Эпоксидная смола — это термореактивный материал, отвердевающий в результате химической реакции сшивания. Благодаря высокой прочности соединений, стабильности размеров, превосходной электроизоляции, химической стойкости и возможности гибкой настройки состава этот материал широко применяется в таких областях, как изготовление корпусов электронных устройств, электроизоляция, конструкционное склеивание, производство композитных материалов, изготовление пресс-форм и производство промышленных компонентов.
Однако инженеры, планирующие разработку пластиковых деталей, должны сначала прояснить один важнейший момент:
Эпоксидная смола не является обычным термопластиком — таким как АБС, ПП или ПК — который можно многократно нагревать и плавить.
В то время как стандартное литье под давлением из термопластов основано на процессе “нагрева до плавления, впрыскивания в форму и охлаждения для затвердевания”, при производстве изделий из эпоксидных смол используется необратимая реакция сшивания между смолой и отвердителем, в результате которой образуется трехмерная сетчатая структура. После отверждения материал не переплавляется и не может быть просто измельчён и повторно использован, как отходы стандартного литья под давлением (литниковые каналы и литники).
Поэтому для определения того, подходит ли деталь для литья под давлением с использованием эпоксидной смолы, необходимо учитывать не только свойства материала, но и систему смолы, способ подачи материала, температуру отверждения, температуру формы, требования к извлечению из формы, конструкцию вставок и объём производства.
Если вы сравниваете различные виды пластмасс и термореактивных материалов, вы можете ознакомиться с материалами компании Dimud материал для литья под давлением базе данных и отфильтруйте варианты с учетом таких факторов, как рабочая температура, электрические характеристики, точность размеров и требования к объёму производства.
Что такое эпоксидная смола?
Эпоксидные смолы представляют собой класс реакционноспособных смол, содержащих эпоксидные группы в своей молекулярной структуре. Неотвержденные эпоксидные смолы могут иметь форму жидкостей с низкой или высокой вязкостью, полутвердых веществ или твердых порошков; из них также можно изготавливать формовочные смеси, пригодные для заливки, литья, прессования, трансферного формования или литья под давлением термореактивных материалов.
Широко распространенные в промышленности системы на основе эпоксидных смол, как правило, состоят из базовой эпоксидной смолы, отвердителя, ускорителя, наполнителей, вязкоупрочняющих добавок, антипиренов, разделительных средств для форм и пигментов.
Сама по себе эпоксидная смола, как правило, не может приобрести окончательные эксплуатационные свойства. Стабильная сшитая сеть образуется только после реакции эпоксидной смолы с отвердителями, такими как амины, ангидриды кислот, фенольные смолы, тиолы или другие системы отверждения.
В этом также заключается принципиальное отличие эпоксидных смол от термопластов:
| Элементы сравнения | Эпоксидная смола | Промышленные термопласты |
|---|---|---|
| Тип материала | Термореактивные материалы | Термопластичные материалы |
| Механизм образования | Химическое сшивание и отверждение | Остыл и затвердел после плавления |
| Можно ли его переплавить после отверждения? | не может | Как правило, это возможно |
| Легко ли перерабатывать отходы литниковых каналов и литниковых каналов? | сложность | сложностьсложность |
| Стабильность размеров | В целом лучше | Зависит от кристалличности и усадки |
| Электроизоляционные свойства | отлично | Зависит от материала |
| Типичный процесс | Литье, заливка, RTM, прессование, трансферное формование, литье термореактивных материалов | Традиционное литье под давлением, экструзия и выдувное формование |
Коммерческие системы на основе эпоксидных смол могут создаваться на основе бисфенола А, бисфенола F, новолаке, орто-крезольном новолаке, циклоалифатических или многофункциональных химических соединениях; их вязкость, скорость реакции и плотность сшивания регулируются в соответствии с конкретными областями применения, такими как склеивание, литье, герметизация и производство композитов.
Структура эпоксидной смолы: молекулярная структура эпоксидной смолы
Понимание структуры эпоксидной смолы помогает объяснить, почему этот материал обладает высокой прочностью сцепления, химической стойкостью и стабильностью размеров.
Молекулы неотвержденной эпоксидной смолы содержат одну или несколько трехчленных кольцевых структур, известных как эпоксидные группы. Эти кольца обладают высокой реакционной способностью. При добавлении отвердителя эпоксидные кольца раскрываются и вступают в реакцию с активными группами отвердителя, связывая изначально независимые молекулы в трехмерную сшитую сеть.
