Как выбрать ювелирный компаунд (смолу) — продолжение

Это окончание статьи Сергея Гейдура "Как выбрать ювелирный компаунд (смолу)"

Рис. 3

Повышение температуры существенно понижает вязкость компаунда в начале отверждения. Например, вязкость свежеприготовленного компаунда ПЭО-510КЭ-20/0 уменьшается в несколько раз: с 640 до 50 мПа.с при повышении температуры от 25 до 55°С. В области температур, близких к комнатной, можно пользоваться оценочным эмпирическим правилом: рост или понижение температуры окружающей среды на 5°С соответственно уменьшает или увеличивает вязкость компаунда в 1,5 раза. Важно помнить , что одновременно, с ростом температуры запускается другой конкурирующий процесс – ускорение процесса полимеризации. Это приводит к тому, что вязкость, достигнув определенного минимума, вскоре начинает стремительно нарастать. Из рис. 3 видно, что при Т=55°С время достижения рубежа вязкости в 1500 мПа.с для компаунда ПЭО-510КЭ-20/0 составит 75 мин, как для Crystal resin при Т=25°С. Таким образом, небольшой подогрев является полезной технологической операцией, способствующей эффективной дегазации компаунда и одновременно уменьшающей время его отверждения.

6. Жизнеспособность

Это часть времени отверждения, в течение которого компаунд после перемешивания компонентов А и В всё ещё остается в достаточно жидком и пригодном для использования состоянии (табл. 1). Эпоксидные компаунды, отверждаемые при комнатной температуре, с жизнеспособностью менее получаса (обычно они продаются в блистерах) не представляют интереса, т.к. за столь малый срок пузырьки не успевают выйти из полимерной массы. Наиболее популярны составы с жизнеспособностью 2-6 часов (ПЭО-10К-20/0, ПЭО-610КЭ-20/0, ПЭО-510КЭ-20/0, Crystal resin, EpoxAcast 690). Этого времени хватает, чтобы пузырьки воздуха вышли из массы естественным путем при комнатной температуре или с небольшим подогревом, как из объемных покрытий, так и небольших изделий, отливаемых в формах. Некоторым потребителям этого мало и они хотели бы работать с единожды приготовленным компаундом всю рабочую смену 8-9 часов или более (ПЭО-10КЭ-20/0, ПЭО-210КЭ-20/0).

Жизнеспособность компаунда зависит от температуры отверждения в обратно пропорциональной зависимости: чем больше последняя, тем полимеризация идет быстрее и жизнеспособность уменьшается. Как известно, температура отверждения определяется температурой окружающей среды и прибавкой температуры вследствие экзотермического эффекта в процессе реакции. Количество выделяемого экзотермического тепла зависит от толщины и площади полимеризуемого компаунда. Если обычный компаунд приготовить в большой массе и длительное время не разливать или использовать для заливки изделия в виде «толстой» объёмной бульки, тогда в толще будет затруднен теплоотвод, это тепло ускорит процесс отверждения, который в свою очередь приведет к выделению новой порции экзотермического тепла и т.д. Процесс может стать неуправляемым, компаунд вскипит (вспенится), станет мутно-белым, совершенно непригодным к применению. Насколько сильно может разогреться эпоксидная композиция в результате экзотермического эффекта? Экспериментально установлено, что температура «упрощенного» компаунда KER-828/ТЭТА, замешанного при комнатной температуре в массе 0,5кг, через час достигает Т=270°С при максимальном экзотермическом выделении! Чтобы избежать пагубного воздействия экзотермического эффекта при изготовлении крупных изделий рекомендуется использовать составы с низкой скоростью отверждения и соответственно большой жизнеспособностью (ПЭО-10КЭ-20/0,ПЭО-210КЭ-20/0).

7. Режим отверждения

Он определяется двумя параметрами - временем и температурой отверждения. Если планируется работать только при комнатной температуре, то в принципе вам достаточно одного параметра - времени отверждения. С другой стороны, комнатная температура понятие довольно расплывчатое, это может быть и 16, и 25, и 30°С. Поскольку температура существенно влияет на вязкость, жизнеспособность и конечное время отверждения компаунда, нужно исходить из того, что режим отверждения компаунда, рекомендованный в инструкции по эксплуатации, служит ориентиром, а оптимальный режим устанавливается потребителем, исходя из конкретной задачи.

