Hærdning er en proces, der resulterer i den irreversible omdannelse af flydende reaktive oligomerer og (eller) monomerer til faste usmeltelige og uopløselige netværkspolymerer. Hærdningsprocessen foregår med deltagelse af specielle hærdere eller som et resultat af interaktionen af reaktive grupper af oligomerer med hinanden under påvirkning af varme, ultraviolet lys eller højenergistråling. Det er en vigtig teknologisk operation ved støbning af produkter fra hærdeplast , tætning med støbemasser og fugemasser , opnåelse af klæbefuger og maling . Hærdningsprocessen af gummier omtales almindeligvis som vulkanisering .
Hærdning kan foregå ved normale og forhøjede temperaturer og opdeles i overensstemmelse hermed i kold- og varmhærdning, ved forhøjet eller reduceret tryk, i fri luft eller uden adgang til oxygen O 2 . Hærdningen af polymerer kan foregå ved polykondensationsmekanismen (for eksempel hærdning af phenol-formaldehydharpikser ) eller polymerisation (for eksempel hærdning af polyesterharpikser ). I nogle tilfælde kan begge mekanismer kombineres i en proces (for eksempel hærdning af epoxyharpikser med syreanhydrider i nærvær af katalysatorer - tertiære aminer ).
Polyfunktionelle forbindelser fungerer som hærdere , såsom diaminer , polyaminer , phenoler , glycoler , anhydrider osv. Hærderne omfatter også radikalinitiatorer - organiske peroxider , diazoforbindelser og ioniske polymerisationskatalysatorer - tertiære aminer , Lewis-syrer og andre. Ofte kombineres hærdningsinitiatorer med acceleratorer , såsom koboltnaphthenat ). Nogle hærdermolekyler (såsom triethanolaminderivater ) kan indeholde både reaktive og katalytiske grupper.
Mængden af hærder i sammensætningen afhænger af antallet af funktionelle grupper i oligomeren og i selve hærderen. Mængden af initiator eller katalysator afhænger af aktiviteten af disse grupper og er sædvanligvis 0,1-5%. Hærdningshæmmere bruges til at bremse hærdningen . [en]
UV-hærdning er fotokemisk induceret polymerisation ved hjælp af ultraviolet stråling . UV-hærdelige belægninger indeholder fotoinitiatorer . Når lysenergi fra UV-stråling rammer dem, nedbrydes fotoinitiatorer til frie radikaler , som er højenergi-iltmolekyler. I bevægelsesprocessen kolliderer radikalerne med oligomerer og monomerer, der kombineres med dem. Under hærdning dannes en matrix, tværbundet fra polymerkæder. [2]
Kilden til ultraviolet stråling er som regel ultraviolette lamper eller LED-dioder, der udsender i det ultraviolette spektrum. [3]
Under påvirkning af bestråling sker copolymerisationen af oligomerer og monomerer. Strålingshærdning af sammensætninger forekommer kun under en stråle uden at organisere yderligere betingelser (temperatur, tryk, vakuum osv.). I dette tilfælde er der ikke behov for at indføre initiatorer, da de interagerende grupper dannes ved at bryde kæderne af hovedpolymererne. Denne proces er velkontrolleret, bestrålingskilden kan være placeret enten direkte i produktdannelseslinjen eller adskilt. [4] De vigtigste fordele ved strålingshærdning er: høj energieffektivitet , reduktion eller fuldstændig eliminering af fordampning af produkter, høj procesproduktivitet, stuetemperaturhærdning. [5]
Strålingshærdning er effektiv i tilfælde af filmdannere, der er i stand til kemiske transformationer på grund af polymerisationsreaktionen. Strålingseffekten på printprintet gør det muligt at opnå et resultat af høj kvalitet kombineret med en høj printhastighed. Dette forklares ved, at det er muligt at anvende maling opløst i et lavmolekylært produkt, der polymeriserer på papir under påvirkning af stråling. Mens det under termisk hærdning er nødvendigt at bruge en opløsning af maling i et inert opløsningsmiddel, som skal fordampes fra papiret. [4] De fleste belægninger hærder tilfredsstillende ved absorberede doser på 80-140 kGy og elektronenergier på 0,06-0,08 pJ. Høje strålingsdoser er uønskede for at undgå destruktive processer. Når de udsættes for stråling, hærder belægninger på metalunderlag generelt hurtigere og ved lavere strålingsdoser end for eksempel på træ, pap eller plast. Dette skyldes den større reflektionsevne af metaller end andre materialer. [6]
Denne hærdningsmetode er baseret på overførsel af mekaniske vibrationer fra en ultralydstransducer til klæbemidlet placeret på grænsefladen mellem de dele, der skal sammenføjes. Det giver gode resultater, når der anvendes pulver- eller filmlim i konstruktionen. Varmen, der genereres ved absorption af ultralydsenergi, smelter eller hærder klæbemidlet.