Плотность сшивания напрямую влияет на конечные свойства материала:
Более высокая плотность сшивания, как правило, обеспечивает более высокую жесткость, термостойкость и химическую стойкость, хотя материал может стать более хрупким.
Более низкая плотность сшивания может обеспечить более гибкую систему с лучшей стойкостью к термическим ударам, однако при этом могут снизиться термостойкость и модуль упругости.
Ударопрочность можно повысить за счет добавления резиновых частиц, термопластичных упрочняющих добавок или упрочняющих добавок типа «ядро-оболочка».
Добавки, такие как стекловолокно, минеральные наполнители или порошок кремнезема, могут снизить усадку и повысить жесткость и стабильность размеров, хотя они также могут увеличить сопротивление течению и износ пресс-формы.
В практических проектах недостаточно просто спросить, является ли материал “эпоксидным”; необходимо уточнить конкретную систему смол, отвердитель, соотношение наполнителя, температуру стеклования, вязкость, время гелеобразования и требования к последующему отверждению.
Два материала, оба обозначенные как “эпоксидные”, могут обладать совершенно разными конечными свойствами.
Как действует эпоксидная смола?
Полный процесс, как правило, состоит из следующих этапов:
Смешивание или подача
В случае двухкомпонентных эпоксидных систем смолу и отвердитель необходимо смешивать в указанном соотношении. Неправильное соотношение может привести к неполному отверждению, липкости поверхности, снижению прочности или нестабильной термостойкости.
Однокомпонентные термореактивные эпоксидные формовочные смеси обычно поставляются в виде предварительно смешанной смеси, состоящей из смолы, отвердителя и наполнителей; они остаются относительно стабильными при соблюдении установленных условий хранения, но быстро вступают в реакцию при попадании в нагретую форму.
Поток и розлив
Прежде чем реакция отверждения значительно ускорится, материал должен иметь достаточно времени для течения, чтобы заполнить полость формы, герметично обернуть вставки и обеспечить выход воздуха.
На данном этапе критическое значение имеет диапазон рабочих температур. Если температура слишком низкая, вязкость материала становится чрезмерно высокой, что может привести к недоливке, появлению линий сварки или неполной герметизации вставок; если температура слишком высокая, материал может преждевременно загустеть в литниковых каналах или литниковых отверстиях.
Гелеобразование и сшивание
С повышением температуры и увеличением времени реакции молекулярная масса эпоксидной смолы быстро возрастает; материал переходит из жидкого или пластичного состояния в гелеобразное, впоследствии образуя трехмерную сшитую структуру.
Отверждение и постотверждение
Как только деталь приобретет достаточную прочность для извлечения из формы, её можно извлечь из формы. Некоторые высокопроизводительные системы требуют последующего отверждения для повышения температуры стеклования, стабильности размеров и долгосрочной термостойкости.
С точки зрения производства, истинная сложность литья эпоксидных смол заключается не в простом заполнении формы материалом, а в обеспечении плавного перехода между четырьмя этапами: течением, удалением воздуха, гелеобразованием и отверждением.
Основные свойства и характеристики эпоксидных смол
Конкретные свойства эпоксидных смол зависят от типа смолы, системы отверждения, наполнителей, содержания волокон, степени отверждения и стандартов испытаний. Приведенные ниже данные служат лишь в качестве предварительной ориентировочной информации для выбора материала и не могут заменить технический паспорт поставщика.
| Технические характеристики | Распространенные инженерные явления | Влияние на конструкцию изделия |
| Плотность | 1,1–2,0 г/см³; для систем с наполнителем эти значения могут быть выше | Масса состава с высоким содержанием наполнителя значительно увеличивается |
| Прочность на разрыв | 40–100 МПа | Состав смеси и условия отверждения оказывают значительное влияние |
| Прочность на изгиб | 70–150 МПа | Подходит для жестких конструкций и изоляционных элементов |
| Модуль упругости | 2–5 ГПа; уровень «Enhanced» выше | Он обладает хорошей жесткостью, но его хрупкость требует особого внимания |
| Устранение усадки | Как правило, ниже, чем у многих систем на основе ненасыщенных смол | Способствует обеспечению стабильности размеров и герметизации вставки |
| Диэлектрические свойства | В целом лучше | Подходит для использования в качестве изоляции в электронных и электрических устройствах |
| химическая стойкость | Демонстрирует хорошие эксплуатационные характеристики при контакте с водой, маслом, солью и различными химическими средами | Требуется проверка на совместимость с конкретной средой |
| Водопоглощаемость | Зависит от состава и степени отверждения | В условиях высокой влажности необходимо проводить испытания на старение |
| Ударопрочность | Системы без закалки, как правило, демонстрируют средние эксплуатационные характеристики | Для деталей, подверженных падениям и ударам, следует выбирать усиленные составы |
| Долговременная термостойкость | Зависит от температуры стеклования и характеристик тепловой деформации | Нельзя просто полагаться на расплывчатое обозначение “термостойкость”, чтобы сделать вывод |
Прочность эпоксидной смолы: как следует оценивать прочность эпоксидной смолы?
