Регулирование жизнеспособности эпоксидных клеев холодного отверждения —
Эпоксидные клеи холодного отверждения (с использованием отвердителя чаще типа полиэтнленполиамина) нашли применение в самых различных областях промышленности. Однако ограниченный срок пригодности (жизнеспособности) с момента изготовления (в среднем 2-г 4 ч при 20—25°С) затрудняет более широкое и рациональное их использование. Предпринимались попытки увеличить жизнеспособность клеев путем ввода в их состав замедлителей реакции полимеризации эпоксидной смолы. В качестве замедлителей рекомендовались различные растворители или разжижители, а также избыточное количество отверждающего или пластифицирующего компонентов клея. Однако такие приемы и конечном счете изменяют и, как правило, ухудшают физико-механические свойства клея в отвержденном состоянии.
В научно-исследовательском секторе Гидропроекта предложено использовать смесь полиэтилен полиамина с триэтаноглинном (комбинированный отвердитель).
Триэтансламин (СТУ 12 № 10-126- 61) относится к группе «горячих» отвердителей. Для нормальных условий полимеризации эпоксидной смолы с использованием такого отвердщеля обычно требуется умеренный нарев (80 4- -г120°С). Однако отверждение эпоксидной смолы триэтаноламииом, как показывают проведенные исследования, происходит и без нагрева. Если жизнеспособность эпоксидного клея с полиэтиленполиамином при /=204-30°С составляет 2-4 ч, то у клея с триэтаноламином в тех же условиях она достигает 140-г- 150 ч, и его можно готовить механизированным способом. Повышение жизнеспособности эпоксидного клея влечет за собой увеличение продолжительности процесса отверждения, что не всегда желательно. В зависимости от конкретных производственно- технологических и технических условий нужны клеи различной жизнеспособности.
Экспериментально установлено, что, заменяя в эпоксидном клее полиэтиленполиамин равнозначным ему количеством триэтаноламина, получают материал различной жизнеспособности от минимальной (в составах с полиэтнленполиамином) до максимальной (с три- этаноламином). Для каждой марки эпоксидной смолы можно определить закономерность изменения жизнеспособности клея при одних и тех же температурных режимах в соответствии с принятым соотношением отвердителей.
Расчетное количество основного отвердителя — полиэтиленполиамина определяется в каждом случае в зависимости от эпоксидного числа смолы; но такого рода отверднтелн, в отличие от кислотных, не находятся в эквимолекулярном соотношении с эпоксидной группой. Объясняется это тем, что в состав основных отверантелен входят активные атомы водорода, способные вступать в реакцию с эпоксидной группой. Поэтому для каждого такого отвердителя вводится поправочный коэффициент (—) к его количеству, определенному расчетным путем по эквимолекулярному соотношению. Для полиэтиленполиамина он составляет у4 (п —количество активных атомов водорода в аминных группах). Определенное таким образом количество полиэтиленполиамииа уточняется опытным путем.
Расчетное количество триэтаноламина устанавливается только опытным путем, так как он является третичным амином, реакция которого с эпоксидной смолой в отличие от первичных и вторичных носит каталитический характер.
Вычислив расчетные количества полиэтиленполиамина и триэтаноламина для той или иной марки эпоксидной смолы, можно установить расчетное количество комбинированного отвердителя по выражениям;
Так, например, в проведенных работах со смолой ЭД-6 установлена зависимость жизнеспособности клея при /=20—30°С от состава комбинированного отвердителя (рис. 1). Расчетные количества полиэтилентюлиамнна и три- этаноламина выявлены опытным путем. Для смолы ЭД-6 они составили соответственно 10 и 15 частей по массе.
В данном случае жизнеспособность клея характеризовалась его предельным возрастом, при котором наблюдается так называемый «отрын нитей». Такое состояние клея условно оценивает его пригодность для нанесения на поверхность.
На основании исследований кинетики полимеризации клея методом эстрагирования в ацетоне установлено, что такому состоянию соответствует 25— 30% полноты полимеризации эпоксидной смолы Опыты подтвердили возможность регулирования жизнеспособности эпоксидных клеев на основе смолы ЭД-6 и комбинированного отвердителя в диапазоне от 2—4 до 140—150 ч (при /=20—30°С). Аналогичные зависимости будут и для других марок эпоксидных смол.
He менее важна и адгезионная способность. Приведенная на рис. 2 зависимость ее от состава комбинированного отвердителя получена на основании наблюдений за появлением так называемого «отлипа» в эпоксидных клеях с различными составами комбинированного отвердителя. В данном случае появление «отлила» во время полимеризации условно характеризует собой потерю клеем склеивающей способности. По кинетическим исследованиям такое состояние наблюдается при 50—60% полноты его полимеризации.
В каждом практическом случае техническими требованиями устанавливается соответствующая расчетная прочность клеевого соединения, исходя из которой выявляется и соответствующая адгезионная пригодность материала. На рис. 3 показана экспериментально определенная зависимость адгезионной жизнеспособности эпоксидного клея на смоле ЭД-6 от состава комбинированного отвердителя, обеспечивающая прочность соединения стали со сталью не менее 50 кГ/см2.
Механические испытания склеенных образцов на изгиб производились после полной полимеризации в них клея в комнатных условиях. Для каждого из полученных составов комбинированного отвердителя устанавливалась соответствующая зависимость прочности склеивания от возраста клея, на основании которой определялся его предельный возраст, обеспечивающий заданную прочность соединения. На рис. 3 представлена такая зависимость применительно к бетону, прочность которого при изгибе не больше 50 кГ/см2.
Проверочные опыты показали полную идентичность с механическими испытаниями стальных образцов. Таким образом, используя различные составы комбинированного отвердителя, можно регулировать адгезионную способность эпоксидного клея при 20—30°С в пределах от 6—8 до 200—220 ч (прочность склеивания 50 кГ/см2). Такой способ регулирования жизнеспособности клеев холодного отверждения неоднократно проверялся в лабораторных и опытных (полигонных) условиях. Используя различные составы комбинированного отвердителя или только триэтаноламин, клей можно готовить порциями до 50—70 кг и применять при этом механические мешалки.
Разработанный способ регулирования жизнеспособности эпоксидных клеев холодного отверждения рекомендован СОЮЗДОРНИИ для использования в строительстве железобетонных мостов. Впервые с его помощью выполнены стыки сборных железобетонных блоков в пролетном строении автодорожного моста в Москве в 1964 г.
Несомненно, что с возможностью повышения и регулирования жизнеспособности эпоксидных клеев холодного отверждения они найдут еще большее практическое применение для различных целей.