A kikeményedés egy olyan folyamat, amely a folyékony reaktív oligomerek és (vagy) monomerek visszafordíthatatlan átalakulását eredményezi szilárd, infúziós és oldhatatlan hálózati polimerekké. A keményedési folyamat speciális keményítők részvételével vagy az oligomerek reaktív csoportjainak egymással való kölcsönhatásának eredményeként zajlik hő, ultraibolya fény vagy nagy energiájú sugárzás hatására. Fontos technológiai művelet a hőre lágyuló műanyagból készült termékek fröccsöntésében , öntőanyagokkal és tömítőanyagokkal történő tömítésnél , ragasztóhézagok és festék- és lakkbevonatok készítésénél.. A gumik keményedési folyamatát általában vulkanizálásnak nevezik .
A kikeményedés történhet normál és megemelt hőmérsékleten, és ennek megfelelően hideg és meleg keményítésre osztható, emelt vagy csökkentett nyomáson, szabad levegőn vagy oxigénhez való hozzáférés nélkül . A polimerek kikeményítése történhet polikondenzáció (például fenol-formaldehid gyanták keményítése ) vagy polimerizáció (például poliésztergyanták keményítése) mechanizmusával . Egyes esetekben mindkét mechanizmus kombinálható egy eljárásban (például epoxigyanták keményítése savanhidridekkel katalizátorok - tercier aminok jelenlétében ).
A többfunkciós vegyületek keményítőként működnek , mint például a diaminok , poliaminok , fenolok , glikolok , anhidridek stb. A keményítők közé tartoznak még gyökös iniciátorok – szerves peroxidok , diazovegyületek és ionos polimerizációs katalizátorok – tercier aminok , Lewis-savak és mások. A keményedési iniciátorokat gyakran gyorsítókkal, például kobalt - naftenáttal kombinálják . Egyes keményítőmolekulák (például trietanol -amin-származékok ) reaktív és katalitikus csoportokat is tartalmazhatnak.
A készítményben lévő keményítő mennyisége az oligomerben és magában a keményítőben lévő funkciós csoportok számától függ. Az iniciátor vagy katalizátor mennyisége e csoportok aktivitásától függ, és általában 0,1-5%. A kikeményedésgátlókat a kikeményedés lassítására használják . [egy]
Az UV-kezelés fotokémiai úton, ultraibolya sugárzással indukált polimerizáció . Az UV-sugárzással keményedő bevonatok fotoiniciátorokat tartalmaznak . Amikor az UV sugárzás fényenergiája éri őket, a fotoiniciátorok szabad gyökökké bomlanak le , amelyek nagy energiájú oxigénmolekulák. A mozgás során a gyökök oligomerekkel és monomerekkel ütköznek, egyesülve velük. A kikeményedés során polimer láncokból térhálósított mátrix képződik. [2]
Az ultraibolya sugárzás forrása általában ultraibolya lámpák vagy LED-diódák, amelyek az ultraibolya spektrumban bocsátanak ki. [3]
Besugárzás hatására az oligomerek és monomerek kopolimerizációja megy végbe . A kompozíciók sugárkezelése csak sugár alatt megy végbe, további feltételek (hőmérséklet, nyomás, vákuum stb.) megszervezése nélkül. Ebben az esetben nincs szükség iniciátorok bevezetésére, mivel a kölcsönható csoportok a fő polimerek láncainak megszakításával jönnek létre. Ez a folyamat jól szabályozott, a besugárzó forrás akár közvetlenül a termékképző sorban, akár elkülönítve is elhelyezhető. [4] A sugárkezelés fő előnyei a következők: nagy energiahatékonyság , a termékek párolgásának csökkentése vagy teljes megszüntetése , magas folyamattermelékenység, szobahőmérsékleten történő keményedés. [5]
A polimerizációs reakció következtében kémiai átalakulásra képes filmképzők esetében hatásos a sugárkezelés. A nyomtatási nyomat sugárzási hatása lehetővé teszi a kiváló minőségű eredmény elérését nagy nyomtatási sebesség mellett. Ez azzal magyarázható, hogy lehet olyan kis molekulatömegű termékben oldott festéket használni, amely sugárzás hatására papíron polimerizálódik. Míg a hőkezelés során a festékek inert oldószeres oldatát kell használni, amelyet el kell párologtatni a papírról. [4] A legtöbb bevonat 80–140 kGy elnyelt dózisnál és 0,06–0,08 pJ elektronenergiánál kielégítően kikeményedik. A nagy dózisú sugárzás nem kívánatos a pusztító folyamatok elkerülése érdekében. Ha sugárzásnak vannak kitéve, a fémfelületeken lévő bevonatok általában gyorsabban és kisebb sugárzási dózissal kötnek ki, mint például a fán, kartonon vagy műanyagon. Ennek oka a fémek nagyobb visszaverő képessége, mint más anyagok. [6]
Ez a kikeményítési módszer az ultrahangos jelátalakítóból a mechanikai rezgések átvitelén alapszik a ragasztóanyagra, amely az összekapcsolandó részek közötti felületen található. Jó eredményt ad, ha por- vagy filmragasztót használnak az építkezéshez. Az ultrahang energia elnyelésekor keletkező hő megolvasztja vagy kikeményíti a ragasztót.
