Литая смола

герметизированные электронные компоненты
залил волосы за одну установку
Отливка из смолы средневековой шахматной фигуры
Прозрачная смола фиксирует Титаник и айсберги, второй слой смолы зеленого цвета имитирует поверхность воды.

Литья смолы представляет собой синтетическую смолу , которая обрабатывается в жидкой форме в конечный продукт и затвердевает , так как это , или его компонента. Еще жидкую смолу заливают в форму многоразового использования или в форму для утери . Это приводит либо к корпусам из чистой литой смолы с поверхностями произвольной формы, либо к включению других деталей. Заливка в основном используется

  • корпус и защита деталей от попадания влаги, пыли, инородных тел, воды и т. д.
  • электроизоляция, d. ЧАС. повышение диэлектрической прочности и защита от случайного прикосновения.
  • фиксация деталей друг с другом, повышение механической устойчивости, а также устойчивости к вибрации и ударам.

В отличие от плавких литейных смесей ( термопластов ), затвердевание происходит в результате химической реакции сшивания и является необратимым ( термореактивным ).

Приложения

Типичные применения литейных смол:

  • Заливка и изготовление электротехнических компонентов ( трансформаторы , изоляторы , конденсаторы , полупроводники , сборки)
  • Заливка открытых точек контакта на кабелях и линиях ( рукава , подземные кабельные ответвления, например, силовые и телефонные линии), но здесь часто также и плавление заливочных масс
  • Приводы, например Б. в быстром прототипировании и в реставрации зданий и памятников
  • Изготовление форм, необходимых для литья, путем покрытия литейной смолой и удаления исходной детали после ее затвердевания.
  • Прозрачная заливка, например Б. по эстетическим соображениям, для постоянной сохранности или лучшей управляемости хрупких или скоропортящихся предметов
  • Холодная глазурь (устойчивая к царапинам и атмосферным воздействиям защита поверхности, бесцветные или цветные, похожие на глазурь поверхности без обжига для рукоделия)
  • Конструкция модели (копия ручьев, рек, озер и т. Д.)

Компоненты

Смола и отвердитель

Эти два компонента смешиваются в определенном стехиометрическом соотношении для образования жидкой массы, а затем вступают в реакцию с образованием твердого вещества. Реакция сшивания инициируется или ускоряется под действием тепла, ультрафиолетового излучения или влаги. По химической природе компонентов различают: Б. между:

Большинство смол и отвердителей не затвердели и опасны для здоровья и окружающей среды. Таким образом, необходимо соблюдать специальные меры защиты согласно паспорту безопасности .

Ускорители и добавки

В зависимости от точных химических свойств катализаторы могут или должны быть добавлены в качестве ускорителей для более быстрого протекания реакции сшивания. Пластификаторы повышают эластичность литейной смолы, а добавки, такие как пеногасители , модификаторы вязкости и усилители адгезии, улучшают конечные и технологические свойства. Эти компоненты либо добавляются пользователем отдельно, либо уже содержатся в смоле и отвердителе.

Наполнители и цвет

Наполнители представляют собой мелкозернистые, в основном минеральные вещества, такие как кварцевый порошок , песок , мел , короткие стеклянные или текстильные волокна, которые увеличивают механическую прочность и уменьшают усадку во время отверждения и коэффициент расширения готового формовочного материала. Кроме того, эти добавки часто удешевляют литьевую смолу, снижают риск возгорания и обычно также улучшают теплопроводность. Эти преимущества оплачиваются более сложной обработкой, так как вязкость смолы увеличивается, и наполнитель может осаждаться . Во время промышленной обработки в системах литья наполнитель обычно приводит к более высокому износу системы.

Пигменты обеспечивают желаемую окраску литейной смолы.

характеристики

В зависимости от области применения затвердевшую литейную смолу обычно характеризуют следующие конечные свойства:

Однако в случае литейных смол также важны свойства в жидком состоянии во время обработки и отверждения. В частности, это:

  • Вязкость: Если корпус или форма, предназначенная для заливки, имеет небольшие зазоры и отверстия, идеальная заливка без пузырьков возможна только при достаточно низкой вязкости.
  • Реакционная способность: Скорость реакции сшивки определяет жизнеспособность , т.е. ЧАС. время, в течение которого смола, смешанная с отвердителем, еще может обрабатываться, т.е. имеет достаточно низкую вязкость. От этого также зависит время отверждения до окончания реакции сшивания.
  • Токсичность сырья и паров при переработке
В трансформаторах с литой изоляцией обмотки высокого напряжения герметизированы для обеспечения электрической изоляции и защиты от грязи и влаги.