В процессе отверждения эпоксидный компаунд проходит три стадии. Каждая из них по-своему важна. С первой – жидкофазной стадией – мы фактически познакомились, она практически совпадает по времени с жизнеспособностью. Далее следует стадия гелеобразования, на рис. 3 она занимает место в области перегиба кривых. Эпоксидная композиция становится более неработоспособной, возрастает липкость и, в конце концов, гелеобразная консистенция переходит в эластичное состояние ("резиновую фазу") - при нажатии ногтем на поверхности остается вмятина. Если требуется подзаливка эпоксидной смолой, то её рекомендуется производить именно в этот период, т.к. химические процессы ещё не закончились и в результате совместного отверждения сшивка будет лучше, а поверхность раздела - незаметной. В конце второй стадии эпоксидный компаунд ещё пластичен – самое время что-нибудь полепить или изогнуть изделие, придав желаемую форму. Третья стадия – доотверждения. Компаунд уже находится в твердом состоянии, вмятину ногтем уже не сделать. Численные значения времени отверждения компаундов при температуре 25°С приведены в табл. 1. Они соответствуют, как правило, степени завершенности реакции на уровне 76-80%. Образцы становятся прочными твердыми, похожими на стекло, их можно эксплуатировать без опаски, в том числе подвергать всем видам механической обработки. Окончательный процесс отверждения завершается через 7-10 суток (при повышенной температуре быстрее).

Теперь рассмотрим три важных эксплуатационных характеристики отвержденных компаундов: твердость, фото- и термостойкость.

8. Твердость

После отверждения большинство ювелирных компаундов представляют собой стеклообразную массу с глянцевой поверхностью, близкой к полированной, и твердостью в пределах 75-80 по шкале Шора (табл.1). Компаунды ПЭО представлены на рынке марками различной твердости, их можно расположить в порядке уменьшения твердости и соответственно увеличения эластичности как ПЭО-10К-20/0, ПЭО-610КЭ-20/0, ПЭО-510КЭ-20/0, ПЭО-10КЭ-20/0, ПЭО-210КЭ-20/0, ПЭО-310КЭ-20/0 и ПЭО-710КЭ-20/0. Две последние новые марки по оптической прозрачности напоминают стекло, а по гибкости стирательную (жевательную) резинку и сохраняют свою эластичность длительное время. Компаунды ПЭО-310КЭ-20/0, ПЭО-710КЭ-20/0, кроме того, обладают предельно низкой скоростью отверждения, что позволяет осуществлять заливку объемов до 1,5-2 литров за один раз при комнатной температуре.

Некоторые производители используют для пластификации химически инертные модификаторы типа дибутилфтаталата или каучука, которые приводят к ухудшению эксплуатационных характеристик эпоксидного полимера [26]. В отличие от них в компаундах ПЭО применены активные содержащие эпоксидные группы модифицирующие добавки, введенные в компонент А на стадии изготовления, которые в процессе реакции становятся неотъемлемой частью отверждаемой системы, встраиваясь в полимерную сетку.

9. Фотостойкость

На рис. 4 представлены результаты исследования фотостойкости ювелирного эпоксидного компаунда ПЭО-610КЭ-20/0 в сравнении с зарубежными Crystal resin, MG-EPOX-GLASS и EpoxAcast 690. Образцы экспонировались снаружи (на балконе) и внутри (на подоконнике) помещения в условиях Санкт-Петербурга. Ничем не прикрывались, до начала экспериментов выглядели одинаково бесцветными. Фото сделано после инсоляции образцов в течение 1,1 года внутри (средний ряд) и снаружи (верхний и нижний ряды) помещения. Естественно, что большую дозу радиации УФ лучей получили образцы, расположенные снаружи, и, кроме того, подверглись воздействию ветра, пыли, снега и дождя. Из рис. 4 видно, что эпоксидные компаунды ПЭО-610КЭ-20/0 и EpoxAcast 690 после инсоляции в комнатных условиях не пожелтели совсем, а на улице - пожелтели лишь незначительно. В отличие от Crystal resin и MG-EPOX-GLASS, чья фотостойкость оказалась заметно ниже, см. также табл. 1. При одинаковых условиях инсоляции пожелтение образцов с большей толщиной (нижний ряд) проявлялось более выражено по сравнению с таковой для образцов с меньшей толщиной (верхний ряд).

