Эпоксидный клей
Теоретическая часть.
Тема "эпоксидная смола", как это не покажется кому-то странным, при детальном рассмотрении может оказаться сравнимой с темой "сталь"!
Под эпоксидными смолами следует понимать растворимые и плавкие реакционно-способные олигомерные продукты, содержащую более одной эпоксигруппы (откуда, собственно и название), способные к переходу в термореактивное (отвержденное, неплавкое и нерастворимое) состояние под действием отверждающих агентов различного типа.
Выпускаются десятки разновидностей собственно смол. И десятки - отвердителей.
Эпоксидная группа может вступать во взаимодействие более чем с 50 различными химическими группами и существует несколько различных механизмов полимеризации.
Часть отвердителей запускает реакцию в результате каталитического действия, другие принимает непосредственное участие в химической реакции.
Сочетание этих фактов обуславливает большое разнообразие существующих рецептур, условий реакции и разнообразие свойств конечного продукта - отвержденной смолы.
В зависимости от марки смолы, ее температура размягчения может быть от 5°С до 150 °С, соответственно реакционно активные группы составляют от 25% до 1.3% массы всей молекулы. Совершенно аналогичная ситуация имеет место и для отвердителей.
Реакция проходит с выделением тепла, но дополнительные компоненты в составе рецептуры могут сильно влиять на его интенсивность.
Техника безопасности.
Неотвержденная смола раздражает кожу. В ходе реакции, может (в первую очередь - в зависимости от отвердителя) выделяться комплекс летучих веществ: эпихлоргидрин (ведущий летучий компонент), а также толуол, фенол, формальдегид, резорцин, анилин, диэтиленгликоль и др. Хотя есть и рецептуры, не выделяюшие летучих веществ.
Поэтому работать нужно в резиновых перчатках, в помещении с хорошей вентиляцией. Особенно, если это приходится делать чаще чем раз в неделю.
При попадании на кожу - сначала смыть ацетоном...
Подготовка поверхностей.
Подгонять поверхности лучше "по принципу ореха": по периметру прилегания - тщательно, внутри - грубая, рельефная поверхность.
Это позволяет перенести нагрузки на шов с самого слабого звена - сдвига по плоскости склейки (а нет ее, плоскости!) - на срез объема смолы, что сделать в разы труднее даже в условиях когда прочность шва на сдвиг максимальна.
Естественно, поверхности надо подготовить к склеиванию. Обезжирить, высушить, зашкурить.
Базовая технология.
Наиболее часто встречающимся рецептуры "холодного отверждения" при нормальной температуре набирают от 60 до 80% окончательной прочности спустя 24 часа.
Можно считать, что окончательное отверждение достигается спустя 72 часа при 20°С.
Оно будет продолжаться в течение последующих нескольких недель, достигнув в конце концов точки, когда дальнейшее отверждение будет невозможно без значительного роста температуры.
Для повышения полноты отверждения и, следовательно, улучшения свойств смолы, можно проводить термообработку при 60—120°С в течение 12—2 ч.
Скорость определяется составом смолы и составом отвердителя.
Скорость реакции зависит от температуры (примерно удваивается на каждые 10°С).
Смесь из компонентов взятых при комнатной температуре и саморазогревшаяся до 50°С затвердеет гораздо быстрее, чем разогревшаяся до тех же 50°С смесь компонентов, разогретых предварительно до 45°С.
Смесь, затвердевающая при 20°С за час, при 30°С застынет за полчаса. Но при 10°С она застынет... когда нагреется до 20°С. Поскольку от температуры зависит не только скорость, но и полнота прохождения реакции.
Впрочем, существуют рецептуры, способные твердеть и при -10°С.
И наоборот - стабильные в условиях хранения, но твердеющие при 120-150°С за 2-0.5 часа.
Если Вы надумаете поработать с большим количеством - сразу же после смешивания нужно разлить на более-менее мелкие порции - иначе можно не успеть намазать из-за саморазогрева и ускорения реакции.
Для каждой рецептуры критический объем свой - до отсутствия излишнего саморазогрева.
Какой-то смолы можно и литр замесить, а другая даже таком небольшом объеме как 20 г, с начальной температуры 20 °С может саморазогреться до более 200 °С!
Опасность саморазогрева тем выше, чем меньшую вязкость имеют компоненты при комнатной температуре и чем больший объем взят.
Скорость реакции зависит от "формфактора": К примеру, если 100 г смеси смолы с отвердителем обращаются в твердое состояние в стакане за 15 минут при исходной температуре в 25°С, то при тех же 25°С эти 100 г равномерно размазанные по площади в 1 м2 , будут твердеть более двух часов.
Для многих рецептур попадание воды на неотвердевшую поверхность даст белесую пленку, которая не затвердеет и ее придется удалять механически.
При этом существуют рецептуры, в которых вода может выполнять функцию ускорителя. Но и там уже ~1% воды может вызвать вспенивание.
Нагрев компонентов и смолы.
