При изготовлении стеклопластиковых изделий для химической промышленности часто возникает задача: подобрать смолу, которая выдержит не только агрессивную среду, но и повышенную температуру.
Обычная эпоксивинилэфирная смола может обладать хорошей химической стойкостью, но это ещё не означает, что она подходит для длительной эксплуатации при 120–150 °C.
Для таких условий разработаны специальные высокотермостойкие составы, прежде всего на основе эпоксиноволачных смол.
Разберём, чем они отличаются от универсальных винилэфирных систем, какие марки существуют и на что обращать внимание при выборе. Общий контекст — в обзоре современных эпоксивинилэфирных смол.
Почему одни винилэфирные смолы выдерживают более высокие температуры
Термостойкость отверждённого полимера зависит от его химического строения, плотности сшивки и режима отверждения.
Винилэфирные смолы на основе бисфенола А широко применяются для изготовления химически стойких композитов. Однако для более высоких температур часто используют эпоксиноволачные системы.
Эпоксиноволачная основа позволяет формировать более плотную полимерную сетку, что способствует повышению теплостойкости и сохранению свойств при нагреве.
Но у этого преимущества есть обратная сторона: увеличение плотности сшивки может снижать способность материала деформироваться без разрушения. Поэтому выбирать смолу только по максимальной температуре неправильно.
Tg, HDT и рабочая температура: три разных показателя
В технических паспортах высокотермостойких смол встречаются несколько температурных характеристик.
Tg — температура стеклования. Характеризует температурную область, в которой существенно меняется подвижность полимерных цепей и механическое поведение материала.
HDT — температура тепловой деформации. Определяется при испытании образца под установленной нагрузкой. Значение зависит от метода испытания и условий подготовки образца.
Допустимая температура эксплуатации. Определяется с учётом химической среды, нагрузок, продолжительности воздействия и конструкции изделия.
Например, если в паспорте смолы указана HDT 150 °C, это не означает, что резервуар из неё можно постоянно эксплуатировать при 150 °C в любой кислоте.
При контакте с химическими веществами допустимая температура может оказаться значительно ниже.
Именно поэтому производители выпускают отдельные руководства по химической стойкости, где рекомендации приводятся для конкретных сред и концентраций.
Какие высокотермостойкие смолы применяются на практике
Рассмотрим несколько промышленных марок.
| Марка | Химическая основа | HDT, °C | Особенности |
|---|---|---|---|
| Derakane 470-36-S | Эпоксиноволачная винилэфирная | 145 (ISO 75) | Химически стойкие конструкции, газоходы и оборудование |
| Derakane Signia 470 | Эпоксиноволачная винилэфирная | 150 (ISO 75) | Повышенная теплостойкость, пониженное выделение стирола при переработке |
| Derakane 470 HT-400 | Эпоксиноволачная винилэфирная | 180 (ISO 75) | Специализированная высокотермостойкая система |
| Atlac 590 | Эпоксиноволачная винилэфирная | 140 (ISO 75A) | Химически стойкое оборудование, работа с растворителями, кислотами и окислительными средами |
Важно. Показатели HDT и Tg характеризуют испытанные образцы при заданной методике и режиме отверждения. Они не равны максимально допустимой температуре эксплуатации оборудования в конкретной химической среде.
По техпаспортам, для образца 470-36-S приведён режим 24 ч при комнатной температуре и 2 ч при 155 °C. Для HDT 470 HT-400 образец выдерживали 24 ч при комнатной температуре и неделю при 220 °C. Для Atlac 590 — 24 ч при комнатной температуре, 3 ч при 100 °C и 1 ч при 150 °C. В таблице HDT Signia 470 режим подготовки образца не указан. Эти сведения описывают испытания, а рабочий режим для изделия подбирают отдельно.
Derakane 470
Серия Derakane 470 предназначена для изделий, к которым предъявляются повышенные требования по химической и термической стойкости.
Её применяют при изготовлении резервуаров, трубопроводов, газоходов и другого оборудования.
Внутри семейства существуют разные модификации.
Например, Derakane 470-36-S имеет HDT около 145 °C, а специализированная Derakane 470 HT-400 — более высокую температуру тепловой деформации.
Это хороший пример того, почему нельзя указывать характеристики просто для «Derakane 470» без полного обозначения марки.
