мл, 750мл*

1,18кг, 4,72кг*

 

Соотношение А:Впо массепо объёму

100:25100:30

100:50*

100:30*

100:50100:50

Вязкость, мПа.спри Т=25°С

900

780

640

480

240

430

200*

1470

Жизнеспособность, час при Т=25°С

2-3

3-4

5-6

8-10

12-15

2

5*

0,5-1

Время отверждения, час при Т=25°С

42-54

54-66

66-84

24*

24-48*

24

Срок хранения, месяцев /при Т,°С

6/(20-25) или 12/(3-8)

6/(15-25), беречь от холода*

ограниченный срок/23*

 6/(20-25)*

В отвержденном состоянии:

Внешний вид

бесцветный, выпускается с отбеливающим эффектом и без него

бесцветный, сотбелив. эффектом

бесцветный

Фотостойкость по5 бальной шкале

 4 

3

4

2

Макс. температура эксплуатации,°С

 80 

75

70

50*

46*

60

Твердость по Шору, D

 80

75-78

65-70

50-60

80

80*

80

Применение, в т.ч.макс. толщина, см,макс. объем, л

а1,50,05

а, б30,1

а, б50,2

б, в100,5

б, в151

а, б2-5*0,15*

а, б5*

а1,5

Примечание: * - литературные данные

4. Соотношение между компонентами А и В

 Поскольку плотности компонентов различны, соответственно соотношение А:В будет различно "по массе" и "по объему".  Не учет этого обстоятельства – частая причина ошибок при работе с эпоксидными компаундами. При правильном, так называемом стехиометрическом, соотношении компонентов все химические эпоксидные группы прореагируют с отвердителем, будет образована однородная трехмерная полимерная сетка [26].  Существует расхожее заблуждение, что если взять отвердителя больше нормы, то отверждение произойдет быстрее. На самом деле при неверном соотношении излишек одного из компонентов, так и останется в неотвержденном состоянии между узлами сетки, снижая физико-механические характеристики эпоксидного полимера, его химстойкость и устойчивость к нагреванию. При значительном излишке отвердителя на поверхности изделия наблюдается его постепенное «выпотевание», а при недостатке –  «липкость», уже за счет несвязанной эпоксидной основы (компонента А). 

Допустимая погрешность в навесках компонентов обычно  5%. Поэтому для уменьшения погрешности рекомендуется начинать процедуру взвешивания (отмеривания шприцем) с компонента В.  Рассмотрим это на примере компаундов ПЭО. Как следует из табл. 1 для этих компаундов должно выполняться соотношение А:В=100:25=4:1 по массе и  А:В=100:30=3,3:1 по объему. Если вы немножечко "промахнулись" - взвесили (отмерили) чуть больше компонента В, например, 1,1г или 1,1мл , то компонент А уже взвешивайте (отмеряйте) соответственно как 1,1г*4 =4,4г или 1,1мл*3,3 = 3,63мл. 

 Отметим, что к таким же печальным последствиям, как и при неправильном соотношении компонентов (включая разводы на поверхности), может привести и их плохое перемешивание. Для качественного смешения компонент В наливают в А медленно тонкой струйкой при постоянном перемешивании. Перемешивание нужно производить не интенсивно, чтобы в смесь попало как можно меньше пузырьков воздуха; продолжительность перемешивания должна быть не менее 5–10 мин - до получения гомогенной массы, в ней не должно быть оптических неоднородностей (сквозь массу все предметы должны быть видны без искажений).

5. Вязкость

Одному потребителю нужен вязкий состав для заливки «линз» с высоким куполом, другому, наоборот, с предельно малой вязкостью для заливки (пропитки) объектов с испещренной порами поверхностью. Очевидно, ни одна марка ювелирного компаунда всех задач решить не может – слишком они разные у мастеров. В этом плане серия из пяти марок компаундов ПЭО дает возможность выбора оптимальной композиции для того или иного применения в бижутерии.

Ввиду сильной зависимости от температуры, при которой находится компаунд, его вязкость всегда измеряется в изотермических условиях. На рис. 3 сравниваются реокинетические кривые ряда отечественных и зарубежных ювелирных эпоксидных компаундов в процессе их отверждения при температуре Т=25 и 55°С. Если принять в качестве «предельной» вязкости величину равную 1500 мПА.с (когда пузырьки всё ещё выходят из компаунда естественным путем при комнатной температуре), нетрудно видеть, что время, которым располагает мастер при работе с компаундом Crystal resin (75 мин) в два раза меньше, чем с ПЭО-610КЭ-20/0 и EpoxAcast 690 (150мин) и почти в три раза меньше – с ПЭО-510КЭ-20/0 (200мин). А значит, при заливке в форму одного и того же объема из всех перечисленных марок труднее всего будет избавиться от пузырей в Crystal resin.  И совсем трудно (практически невозможно) - в упрощенном компаунде KER-828/921(ОП), т.к. вязкость, равную 1500 мПа.с, при комнатной температуре он набирает буквально через 2 мин. Именно поэтому область его применения в бижутерии ограничена изготовлением тонких покрытий).

