Разделители

Под антиадгезионными (разделительными), освобождающими составами и смазками понимают широкий класс химических веществ, создающих антиадгезионный барьер между поверхностью оснастки и ламинатом. Различают два основных типа антиадгезионных составов - внутренние и внешние. Внешние наносятся на поверхность оснастки, внутренние - вводятся в состав связующего и являются его частью.

Важность антиадгезивов состоит в том, что поверхности двух твердых тел зачастую плохо разъединяются. Если же между телами существует граница твердое тело - жидкость или твердое тело - паста различной консистенции, поверхности легко разъединяются. Среди факторов, влияющих на адгезию двух материалов, имеющих способность взаимного проникновения, следует назвать химическую реакционную способность, поверхностное натяжение, конфигурацию поверхности и различную полярность. При многократном вакуумном формовании также используются антиадгезивы. Достаточно сказать, что смазки и антиадгезивы сегодня сделались неотъемлемой частью почти 70 технологических операций при приготовлении и переработке композитов. Некоторые фирмы вынуждены для формования композитов на основе уникальных связующих разрабатывать специальные антиадгезивы.

Большинство производств полимерных материалов сегодня уже не может существовать без антиадгезивов и с ростом перерабатывающей промышленности применение смазок и антиадгезивов включается как составная часть во все технологические операции. Среди потребителей, которые не могут обойтись без этой продукции: самолето- и ракетостроение, автомобилестроение, металлообработка, производство резиновых изделий, получение и переработка композиционных материалов, получение полимеров и пластиков на их основе, упаковка пищевых продуктов и т. д. Так, например, липкая лента (скотч) не могла бы найти себе такого широкого применения, если бы ее обратная сторона не была бы покрыта антиадгезивом.

Свойства антиадгезивов

Свойства применяемых смазок и антиадгезивов настолько же широки, насколько велик выбор этих агентов, причем выбор того или другого качества диктуется конкретными условиями. Оптимальным может считаться такой антиадгезив, который будет предотвращать повреждения, не взаимодействовать со связующим такой антиадгезив должен предохранять как созданную деталь, так и оборудование. Его применение должно делать производственные процессы более быстрыми, экономичными и выгодными. Использование антиадгезивов должно сокращать время нахождения формуемого материала в форме. В то же время необходимо выяснить преимущества применения внутренних и внешних антиадгезивов. Сделать обоснованный выбор о применении того или иного типа антиадгезивов можно будет при учете следующих факторов.

1.   Особенности полимерных композиций, с которыми антиадгезив будет использоваться. Будет  ли   и в какой степени проявляться  в этой системе  антиадгезионный эффект?

2.   Технологический   процесс   и   условия   технологического   процесса, в котором используется полимерная композиция. Будет ли наличие таких  агентов влиять на литейные формы?  Будут ли антиадгезивы совместимы с условиями  производства?  Будут ли литейные формы оставаться чистыми? Снизится ли минимальная продолжительность технологического процесса? Если формы нужно будет часто чистить, не повредит ли это формам? Совместимы ли антиадгезивы (внешние или внутренние) с такими операциями, как покраска и склеивание деталей? Если агенты внешние, достаточно ли в производственном цикле времени для их нанесения?

3.   Требования,   предъявляемые  к  конечной  продукции.   Если применяются  внутренние антиадгезивы,  не будут ли они  плохо влиять на свойства готовой продукции? Если применяются внешние антиадгезивы, то какой тип обработки желателен? Должен ли быть принят во внимание косметический эффект?

4.   Безопасность   применения  внешних  антиадгезивов.   Какие растворители будут использоваться? Каковы требования к вентиляции? Возможно ли  появление дерматитов у обслуживающего персонала? В случае применения внутренних агентов не возникает   ли   эффект   последующего   выделения   его   «выпотеванием» на поверхности материала?

5.  Экономичность.   Как  подействует  применение  антиадгезивов на цену единицы изделия? Будет ли считаться внесение антиадгезивов отдельной технологической операцией? Все ли составляющие компоненты стоимости  приняты во внимание? Это особенно важно, когда антиадгезив закупается. Рассмотрение стоимостных критериев существенно более распространено и является разумным критерием.


Как показано выше, существует несколько возможностей выбора между внешними и внутренними антиадгезивами. Во многих случаях, однако, такого выбора не существует. Так, например, ручная выкладка требует применения внешних антиадгезивов. Стеклопластики с полиэфирным связующим можно получить только с внешними агентами. В то же время ЭУП, ЭСП и премиксы, получаемые методом прессования в металлической матрице, требуют применения внутренних антиадгезивов. Многие операции литья под давлением разработаны в расчете на присутствие внутренних антиадгезивов и  даже оборудование проектируется с учетом применения именно этих агентов. В недавнем прошлом в качестве антиадгезива при производстве композиционных материалов широко применялось вощение поверхностей. С возрастанием скоростей производственных операций должен быть усовершенствован и этот метод. В результате исследовательской работы были разработаны внутренние антиадгезивы, не распадающиеся в процессе применения. Широко используются также силиконы, которые легки в переработке, так как могут распыляться воздухом, что обеспечивает возможность нанесения их даже на малые участки поверхности. Однако если поверхность загрязняется, это может помешать последующим операциям склеивания и окрашивания. Это обстоятельство бывает весьма существенным. В частности, на самолетостроительных и некоторых ракетостроительных производствах применение силиконов запрещено.