Говоря о прочности эпоксидных материалов, нельзя ограничиваться лишь рассмотрением прочности на разрыв.
При структурном склеивании решающими факторами часто являются прочность на сдвиг, прочность на отрыв и усталостные характеристики; при изготовлении электронных корпусов главной проблемой может быть риск появления трещин после термоциклирования; в случае литых деталей необходимо уделять внимание прочности на изгиб, ударной вязкости с надрезом, прочности соединения с вставками и долговременной ползучести.
При выборе материала необходимо проверить, как минимум, следующее:
- Характеристики прочности на растяжение и изгиб;
- Ударная вязкость с надрезом;
- Температура стеклования;
- Коэффициент теплового расширения;
- Устранение усадки;
- Водопоглощение;
- Диэлектрическая прочность;
- Объёмное удельное сопротивление;
- Класс огнестойкости;
- Сохранение свойств после термоциклирования и гигротермического старения.
Состав, демонстрирующий высокую прочность эпоксидной смолы при комнатной температуре, не всегда будет надежным в условиях повышенной влажности, термоциклирования или длительной нагрузки.
Температура плавления эпоксидной смолы: какова температура плавления эпоксидной смолы?
Строго говоря, отвержденная эпоксидная смола не имеет чётко выраженной фиксированной температуры плавления, как у кристаллических термопластов.
После отверждения эпоксидная смола образует трехмерную сшитую сеть. При дальнейшем нагревании она не плавится и не течет; вместо этого происходит её размягчение, ухудшение свойств, термическое окисление и, в конечном итоге, разложение.
К параметрам, имеющим большую практическую инженерную ценность, относятся:
Температура стеклования (Tg)
Tg обозначает температуру, при которой материал переходит из относительно твёрдого стеклообразного состояния в более мягкое состояние, характеризующееся повышенной подвижностью молекул.
По мере того как рабочая температура приближается к Tg или превышает её, модуль упругости эпоксидной смолы, стабильность размеров, адгезионная прочность и несущая способность могут значительно ухудшиться.
Температура термического отклонения (HDT)
HDT отражает температуру, при которой материал претерпевает определённую степень деформации под воздействием заданной нагрузки; этот показатель полезен для сравнения кратковременной термостойкости различных составов при нагрузке.
Температура разложения
По мере дальнейшего повышения температуры сшитая структура подвергается необратимому разрушению. Температуру разложения нельзя приравнивать к температуре непрерывной эксплуатации.
Поэтому, когда клиент спрашивает о “температуре плавления” эпоксидной смолы, мы, как правило, не называем конкретное значение температуры, а разъясняем следующее:
- Какова температура непрерывной эксплуатации данного изделия?
- Бывают ли кратковременные скачки температуры?
- Подвергается ли эта деталь механическим нагрузкам?
- Подвергается ли он термоциклированию или термическому удару?
- Каковы значение Tg и показатель долгосрочного термического старения рассматриваемой эпоксидной смолы?
“Не плавится” не означает “бесконечно долго выдерживает высокие температуры”.”
Это одно из самых распространённых заблуждений при выборе эпоксидных материалов.
Преимущества эпоксидной смолы
Отличная адгезия
Эпоксидная смола образует прочные соединения с металлами, керамикой, стеклом, композитными материалами и некоторыми видами пластмасс, что делает её идеальным материалом для конструктивного склеивания, герметизации вставок и заливки электронных компонентов.
Низкая усадка при отверждении
Правильно сформулированные эпоксидные системы характеризуются низкой усадкой при отверждении, что способствует сохранению точности размеров и снижает внутренние напряжения в герметизированных деталях.