Поскольку по правилам Ярмарки мастеров запрещено делать внешние ссылки, а без них целостность статьи нарушается, предлагаю заинтересовавшимся читателям продолжить чтение по первоисточнику. Для этого набрать в Яндексе "Гейдур. Как выбрать ювелирный компаунд" и вы сразу его определите.

www.livemaster.ru

Различные методы отверждения клеев. Полимеризация объемная и поверхностная.

Большая часть представленных здесь клеев являются реактивными полимерами. Их переход от жидкого состояния к твердому, осуществляется в результате различных полимеризационных реакций. В промешенном производстве не бывает универсальных клеев, для каждого случая применяется особое клеевое соединение, здесь Вы найдете широкую гамму клеящих веществ, предназначенных для особого использования и обладающих специальными свойствами отверждения. Процесс отверждения клеев, в зависимости от способа полимеризации, можно классифицировать таким образом:

  • отверждение посредством анаэробной реакции

  • в результате воздействия ультрафиолетовых лучей (УФ) (второй способ полимеризации)

  • путем анионной реакции (цианоакрилаты)

  • в результате активации (модифицированные акрилы)

  • путем влажностного отверждения (уретаны, силиконы)

  • посредством теплового отверждения (эпоксиды)

Клеи, отверждаемые в результате анаэробной реакции

Анаэробными клеями называются однокомпонентные материалы, отверждаемые в условиях комнатной температуры при отсутствии контакта с кислородом. Компонент отверждения, находящийся в жидком состоянии, неактивен в течение того времени, пока он контактирует с атмосферным кислородом. После того как доступ атмосферного кислорода к клею прекращается, например, после соединения деталей, запускается процесс быстрого отверждения, особенно если происходит одновременный контакт с металлом. Этот процесс можно представить таким образом: после прекращения притока атмосферного кислорода, под воздействием ионов металла (Fe, Cu) образуются свободные радикалы, которые запускают полимеризационный механизм (рис. 2). 

Благодаря капиллярному эффекту адгезивы могут проникать в мельчайшие зазоры. Клеящее вещество отверждаясь вклинивается в шероховатую поверхность деталей. Процесс полимеризации дополнительно стимулируется в результате контакта клея и металлических поверхностей, исполняющих в роль катализора (рис. 3). В связи с тем, что пассивные материалы обладают нулевым или минимальным каталитическим эффектом, для достижения и ускорения окончательной полимеризации необходимы активаторы. В подобных случаях одна или обе соединяемые поверхности предварительно покрываются жидким активатором, а затем - клеящим веществом. Компоненты активатора и неактивного клея смешивать заранее нельзя. 

Анаэробные клеи имеют следующие свойства: 

  • чрезвычайно высокую прочность

  • хорошую термостойкость (от -55 до +230 градусов Цельсия)

  • быстрое отверждение

  • благодаря своей однокомпонентности, легко наносятся автоматическим дозатором

  • финишная обработка частей не требуется; допускается шероховатость поверхности (Ra) в пределах - 8 - 40 мкм

  • параллельный эффект высокой и химостойкости герметизации

  • хорошая вибростойкость

  • отличная устойчивость к динамическим нагрузкам 

Процесс полимеризации клеев в процессе анаэробной реакции:

При наличии контакта с кислородом клей находится в жидком состоянии (1). После попадания клея в зазор поступление кислорода прекращается (2), пероксиды, в результате реакции с ионами металла превращаются в свободные радикалы. Свободными радикалами стимулируется процесс формирования полимерных цепочек (3). В результате окончательного отверждения (4) образуется твердая структура, состоящая из сшитых полимерных цепочек.

 

Активные материалыУскоренное отверждение Пассивные материалыЗамедленное отверждение*
  • Бронза
  • Латунь
  • Чугун
  • Сталь
  • Медь
  • Анодированное покрытие
  • Алюминий (с пониженным содержанием меди)
  • Хромированные покрытия
  • Керамика
  • Стекло
  • Никель
  • Высоколегированная сталь
  • Пластмасса
  • Оксидные пленки
  • Нержавеющая сталь
  • Серебро
  • Цинк
  • Олово

* Для ускорения полимеризации использовать активатор

Рис. 3: Воздействие на анаэробную полимеризацию активных и пассивных материалов.