A készítményt ultrahangos kezelésnek vetjük alá a készítmény hőrezgésének hullámhosszainak közeli hullámhosszán vagy többszörösén, amely megfelel a komponensek, a készítmény keveréke vagy a teljes készítmény maximális dielektromos veszteségének. Az oszcillációs hatások pulzáló üzemmódban is végrehajthatók. Ugyanakkor az impulzusok hossza és periodicitása többszöröse a ható rezgések hullámhosszának, vagy közel van (vagy többszöröse) a kompozíciót alkotó megfelelő összetevők makromolekuláinak átlagos statisztikai szegmenseinek hosszához. [7]
Az ultrahangos expozíció során felszabaduló hő helyi jellegű, és az alkalmazás helyén lép fel. Ennek a minőségnek köszönhetően az ultrahangos hegesztést széles körben alkalmazzák a már megkötött kompozíciók összekapcsolására . A kemény és lágy műanyagok, félkristályos műanyagok és fémek olvasztásával és újraszilárdításával ez a technológia lehetővé teszi a veszélyes anyagok gyors csomagolását, ragasztók és magas hőmérséklet nélkül.
Az ultrahangos kezelés a hőkezelés katalizátoraként is használható. Így az ultrahang hatása a hőre keményedő epoxi ragasztóra a ragasztandó részekre történő felhordás előtt jelentősen csökkenti az előkészítés idejét, miközben növeli a ragasztóhézagok szilárdságát. Az anyagok hidegen keményedő ragasztókkal történő ragasztásának példáján megállapították, hogy az ultrahangos kezelés hatására javul a töltőanyag felületének gyantával való nedvesíthetősége. A töltőanyag részecskék egyenletesebben oszlanak el a polimer térfogatában, felgyorsul a kikeményedési folyamat, javul a ragasztó szétterülése az alkatrész felületén a kezdeti viszkozitás csökkenése, valamint az érintkezési szög az összes alá eső anyag esetében. tanulmányozása csökken. [nyolc]
Az elektronsugaras kikeményítés, akárcsak az UV-keményítés, lehetővé teszi a festékek, lakkok és ragasztók 100%-os kikeményítését. Az intermolekuláris kötések kialakulása és az elektronsugarak áramlása alatti térhálósodás hasonló az UV-keményítéshez, de az elektronenergia elegendő a folyamat elindításához, és nincs szükség iniciátorokra. A vákuumkamrában elektromosan fűtött volfrámszálak elektronáramot hoznak létre. Az elektronok nagy sebességre felgyorsulva a kikeményedett anyagra esnek. Az elektronok energiája a feszültségtől függ, amely meghatározza az anyagba való behatolásuk mélységét és a kikeményedett vagy szárított anyag maximális vastagságát.
Ez a fajta kikeményítés még mindig nagyon speciális, és nyomtatásban, laminálásban és hajlékony csomagolások gyártásában használatos, amelyeket hagyományos tintákra vonnak be kopásálló fényes lakkkal.
A hősugárzásos módszer egy anyag azon képességén alapul, hogy adott hosszúságú infravörös sugarakat képes továbbítani. Amikor az aljzat elnyeli a sugarakat, felmelegszik. Az energia egy része visszaverődik a felületről, egy részét a hordozó elnyeli, a többit átadja az anyagnak. A közvetlen energiaátadás azonnal elindítja a kötési reakciót. Az IR térhálósítás előnye, hogy nagyon rövid idő alatt nagy mennyiségű energiát képes átvinni.
