Поліефірні смоли: виробництво і робота з ними

За останні роки поліефірні смоли здобули велику популярність. Перш за все, вони затребувані як провідні компоненти під час виробництва склопластиків, міцних і легких конструкційних матеріалів.

Виготовлення смол: перший етап

З чого починається виробництво поліефірних смол? Даний процес починається з перегонки нафти - під час цього виділяються різні речовини: бензол, етилен і пропілен. Вони необхідні для отримання антігідрідов, многоосновних кислот, гліколі. Після спільної варіння всі ці складові створюють так звану базову смолу, яку на певній стадії потрібно розбавляти стиролом. Остання речовина, наприклад, може становити 50% від готової продукції. В рамках цього етапу також допускається продаж вже готової смоли, але стадія виробництва ще не є закінченою: не слід забувати про насичення різними добавками. Саме завдяки таким складовим готова смола знаходить свої унікальні властивості.

Склад суміші може мінятися виробником - тут багато що залежить від того, де конкретно будуть застосовувати поліефірних смол. Фахівці підбирають найоптимальніші комбінації, результатом такої роботи будуть речовини з абсолютно різними властивостями.

Виробництво смол: другий етап

Важливо, щоб готова суміш була твердою - зазвичай чекають, коли процес полімеризації дійде до кінця. Якщо він перервався, а матеріал виявився у продажу - він полімеризовані тільки частково. Якщо з ним нічого не робити, полімеризація продовжиться, речовина обов`язково затвердіє. У силу цих причин термін зберігання смоли вельми обмежений: чим старіше матеріал, тим гірше його кінцеві властивості. Полімеризація також може бути уповільнена - для цього використовують холодильники, там твердіння не відбувається.

Щоб стадія виробництва завершилася, і вийшла готова продукція, до смоли також необхідно додати два важливих речовини: каталізатор і активатор. Кожне з них виконує свою функцію: в суміші починається теплоутворення, яке сприяє процесу полімеризації. Тобто джерело тепла ззовні не потрібно - все відбувається без нього.

Хід процесу полімеризації регулюють - контролюють пропорції компонентів. Так як через контакт між каталізатором і активатором може вийти вибухонебезпечна суміш, останній прийнято вводити в смолу виключно в рамках виробництва, перед використанням додається каталізатор, його зазвичай поставляють окремо. Лише коли процес полімеризації буде повністю закінчено, речовина затвердіє, можна зробити висновок про те, що виробництво поліефірних смол закінчено.

Вихідні смоли

Що собою являє даний матеріал в початковому стані? Це медоподобная, в`язка рідина, колір якої може варіюватися від темно-коричневого до світло-жовтого. Коли вводять деяку кількість отвердителей, поліефірна смола спочатку злегка гусне, потім знаходить драглистоподібного стан. Трохи пізніше консистенція нагадує гуму, потім - речовина твердне (стає неплавким, нерозчинним).

Такий процес прийнято називати отверждением, так як він відбувається за кілька годин при звичайній температурі. Коли смола в твердому стані, вона нагадує жорсткий міцний матеріал, який легко забарвити в різні кольори. Як правило, його використовують в комбінації зі склотканинами (поліефірними склопластиками), він виконує функцію конструкційного елементу для виготовлення різних виробів - така поліефірна смола. Інструкція при роботі з подібними сумішами дуже важлива. Необхідно дотримуватися кожен її пункт.