Процесс отверждения, особенно скорость, с которой происходит отверждение анаэробных продуктов, зависит, главным образом, от:

  • типа соединяемых поверхностей (рис. 4)

  • размера зазора между склеиваемыми поверхностями (рис. 5)

  • температуры рабочей среды (рис. 6)

  • типа используемого активатора (рис. 7)

Зависимость скорости полимеризации от типа склеиваемого материала

Зависимость скорости полимеризации от зазора между поверхностями

Влияние температуры на скорость полимеризации

Воздействие на анаэробную полимеризацию активных и пассивных материалов

Использование Продукт Компании Loctite Активатор
Для фиксации резьбы 2701, 272, 222, 290, 262, 243 7471 / 7649
Для герметизации резьбы 577, 545
Для прокладок (фланцевых уплотнений) 5206, 5205, 510
Для вал-втулочной фиксации (цилиндровые детали) 661, 641, 620, 603
Для склеивания 366

 

О клеях, отверждаемых ультрафиолетом (УФ)

На время, в течение которого происходит отверждение этих клеев, влияет интенсивность и длинна УФ волн. При УФ полимеризациинеобходим тщательный подбор продукта и соответствующее воздействие излучением. Фотоинициаторы под воздействием УФ лучей расщепляются. Свободные радикалы, после перехода в иное состояние, начинают процесс полимеризации. Производимые компанией Loctite системы УФ отверждения излучают радиационный спектр, подходящий для продуктов Loctite.

УФ полимеризации используется для:

  • объемной полимеризации

  • поверхностной полимеризации

  • вспомогательной полимеризации

Полимеризация клеев, отверждаемых УФ: 1 - в жидком состоянии - фотоинициаторы и мономеры друг с другом не реагируют. 2 - при экспозиции УФ, происходит переход фотоинициаторов в свободные радикалы, 3 - которые инициируют линейную полимеризацию. 4 - при окончательном отверждении происходит сшивка полимерных цепей.

Диаграмма электромагнитного спектра. Иллюстрирует виды радиационного излучения и волны электромагнитного спектра с подходящей длинной.

Об объемной полимеризации

Чтобы достигнуть наибольшей глубины полимеризации, длина УФ волн должна быть 300 - 400 нанометров (UVA-свет, ближний ультрафиолет) (рис. 10).

О поверхностной полимеризации

Процесс полимеризации поверхности особенно важен при склеивании или герметизации, осуществляемых с помощью УФ материалов. При неправильно подобранном источнике ультрафиолета поверхности могут не отвердиться. Чтобы этого избежать источником УФ излучения должны интенсивно излучаться волны менее 280 нанометров (UVC-свет). Это позволит эффективно предотвратить нежелательный контакт между атмосферным кислородом (не позволяющим составу полимеризоваться на поверхности) и склеиваемой поверхностью, (рис. 11).

В УФ системах Loctite используется высокоэнергетический спектр излучения, гарантирующий надежную полимеризацию и не оставляющий поверхность липкой.

О системе вспомогательной полимеризации

Зачастую УФ лучи не достигают всех областей, обработанных клеем. Поэтому компанией Loctite были разработаны адгезивы, содержащие вспомогательные системы полимеризации для зон, не подвергаемых воздействию УФ:

  • анаэробная
  • влажностная
  • активаторная
  • тепловая

Стандартное отверждение в глубину УФ клеев.

Стандартное отверждение УФ клеев поверхностное.

 

Клей

Длина волн, оптимальная

для поверхностного отверждения

Длина волн, оптимальная для объемного отверждения 

Система для дополнительного отверждения

UVC-свет

UVA-свет Видимый свет анаэробная тепловая влажностная активаторная
7471 7649 7380
322 x x              
366 x x   x x   x x  
394 A/B x x              
661 x x   x x   x x  
3016 x x     x        
3491 x x              
3103 x   x            
3106 x   x            
3608 x x     x        
3920 x x             x
5088 x x       x      
5091 x x       x      
5293 x x       x      
5960 x x              

 

Ранее уже говорилось о том, что для отверждения УФ клев необходима надлежащая длина волн и интенсивность их излучения в месте склейки. Значит, УФ прозрачность разных материалов (рис. 12) будет одним из важных критериев при выборе наиболее подходящего клея. Были разработаны специальные клеи, отверждаемые в видимом свете и предназначенные для склеивания деталей, произведенных из ПК (поликарбоната), ПВХ (поливинилхлорида) и им подобных материалов. Такие клеи способны отверждаться при воздействии на них UVA света, однако наиболее качественная полимеризация достигаются при воздействии излучения с высокой интенсивностью - порядка 420 нанометров (видимая часть спектра).