Рис. 4

10. Термостойкость

Ещё один параметр –термостойкость или максимальная температура эксплуатации отвержденного компаунда. Конечно, в быту редко встречается температура свыше 45°С, но если планируется поездка на пляжный отдых в жаркие страны или комбинированная работа с эпоксиполимером и пластикой, учтите и этот параметр. Особенно это, актуально для зарубежных компаундов, чья термостойкость относительно невелика (табл. 1). С учетом вышеизложенного хранить готовые изделия из ювелирных компаундов нужно в тёмном месте при температуре, близкой к комнатной.

В отличие от твердых ювелирных эпоксидных компаундов условия хранения их исходных компонентов А и В чуть пожестче. Они должны храниться герметично упакованными, в сухом темном месте при температуре не выше (20±5)°С и их необходимо оберегать от контакта с атмосферной влагой и летучими веществами других компонентов. Из табл. 1 видно, что гарантийный срок хранения компонентов у компаундов ПЭО и Crystal resin при комнатной температуре примерно одинаковый. Разница в том, что компоненты Crystal resin "боятся" холода, и вследствие этого возможны проблемы при их транспортировке в зимнее время.

В заключении остановимся на мерах безопасности при работе с ювелирными эпоксидными компаундами.

Рис. 5

Там все прописано подробно: предприятие-изготовитель, вредные и опасные факторы и их влияние на человека, и окружающую среду, меры по оказанию первой помощи, условия использования, хранения и транспортировки и т.д. Сравнение результатов санитарно-эпидемиологической экспертизы эпоксидных компаундов ПЭО с аналогичными данными компаундов Crystal resin и EpoxAcast 690 показало, что они практически не отличаются (табл. 2).

Таблица 2. Гигиенические характеристики ювелирных эпоксидных компаундов

Воздействия этих факторов можно легко избежать, если выполнять требования безопасного обращения с компонентами ювелирных эпоксидных компаундов, предусмотренными производителем в инструкции по применению, например [28]. Отметим самые важные из них:

~ Работы с компаундом проводить в хорошо проветриваемом помещении вдали от огня, при возможности - использовать вентиляцию.

~ Остерегаться прямого контакта с компонентами компаунда, использовать средства индивидуальной защиты кожных покровов, органов зрения и дыхания.

~ При попадании на кожу компаунд следует сразу смыть горячей мыльной водой, смазать кожу жирной мазью на основе вазелина.

~ При попадании в глаза необходимо их промыть большим количеством теплой проточной воды в течение не менее 15 минут.

В процессе отверждения эпоксидных компаундов в отличие от полиэфирных смол, которые также используют при производстве сувениров, летучие вещества не выделяются. По заключению ФГУЗ «Центр, гигиены и эпидемиологии города Санкт-Петербург» в отвержденном состоянии эпоксидные компаунды ПЭО не оказывают местно-раздражающего действия на кожные покровы и слизистые оболочки глаз и рекомендованы к применению в ювелирной промышленности, производстве бижутерии и сувениров, в том числе в быту [29].

ВЫВОДЫ:

На основании результатов исследований сделаны рекомендации по выбору ювелирных эпоксидных компаундов исходя из конкретного применения в бижутерии. Впервые проведено сравнение оптических, технологических, эксплуатационных и токсикологических характеристик отечественных и импортных материалов. Исследованы реокинетические кривые отверждения при комнатной температуре и Т=55°С. Подробно рассмотрены 11 важных моментов, определяющих потенциальную пригодность ювелирного эпоксидного компаунда для изготовления объемных покрытий, заливки в форму и имитации воды, а также его безопасность. Показано, что отечественные компаунды ПЭО серии "20/0" не уступают импортным аналогам в оптическом качестве и стойкости к УФ облучению, но при этом охватывают более широкий диапазон по вязкости и жизнеспособности.

Поскольку по правилам Ярмарки мастеров запрещено делать внешние ссылки, а без них целостность статьи нарушается, предлагаю заинтересовавшимся читателям продолжить чтение по первоисточнику. Для этого набрать в Яндексе "lfpti Гейдур. Как выбрать ювелирный компаунд" и вы сразу его определите.