Derakane 470 HT-400
Эта смола разработана для более высоких температурных требований.
Однако достижение заявленных свойств зависит от правильного отверждения. В технической документации приводятся специальные режимы подготовки и испытания образцов, включая термообработку.
Переносить паспортные характеристики на изделие, отверждённое только при комнатной температуре, без проверки нельзя.
Atlac 590
Atlac 590 — винилэфирная смола на эпоксиноволачной основе, предназначенная для сложных химических условий.
В техническом паспорте указаны HDT около 140 °C и Tg около 150 °C для образцов, изготовленных и отверждённых по установленной методике.
Смола применяется при изготовлении химически стойких изделий, в том числе методом намотки, центробежного формования и ручной формовки.
Производитель отдельно рекомендует последующее термоотверждение для изделий, предназначенных для контакта с химическими веществами или работы при повышенных температурах.
Где применяют высокотермостойкие винилэфирные смолы
Химические резервуары и аппараты
В химическом производстве оборудование может одновременно подвергаться воздействию агрессивных жидкостей и повышенной температуры.
При выборе смолы учитывают конкретный химический состав среды, её концентрацию, температуру и продолжительность контакта.
Особое значение имеет конструкция химически стойкого внутреннего слоя композита.
Газоходы и системы очистки газов
Газоходы, скрубберы и оборудование газоочистки могут работать в условиях нагрева, конденсации и контакта с химически активными компонентами.
Для таких изделий важно учитывать не только температуру газа, но и возможное образование конденсата, химический состав отложений и температурные колебания.
Трубопроводы
Высокотермостойкие смолы могут применяться в композитных трубопроводах для транспортировки технологических сред.
Но пригодность конкретного связующего определяется не только температурой. Необходимо учитывать давление, химическое воздействие, длительные нагрузки и требования к конструкции трубы.
Почему важно последующее термоотверждение
После первоначального отверждения при комнатной температуре реакция формирования полимерной сетки не всегда достигает степени, необходимой для получения максимальных характеристик.
Последующее термоотверждение, или постотверждение, позволяет повысить степень отверждения и приблизить свойства материала к значениям, указанным в технической документации.
Но режим термообработки нельзя выбирать произвольно.
Он зависит от марки смолы, системы инициирования, толщины изделия и конструкции композита.
Например, в руководствах Derakane приведены разные рекомендации для отдельных семейств смол. Для ряда новолачных систем предусмотрены более высокие температуры постотверждения, чем для универсальных составов.
Необходимо также учитывать риск возникновения температурных напряжений и деформаций при нагреве крупногабаритных изделий.
Как выбрать смолу для работы при повышенной температуре
Для технического подбора нужно последовательно определить:
- Рабочую температуру: постоянную, максимальную и возможные кратковременные превышения.
- Химическую среду: состав, концентрацию, наличие примесей и возможные изменения условий.
- Нагрузки: давление, механические усилия, температурные деформации.
- Технологию изготовления: ручная формовка, намотка, инфузия, RTM или другой процесс.
- Режим отверждения: возможно ли обеспечить необходимую термообработку готового изделия.
- Требования к ресурсу: предполагаемый срок службы и условия технического обслуживания.
После этого сравнивают подходящие марки по техническим паспортам и руководствам по химической стойкости.
Для ответственных конструкций может потребоваться дополнительное испытание образцов в условиях, приближенных к реальной эксплуатации.
Пример выбора. Для резервуара с горячей химической средой сначала определяют вещество, концентрацию, рабочую и пиковую температуры, механическую нагрузку. Затем проверяют руководство по химической стойкости, режим постотверждения и требования к конструкции. После этого выбирают марку смолы.
Вывод
Высокотермостойкие эпоксивинилэфирные смолы позволяют изготавливать композитное оборудование для более сложных температурных и химических условий.
В первую очередь это эпоксиноволачные системы, такие как Derakane 470 и Atlac 590.
Но выбирать смолу по одной цифре HDT нельзя.
Реальная пригодность материала определяется сочетанием температуры, химической среды, конструкции изделия и технологии изготовления.
Академия стеклопластика помогает подобрать смолу и технологию изготовления композитного оборудования с учётом конкретных условий эксплуатации. При выборе высокотермостойкого связующего особенно важно провести технический анализ до начала производства. Получить консультацию.