Степень прозрачности пластмасс и стекла для УФ света.

Клеи УФ полимеризации обладают следующими характеристиками:

  • высокой прочностью

  • хорошей заполняемостью зазоров

  • очень высокой скоростью полимеризации до уровня ручной прочности

  • хорошей стойкостью к влиянию окружающей среды

  • легкостью нанесения с использованием автоматических дозаторов, т.к. данные клеи однокомпонентны

О цианоакрилатах - клеях, отверждаемых по анионному механизму

Процесс полимеризации однокомпонентных цианоакрилатных клеев происходит во время контакта со слабощелочными поверхностями. Как правило, влажность окружающей среды (на поверхности склеиваемых материалов и в воздухе) является достаточной для зарождения полимеризационного процесса и достижения прочного склеивания за несколько секунд.

Присутствующая на поверхности соединения влага нейтрализует в клее стабилизатор и запускает процесс полимеризации между поверхностями. Чтобы получить наиболее быструю полимеризацию до ручной прочности желательно создать условия с нулевым зазором. Оптимальные результаты получаются, если относительная влажность рабочей среды находится на уровне 40 - 60 процентов, а температура - комнатная. При более низкой влажности время отверждения увеличивается (рис. 13), а при более высокой влажности процесс ускоряется, но такое ускорение может отрицательно сказаться на окончательной прочности склейки.

Наиболее распространенные области использования УФ герметиков и клеев:

Для склеивания стекла с металлом или стеклом 3491
Для склеивания прозрачных пластмасс 3106, 3103, 322
Для герметизации электронных элементов (реле и т.п.) 3016
Для приклеивания электронных элементов - поверхностного монтажа 3608
Для защитного покрытия печатных плат (в электронике) 394, 5293
Для герметизации/склеивания при высокотемпературном использовании 5091, 5088

Для вал-втулочных соединений металлических деталей и для дополнительного УФ отверждение клея, чтобы создать быструю фиксацию

661

Для склеивания металлических и пластмассовых деталей и дополнительного УФ отверждение клея, чтобы создать быструю фиксацию

3920, 366

На прочность склеивающего шва сухой воздух, как правило, не влияет. При увеличении процесса полимеризации замедляется темп производства. Используя системы воздушной рециркуляции на рабочем месте можно создать необходимый уровень влажности. На кислых поверхностях (pH < 7) процесс полимеризации может замедлиться и даже остановиться, а на щелочных поверхностях (pH > 7) отверждение ускоряется.

Влияние относительной влажности на полимеризациию цианоакрилатных клеев

Полимеризационный процесс в цианоакрилатных клеях проистекает следующим образом:

кислотным стабилизатором молекулы клея удерживаются от вступления в химическую реакцию и клей имеет жидкую консистенцию (1). Поверхностной влажностью стабилизатор нейтрализуется (2) и запускается полимеризационный процесс (3). Начинается формирование большого количества полимерных цепочек, которые прочно сплетаются между собой (4).

Нанеся клей, детали следует соединить как можно быстрее, так как полимеризационный процесс запускается по-прошествии нескольких секунд. Время, в течение которого возможно свободное перемещение деталей, зависит от атмосферной влажности, влажности склеиваемых поверхностей, типа клея и от окружающей температуры. Благодаря своей довольно высокой скорости отверждения, клеи цианоакрилатные можно использовать при склейке деталей небольшого размера.

В процессе использования клеи цианоакрилатные очень экономичны. Для достижения наилучшей склейки достаточно нанести клей на любую из склеиваемых поверхностей в небольшом количестве, достаточном для того, чтобы заполнить зазор.

Ранее уже говорилось о том, что на скорость полимеризации влияет влажность склеиваемой поверхности. Чтобы исключить зависимость от атмосферной влажности и для ускорения отверждения, можно использовать активаторы. Избыток клеящего вещества или капли клея, которые не вступили в реакцию (например, при склейке проводов) также можно отвердить за несколько секунд при помощи активаторов.