Sammensætningen udsættes for ultralydsbehandling ved en bølgelængde tæt på eller et multiplum af bølgelængderne af termiske vibrationer af sammensætningen, svarende til det maksimale dielektriske tab af komponenterne, blanding af sammensætningen eller hele sammensætningen. Oscillerende effekter kan udføres i en pulserende tilstand. På samme tid er længderne og periodiciteten af pulserne multipla af bølgelængderne af de virkende vibrationer eller er tæt på (eller multipla) på længderne af de gennemsnitlige statistiske segmenter af makromolekylerne af de tilsvarende ingredienser, der udgør sammensætningen. [7]
Den varme, der frigives i processen med ultralydseksponering, er af lokal natur og forekommer på applikationsstedet. På grund af denne kvalitet er ultralydssvejsning meget brugt til at forbinde allerede hærdede sammensætninger . Ved at smelte og gen-størkne hårdt og blødt plast, semi-krystallinsk plast og metaller, gør denne teknologi det muligt at pakke farlige materialer hurtigt uden brug af klæbemidler og høje temperaturer.
Ultralydsbehandling kan også bruges som katalysator til varmhærdning. Effekten af ultralyd på varmhærdende epoxyklæbemiddel, før det påføres på de dele, der skal limes, reducerer således forberedelsestiden betydeligt, samtidig med at styrken af klæbefuger øges. Ved at bruge eksemplet med limning af materialer med koldhærdende klæbemidler er det blevet fastslået, at som et resultat af ultralydsbehandling forbedres fugtigheden af overfladen af fyldstoffet med harpiks. Fyldstofpartiklerne er mere jævnt fordelt i volumenet af polymeren, hærdningsprocessen accelereres, spredningen af klæbemidlet på overfladen af delen forbedres på grund af et fald i den oprindelige viskositet og kontaktvinklen for alle materialer under studiet falder. [otte]
Elektronstrålehærdning giver dig ligesom UV-hærdning mulighed for at opnå 100 % hærdning af maling, lak og klæbemidler. Dannelsen af intermolekylære bindinger og hærdning under en strøm af elektronstråler ligner UV-hærdning, men elektronenergi er tilstrækkelig til at starte processen, og der kræves ingen initiatorer. Elektrisk opvarmede wolframfilamenter i et vakuumkammer genererer en strøm af elektroner. Elektronerne, der har accelereret til en høj hastighed, falder på det hærdede materiale. Elektronernes energi afhænger af spændingen, som bestemmer dybden af deres indtrængning i materialet og den maksimale tykkelse af det hærdede eller tørrede materiale.
Denne form for hærdning er stadig højt specialiseret og bruges til trykning, laminering og til fremstilling af fleksibel emballage, belagt over traditionel blæk med slidbestandig blank lak.
Termostrålingsmetoden er baseret på et materiales evne til at transmittere infrarøde stråler af en vis længde. Når strålerne absorberes af underlaget, varmes det op. En del af energien reflekteres fra overfladen, en del absorberes af underlaget, og resten overføres til materialet. Direkte energioverførsel sætter straks hærdningsreaktionen i gang. Fordelen ved IR-hærdning er evnen til at overføre en stor mængde energi på meget kort tid.
