اروزیل در اپوکسی؛ کاربردهای صنعتی، روش مصرف

اروزیل در چه محصولات اپوکسی استفاده می‌شود؟

در صنعت، اروزیل فقط برای غلیظ‌کردن رزین اپوکسی به کار نمی‌رود. این افزودنی می‌تواند به فرمولاسیون‌هایی کمک کند که باید در زمان نگهداری پایدار بمانند، هنگام اعمال به‌راحتی پخش شوند و بعد از اعمال روی سطح شره نکنند. در مستندات Evonik، کاربردهای اپوکسی شامل پوشش‌های ضدخوردگی، پوشش‌های ساختمانی، رزین‌های تزریقی، ملات و سیمان اپوکسی، چسب‌ها، رزین‌های تعمیر ابزار و قطعات و برخی پوشش‌های پودری ذکر شده است. در ادامه، کاربردهای واقعی را به تفکیک محصول بررسی می‌کنیم.

اروزیل در کفپوش اپوکسی

در بعضی فرمولاسیون‌های کفپوش اپوکسی از اروزیل استفاده می‌شود؛ اما در همه کفپوش‌ها نه. برای شناخت کاربرد آن باید بین چند نوع کفپوش تفاوت قائل شد.

برای کفپوش خودتراز، هدف ایجاد بیشترین غلظت نیست؛ هدف رسیدن به تعادل میان جریان‌یافتن، هواگیری و حفظ ضخامت است. در کفپوش ملات‌دار، برعکس، حفظ قوام و جلوگیری از جداشدن رزین از فیلرها اهمیت بیشتری دارد.

اروزیل در پوشش‌های صنعتی، ضدخوردگی و دریایی

این حوزه یکی از کاربردهای مستند سیلیکای فومد در اپوکسی است. پوشش‌های پرایمر دریایی، پوشش‌های صنعتی سبک و پوشش‌های تعمیراتی سنگین از جمله سیستم‌های قابل استفاده با سیلیکای فومد (اروزیل) معرفی شده‌اند.

در این محصولات، اروزیل ممکن است برای این اهداف به کار رود:

• جلوگیری از شره‌کردن پوشش روی دیواره مخازن، سازه‌های فلزی و سطوح عمودی؛
• کاهش ته‌نشینی رنگ‌دانه‌ها و فیلرها هنگام نگهداری؛
• بهبود کنترل ضخامت فیلم پوشش هنگام اعمال؛
• کمک به حفظ یکنواختی فرمولاسیون در محصولاتی که باید برای مدت طولانی در انبار بمانند.

در بعضی گریدهای آب‌گریز، سازنده بهبودهایی در مقاومت پوشش در برابر خوردگی نیز گزارش کرده است. برای نمونه، در یک آزمون پوشش اپوکسی حاوی CAB-O-SIL TS-720، کاهش تاول‌زدگی پوشش پس از آزمون پاشش نمک را گزارش می‌کند. این نتیجه مربوط به فرمولاسیون آزمایش‌شده است و به معنای آن نیست که افزودن هر نوع اروزیل به هر اپوکسی، به‌تنهایی مقاومت خوردگی را افزایش می‌دهد.

کاربرد اروزیل در چسب اپوکسی، چسب سازه‌ای و خمیر اتصال

در چسب‌های اپوکسی، اروزیل می‌تواند به تبدیل یک مخلوط روان به چسبی با قوام مناسب کمک کند. برای مثال، چسبی که روی سطح عمودی یا بین دو قطعه قرار می‌گیرد، نباید پیش از پخت از محل اتصال خارج شود.

کاربردهای رایج عبارت‌اند از:

• چسب‌های خمیری برای اتصال فلز، بتن یا قطعات کامپوزیتی؛
• چسب‌های تعمیراتی که باید روی سطوح عمودی باقی بمانند؛
• فرمولاسیون‌های دوجزئی که به کنترل جریان پس از مخلوط‌شدن رزین و سخت‌کننده نیاز دارند؛
• چسب‌های پرشده با پودرهای معدنی که احتمال ته‌نشینی اجزای جامد در آن‌ها وجود دارد.

