Когда и чем нужно греть полиэфирную смолу на производстве

Приходилось ли Вам сталкиваться на своем производстве с такими проблемами, как:

✔ слишком вязкое связующее,
✔ слишком длительный срок гелеобразования/отверждения,
✔ недостаточное или неравномерное пропитывание стекломатериала?

Вероятно, приходилось. Что ж, часто эти проблемы Вы можете решить путем изменения температурного режима. О роли нагрева и его технической реализации пойдет речь в этой статье.Мы рассмотрим:

✔ как отверждается полиэфирная смола и как влияет температура на этот процесс,
✔ как меняется вязкость полиэфирной смолы при нагреве и почему это желательно,
✔ как технически осуществить подогрев.

Что требуется для отверждения ненасыщенной полиэфирной смолы.

Обычно отверждение проводят при комнатной температуре с помощью перекисных отвердителей:Есть и другие, однако эти встречаются на рынке наиболее часто. Например, ПМЭК широко известен под марками Butanox M50 и M60, Curox M 302, Luperox K1 и др. Перекисные соединения — это сложные вещества, в которых атомы кислорода соединены друг с другом, как например на этом рисунке:

✔ пероксида метилэтилкетона (ПМЭК, MEK-P),
✔ пероксида циклогексанона (ПЦГ),
✔ пероксид ацетилацетона (ААП, AAP).

На рисунке показана молекула всем известной перекиси водорода. Белые шары символизируют атомы водорода, а красные шары — атомы кислорода. Молекулы отвердителя имеют более сложно строение, но у них тоже есть такая связь из атомов кислорода. В этих атомах кислорода и связи между ними заключается значительная «энергия», которая способна вызывать различные реакции, например реакцию полимеризации смолы.И задача как раз состоит в том, чтобы разорвать эту перекисную связь, высвободить её энергию. Это можно сделать с помощью сильного разогрева. Однако если мы ведём процесс при комнатной температуре, то нам нужен другой метод.Этот метод — использование специальных веществ, которые называются ускорителями.

Температура и скорость отверждения.

Чистая (как товар именуется непредускоренная) ненасыщенная полиэфирная смола при комнатной температуре при использовании только лишь отвердителя отверждаться не будет. В эту смолу нужно сперва ввести ускоритель, сделать её предускоренной, и тогда, когда в эту смолу мы добавим отвердитель, пойдет реакция отверждения.
Наиболее известными и применяемыми ускорителями являются растворы соли кобальта. Кобальт существует в ускорителе в виде иона — заряженной частицы. И эта заряженная частица разрушает перекисную связь. Тогда из перекиси образуется высокореактивная частица — радикал. И вот радикал как раз и запускает сшивку молекул ненасыщенных полиэфиров и стирола, из которых состоит смола. В итоге в объеме нашего изделия на молекулярном уровне мы получаем такую картину:

R—O• и R—O—O• — это и есть радикалы. R — сумма всех атомов в большой молекуле пероксида. Фумаровая группа — часть молекулы полиэфира, которая вступает в реакцию отверждения. Сперва происходит гелеобразование, когда смола теряет текучесть и превращается в гель, а затем смола отверждается. Суть в том, что температура влияет на обе этих стадии процесса.
Начнем с того, что при температуре ниже 15-18 ºС реакция может вообще не пойти. Это зависит от реакционной способности самой смолы, а также количества ускорителя и отвердителя, оказывает влияние также и влажность воздуха. Поэтому если у вас температура ниже 18 ºС, то проверьте сперва на небольшом объёме, как идёт реакция, — чтобы потом не гадать, как отвердить уже отформованные изделия.
Продолжим. Как говорилось выше, наиболее популярными являются ускорители на основе солей кобальта, но это не единственный тип ускорителя.На таблице ниже показано влияние металлсодержащих ускорителей и температуры на скорость гелеобразования ненасыщенных полиэфиров в присутствии инициаторов ПЦГ (пероксид циклогексанона) и ПМЭК (пероксид метилэтилкетона):

Ускоритель, содержащий 1% Ме	Время гелеобразования, мин
	ПЦГ				ПМЭК
	20ºС	30ºС	40ºС	50ºС	20ºС	30ºС	40ºС	50ºС
Co	22	17	13	9	18	16	13	8
Fe	800	177	75	29	800	173	74	34
Mo	316	109	55	25	495	300	88	41
Cu	1380	540	185	69	1800	420	137	49
Al	—	1000	280	98	2520	1320	176	90
Me — любой из перечисленных металлов: Co — кобальт, Fe — железо, Mo — молибден, Cu— медь, Al — алюминий.