Selvom IR-kameraer er i stand til at hærde belægninger meget hurtigere end andre maskiner, er resultatet stærkt påvirket af produkternes størrelse, form og vægt. For effektiv hærdning er det vigtigt, at den infrarøde stråling rammer alle områder af den hærdede overflade jævnt. Afstanden fra overfladen til strålingskilden påvirker også belægningens hærdning væsentligt. Hvis emnet, der skal hærdes, har geometriske områder skjult eller langt væk fra strålingskilden, anbefales det at bruge konvektionsmetoden ud over termostrålingsmetoden. [9]
Kunstige kilder til infrarøde bølger er glødelamper, metal- og keramiske plader, spiraler, gasbrændere osv. Ved brug af langbølget infrarød stråling opvarmes strålingskilden til en maksimal temperatur på +750 °C, når den hærdes med en medium- bølgeanordning, når energikilden en temperatur på +750 ÷ +1450 C°. Under kortbølget infrarød tørring (f.eks. i sprøjtekabiner) opvarmes produktet af stråling, der trænger gennem LCP-laget og absorberes af underlagets overflade med 90 %. Strålingskilden kan maksimalt nå en temperatur på +3000 C°, hvilket bidrager til uhindret frigivelse af flygtige produkter fra filmen. Takket være dette accelereres processen med at danne en maling og lakbelægning betydeligt. [ti]
Det er baseret på absorptionen af energi af substratmaterialet, når det placeres i et vekslende elektrisk felt med en frekvens på (10 ... 15) 106 GHz. Hensigten med at bruge højfrekvent opvarmning blev bemærket i produktionen af glasfiber, spånplader, viklings- og profilprodukter samt støbemasser. Så fx kan hærdning af glasarmeret plast baseret på epoxy-phenoliske bindemidler udføres på få minutter, og epoxystøbemasser opnår stabile egenskaber på 30-60 minutter. Den højeste hærdningsgrad 96,8% blev opnået efter eksponering for HDTV -feltet i 105 s. om sammensætningen af VK-9 klæbemidlet indeholdende oligoamid PO-300 som hærder og blødgører . [11] Med højfrekvent hærdning af epoxy- eller acrylat-pottesammensætninger direkte i metalforme falder deres viskositet, migrationen af luftindeslutninger til overfladen af materialet accelereres, og der opnås en mere fuldstændig hærdning. Graden af hærdning af epoxysammensætninger ved brug af den traditionelle metode overstiger ikke 86-87%, og når den behandles inden for højfrekvent strøm, når den 97-98%. [12]
Induktion (induktiv) hærdning involverer at placere produktet i et magnetfelt og opvarme det ved hjælp af hvirvelstrømme, der opstår inde i . Som følge heraf genereres varme direkte inde i produktet. Polymerisationen af belægningen foregår således altid i retningen fra indersiden til ydersiden. Hvis produktet ikke er lavet af elektrisk ledende materialer , kan denne form for hærdning kun anvendes, når der påføres hærdelige materialer, der indeholder metalpulver som fyldstof.
Konvektionshærdning er ikke en selvstændig metode, men en yderligere betingelse for processens kvalitet. Hvis hele laget af det hærdelige stof under varmhærdning skal opvarmes så hurtigt som muligt til den nødvendige temperatur for dets ensartede fordeling, minimering af viskositet og uden forringelse af smørbarheden, så er det nødvendigt at sørge for varmekonvektion i dets struktur. Langsom opvarmning inde i et lag af materiale (såsom maling eller lak) starter hærdningsprocessen, allerede før den har spredt sig tilstrækkeligt over produktets overflade, hvilket resulterer i, at den hærdede overflade er ujævn. Konstansen af brændetemperaturen og styringen af temperaturen under opvarmningsprocessen sikrer en ensartet belægning og forhindrer overophedning [13] .
Konvektionshærdning udføres på grund af bevægelsen af strømmen af opvarmet luft på produkterne. Alle kendte energikilder kan bruges til at opvarme luften i konvektionstørrere. Normalt er disse elektriske varmeelementer, gas- eller dieselbrændere, dampradiatorer. Ventilatorer bruges til at flytte varme rundt i kammeret.