Внешние антиадгезивы

Внешние антиадгезивы не ухудшают свойств полимеров. Чаще всего их расход меньше, чем при применении внутренних антиадгезионных агентов. В то же время существует мнение, что внешние антиадгезивы переносятся с формовочного оборудования на поверхность изделия, загрязняя последнее. Действительно, попадание антиадгезивов с поверхности формы на поверхность изделия нежелательно, так как это требует еще одной технологической операции - очистки. Зачастую растворители, способные удалить антиадгезионные агенты, не совместимы с материалом изделия. Следовательно, необходимо применять такие агенты, которые не переносятся на изделия.

Большинство внешних антиадгезивов наносится методом пульверизации, промывания или погружения. Так как они наносятся на поверхности форм, состояние последних особенно важно. Качественная подготовка поверхности формовочного оборудования может гарантировать качественное нанесение покрытия из незагрязненного антиадгезива. Силиконовые масла наносятся обычно в виде растворов в толуоле или уайт-спирите. Воски должны наноситься с хлорсодержащими растворителями, такими как метиленхлорид, трихлорэтилен, перхлорэтилен. Поверхность формы перед обработкой должна тщательно очищаться и от остатков полимера, и от избытков антиадгезива, причем методы очистки зависят от типа материала, применяемого в формовочной конструкции. Например, формы из алюминия могут промываться муравьиной кислотой. Стальные детали легко очищаются в спиртовых растворителях. Медные формы очищаются кислородсодержащими препаратами, а никелевые очищаются с помощью специально разработанных промышленных (коммерческих) препаратов. Существуют методы и абразивной очистки поверхности. Чаще всего для этой цели используют стеклянные бусинки, измельченный песок или известь, скорлупу орехов. В таких случаях все следы масел, восков и других посторонних включений должны удаляться до нанесения нового антиадгезива. Для некоторых из применяемых антиадгезивов необходимо проведение цикла отверждения. Оптимальная прочность нанесенной пленки и ее антиадгезионный эффект достигаются  при точном соблюдении  технологии.

Число необходимых обработок антиадгезивами будет определяться всегда конфигурацией форм и абразивными свойствами перерабатываемых полимеров. Армированные пластики, естественно, имеют очень высокие абразивные свойства. Это не значит, что формы должны каждый раз заново обрабатываться антиадгезивами. Поверхность формы, пока она еще горячая, обрабатывается лишь в тех местах, где обнаружено отсутствие антиадгезионной пленки. В случае операций нанесения антиадгезива на горячую поверхность используются специальные составы, предназначенные для повышенных  температур. Однако в соответствии с технологическими регламентами должна проводиться полная очистка и обработка форм. Надежность покрытия определяется хорошей совместимостью тщательно очищенной поверхности и свежего (вновь нанесенного) антиадгезива.

В основном требования к чистоте поверхности предъявляются при создании композиционных материалов, особенно в самолётостроении при применении технологии ручной выкладки и прессовании. Чем выше температура переработки материала, тем больше возникающие трудности и тем выше требования к антиадгезивам. Все сказанное выше верно, но является не только результатом применения высоких температур переработки. Большинство композиционных материалов, применяемых в самолётостроении, содержит в качестве связующего эпоксидные смолы. Если антиадгезионные свойства поверхности форм оказываются недостаточными, то может произойти повреждение не только формуемой детали, но и формы; при извлечении детали на поверхности формовочного оборудования могут оказаться и сколы, и задиры. Кроме того, учитывая размеры и сложный профиль полученных изделий, чаще всего не представляется возможным очистить их от остатков антиадгезивов, перенесенных с форм на поверхность деталей. Таким образом, для самолетостроения одной из важнейших задач является требование непереносимости антиадгезивов  на поверхность изделия.

Некоторые, часто используемые  антиадгезивы и их характеристики:

1.  Воскообразные вещества. Существуют как натуральные, так и синтетические воски,  используемые в  качестве антиадгезивов. Чаще всего используются  парафины и микрокристаллические воски, воски растительного и животного происхождения. Существенный вклад вносит применение синтетических восков.  В этом качестве могут быть использованы практически все органические материалы с числом атомов углерода более  10 (C₁₀ и выше).