Формула литейной смолы может быть составлена ​​с оптимальными свойствами для предполагаемого использования и процесса обработки посредством подходящего выбора и соотношения компонентов (рецепт). Из-за большого количества доступных синтетических смол и наполнителей существует очень широкий спектр различных литейных смол. Поэтому трудно дать общие характеристики. Эпоксидная смола с высоким содержанием наполнителя твердая и хрупкая при комнатной температуре, а мягкие эластомеры можно производить на основе силикона . Смолы для литья также могут использоваться при высоких температурах; с силиконовыми смолами возможны рабочие температуры до 180 ° C и, на короткое время, до 300 ° C. Все синтетические смолы являются электроизоляционными материалами, но с использованием подходящих наполнителей и методов обработки можно также производить электропроводящие смолы для литья. После отверждения синтетические смолы часто очень устойчивы к воздействиям окружающей среды, но в меньшей степени к органическим жидкостям. Они физиологически безвредны лишь частично. Переработка возможна только в ограниченной степени, наиболее экономически и экологически целесообразным использованием отходов затвердевшей литой смолы является использование высокой теплоты сгорания при горении.

Вязкость в первую очередь определяется содержанием наполнителя. Поскольку высокая степень наполнения практически всегда приводит к лучшим конечным свойствам, ее обычно выбирают настолько высокой, чтобы просто гарантировать достаточно низкую текучесть. Скорость реакции можно регулировать с помощью компонента ускорителя. С одной стороны, высокая реакционная способность обеспечивает короткое время отверждения и, следовательно, эффективное производство и короткое время заполнения формы. С другой стороны, требуемая жизнеспособность и процесс отверждения (см. Ниже) ограничивают скорость реакции.

обработка

Дозирование, смешивание и обработка

двухкомпонентная система литьевой смолы в картридже со статическим смесителем для ручной обработки
промышленная заливка

Сначала необходимо дозировать и смешать различные компоненты в соответствии с рецептом. Соотношение в смеси органических компонентов смолы, отвердителя и ускорителя обычно указывается производителем. Наполнитель и краситель либо добавляются пользователем, либо, в случае предварительно заполненных систем, также смешиваются производителем, так что необходимо смешать только два компонента. Однокомпонентные смолы представляют собой предварительно смешанные системы смол, в которых реакция отверждения начинается только при температуре выше начальной. Отверждение можно отложить на многие месяцы, если хранить при температуре ниже начальной (при необходимости в холодильнике). Здесь больше нет необходимости дозировать и смешивать.

Операции выполняются вручную или в промышленных заливочных системах с разной степенью автоматизации. Для перемешивания используются динамические миксеры, такие как резервуары с мешалкой и статические миксеры . Статические смесители смешивают компоненты только за счет их плавного движения и сами по себе не имеют движущихся частей. Такие статические смесители часто представляют собой одноразовые смесительные трубки, сделанные из пластика, и поэтому их не нужно чистить.

Примешивание наполнителя требует особой осторожности, поскольку жидкие компоненты должны смачивать большую поверхность мелкозернистого твердого вещества .

Смесь литейной смолы часто нагревают для снижения вязкости. Для достижения оптимальных технологических свойств литейную смолу необходимо дегазировать , обычно с помощью вакуума , чтобы удалить мешающие пузырьки воздуха, растворенные газы и влагу.

Горшечные растения

Фактическая заливка также может производиться машиной или вручную. Литьевую смолу нельзя заливать в форму слишком быстро, в противном случае увеличивается риск попадания воздушных включений. В идеале форма заполняется снизу, чтобы смола в форме медленно поднималась, а воздух выходил через отверстие вверху. Заливаемую деталь или форму перед заливкой при необходимости необходимо довести до температуры обработки. В системах вакуумного литья форма заполняется литейной смолой под вакуумом (менее 10 мбар). Если при заливке возникают пузырьки, в них преобладает остаточное давление вакуума. После заливки форма вентилируется, и атмосферное давление сжимает пузырьки вместе. Это приводит к заливке практически без пузырьков, заполнению всех пространств и, таким образом, к особенно хорошим электроизоляционным свойствам, поскольку таким образом исключаются частичные разряды . Литьевую массу и отливку также необходимо предварительно дегазировать и высушить в вакууме.