Активаторы для цианоакрилатных клеев:

Активатор Растворитель Скорость процесса отверждения
712 Изопропанол самая быстрая
7113 Гептан на среднем уровне
7452 Ацетон быстрая

Цианоакрилаты имеют следующие отличительные свойства:

  • очень высокую прочность на растяжение и на сдвиг

  • очень высокую скорость отверждения (закрепление в течение нескольких секунд)

  • могут применяться практически на любых материалах

  • хорошую устойчивость к старению

Области использования цианоакрилатов:

Общего предназначения, для пористых материалов и слабокислых поверхностей 401
Общего предназначения, рудные для склейки пластмассы, с быстрой фиксацией 406
Общего предназначения, для лучшей заполняемости зазоров - высоковязкий состав 411
Общего предназначения, для пористых материалов, превосходный зазорозаполнитель, гель 454
Общего предназначения, слабо пахнущий, слабо ореольный, для склеивания оптических деталей 460
Для склеивания неоднородных материалов, особо пластичный цианоакрилат, нередко используемый для склейки металла и пластмассы 480
Для склеивания металлов между собой  или с иными материалами 496
Для склеивания различных поверхностей, с лучшими показателями теплового старения и теплостойкости 4210

О клеях, отверждаемых активаторами (модифицированных акрилах)

Данные клеи отверждаются при комнатной температуре с помощью активаторов. В зависимости от вида используемого клеящего состава и активатор,и клей можно наносить на поверхность, как по отдельности, так и после предварительного смешивания. Существуют клеящие составы, используемые с активаторами пониженной вязкости. Эти составы не рекомендуется смешивать предварительно. Активатор и клей всегда на склеиваемые поверхности наносятся раздельно. После соединения деталей адгезив начинает отверждаться.

Одинаковая плотность клея и активатора позволяет избавиться от стекания компонентов. Это 2-х компонентные системы, при использовании которых клей и активатор наносятся по отдельности - полоса на полосу или полоса к полосе. При соединении склеиваемых деталей смешивание компонентов происходит при сдвиге одной детали относительно другой. Если клей, соединенный с активатором, на протяжении 5 и более минут остается жизнеспособным, то для смешивания используется статический смеситель. Это создает преимущество, так как предварительно смешанный клей уже готов, и потребность в сдвиге уже соединенных деталей отпадает.

Условия применения определяют выбор одного из методов: а) или б). Части A и B клея в любом случае в момент соединения должны смешиваться.

Модифицированные акриловые клеи обладают следующими отличительными свойствами:

  • очень высокой прочностью на разрыв и на сдвиг

  • хорошей ударопрочностью

  • широким диапазоном рабочих температур: -55 - +120 градусов Цельсия

  • возможностью склеивания практически любых материалов

  • хорошей заполняемостью зазоров (особо проявляется у предварительно смешанных акрилов)

  • хорошей стойкостью к воздействиям окружающей среды

Области использования модифицированных акриловых клеев:

Область применения Продукт Механизм полимеризации
Склеивание громкоговорителей 3292 A/B Двухкомпонентный
приклейка магнитов 3273 A/B Двухкомпонентный
приклейка магнитов 3920 активатор 7387 или 7380, дополнительно УФ свет
Структурная склейка 330 активатор 7387 или 7380

О клеях, отверждаемых при воздействии окружающей влажности

Клеи/герметики данного вида в большинстве случаев полимеризуются в результате реакции конденсации - реакции состава с окружающей влажностью. 

В эту категорию входят два основных химических вида клеев:

1. Силиконы: 

Вулканизация данных материалов происходит под влиянием атмосферной влажности при комнатной температуре. В отличие от анионной реакции цианоакрилатов, при которой влажность нейтрализует стабилизатор, в силиконах для создания межмолекулярных связей используются молекулы воды. То есть, молекулы воды должны попадать в силикон в том месте, где будет происходить процесс вулканизации. После вступления в связь молекул воды с молекулами силикона, происходит образование побочного продукта. 

Химический состав компонентов полимеризации влияет на свойства полученного побочного продукта, который может быть нейтральным (например, спирт или оксим), основным (например, амин) или  кислотным (например, кислота уксусная). 

На скорость полимеризации данных клеев влияет относительная влажность.

Характер механизма полимеризации обеспечивает вулканизирование силикона от поверхностного слоя в глубь склеиваемого шва. Ввиду необходимости попадания влаги в место образования межмолекулярных связей, полимеризационная глубина ограничивается 10-15 миллиметрами.

Связь между относительной влажностью и скоростью полимеризации.

Отвержденные силиконы (или силиконовые эластомеры) обладают следующими свойствами:

  • превосходной термостойкостью (более 230 градусов Цельсия)

  • эластичностью, упругостью, высокой растяжимостью

  • бывают от низкого модуля до среднего

  • являются эффективным герметиком для использования в различных жидкостных средах

  • превосходной зазорозаполняемостью

Рис. 17: Типичная силиконовая склейка.