2.  Соли металлов.  К категории широко используемых в качестве смазок  жирных  кислот  относится  стеариновая   кислота. Она   имеет  узкую   область   температуры   плавления и обладает хорошими смачивающими свойствами. Главные производные стеариновой кислоты, такие как соли кальция, цинка и т. д., могут быть использованы в качестве антиадгезивов. В зависимости от перерабатываемого   полимера  и   поверхности  форм   применяется та или другая соль стеариновой кислоты. Чаще всего используется  кальциевая  соль.  Цинковые соли нестабильны,  но используются, если ставится задача отсутствия токсичности. Наиболее эффективен   стеарат   кальция,   диспергированный   в   поливинил-хлориде. В технологических процессах получения резин используются также алюминиевые и магниевые соли стеариновой кислоты.

3.  Поливиниловый спирт используется в основном для получения  пленок из водных растворов или экстрагированием.

4.  Полиамиды находят применение только в виде экстрадированных пленок, так как нерастворимы в большинстве доступных растворителей.

5. Полиэтилен используется в производстве и упаковке не отверждённых связующих (сырых резин),  а в последнее время – для  различных  видов упаковок (ламинированные  бумаги).

6.  Силиконы. Все виды промышленно производимых силиконов обладают высокими точками кипения, малой летучестью, низкой теплопроводностью  и  плохой  окислительной способностью. Силиконы применяются в виде жидкостей,  смол и масел.

7.  Фторуглероды. Фторуглеродные полимеры могут употребляться в виде листов и дисперсий. Один из видов применения - покрытие фторуглеродами кухонной посуды. Технологически это производится  нанесением дисперсии с последующими сушкой и спеканием при 250 °С. Из всех видов наибольшее распространение получили полимеры тетрафторэтилена. В целях обеспечения безопасности при нанесении этих веществ пульверизацией следует избегать попадания брызг на табак, а также курения во время этой операции. Поливинилфторид - образует пленку толщиной 0,05 мм, являющуюся антиадгезионным покрытием при автоклавном прессовании. Так как отвердители,  входящие в состав некоторых  препрегов,  включают комплекс BF3,  разлагающий поливинилфторид,  необходимо  использовать дополнительные не уносимые покрытия, если используются  именно эти препреги.

8.  Неорганические компаунды - это  самые старые из  известных  антиадгезивов.  Так как они  чаще всего нерастворимы,  то используются  в виде пудр  или сильно  измельченных хлопьеобразных   кристаллических  структур.   Наиболее  важными   в  этом классе являются тальк и слюда. Они используются в виде мелкой пудры,  распыляемой или втираемой в  поверхность.  В  некоторых случаях они смешиваются со стеаритами металлов для достижения лучших  антиадгезионных  свойств.

Внутренние антиадгезивы

Существует ряд преимуществ при применении внутренних антиадгезивов, который позволяют исключить ряд технологических операций. Исключается специальная чистка пресс-форм. Исключается также влияние испарения летучих веществ. В некоторых случаях введение внутреннего антиадгезива повышает ударную вязкость жестких полимеров; в ряде применений внутренние антиадгезивы оказываются очень экономичными. Однако при их использовании необходимо иметь гарантии, что их введение не ухудшит ни физических свойств, ни других характеристик материала. На практике внутренние антиадгезивы используются в основном в пултрузионных технологических процессах, когда готовая продукция может уносить внешние антиадгезивы. Лецитин был одним из первых применяемых внутренних антиадгезивов. Однако в связи со сложностью его получения, пастообразной консистенцией, затрудняющей введение в материал, сегодня он широко не применяется. Наиболее распространенными видами внутренних антиадгезивов являются стеараты металлов. Они имеют и то преимущество, что введением их можно достаточно широко варьировать состав для некоторых компаундов на основе полиэфиров. Наиболее часто используются стеараты кальция и цинка. Стеарат кальция улучшает блеск поверхности и в ряде случаев ее цвет. Хотя стеарат цинка более дорог, но он лучше смешивается с вязкой исходной массой. Так как выбор вида внутреннего антиадгезива весьма важен для качества продукции, существует ряд разумных испытаний, позволяющих оценить конечный результат и процесс перед принятием окончательного решения.

При расплавной технологии внутренние антиадгезивы могут быть введены на первых технологических стадиях методом прямого перемешивания с гранулами термопласта. В термореактивных связующих внутренние антиадгезивы вводятся и смешиваются со связующим до введения катализаторов и других добавок. Кроме того, стеараты, органофосфаты, мыла, силиконовые масла, воски и ряд связующих также могут быть использованы в качестве внутренних антиадгезивов. При введении внутренних антиадгезивов необходимо представлять их химическое взаимодействие с катализаторами, ускорителями реакции и  то, как они изменят процесс получения композита. В ряде случаев повышаются антистатические характеристики, могут возрасти ударная вязкость или прочностные характеристики. Может увеличиться и твердость поверхностных слоев.