در این کاربردها، اروزیل معمولاً در کنار سایر اجزای فرمولاسیون استفاده می‌شود. افزایش بیش از حد آن می‌تواند پخش چسب و خیس‌شدن سطح اتصال را دشوار کند؛ بنابراین غلظت نهایی باید طوری تنظیم شود که هم شره کنترل شود و هم چسب بتواند سطح را به‌خوبی بپوشاند.

اروزیل در بتونه اپوکسی، خمیر تعمیراتی و ملات اپوکسی

در بتونه و ملات اپوکسی، اروزیل می‌تواند قوام خمیری ایجاد کند یا به تنظیم قوام مخلوطی که از رزین، سخت‌کننده و فیلرهای دیگر تشکیل شده است کمک کند. برای نمونه، در بتونه تعمیراتی ممکن است به ترکیبی نیاز باشد که روی سطح باقی بماند، از لبه ترک خارج نشود و بتوان آن را با کاردک شکل داد. در ملات اپوکسی نیز ممکن است هدف جلوگیری از جداشدن رزین از فیلر و حفظ یکنواختی ترکیب باشد.

تفاوت مهم: اروزیل به دلیل ساختار ذره‌ای و سطح ویژه بالا، افزودنی مؤثری برای کنترل رئولوژی است؛ اما برای افزایش حجم ملات یا پرکردن حجم زیادی از ترک، معمولاً از فیلرهای حجمی و سنگ‌دانه‌ها استفاده می‌شود. اروزیل جایگزین اقتصادی و مستقیم این مواد نیست.

استفاده از اروزیل در اپوکسی ریخته‌گری و قالب‌گیری

در رزین‌های ریخته‌گری، اروزیل می‌تواند برای افزایش ویسکوزیته، کنترل جریان یا معلق نگه‌داشتن مواد جامد به کار رود. اما این کاربرد به هدف ریخته‌گری بستگی عملی دارد:

• در قطعه‌ای که باید شفاف باشد، اروزیل می‌تواند شفافیت را کاهش دهد یا ظاهر نهایی را تغییر دهد.
• در قطعه پرشده با فیلر، ممکن است به کاهش ته‌نشینی فیلر در زمان کارپذیری کمک کند.
• در قالبی با جزئیات ریز، افزایش بیش از حد ویسکوزیته می‌تواند مانع پرشدن کامل قالب شود.
• در قطعات ضخیم، خروج حباب اهمیت زیادی دارد و رزین بیش از حد غلیظ ممکن است هواگیری را دشوار کند.

بنابراین، برای رزین‌های شفاف تزئینی معمولاً نباید بدون دلیل به سراغ اروزیل رفت؛ اما در ریخته‌گری‌های پرشده یا کاربردهایی که نیاز به کنترل جریان دارند، استفاده از آن می‌تواند منطقی باشد.

اروزیل در رزین‌های لمینیت و کامپوزیت

در ساخت قطعات کامپوزیتی، اروزیل ممکن است به رزین افزوده شود تا جریان آن کنترل شود و روی بخش‌های عمودی یا شیب‌دار بیش از حد حرکت نکند. بااین‌حال، در فرایندهایی مانند آغشته‌سازی الیاف شیشه یا کربن، رزین باید بتواند به‌خوبی در میان الیاف نفوذ کند.

اگر ویسکوزیته بیش از حد افزایش یابد، احتمال خشک‌ماندن بخشی از الیاف، حبس هوا و ایجاد نواحی ضعیف در کامپوزیت بیشتر می‌شود. به همین دلیل، در رزین‌های لمینیت، اروزیل معمولاً برای کنترل هدفمند جریان استفاده می‌شود، نه برای ایجاد حداکثر غلظت.

رزین‌های تزریقی و پاتینگ الکتریکی

در رزین‌های تزریقی، اروزیل می‌تواند برای تنظیم رئولوژی یا کاهش ته‌نشینی مواد جامد استفاده شود. اما در تزریق رزین به قالب‌های باریک یا قطعات دارای کانال‌های کوچک، افزایش ویسکوزیته ممکن است نفوذ رزین را محدود کند. در پاتینگ و محصورسازی قطعات الکترونیکی نیز امکان استفاده از سیلیکای فومد در فرمولاسیون‌های خاص وجود دارد؛ ولی باید میان پایداری فیلر، جریان اطراف قطعات، هواگیری و خواص عایقی تعادل برقرار شود.