Однако “низкая усадка” не означает отсутствие напряжений. При заливке больших объемов, в конструкциях с толстыми стенками и при использовании металлических вставок всё же могут возникать трещины из-за экзотермических реакций и несовпадения коэффициентов теплового расширения (КТР).
Превосходная электроизоляция
Эпоксидная смола широко применяется в трансформаторах, катушках, разъемах, двигателях, корпусах электрооборудования, датчиках и высоковольтных изоляционных элементах.
Широкие возможности по созданию рецептур
Преимущество эпоксидных технологий заключается не только в самой смоле, но и в возможности адаптировать свойства материала с помощью отвердителей, наполнителей, волокон, антипиренов и систем повышения прочности.
Из однокомпонентной смолы можно получить низковязкий герметик, герметик с высокой теплопроводностью, огнестойкую формовочную массу, конструкционный клей или матрицу для высокотемпературных композитов.
Хорошая стабильность размеров
Эпоксидные формовочные смеси с высоким содержанием наполнителя характеризуются низкой линейной усадкой и превосходной стабильностью размеров, благодаря чему они подходят для изготовления деталей, содержащих металлические выводы, катушки или прецизионные вставки.
Хорошая химическая стойкость
Соответствующие системы способны выдерживать воздействие масла, воды, солевого тумана и различных промышленных химических сред. Однако химическая стойкость должна быть проверена с учётом таких факторов, как концентрация, температура, продолжительность воздействия и условия нагрузки.
Недостатки эпоксидной смолы
Как правило, после отверждения становится хрупким
Немодифицированная эпоксидная смола чувствительна к надрезам, ударам и резким нагрузкам. Как правило, она не подходит для применения в тонкостенных деталях с защелкивающимся соединением, конструкциях, подвергающихся повторяющемуся изгибу, или корпусах, подверженных ударам при падении.
Не поддается повторной переплавке, как термопласты
После отвердевания эпоксидная смола не поддается повторной пластификации, что затрудняет переработку литниковых каналов, облоя и бракованных деталей.
Окно переработки, определяемое химическими реакциями
В то время как при литье стандартных материалов необходимо в первую очередь контролировать температуру расплава и охлаждение, при переработке эпоксидных смол требуется также регулировать время гелеобразования, скорость отверждения и тепловыделение в ходе реакции.
Преждевременное отвердевание в цилиндре, сопле или литниковых каналах приводит к значительному увеличению затрат на очистку и простои.
Процесс отверждения может вызвать внутренние напряжения
Детали с толстыми стенками, крупногабаритные отливки и узлы с металлическими вставками подвержены образованию трещин из-за температурных градиентов, химической усадки и различий в коэффициентах теплового расширения.
Затраты на материалы и обработку могут быть высокими
Высокоэффективные эпоксидные смолы, составы с низким содержанием ионов, теплопроводящие наполнители, огнезащитные системы и специализированное оборудование для переработки термореактивных материалов — все это приводит к увеличению затрат на проект.
Чувствителен к условиям хранения
Некоторые однокомпонентные системы требуют хранения при низкой температуре и строгого контроля срока годности. Воздействие влаги, хранение после истечения срока годности или многократные перепады температуры могут привести к изменению реологических характеристик и свойств отверждения.
Какие бывают виды эпоксидных смол?
Эпоксидные смолы можно классифицировать по структуре смолы, системе отверждения, форме поставки или области применения. Классификация по структуре основной смолы является наиболее распространённым методом в инженерных проектах.
Эпоксидная смола с бисфенолом А
Эпоксидная смола на основе бисфенола А является одной из наиболее широко используемых эпоксидных смол, которая, как правило, обеспечивает оптимальный баланс механических свойств, адгезии, электроизоляции и экономической эффективности.
Обычно используется в:
- Промышленные клеи;
- Покрытия;
- Герметизация электрооборудования;
- Композитные материалы;
- Универсальные формовочные смеси.
Эпоксидная смола с бисфенолом F
Эпоксидные смолы на основе бисфенола F, как правило, обладают более низкой вязкостью по сравнению с аналогичными системами на основе бисфенола А, что облегчает заполнение сложных зазоров, смачивание волокон и снижение давления при обработке.
Промышленные эпоксидные смолы на основе бисфенола F получают в результате реакции бисфенола F с эпихлоргидрином и применяют в составах, требующих более низкой вязкости.