Закалить

Смола для литья отверждается независимо (смола холодного отверждения) или под действием тепла (термореактивная смола), иногда также под действием ультрафиолетового излучения или влаги. Первоначально вязкость непрерывно повышается до тех пор, пока не будет достигнута точка гелеобразования и смола не перейдет в твердое состояние. Химическая реакция продолжается в гелеобразной твердой смоле до тех пор, пока полимерная сетка не будет полностью сформирована и не будут достигнуты конечные свойства. В результате реакции сшивания объем литейной смолы обычно уменьшается. В случае отливок большого объема эту усадку необходимо компенсировать с помощью питателей, например, при металлической отливке или повторной заливке, в противном случае существует риск появления внешних вмятин или полостей .

После гелеобразования усадку невозможно компенсировать за счет текучести материала. В результате в литой смоле возникают внутренние напряжения и, в худшем случае, трещины . Напряжения можно свести к минимуму, если процесс отверждения будет как можно более равномерным и не слишком быстрым. Для этого необходимо соответствующим образом согласовать реактивность и другие влияющие факторы, такие как подача тепла. Это может, например, Б. осуществляется циклами отверждения с несколькими уровнями температуры разной продолжительности.

В процессе автоматического гелеобразования под давлением (ADG) литейная смола в форме подвергается избыточному давлению от 2 до 5 бар во время отверждения. В результате материал непрерывно прессуется, чтобы компенсировать усадку. С помощью этого метода можно достичь очень короткого времени отверждения от 5 до 15 минут; с другой стороны, необходимы сложные и дорогие формы. Поэтому он используется, например, в промышленном серийном производстве электрических изоляторов.

Кроме того, реакция обычно экзотермическая . В случае больших и компактных отливок это может привести к проблемам, если тепло реакции от скоплений литой смолы не может быть отведено в достаточной степени, и температура в отливке возрастет. Это, в свою очередь, увеличивает скорость реакции и, следовательно, снова экзотермичность. Реакция сшивания не должна протекать слишком быстро, в зависимости от размера отливки, чтобы избежать чрезмерного тепловыделения и, таким образом, неконтролируемого ускорения процесса твердения.

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ б с д е е Р. Stierli: отливка эпоксидной смолы и пропиточные смолы для электротехнической промышленности . В: Wilbrand Woebcken (Ed.): Duroplaste (= руководство по пластику. Том 10). 2-е издание. Hanser, Мюнхен / Вена, 1988, ISBN 3-446-14418-8 , стр. 510-527.
  2. ↑ Гюнтер Эртель (Ред.): Полиуретан (= руководство по пластмассам. Том 7). 3. Издание. Hanser, Мюнхен / Вена, 1993, ISBN 3-446-16263-1 , стр. 497-501.
  3. ↑ Erhard Hornbogen, Эвальд Вернер, Гюнтер Eggeler Werkstoffe . 10-е издание. Springer Berlin / Heidelberg 2012, ISBN 978-3-642-22560-4 , стр. 435.
  4. ↑ Европейский патент EP1524253.
  5. ↑ Карл-Хайнц Декер: Переработка отходов и утилизация отверждаемых формовочных смесей . В: Wilbrand Woebecken (ed.): Duroplaste (= руководство по пластику. Том 10). 2-е издание. Hanser, Мюнхен / Вена, 1988, ISBN 3-446-14418-8 , стр. 153–157.
  6. ↑ Андреас Кюхлер: Технология высокого напряжения . 2-е издание. Springer, Берлин / Гейдельберг / Нью-Йорк 2004, ISBN 3-540-21411-9 , стр. 278.

литература

  • Wilbrand Woebcken (Ed.): Duroplaste (= руководство по пластику . Том 10). 2-е издание. Hanser, Мюнхен / Вена 1988, ISBN 3-446-14418-8
  • Манфред Бейер: Эпоксидные смолы в электротехнике (= контакты и исследования . Том 109). Эксперт Verlag, 1983, ISBN 3-885-08792-8
  • Клаус-Петер Люрс: Заливка синтетической смолой . Creartec, 2007 г.
  • Клаус-Петер Люрс: Формы своими руками: от модели до точной копии с использованием жидких формовочных смесей . 6-е издание, Creartec, 2010 г., ISBN 978-3-939-90309-3

веб ссылки