Нагрев компонентов или смеси одновременно облегчает перемешивание, уменьшает вероятность образования при этом воздушных пузырьков и ускоряет набор прочности.
Большие количества можно разогреть поместив закрытые емкости с компонентами в горячую воду или даже в микроволновке - если работать приходится много, а печку не жалко.
При работе с мелкими количествами проще греть одновременно со смешиванием.
Некоторые предпочитают греть не водяной бане - нет ограничений на посуду, но есть риск попадания воды в смесь.
Я предпочитаю замешивать в алюминиевых пробках от напитков (предварительно удалив пластиковую прокладку), на остывающей электроплите - можно приступать как только на ней перестанут вскипать брызги воды.
Дозирование.
При замешивании мелких порций (несколько мл) обостряется вопрос точной дозировки. Обычно 1:10, подробности на упаковке.
Рекомендуется соблюдать требуемое соотношение смолы и отвердителя.
При работе с привычными маркой смолы, объемами и посудой можно и "на глазок", исходя из расчета, что 1 мл отвердителя - это 20 капель.
На вес - можно, но весы жалко.
Для более точного дозирования можно натянуть смолы в одноразовый шприц со снятой иглой, надеть иглу, дотянуть нужное количество отвердителя.
Потом все выдавливается (без иглы) в емкость для смешивания, перемешивается той же иглой или спичкой.
Не нужно спешить при перемешивании смолы, особенно смешивая при комнатной температуре - могут захватываться пузырьки воздуха. Особенно неприятны самые мелкие (смола при этом выглядит мутной) - избавиться от них бывает трудно даже при нагреве смеси.
После перемешивания - опять втягиваем в шприц, из которого и дозируем по месту. По потребности - затыкаем шприц "чем мешали".
Неиспользованные остатки можно оставить на время в качестве "пробника" - для контроля полноты застывания.
Как вариант метода дозировки - обрезать тот же шприц, превратив его в одноразовую мензурку.
Несколько бОльшие порции удобно замешивать в колпачках от аэрозольных баллонов.
Тара многоразовая - засохшая смола легко отстает от полиэтилена.
Некоторым нравится замешивать шпателем на полиэтиленовой или фторопластовой пластине - можно размазать по ней тонким слоем для задержки отвердевания.
При заметном "перекосе" в любую сторону падает прочность смолы - вплоть до гелеобразного состояния. Небольшое отклонение в сторону избытка отвердителя увеличит полноту реакции в случае работы с мелкими порциями при комнатной температуре.
Кроме того, смола с избытком отвердителя становится коррозионно активной и от нее страдает все вплоть до алюминия и нержавеющей стали, особенно если смола используется для покрытия металла - известны случаи, когда за пару лет днище легковушки корродировало чуть не насквозь.
Мне встречалась эпоксидка, расфасованная в алюминиевые тюбики - оказалось, что отвердитель представляет собой взвесь темно-зеленого порошка и какой-то жидкости.
При работе работе с мелкими количествами точная дозировка оказалась невозможной.
Если отвердитель сомнительного качества или от другой смолы - можно провести экспресс-тест. Мокнуть спичку в смешанную смолу, нагреть [другой спичкой, избегая попадания смолы в пламя] до начала вскипания. Смола должна затвердеть.
Навык тестирования можно отработать на заведомо привильных смесях.
Модификации.
Кроме собственно склеивания, эпоксидку можно применять для заполнения внутренних объемов.
При желании немного снизить расход смолы - в нее можно добавит наполнитель.
Практически - почти что угодно, лишь бы сухое. От алюминиевой пудры и муки, опилок и металлических и деревянных, до всевозможных пигментов, акварельной, типографской красок, тонера (отработки), цемента...
Наполнитель лучше вводить после смешивания смолы с отвердителем - снижается риск нарушения пропорции. Отвердитель обычно намного менее вязкий и более склонен к впитыванию/концентрации на поверхности частиц наполнителя.
С другой стороны, ту же смолу можно применить и для наружной обработки деревянных рукоятей.
Разбавив ацетоном/спиртом - получаем пропитку.
Разбавленные смеси имеют большую усадку, несколько меньшую прочность, могут становиться пористыми при высыхании.
Без разбавления, но желательно с нагревом - прочное лаковое покрытие.
При желании - смолу можно прокрашивать и масляными красками. Покрытие получается менее твердым, более пластичным.
Кроме того, для пластификации можно использовать любое растительное масло - до нескольких процентов объема. С поправкой на то, высыхающее ли оно.
А если подсыхающее покрытие "запанировать" в соль марки "экстра", зашкурить высохшее и вымыть соль - наш ответ шкуре заморского ската.
В качестве ускорителя могут быть применены третичные амины, например: диметиланилин.
Для растворения еще не застывшей смеси и для замедления реакции могут быть использованы ацетон, этилметилкетон, толуол, ксилол, диоксан, диметилформамид.