Новолаковая эпоксидная смола
Эпоксидные смолы на основе новолака обладают более высокой функциональностью, что позволяет добиться более высокой плотности сшивания, что, как правило, обеспечивает превосходную термостойкость и химическую стойкость.
Они подходят для:
- Высокотемпературные корпуса для электронных компонентов;
- Защита от химической коррозии;
- Высокоэффективные композитные материалы;
- Термостойкие литые детали.
Однако в качестве компромисса материал может быть более хрупким, а его обработка и отверждение требуют более тщательного контроля.
Циклоалифатическая эпоксидная смола
Циклоалифатические эпоксидные смолы, как правило, обладают превосходными электрическими свойствами, атмосферостойкостью и низкой вязкостью; они широко применяются в электронике, электротехнике, оптике, а также для изоляции на открытом воздухе.
Многофункциональная эпоксидная смола
Многофункциональные эпоксидные смолы способны образовывать сетки с высокой плотностью сшивания, благодаря чему они подходят для применения в аэрокосмической и электронной отраслях, а также в проектах по созданию композитных материалов, где требуются высокая термостойкость, жесткость и стабильность размеров.
Гибкая или усиленная эпоксидная смола
Ударопрочность, прочность на отрыв и термоударную стойкость можно повысить за счет добавления гибких сегментов, резиновых частиц, модификации полиуретаном или термопластичных вязкоупрочняющих добавок.
Эпоксидная смола с высокой теплопроводностью
Теплопроводность повышается за счет добавления наполнителей, таких как оксид алюминия, нитрид бора, нитрид алюминия или другие теплопроводящие материалы; они широко используются в силовой электронике, электродвигателях, светодиодах и аккумуляторных системах.
Повышенная теплопроводность часто приводит к увеличению вязкости материала, что затрудняет заполнение тонкостенных или сложных конструкций.
Огнестойкая эпоксидная смола
Огнестойкие эпоксидные смолы применяются в электронике, электрооборудовании, железнодорожном транспорте и при производстве автомобильных компонентов. При выборе материалов крайне важно проверять конкретный класс по стандарту UL 94, толщину образца при испытании и электрические свойства, а не полагаться исключительно на общее обозначение “огнестойкий”.”
Эпоксидная смола, армированная волокном
Стекловолокно, углеродное волокно или другие армирующие материалы могут повысить прочность, жесткость, усталостную прочность и стабильность размеров эпоксидных материалов, благодаря чему они широко используются в конструкционных композитах.
Распространенные методы формования с использованием эпоксидной смолы
Под термином «эпоксидная технология» не подразумевается какой-то один метод производства; различные составы и геометрия деталей требуют применения разных процессов формования.
Литье и заливка
Эпоксидная смола с низкой вязкостью заливается в корпус или контейнер для герметизации электронных компонентов, катушек и датчиков.
Подходит для:
- Сложные внутренние геометрические формы;
- Небольшие и средние объемы производства;
- Электроизоляция;
- Герметизация и защита от пыли;
- Конструкции с герметичной оболочкой, не требующие отдельного извлечения из формы.
Вакуумная инфузия
Вакуум используется для удаления воздуха и облегчения проникновения смолы в волокна или сложные пустоты; подходит для композитных материалов и герметизации, требующей высокой надежности.
Литье под давлением с использованием смолы (RTM)
Жидкая смола впрыскивается в закрытую форму для пропитки предварительно уложенного волокнистого армирования, после чего происходит термоотверждение.
Подходит для изготовления композитных конструкционных деталей; обратите внимание, что этот процесс отличается от традиционного литья пластмасс под давлением.
Формование под давлением
В нагретую форму помещается заданное количество эпоксидной формовочной массы; под действием давления материал течет, заполняет полость и отвердевает.
Данный метод подходит для изготовления толстостенных деталей, деталей с относительно простой геометрией или термореактивных деталей с высоким содержанием наполнителя.
Литье под давлением
Сначала материал нагревается и пластифицируется в отдельной камере, а затем под давлением подается по литниковым каналам в закрытую полость формы. Этот метод часто применяется для герметизации электронных компонентов и изготовления деталей со вставками.
Литье под давлением термореактивных материалов
При литье под давлением эпоксидных смол используется специальное оборудование для литья термореактивных материалов, с помощью которого относительно холодный материал подается в нагретую форму, где в полости формы происходит отверждение.