Области использования силиконов:

Область использования Продукт Дополнительный отверждающий механизм
Для формирования уплотнителей и прокладок в автопромышленности 5999, 5699, 5910, 5900 -
Для герметизация при высокотемпературных режимах 5920 -
Для герметизации и склеивания небольших деталей 5091, 5088 полимеризация УФ
Для герметизации и заливки (нейтральный) 5140 -
Для защитного покрытия печатных плат 5293 полимеризация УФ

О полиуретанах:

В большинстве случаев формирование полиуретанов происходит в результате реакции между водой и присадками, в которых содержатся изоцианатные группы. В силиконах молекулы воды для образования сшивки должны внедриться в клей. Аналогично полимеризационный процесс происходит и у полиуретанов, исключением является образование в результате реакции побочных продуктов. На скорость протекания процесса полимеризации у полиуретанов также влияет относительная влажность. 

Полиуретаны обладают следующими отличительными свойствами: 

  • превосходной прочностью

  • эластичностью, высокой растяжимостью

  • превосходной зазорозаполняемостью

  • возможностью окрашивания по завершении отверждения

  • хорошей химической стойкостью

Чтобы получить наилучшую и наибольшую прочность адгезии необходимо применять подходящие очистители и праймеры (ускорители процесса адгезии). Тип поверхности определяет использование определенных праймеров. 

О клеях, отверждаемых теплом

При тепловой полимеризации, как правило, применяются однокомпонентные клеи. В качестве примера можно привести теплополимеризацию эпоксидных смол. Температура процесса полимеризации зависит от вида используемого состава. Минимальная температура полимеризации обычно составляет порядка 100 градусов Цельсия. 

Температура полимеризации и время полимеризации связаны между собой: с повышением температуры уменьшается время полимеризации. Как правило, для активирования отвердителя и начала полимеризационного процесса необходимо минимальное значение температуры. 

Области использования полиуретанов: 

Область использования Продукт Усилители (праймеры) Очистители
Склеивание 3951 7253, 7252, 7251 7211
Уплотнение 5221 7253, 7252, 7251 7211

 

Зависимость времени полимеризации от температуры. 

Помимо клеящих составов, отвердевающих исключительно благодаря тепловому воздействию, имеются и другие виды клеев, использующих теплополимеризацию как дополнительный механизм. К примеру, В анаэробных клеях процесс отверждения происходит при температуре 120 градусов Цельсия.

Клеевые составы с тепловой полимеризацией в зависимости от своего химического состава обладают широким диапазоном свойств (к примеру, метакрилаты, смолы эпоксидные).

Эпоксидные смолы, полимеризующиеся в результате нагрева, обладают следующими отличительными свойствами: 

  • от средней прочности до высокой

  • хорошей адгезией к разным материалам

  • хорошей зазорозаполняемостью

  • хорошей стойкостью к агрессивным средам

Области использования: 

Область использования Продукт Полимеризационный механизм
Чипбондеры (электроника) 3612, 3611, 3609 полимеризация тепловая
Для герметизации реле 3016 тепловая полимеризация + УФ
Для пропитки Resinol 90C полимеризация тепловая
Для фиксации резьб, уплотнений, формирования прокладок, вал-втулочной фиксации все анаэробные уплотнители и клеи анаэробная/тепловая
Склеивание 366 УФ полимер /анаэробная/тепловая

germeticus.ru

Инструкция по использованию эпоксидной смолы Crystal

Crystal 6 - отлично заливается в формы. Смола достаточно жидкая. Быстро выходят пузырьки. Время жизни 4-5 часа. За это время она постепенно набирает густоту и переходит в гелеобразное состояние. Полное отверждение через 54-66 часа.

Crystal 7 - подходит для заливки в формы и держит небольшой купол. Универсальная смола. Подходит для любых видов работ.

Если Вам нужно сделать линзу, стоит выждать от 2 до 8ми часов. Смола будет набирать вязкость и можно будет налить ее на поверхность большим куполом. В течении этого времени делайте пробы густоты.

Если Вам нужно сделать сложную работу и нужна жидкая смола, - прогрейте ее при температуре 40-50 °С в сушильном шкафу (смола не любит влажность). Она станет более жидкой и отлично зальется в самые сложные формы.

Время жизни смолы 2-4 часа. Полное отверждение через 42-54 часа.

Crystal 9 - самая густая из наших смол, обладает высоким куполом. Не подходит для заливки в молды со сложным вложением из-за своей густоты. Если Вам нужно сделать смолу еще гуще, оставьте ее на 2-4 часа, делайте пробы для определения нужной вязкости. Так же, как и Crystal 7, смолу можно сделать жиже путем прогрева, однако линзы уже не будет пока смола не остынет до прежней температуры.

Время жизни смолы 2-4 часа. Полное отверждение через 42-54 часа.

1. Компонент А перемешать стеклянной или деревянной палочкой (шпателем) до получения гомогенной однородной массы. При необходимости (после хранения при низкой температуре или при образовании кристаллов) перед перемешиванием компонент А прогреть при температуре (55±5) °С в течение 10-15 минут. Кристаллизация смолы, - это нормальный процесс, показатель прозрачности. После прогревания, все ее свойства восстанавливаются.