Основні переваги

Поліефірні смоли в отвержденниє стані є чудовими конструкційними матеріалами. Для них характерні твердість, висока міцність, прекрасні діелектричні властивості, зносостійкість, хімічна стійкість. Не варто забувати про те, що в процесі експлуатації вироби з поліефірної смоли безпечні з екологічної точки зору. Певні механічні якості сумішей, які використовуються спільно зі склотканинами, за своїми показниками нагадують параметри конструкційної сталі (В деяких випадках навіть перевищують їх). Технологія виготовлення дешева, проста, безпечна, оскільки речовина отверждается при звичайній кімнатній температурі, не потрібно навіть додаток тиску. Виділення летких та інших побічних продуктів не відбувається, спостерігається хіба що невелика усадка. Таким чином, щоб виготовити виріб, не потрібні дорогі громіздкі установки, немає необхідності і в теплової енергії, завдяки чому підприємства швидко освоюють як великотоннажне, так і малотоннажне виробництво продукції. Не варто забувати про низьку вартості поліефірних смол - цей показник у два рази нижче, ніж у епоксидних аналогів.

Зростання виробництва

Не можна обійти увагою той факт, що на даний момент виробництво ненасиченої поліефірної смоли набирає обертів з кожним роком - це стосується не тільки нашої країни, а й загальних зарубіжних тенденцій. Якщо вірити думку фахівців, така ситуація обов`язково збережеться в найближчому майбутньому.

Недоліки смол

Зрозуміло, поліефірні смоли також володіють деякими недоліками, як і будь-які інші матеріали. Приміром, під час виробництва використовується стирол як розчинник. Він огнеопасен, є дуже токсичним. На даний момент вже створені такі марки, які не мають у своєму складі стиролу. Ще один явний недолік: горючість. Немодифіковані ненасичені поліефірні смоли горять точно так само, як тверді породи дерев. Дану проблему вирішують: до складу речовини вводяться порошкові наповнювачі (низькомолекулярні органічні сполуки з вмістом фтору і хлору, триокиси сурми), іноді використовують хімічне модифікування - вводять тетрахлорфталевую, хлорендіковую кислоти, деякі многомерен: вінілхлорацетат, хлорстірола, інші сполуки, які містять хлор.

Склад смол

Якщо розглядати склад поліефірних ненасичених смол, тут можна відзначити багатокомпонентну суміш хімічних елементів різної природи - кожен з них виконує певні завдання. Головними компонентами є поліефірні смоли, вони виконують різні функції. Приміром, поліефір - це головний компонент. Він є продуктом реакції поліконденсації багатоатомних спиртів, які взаємодіють з ангідридами або багатоосновними кислотами.

Якщо говорити про багатоатомних спиртах, то тут затребувані діетиленгліколь, етиленгліколь, гліцерин, пропіленгліколь, діпропіленгліколь. В якості ангідридів застосовують адипінова, фумаровую кислоти, фталевий і малеїновий ангідриди. Лиття поліефірної смоли навряд чи було б можливим, якби поліефір в стані готовності для переробки володів невисокою молекулярною масою (близько 2000). У процесі формування виробів він перетворюється в полімер, що володіє тривимірної сітчастої структурою, високою молекулярною масою (після того, як вводять ініціатори затвердіння). Саме така структура забезпечує хімічну стійкість, високу міцність матеріалу.

Розчинник-мономер

Ще один обов`язковий компонент - мономер-розчинник. При цьому розчинник виконує двояку функцію. У першому випадку він потрібен для того, щоб знизити в`язкість смоли до рівня, який потрібен для переробки (оскільки поліефір сам по собі дуже густий).

З іншого боку, мономер бере активну участь у процесі кополімеризації з поліефіром, за рахунок чого забезпечуються оптимальна швидкість полімеризації і висока глибина затвердіння матеріалу (якщо розглядати поліефіри окремо, їх затвердіння відбувається досить повільно). Гідроперекис - той самий компонент, який потрібно для переведення в твердий стан з рідкого - тільки так всі свої якості знаходить поліефірна смола. Застосування каталізатора також обов`язково при роботі з поліефірними ненасиченими смолами.