Вместо переплавки отвержденной эпоксидной смолы данный процесс заключается в регулировании состояния неотвержденной или частично прореагировавшей формовочной смеси таким образом, чтобы сшивание происходило после попадания материала в полость формы.
Можно ли лить эпоксидную смолу методом литья под давлением?
Это возможно, но условия процесса должны быть четко определены.
Некоторые специально разработанные эпоксидные формовочные смеси подходят для литья под давлением термореактивных материалов или литья под давлением жидких материалов, однако стандартные принципы литья под давлением термопластов не могут быть напрямую применены к ним.
Литье под давлением с использованием эпоксидной смолы, как правило, характеризуется следующими особенностями:
- Используйте специализированное оборудование, предназначенное для работы с термореактивными материалами;
- Поддерживайте относительно низкую температуру в барабане и зоне подачи;
- Температура пресс-формы должна быть выше, чем температура системы подачи материала;
- При поступлении в нагретую форму материал подвергается быстрому сшиванию;
- Не допускать преждевременного застывания геля в литниковых каналах и соплах;
- Цикл формования определяется как временем наполнения, так и временем отверждения;
- Отходы этого материала нельзя напрямую использовать повторно, как это делается со стандартными термопластичными материалами.
Димуд’с Вводный справочник по литью под давлением четко проводит различие между стандартным литьем под давлением термопластов и формованием термореактивных материалов, для которого требуется специализированное оборудование. Стандартные машины для литья под давлением термопластов не подходят для непосредственной переработки обычной эпоксидной смолы.
Типичная технологическая схема литья под давлением с использованием эпоксидной смолы
Конкретные параметры литья под давлением с использованием эпоксидной смолы необходимо определять на основе технического паспорта поставщика материала и результатов пробного литья; невозможно применять один и тот же набор фиксированных параметров ко всем рецептурам.
Подготовка материалов
Требуется подтверждение:
- Форма материала (жидкая, гранулы, комки или порошкообразная формовочная масса);
- Требования к системам охлаждения;
- Время прогрева и срок службы;
- Требования к предварительному нагреву;
- Допустимость повторного нагрева;
- Содержание влаги и требования к влажности при хранении.
Подача и пластификация
В случае термореактивных материалов температура цилиндра, как правило, должна поддерживаться в пределах диапазона, не вызывающего быстрого отверждения.
В то время как стандартные термопласты должны полностью расплавиться внутри цилиндра, эпоксидные формовочные смеси должны сохранять способность к транспортировке и текучесть, при этом не подвергаясь преждевременному сшиванию. В этом заключается принципиальное различие в управлении технологическим процессом при работе с этими двумя материалами.
Заполнение формы
Конструкции канала, заслонки и вентиляционного отверстия должны обеспечивать сбалансированность следующих параметров:
- Вязкость материала;
- Скорость реакции;
- Содержание заполнителя;
- Обструкция потока из-за вставных элементов;
- Расстояние потока;
- Время, в течение которого смесь остается текучей до начала гелеобразования.
Отверждение в форме
Чем выше температура формы, тем, как правило, выше скорость отверждения, однако при этом сокращается время, доступное для заполнения. Чрезмерно высокие температуры могут привести к тому, что материал начнёт гелеобразоваться до полного заполнения полости формы.
Извлечение из формы и последующее отверждение
Детали должны приобрести достаточную прочность для извлечения из формы, прежде чем их можно будет извлечь. Преждевременное извлечение может легко привести к деформации, растрескиванию и повреждению поверхности, тогда как чрезмерно длительное время отверждения снижает эффективность производства.
Некоторые системы также требуют последующего отверждения для достижения стабильной температуры стеклования (Tg) и окончательных механических свойств.
Что следует учитывать при проектировании форм из эпоксидной смолы?
Конструкции форм для эпоксидных смол нельзя просто копировать с тех, что используются для стандартного полипропилена (ПП) или АБС-пластика.
Каналы и заслонки должны сводить к минимуму застой материала
Любые «мёртвые зоны», в которых может скапливаться материал, могут привести к преждевременному отвердеванию и загрязнению последующих деталей.
Надлежащая вентиляция имеет решающее значение
Если не удалить воздух, влагу и летучие вещества, выделяющиеся в ходе реакции, это может привести к образованию пузырьков, следов ожогов, недоливам и внутренним пустотам.