2. Отмерить нужное количество компонента А с помощью весов или одноразового шприца и залить его в емкость (стакан, флакон, чашка из стекла, полиэтилена или любого другого инертного материала).

По объему - 4 части смолы + 1.2 части отвердителя

По массе - 40 гр. смолы + 10 гр. отвердителя. (если точные весы, погрешностью менее 1 гр.)

Нельзя смешивать за один раз более 250-300 мл. смолы с отвердителем. Смесь может не затвердеть или нагреться и вскипеть.

3. Хорошо перемешать стеклянной или деревянной палочкой (шпателем) в течение 5-7 минут до получения гомогенной однородной массы. Смешивайте хорошо, собирая смолу со стенок и дня емкости. Не бойтесь образования пузырьков. Они сами выйдут.

4. Провести дегазацию (удаление пузырьков) смеси в течение 0,5-1 часа при комнатной температуре или 5-10 минут при (55±5) °С. Смесь внешне должна выглядеть как вода: оптические искажения при рассмотрении в проходящем свете должны отсутствовать.

5. Залить свежеприготовленную или выстоявшуюся в течение 1-3 часов (для набора вязкости) смесь в форму или нанести ее на предварительно подготовленную поверхность.

6. Прикрыть изделие крышкой для предотвращения попадания пыли и других летучих веществ, желательно, из светопрозрачного материала с невысоким куполом и отверждать.

Для придания необходимой окраски смолы Crystal могут окрашиваться органическими красителями ЭПОКСИКОН.

Концентрат добавляется в компонент А так, чтобы соотношение суммарной массы окрашенной смеси к массе компонента В оставалось 4:1.

Эпоксикон 650 (красный) добавлять не более 5%, как и все другие красители.

Смола 100 мл. (А) + краситель 5% от смолы = 5 мл. = 105 мл.

Мешаем в пропорции 4 к 1.2 по объему.

105 мл. /4*1.2 = получаем 31.5 мл.  отвердителя.

Итого: (100 мл. Смолы + 5 мл. красителя) + (31.5 мл. отвердителя.) по объему.

По массе: 4 к 1.

(100 гр. смолы + 5 гр. краситель) + (105/4*1=26.3 гр. отвердителя.)

7. Для удобства в работе используйте специальные силиконовые молды для эпоксидной смолы.

Меры предосторожности, хранение

- Работы с клей-компаундом проводить в хорошо проветриваемом помещении вдали от огня и источников искрообразования, при возможности - использовать вентиляцию.

- Остерегаться прямого контакта с компонентами клей-компаунда, использовать средства индивидуальной защиты (резиновые перчатки, защитные, халат, косынку).

- Не рекомендуется проводить работы с клей-компаундом лицам моложе 18 лет, а также лицам, имеющим медицинские противопоказания.

- При попадании на кожу клей-компаунд следует сразу смыть горячей мыльной водой, смазать кожу жирной мазью на основе вазелина.

- При попадании в глаза необходимо их промыть большим количеством проточной воды в течение не менее 15 минут, при необходимости обратиться к врачу.

- После использования банки с компонентами клей-компаунда закупорить, оберегая их от контакта с атмосферной влагой и летучими веществами других химических веществ.

- Хранить в сухом темном прохладном месте при температуре не выше (20±5)°С, отдельно от пищевых продуктов, в месте, не доступном для детей.

- Гарантийный срок хранения – 6 месяцев со дня изготовления.

hobbymagic.ru

Хитрости и тонкости работы с эпоксидной смолой

Автор: Анастасия Собкевич

 Условные стадии застывания и что удобно делать на каждой из них:

1) сначала эпоксидка достаточно жидкая и легко стекает с палочки, которой ее перемешивали - подходит для заливки в формы, благодаря своей жидкости она затекает во все уголки (более густая может не затечь в крохотные углубления и тогда рельеф будет уже не тот, если форма рельефная).

2) позже она начинает держаться на ней, как жидкий мед - подходит для создания выпуклой линзы на плоской основе, если делать линзы, когда эпоксидка более жидкая, то она будет легко стекать с заготовки вниз, не формируя линзу. На этой стадии также можно заливать формы, если в них нет ярко выраженнного рельефа (например полусферы.)