При попытке сделать сразу большое количество эпоксидного клея (шпаклевки) он (она) мгновенно "вскипает" и отверждается. Если же перед введением отвердителя в эпоксидный клей (шпаклевку) добавить 10-20 % (по массе) ацетона (метилакрилата, скипидара), тo вероятность "вскипaния" будет значительно меньше. А если при этом посуду энергично охладить, то этого не произойдет вовсе.
Когда необходимо из клея сделать шпаклевку, в нем замешивают один из наполнителей : углекислый кальций, алюминиевую пудру (ПАК), сухой каолин, слюду, окись алюминия, окись железа, тальк, графит, кварцевую пыль (маршалит) или кварцевый песок.
Эпоксидка не приклеивается к оргстеклу (полиакрилату). Этим пользуются умельцы, создавая, например, наборные столешницы из срезов древесины. Ломтики древесины различных пород приклеивают к листу оргстекла крахмальным клейстером. По периметру укладывают обрамление. Все заливают подкрашенной в нужный цвет элоксидкой. После затвердевания столешницу отделяют от оргстекла.
Эпоксидку окрашивают, смешивая ее с сухой гуашью, художественными масляными красками, пастой от шариковых ручек, цветными нитрокрасками. Замешивание в эпоксидке небольших количеств воды позволяет получить молочные разводы. Сочетание эпоксидки с каменноугольными лаками (пековым, асфальтобитумным и др.), а также с резиновыми композициями, растворимыми в скипидаре (ацетоне), позволяет получить водоупорные обмазки для подвалов, фундаментов и т. п.
Свойства.
Эпоксидные смолы универсальны вследствие своей незначительной усадки, хорошей химической и термической стойкости, чрезвычайно высокой прочности клеевого соединения и хорошей адгезии к большинству материалов.
По прочностным показателям продукты отверждения эпоксидных смол, превосходят все применяемые в промышленности полимерные материалы на основе других синтетических смол.
Отвержденные эпоксидные смолы стойки к действию соляной и серной кислот средней и низкой концентрации, к щелочам и к бензину, обладают хорошей теплостойкостью и водостойкостью.
Отвердевшая смола выдерживает длительный нагрев до 150-180°С. с минимальными потерями прочности.
Специальные составы выдерживают до 400°С кратковременно и длительную эксплуатацию на вздухе при 250°С.
Прочность при растяжении (для композиций на основе эпоксидных смол без наполнителя) может достигать 400-1400 кгс/см2, при сжатии 1000-4000 кгс/см2, при изгибе 800-2200 кгс/см2, модуль упругости 25000-50000 кгс/см2, ударная вязкость 5-25 кдж/м2, или кгс•см/см2, относительное удлинение 50-750% (температура испытания 20 °С).
Прочность клеевого шва может превышать 350 кг/см2 при сдвиге и приближаться к прочности самой смолы - на отрыв.
Естественно, не все рекордные показатели достигаются в одном рецепте
Из большого количества материалов, с которыми мы сталкиваемся, эпоксидка плохо справляется только с материалами, с которые вообще трудно клеить - капрон и, тем более полиэтилен, фторопласт... ну и сильно эластичные беспористые материалы.
При склеивании различных материалов, особенно беспористых нужно учитывать, что есть склонность к большей (по сравнению со смолой в объеме) хрупкости на границе с металлом и к вязкости на границе с пластмассами.
Эпоксидная смола не любит солнечный свет, но это может иметь значение только в случае применения ее в качестве лака и если изделие будет постоянно, годами, валяться на солнышке.
Если б еще ее дополнить в плане практического применения и различных хитростей, ну для примера:
1)Идея не моя, непомню кто то из форумчан, за что ему спасибо, дал совет - замесив на глаз( ну и такое бывает) эпоксидку, проверить ее пригодность можно так, мокаем спичку в клей, другой спичкой подогреваем смолу на растоянии так чтоб она ( капля клея на первой спичке) закипела, но не обуглилась, тоесть слегка вспенилась, и сразу перестаем греть. Если капля затвердела, пропорция угадана если нет нужно добавить отвердителя. Сам пользую и всем советую.
2) Ацетон, спирт и жидкость для снятия лака с ногтей разбавляют смолу до бесконечности, но нужно учитывать, что количество разбавляющей жидкости прямопропорционально увеличивает время окончательной полимеризации и дает усадку, что может привести к деформации поверхности.( в частности при изготовлении микарты). Добавлять разбавители желательно проверив качество полученного клея методом "спички" . При замесе большого количества смолы можно сразу разводить смолу, потом в раствор добавить отвердитель, но пропорцию смолы и отвердителя нужно заранее проверить, такой способ значительно снизит вероятность саморазогрева смолы.
P. S. Эпоксидку развожу в мерном медицинском полиэтиленовом 20 граммовом стаканчике. Промахов ни разу не было. Сначала лью отвердитель, затем смолу. Размешиваю бамбуковой шпажкой для шашлыков, коих на три рубля пучок, вещь в хозяйстве полезная и универсальная.
Источник: http://web.archive.org/web/20081201053100/http://knife.com.ua/soveti/epox/epox.htm