چه مقدار اروزیل به اپوکسی اضافه می‌کنند؟

برای شروع فرمولاسیون، بهتر است به‌جای یک عدد حدسی، از مقادیر واقعی ثبت‌شده در راهنماهای فنی استفاده کنیم. دو نمونه صنعتی قابل استناد وجود دارد:

نمونه اول: رزین اپوکسی بدون حلال

۴٪ درصد وزنی سیلیکای فومد روی رزین‌های اپوکسی مشخص

در آزمایشی اثر گریدهای مختلف در غلظت ۴٪ در چند رزین اپوکسی بررسی شده است. در این آزمایش‌ها، گریدهای آب‌گریز R 202 و R 805 در سیستم‌های مورد بررسی، غلیظ‌کنندگی بیشتری از گرید آب‌دوست AEROSIL 300 داشتند.

نمونه دوم: پوشش اپوکسی صنعتی رنگ‌دار

۲٫۲۳٪درصد وزنی

در یک فرمولاسیون نمونه پوشش اپوکسی سیاه، Cabot مقدار ۲٫۲۳٪ CAB-O-SIL را همراه با رزین، رنگ‌دانه، حلال و افزودنی‌های دیگر به کار برده است. این فرمولاسیون شامل یک فرایند پراکنش و آسیاب نیز بوده؛ بنابراین مقدار یادشده را نباید مستقیماً برای کفپوش خودتراز یا رزین شفاف به کار برد.

برای آزمایش اولیه در کارگاه چه مقادیری اروزیل و اپوکسی را امتحان کنیم؟

جدول زیر یک برنامه آزمایش پیشنهادی است، نه نسخه مصرف رسمی سازنده. برای یک رزین اپوکسی مایع که هدف از افزودن اروزیل، غلیظ‌کردن و کاهش شره است، می‌توان سه نمونه را با مقادیر زیر تهیه کرد:

این مقادیر به‌ترتیب معادل ۱، ۲ و ۳ قسمت اروزیل به ازای ۱۰۰ قسمت رزین پایه هستند. در این روش، سخت‌کننده در محاسبه ۱۰۰ گرم رزین پایه لحاظ نشده است. هر سه نمونه را با یک گرید یکسان بسازید و پس از پراکنش، سخت‌کننده را مطابق نسبت تعیین‌شده سازنده رزین اضافه کنید. سپس غلظت، شره روی سطح عمودی، حباب، زمان کارپذیری و ظاهر نهایی را مقایسه کنید. اگر در مقدار ۱٪ غلظت کافی ایجاد شود، افزایش بیشتر لزوماً مزیت ندارد.

توجه: این آزمایش برای پیدا کردن نقطه شروع در یک سیستم مشخص است؛ مقدار نهایی باید با توجه به کاربرد و نتایج آزمون انتخاب شود. در فرمولاسیون‌های دارای فیلر زیاد، مقدار موردنیاز ممکن است متفاوت باشد.

روش صحیح افزودن اروزیل به رزین اپوکسی

مهم‌ترین بخش کار، نحوه پراکنش پودر اروزیل است. حتی اگر گرید مناسبی انتخاب شده باشد، پراکنش ناقص می‌تواند باعث شود رزین به غلظت هدف نرسد یا در نقاط مختلف رفتار یکسانی نداشته باشد. برای پراکنش سیلیکای فومد در رزین اپوکسی، دیسولور پرسرعت، میکسر سیاره‌ای، آسیاب سه‌غلتکی و تجهیزات خمیرسازی میتواند مناسب باشد.  همزن پروانه‌ای معمولی برای مخلوط‌کردن مناسب است، اما به دلیل نیروی برشی کمتر، برای پراکنش کامل اروزیل معمولاً گزینه ضعیف‌تری است.