3) потом как густой мед - эта стадия лично мне кажется наименее подходящей для работы - при набирании на палочку образуются пузырьки, которые очень сложно достать. Подходит разве что для приклеивания деталей друг к другу. Смола имеет хорошую адгезию (хорошо прилипает) к большинству материалов, поэтому может использоваться, как клей. Не прилипает к полиэтилену, полипропилену, силикону, резине, от этих материалов она легко отслаивается (поэтому формы для заливки нужно выбирать и этих материалов). Не прилипает еще к жирным поверхностям (поэтому, если нет формы из подходящего материала, то можно любую смазать растительным маслом и заливать в нее. Но сначала обязательно нужно протестировать, как ваша эпоксидка отреагирует именно на это масло).

4) через некоторое время отделить палочкой часть смолы от основной массы становится проблематично. Она еще липкая, но уже очень густая. Честно, не знаю, что на этой стадии можно делать

5) резиновая фаза - эпоксидка уже не липнет, но она еще не приобрела окончательной твердости, она гнется как резина. На этой стадии эпоксидку можно гнуть, мять и тд, что открывает просторы для полета воображения ) Если вы хотите, чтобы она застыла в деформированном положении - закрепите ее в нем, иначе она распрямится обратно.

6) твердая, окончательно застывшая эпоксидка. Ногтем не продавливается, на ощупь - твердый пластик.

ВАЖНО! если мягкие эпоксидные смолы. Они остаются резиновыми (гнутся-мнутся) после полного застывания, твердость пластика не приобретают. Для некоторых изделий - самое оно!

На смолу отлично липнет вся пыль, которая летает поблизости, поэтому на время застывания ее нужно защитить от попадания разной грязи. Я делаю свои заготовки в пластиковой коробке из под конфет, можно накрывать заготовки крышками для банок, или придумать удобный для вас способ.

Нюансы при работе с эпоксидной смолой:

- рабочее место я застилаю полиэтиленом, он не даст смоле протечь на на стол (бумагу она пропитывает и стол пачкается), + к полиэтилену эпоксидка не прилипает, то есть если эпоксидка стечет с заготовки, то оно не прилипнет намертво к поверхности на которой лежит

- эпоксидку можно подкрашивать. Чем: специальными тоннерами, чернилами от ручек (обычных и гелевых, чернил нужно совсем чуточку), краской, которая внутри фломастеров и маркеров, витражными красками

- НЕЛЬЗЯ допускать попадания воды в эпоксидную смолу или отвердитель, или в уже смешанные компоненты. Поэтому не стоит работать с эпоксидкой при высокой влажности воздуха (она плохо застынет)

- не стоит работать с эпоксикой при температуре воздуха ниже 22х градусов - есть риск того, что она плохо застынет

- от холода (если зимой на балконе держать) в  смоле могут появится крупинки или хлопья, тогда смолу нужно нагреть до 40-60градусов и тогда она придет в изначальное состояние

- ускорить время застывания смолы можно повысив температуру воздуха (поставить на батарею, например). Не делайте температуру слишком высокой, иначе эпоксидка может закипеть, образуя много пузырьков

- эпоксидка очень текучая, она стремиться стечь вниз, поэтому ее нельзя использовать в качестве лака для рельефных объектов

- если вы делаете линзы на плоских заготовках - следите, чтобы поверхность на которой это все происходит была абсолютно горизонтальной, иначе с одной стороны линзы будет выше, чем с другой

- если линза не покрывает края заготовки, а как бы сползается к центру, значит либо эпоксидки было налито мало, либо и мало и слишком жидкой. Можно исправить залив еще одним слоем

- если близко к поверхности эпоксидки появился пузырек - подуйте на это место через трубочку для напитков, или что-то аналогичное (я использую раскрученную ручку=)) и пузырек лопнет

- некоторые эпоксидные смолы со временем желтеют (от солнечных лучей и тепла), если вы этого не хотите - покупайте эпоксидку с УФ-фильтром

- ВАЖНО!!!  Смола токсична (некоторые менее токсичны, некоторые более), поэтому работать нужно в хорошо проветриваемом помещении или под вытяжкой. Это важно! Но не стоит очень паниковать, так как в рукоделии мы используем мизерные количества (не промышленные масштабы), и вряд ли это более вредно, чем любой лак или краска на основе растворителей (это мое мнение), но окно открыть в любом случае не помешает. Чтобы совсем себя обезопасить - можно купить респиратор, вам понадобится фильтр от паров органических веществ.

- если эпоксидка попала на руки, то оттереть ее легко с помощью спирта, а потом вымыть руки с мылом, при попадании в глаза - рекомендуется обратиться к врачу, ну понятно, что пить ее тоже не стоит.

Удачного творчества и экспериментирования! И не забывайте про технику безопасности.

 

Уважаемый автор! Если Вы считаете, что авторство нарушено, пожалуйста, напишите нам [email protected] и мы примем необходимые меры.

hobbymagic.ru


Смотрите также