Прискорювач

Цей інгредієнт можуть вводити до складу поліефірів як під час виготовлення, так і тоді, коли відбувається переробка (до введення ініціатора). Для затвердіння полімерів найоптимальнішими прискорювачами можна назвати кобальтові солі (октоат кобальту, нафтенат). Полімеризацію потрібно не тільки прискорювати, але також активувати, хоча в деяких випадках її уповільнюють. Секрет в тому, що якщо не використовувати прискорювачі та ініціатори, в готовому речовині будуть самостійно утворюватися вільні радикали, за рахунок чого полімеризація відбуватиметься передчасно - прямо при зберіганні. Щоб запобігти таке явище, не обійтися без сповільнювача (інгібітора) затвердіння.

Принцип дії інгібітора

Механізм дії цієї складової такої: вона взаємодіє з вільними радикалами, які періодично виникають, в результаті відбувається утворення малоактивних радикалів або ж сполук, які зовсім не мають радикальної природи. Функцію інгібіторів зазвичай виконують такі речовини: хінони, трикрезол, фенон, деякі з органічних кислот. До складу поліефірів вводять інгібітори в малих кількостях під час виготовлення.

Інші добавки

Компоненти, які описані вище, - основні, саме завдяки їм можлива робота з поліефірної смолою як зі сполучною. Однак, як показує практика, в процесі формування виробів досить велика кількість добавок вводять в поліефіри, які, в свою чергу, несуть самі різні функції, модифікують властивості вихідної речовини. Серед таких компонентів можна відзначити порошкові наповнювачі - їх вводять спеціально, щоб знизити усадку, здешевити матеріал, збільшити вогнестійкість. Слід також зазначити склотканини (армуючі наповнювачі), застосування яких обумовлено підвищенням механічних властивостей. Існують і інші добавки: стабілізатори, пластифікатори, барвники та ін.

Стекломати

Як по товщині, так по структурі скловолокно може бути різним. Стекломати - скловолокна, які рубають дрібними шматками, довжина їх варіюється в межах 12-50 мм. Елементи між собою склеюють за допомогою іншого тимчасового сполучного, в якості якого зазвичай виступає порошок або емульсія. Смола епоксидна поліефірна використовується для виготовлення стекломата, які складаються з волокон, розташованих хаотично, склотканина ж своїм зовнішнім виглядом нагадує звичайну тканину. Щоб домогтися максимально можливого зміцнення, слід використовувати різні марки склотканини.

Взагалі, стекломати мають меншу міцність, зате їх набагато легше обробляти. Якщо порівнювати зі склотканиною, то цей матеріал краще повторює форму матриці. Оскільки волокна досить короткі, мають хаотичну орієнтацію, мат навряд чи може похвалитися великою міцністю. Проте його можна дуже легко просочити смолою, оскільки він м`який, при цьому розп і товстий, чимось нагадує губку. Матеріал дійсно м`який, формованию піддається без проблем. Ламінат, наприклад, який роблять з таких матів, відрізняється чудовими механічними властивостями, має високу опірність проти атмосферних умов (навіть в рамках тривалого періоду).

Де використовують стекломати

Мат знаходить собі застосування в сфері контактного формування, щоб можна було виробляти товари складних форм. Вироби, виконані з такого матеріалу, застосовують в самих різних областях:

• у сфері суднобудівної промисловості (будівництво каное, човнів, яхт, риборезкі, різних внутрішніх споруд та інш.) ;
• стекломата і поліефірна смола задіяні на автомобільному виробництві (різні деталі машин, циліндри, фургони, дифузори, цистерни, інформаційні панелі, корпуси та ін.) ;
• в будівельній індустрії (певні елементи дерев`яних виробів, зведення автобусних зупинок, розділові перегородки і т. д.).

У стекломата буває різна щільність, як і товщина. Поділяють матеріал по вазі одного квадратного метра, вимірюють який в грамах. Зустрічається досить тонкий матеріал, практично повітряний (стекловуаль), також існує товстий, практично як ковдру (використовують для того, щоб виріб знайшло потрібну товщину, отримало необхідну міцність).