مرحله اول: آماده‌سازی رزین

ابتدا رزین پایه را در ظرف تمیز و خشک بریزید. رزین باید قابلیت هم‌زدن داشته باشد و دمای آن کنترل شود. اگر رزین بسیار سرد و غلیظ باشد، خیس‌شدن و پراکنش پودر دشوارتر می‌شود. در این مرحله، سخت‌کننده را اضافه نکنید؛ در بیشتر فرمولاسیون‌های مورد بحث، اروزیل ابتدا در بخش رزین پراکنده می‌شود و سخت‌کننده در مرحله بعد اضافه خواهد شد.

مرحله دوم: افزودن تدریجی پودر

اروزیل را آرام و به‌تدریج وارد رزین کنید و هم‌زمان همزن را روشن نگه دارید. افزودن یک‌باره پودر ممکن است باعث ایجاد توده‌هایی شود که سطح بیرونی آن‌ها با رزین خیس شده، اما داخلشان هنوز خشک مانده است. از پاشیدن پودر به اطراف و ایجاد ابر گردوغبار جلوگیری کنید. هنگام کار با پودر خشک، تهویه و تجهیزات حفاظت فردی مناسب ضروری است.

مرحله سوم: پراکنش با برش کافی

در تولید صنعتی، دیسولور مجهز به تیغه دیسکی مناسب یکی از تجهیزات رایج برای این کار است. برای آزمایش‌های آزمایشگاهی از تیغه Cowles با قطر ۵ سانتی‌متر استفاده شده و نمونه‌ها ابتدا برای خیس‌شدن پودر و سپس برای پراکنش با دور بالاتر مخلوط شده‌اند. شرایط گزارش‌شده شامل خیس‌کردن در ۱۰۰۰ دور بر دقیقه به مدت یک دقیقه و پراکنش در ۳۰۰۰ دور بر دقیقه به مدت پنج دقیقه بوده است.

این اعداد مربوط به همان دستگاه و مقیاس آزمایشگاهی هستند؛ برای همزن‌های دیگر، سرعت چرخش به‌تنهایی معیار قابل انتقالی نیست. قطر تیغه، اندازه ظرف، فاصله تیغه از کف، حجم بچ و ویسکوزیته نیز بر شدت پراکنش اثر دارند.

در کارگاه کوچک، اگر دیسولور ندارید، از همزنی استفاده کنید که بتواند مخلوط را به‌طور مؤثر در گردش نگه دارد. پودر را تدریجی اضافه کنید و پس از اختلاط، نمونه را از نظر گلوله‌های سفید، نقاط خشک و یکنواختی غلظت بررسی کنید. صرفاً طولانی‌کردن زمان هم‌زدن با یک همزن ضعیف همیشه جایگزین نیروی برشی کافی نمی‌شود.

مرحله چهارم: کنترل دما و هوا

پراکنش با دور بالا می‌تواند دمای رزین را افزایش دهد. دمای بالا ویسکوزیته را کاهش می‌دهد و ممکن است ارزیابی اشتباهی از غلظت نهایی ایجاد کند. از طرف دیگر، ورود هوا در اثر هم‌زدن شدید می‌تواند باعث ایجاد حباب در محصول پخت‌شده شود. بنابراین، هنگام اختلاط دمای مخلوط را کنترل کنید، از ایجاد گرداب عمیق غیرضروری جلوگیری کنید و پس از پراکنش، در صورت امکان از هواگیری مناسب استفاده کنید. در تولید صنعتی، هواگیری تحت خلأ می‌تواند کمک‌کننده باشد، به‌خصوص زمانی که محصول به سطح بدون حباب نیاز دارد.

مرحله پنجم: افزودن سخت‌کننده

پس از آماده‌شدن مخلوط رزین و اروزیل، سخت‌کننده را مطابق نسبت سازنده رزین اضافه کنید. اختلاط باید یکنواخت باشد، اما نباید آن‌قدر طولانی شود که بخش قابل توجهی از زمان کارپذیری مصرف شود. پس از افزودن سخت‌کننده، غلظت را دوباره بررسی کنید. در بعضی سیستم‌ها، ویسکوزیته پس از افزودن سخت‌کننده تغییر می‌کند و این تغییر ممکن است در طول زمان کارپذیری ادامه یابد.