В случае компонентов электронных корпусов даже микроскопические пустоты могут ухудшить изоляционные характеристики и снизить долгосрочную надежность.
Температура формы должна быть равномерной
Перепады температур в полости могут привести к неравномерной скорости отверждения, что, в свою очередь, вызывает коробление, возникновение внутренних напряжений и локальное недоотверждение.
Линии разъема должны быть спроектированы таким образом, чтобы контролировать образование облоя
Эпоксидная смола с низкой вязкостью легко проникает в мельчайшие зазоры. Перелив может возникать из-за неточной подгонки формы, недостаточного усилия зажима или износа в области линии разъема.
Вставки требуют стабильного закрепления
Такие компоненты, как металлические выводы, катушки, магнитные сердечники или электронные детали, могут смещаться под действием давления литья. Неправильное расположение вставок может привести к смещению, неравномерной толщине герметизирующего слоя или риску возникновения коротких замыканий.
Нельзя упускать из виду углы наклона
Отвердевшая эпоксидная смола, как правило, обладает высокой жесткостью и ограниченным удлинением. Недостаточные углы спуска могут легко привести к появлению следов напряжения (побелению), сколам по краям или растрескиванию.
Перед окончательной доработкой конструкции пресс-формы рекомендуется проанализировать расположение литниковых каналов, системы сброса избыточного давления, расположение вставок, изменения толщины стенок и направление извлечения изделия из пресс-формы в рамках проектирования изделия и анализа DFM. DFM от Dimud Данный процесс позволяет выявить риски, связанные с серийным производством, путем оценки таких факторов, как толщина стенок, линии разъема, системы литников и системы выталкивания.
При каких обстоятельствах следует выбирать эпоксидную смолу для литья?
Продукты, требующие высококачественной электрической изоляции
К примеру:
- Герметизация трансформатора и катушки;
- Высоковольтные изоляционные элементы;
- Конструкции изоляции соединителей;
- Герметизация статора и ротора электродвигателя;
- Модули силовой электроники;
- Герметизация датчика.
Изделия, требующие литья с накладкой на металлические или электронные вставки
Эпоксидная смола обладает превосходной адгезией ко многим металлам и неорганическим материалам, благодаря чему она подходит для изготовления деталей с литыми металлическими выводами, катушечных узлов и электрических модулей.
Изделия, требующие низкой усадки при формовании
В случае прецизионных электронных корпусов и конструкций, изготовленных методом литья с вставками, низкая усадка помогает контролировать размеры и свести зазоры к минимуму.
Однако низкая усадка не означает отсутствия напряжений; при проектировании по-прежнему необходимо учитывать разницу в коэффициенте теплового расширения (КТР) между эпоксидной смолой и металлическими вставками.
Изделия, подвергающиеся воздействию масла, воды, солевого тумана или химических сред
Проверенные эпоксидные составы могут обеспечить превосходную коррозионную стойкость. Однако крайне важно проводить испытания в реальных условиях, включая конкретную среду, температуру и продолжительность воздействия.
Изделия, требующие высокой прочности структурного соединения
Эпоксидная смола подходит для конструкционного склеивания металлов, керамики, стекла и композитных материалов, особенно в тех случаях, когда традиционные методы крепления, такие как винты или сварка, затруднительны.
Продукты, для которых важны теплопроводность, огнестойкость или определенные электрические свойства
Эпоксидная технология позволяет добавлять наполнители и добавки для придания материалам таких свойств, как теплопроводность, огнестойкость, низкое тепловое расширение или низкое содержание ионов.
Проекты, требующие долгосрочной стабильности термореактивного материала
Эпоксидная смола может оказаться более подходящим материалом, чем некоторые термопласты, если изделие не должно подвергаться повторному размягчению при высоких температурах или должно сохранять жесткость и форму в течение длительного времени.
При каких обстоятельствах не следует выбирать эпоксидную смолу для литья под давлением?
Изделие требует многократного сгибания
Шарнирные соединения, гибкие защелкивающиеся соединения, сильфоны и конструкции, подверженные постоянной деформации, как правило, лучше подходят для PP, TPU, TPE или других прочных термопластичных материалов.
Изделие подвергается частым ударам или падениям
Эпоксидные смолы, не прошедшие достаточную обработку для повышения ударной вязкости, как правило, отличаются хрупкостью. Для таких областей применения, как корпуса мобильных телефонов, кожухи инструментов и защитные элементы, подвергающиеся сильным ударам, поликарбонат (PC), поликарбонат/абс (PC/ABS), полиамид (PA) или термопласты с повышенной ударной вязкостью обычно обеспечивают более надежные эксплуатационные характеристики.