Bár az IR kamerák sokkal gyorsabban képesek a bevonatokat kikeményíteni, mint más gépek, az eredményt erősen befolyásolja a termékek mérete, alakja és súlya. A hatékony kikeményedés érdekében fontos, hogy az infravörös sugárzás a kikeményedett felület minden területét egyenletesen érje. A felület és a sugárforrás távolsága is jelentősen befolyásolja a bevonat kötési folyamatát. Ha a kikeményítendő munkadarab geometriai tartományai rejtve vagy távol vannak a sugárforrástól, akkor a hősugárzásos módszer mellett a konvekciós módszer alkalmazása javasolt. [9]
Az infravörös hullámok mesterséges forrásai az izzólámpák, fém- és kerámialapok, spirálok, gázégők stb. Hosszúhullámú infravörös sugárzás alkalmazásakor a sugárforrás maximum +750 °C hőmérsékletre melegszik fel, ha közeggel kikeményítik. hullámkészülék, az energiaforrás eléri a +750 ÷ +1450 C° hőmérsékletet. A rövidhullámú infravörös szárítás során (például permetezőfülkékben) a terméket az LCP rétegen áthatoló sugárzás melegíti fel, és 90%-ban elnyeli az aljzat felülete. A sugárforrás maximális hőmérséklete elérheti a +3000 C°-ot, ami hozzájárul az illékony termékek akadálytalan kibocsátásához a filmből. Ennek köszönhetően a festék- és lakkbevonat kialakításának folyamata jelentősen felgyorsul. [tíz]
A hordozóanyag energiaelnyelésén alapul, amikor váltakozó elektromos térbe helyezik (10 ... 15) 106 GHz frekvenciájú. A nagyfrekvenciás fűtés alkalmazásának célszerűségét az üvegszálas, forgácslap-, tekercs- és profiltermékek, valamint öntvényanyagok gyártása során észlelték. Így például az epoxi-fenol kötőanyag alapú üvegerősítésű műanyagok térhálósítása néhány perc alatt elvégezhető, az epoxi-öntőanyagok pedig 30-60 perc alatt érnek el stabil tulajdonságokat. A legmagasabb, 96,8%-os keményedési fokot 105 másodpercig tartó HDTV -mezőnek való kitettség után érte el. a PO-300 oligoamidot keményítőként és lágyítóként tartalmazó VK-9 ragasztó összetételéről . [11] Az epoxi vagy akrilát edénykompozíciók közvetlenül fémformákban történő nagyfrekvenciás kikeményítésével viszkozitásuk csökken, a levegőzárványok vándorlása az anyag felületére felgyorsul, és teljesebb kikeményedés érhető el. Az epoxi kompozíciók kikeményedési foka a hagyományos módszerrel nem haladja meg a 86-87% -ot, és nagyfrekvenciás árammal feldolgozva eléri a 97-98% -ot. [12]
Az indukciós (induktív) kikeményítés során a terméket mágneses térbe helyezik, és a belsejében fellépő örvényáramok segítségével melegítik . Ennek eredményeként a hő közvetlenül a termék belsejében keletkezik. Így a bevonat polimerizációja mindig belülről kifelé haladva megy végbe. Ha a termék nem elektromosan vezető anyagból készült , akkor ez a fajta kikeményedés csak akkor alkalmazható, ha töltőanyagként fémport tartalmazó keményíthető anyagokat viszünk fel rá.
A konvekciós kikeményítés nem önálló módszer, hanem a folyamat minőségének további feltétele. Ha a hőkezelés során a keményedő anyag teljes rétegét a lehető leggyorsabban a kívánt hőmérsékletre kell melegíteni az egyenletes eloszlás, a viszkozitás minimalizálása és a kenhetőség romlása nélkül, akkor a szerkezetében hőkonvekciót kell biztosítani . Az anyagrétegen belüli lassú melegítés (például festék vagy lakk) még azelőtt megkezdi a kikeményedési folyamatot, hogy az eléggé szétterülne a termék felületén, aminek következtében a kikeményedett felület egyenetlen lesz. A tűzhely hőmérsékletének állandósága és a hőmérséklet szabályozása a fűtési folyamat során egyenletes bevonatot biztosít és megakadályozza a túlmelegedést [13] .
A konvekciós kikeményítés a felmelegített levegő áramlásának a termékeken való mozgása miatt történik. Minden ismert energiaforrás felhasználható a konvekciós szárítók levegőjének melegítésére. Általában ezek elektromos fűtőelemek, gáz- vagy dízelégők, gőzradiátorok. A ventilátorok a hő mozgatására szolgálnak a kamra körül.