اروزیل را در کدام بخش فرمولاسیون اپوکسی اضافه کنیم؟

برای انتخاب ترتیب افزودن، این راهنمای عملی مفید است:

برای یک پوشش اپوکسی سیاه، رزین و حلال‌ها و افزودنی‌های ترکننده ابتدا پیش‌مخلوط می‌شوند؛ سپس رنگ‌دانه و اروزیل اضافه شده و مخلوط وارد آسیاب افقی می‌شود. در مرحله پایانی، پراکنش آماده‌شده با سخت‌کننده ترکیب می‌شود. این نمونه نشان می‌دهد که در یک پوشش صنعتی، ترتیب افزودن و نوع تجهیزات بخشی از طراحی فرمولاسیون است، نه صرفاً یک دستور هم‌زدن ساده.

نگهداری اروزیل و رزین اپوکسی حاوی اروزیل

نگهداری ماده اولیه و نگهداری مخلوط رزین و اروزیل دو موضوع متفاوت‌اند.

نگهداری پودر اروزیل

• پودر را در بسته‌بندی اصلی یا ظرفی مناسب، دربسته و دور از رطوبت نگهداری کنید.

• از ورود گردوغبار، آب و آلودگی‌های محیطی به بسته جلوگیری کنید.

• پس از برداشت مقدار موردنیاز، بسته را دوباره محکم ببندید.

• از قرارگرفتن محصول در معرض آلودگی ناشی از پودرها و مواد شیمیایی دیگر جلوگیری کنید.

• تاریخ مصرف و شرایط نگهداری درج‌شده در دیتاشیت همان گرید را رعایت کنید.

برای اروزیل نمی‌توان یک تاریخ مصرف واحد برای همه گریدها و تولیدکنندگان تعیین کرد؛ مدت نگهداری باید از اطلاعات محصول واقعی گرفته شود.

نگهداری رزین پایه حاوی اروزیل

یکی از مزیت‌های پراکنش مناسب اروزیل این است که می‌توان رزین پایه را پیش از مصرف نهایی غلیظ کرد و در بعضی فرمولاسیون‌ها برای مدتی نگه داشت. بااین‌حال، باید پایداری ویسکوزیته، ته‌نشینی احتمالی فیلرها، تغییرات ظاهری و سازگاری با سخت‌کننده بررسی شود.

در یک مطالعه، رزین اپوکسی حاوی ۴٪ از گریدهای مختلف سیلیکای فومد را به مدت ۹۰ روز در دمای ۵۰ درجه سانتی‌گراد نگهداری کردند. در نمونه‌های مورد بررسی، تغییر ویسکوزیته در طول این آزمون اندک بود. این نتیجه نشان‌دهنده امکان دستیابی به پایداری مناسب است، اما به معنای ماندگاری ۹۰ روزه برای تمام مخلوط‌های رزین و اروزیل نیست.

نگهداری رزین مخلوط‌شده با هاردنر

این وضعیت کاملاً متفاوت است. وقتی سخت‌کننده اضافه می‌شود، واکنش پخت آغاز شده است. حتی اگر مخلوط هنوز روان باشد، نباید آن را مانند رزین پایه برای نگهداری طولانی‌مدت در نظر گرفت.

• فقط به اندازه‌ای مخلوط کنید که در زمان کارپذیری قابل استفاده باشد.

• مخلوط را مطابق دستور سازنده نگهداری یا مصرف کنید.

• مخلوط باقی‌مانده را بدون تأیید سازنده به ظرف ذخیره‌سازی برنگردانید.

• اگر حجم زیاد رزین و سخت‌کننده را یک‌جا مخلوط می‌کنید، خطر افزایش دمای ناشی از واکنش گرمازا را جدی بگیرید.

   

مشکلات رایج اروزیل در اپوکسی و راه‌حل آن‌ها

این مشکلات همیشه از اروزیل ناشی نمی‌شوند؛ اما بررسی آن‌ها در کنار گرید، ترتیب افزودن، شدت پراکنش و دما معمولاً مسیر عیب‌یابی را کوتاه‌تر می‌کند.