Итак, взаимосвязь очевидна: более высокая температура способствует сокращению времени гелеобразования. Строка для кобальта для наших целей наиболее полезна. (Хотя, конечно, цифры для каждой конкретной марки смолы будут разниться). Работа с полиэфирными смолами при температуре ниже 15 ºС является крайне затруднительной, поскольку может привести к неполному отвердению композиции.
Нормальной является работа при температуре 18-25 ºС. Работа при более высоких температурах не только сократит время гелеобразования, но также и время отверждения смолы. Однако повышение температуры способствует не только ускорению процесса отверждения.

Температура и вязкость.

Подогретая смола приобретает большую текучесть, иначе говоря, меньшую вязкость. Давайте рассмотрим ещё и этот момент. Итак, чем выше температура, тем ниже вязкость. Для иллюстрации посмотрите на график ниже:

Мы не брали здесь конкретные единицы для вязкости для простоты, поскольку хотим просто показать зависимость вязкости от температуры.
(Для строгих читателей дадим ссылку: Измерение проводилось в электрическом поле и замерялся тангенс угла диэлектрических потерь, который и падает из-за рассеивания энергии вследствие уменьшения вязкости смолы (ПН-1). Кому любопытно, могу посмотреть источник: Высокочастотный нагрев диэлектрических материалов в машиностроении. Глуханов Н.П., Федорова И.Г. Л., «Машиностроение, 1972 г. Диаграмма приведена на стр. 43 данного издания).

Хорошо, вот практическая польза, которой мы добиваемся из-за снижения вязкости:

✔ Увеличение текучести смолы и снижение её плотности. Если смола холодная, как это бывает зимой, это необходимый шаг для её использования. Если смола находится при нормальной температуре, то это позволит снизить расход смолы при пропитывании стекломатериала.
✔ Улучшается пропитываемость стекломатериала. Не остается непропитанных участков.
✔ Устранение воздуха из смолы. Пузырьки воздуха легче удаляются из смолы, когда смола менее вязкая. Есть и ещё один закон: растворение газов (в том числе воздуха) в жидкостях уменьшается с повышением температуры.

Подводя итог, можем сказать, что мы сокращаем расход смолы с одной стороны и, с другой стороны, повышаем цельность композитного материала. Поэтому в общем и целом подогрев смолы весьма желателен, особенно когда имеется серийный выпуск изделий

Техническая реализация подогрева полиэфирной смолы

Когда Вы пытаетесь греть полиэфирную смолу, помните, что:
а) это горючая жидкость, а потому открытый огонь не допустим;
б) в ней содержится стирол, который может отверждаться при повышенной температуре сам по себе. Вам этого не надо, значит, смолу надо перемешивать, если Вы согреваете её сразу в большом объеме, например, в бочке.

Донные нагреватели

Весьма удобный способ нагрева. Бочка устанавливается прямо на него. Сам нагреватель на колесиках, так что бочку можно передвигать. Есть ручка для изменения степени нагрева.
Необходимо постоянное перемешивание смолы, чтобы не происходила её частичная полимеризация на дне.

Поясные нагреватели

Такие нагреватели надеваются на бочку манжетой (поясом) и осуществляют прогрев по бокам.
Необходимо постоянное перемешивание смолы, чтобы не происходила её частичная полимеризация по бокам. И стоит снимать (выключать) верхние нагревательные пояса, чтобы не происходил разогрев газообразного стирола над поверхностью смолы.

Поточные нагреватели

Нагреватели этого типа пропускают через себя поток смолы и согревают именно его. Они не греют весь объём смолы в бочке или в ведре. Смола проходит через нагреватель и сразу же расходуется. Так что Вы получаете все плюсы подогретой смолы и избегаете всех минусов, связанных с прогревом целой бочки.
Очень удачно такие нагреватели вписались при работе с установками для напыления смолы с рубленным стеклоровингом, гелькоутерами, вет-аутами, резин роллерами.