Конструкция изделия отличается очень тонкими стенками и чрезвычайно длинными каналами потока
Эпоксидные формовочные смеси с высоким содержанием наполнителя обладают ограниченной текучестью и имеют определённый временной интервал гелеобразования. Сверхтонкие стенки и длинные пути течения могут привести к неполному заполнению форм или локальному недоотверждению.
Для реализации проекта требуются материалы, пригодные для вторичной переработки в расплавленном состоянии
Отвердевшую эпоксидную смолу невозможно переплавить. Если в рамках проекта предъявляются строгие требования к замкнутому циклу переработки, повторному использованию измельчённого материала или разборке изделия, следует отдавать предпочтение термопластичным материалам.
Данный продукт должен обладать прозрачностью и долговечной устойчивостью к ультрафиолетовому излучению
Хотя некоторые эпоксидные смолы поначалу остаются прозрачными, длительное воздействие ультрафиолета может привести к их пожелтению. Для изготовления прозрачных деталей, предназначенных для использования на открытом воздухе, рекомендуется использовать УФ-стабилизированный поликарбонат (ПК), полиметилметакрилат (ПММА), циклоалифатические системы или другие специализированные материалы.
Этот продукт должен иметь очень низкую себестоимость
В случае простых пластиковых корпусов, выпускаемых большими партиями, такие материалы, как полипропилен (PP), АБС-пластик или другие термопласты, как правило, обеспечивают более низкую стоимость сырья, более короткие циклы охлаждения и более отработанные решения по переработке отходов.
Завод оснащен исключительно стандартным оборудованием для литья под давлением термопластов
Не следует приступать к литью под давлением с использованием эпоксидных смол без наличия необходимых средств для подачи термореактивных материалов, регулирования температуры, вентиляции и контроля процесса отверждения.
Требования к проекту пока не определены достаточно четко
Если заказчик указывает лишь “высокую прочность” и “термостойкость”, то сразу же назначать эпоксидную смолу зачастую преждевременно.
Более рациональный подход заключается в том, чтобы сначала уточнить такие параметры, как нагрузка, температура, теплоизоляция, огнестойкость, воздействие химических веществ, срок службы, объём производства и стоимость, а уже затем сравнивать эпоксидную смолу с PPS, PEEK, PA, PBT, PC и другими возможными материалами.
Каковы области применения эпоксидной смолы?
Электронная и электротехническая промышленность
Эпоксидная смола широко используется для:
- Заливка катушек и трансформаторов;
- Герметизация микросхем и электронных модулей;
- Разъёмы и реле;
- Изоляция двигателя;
- Защита печатной платы;
- Герметизация датчика;
- Высоковольтные изоляционные элементы.
Автомобилестроение и транспортные средства на новых источниках энергии
К числу типичных областей применения относятся:
- Герметизация статора электродвигателя;
- Заливка силового модуля;
- Изоляция аккумуляторной системы;
- Датчики;
- Катушки зажигания;
- Конструкционное склеивание;
- Детали из углепластика.
Промышленное оборудование
Эпоксидная смола используется для создания коррозионно-стойких покрытий, в качестве промышленных конструкционных клеев, для изготовления изоляционных элементов, защиты насосов и клапанов, а также для ремонта оборудования.
Аэрокосмическая промышленность и композитные материалы
Эпоксидная смола, армированная углеродным волокном, представляет собой одну из ключевых высокоэффективных композитных систем, обладающую превосходными показателями удельной прочности, жесткости и усталостной прочности.
Формы и инструменты
Эпоксидные смолы для изготовления пресс-форм используются для:
Контрольные приспособления;
Приспособления и оснастка;
Формы для вакуумной формовки;
Композитные формы низкого давления;
Модельные формы;
Быстрое изготовление инструментов.
Строительство и инфраструктура
К числу типичных областей применения относятся укладка напольных покрытий, усиление конструкций, ремонт трещин, антикоррозионные покрытия и анкерные клеи.
Как выбрать между эпоксидной смолой и обычными инженерными пластиками?
| Материал | Основные преимущества | Основные ограничения | Более подходящие области применения |
| Эпоксидная смола | Теплоизоляция, адгезия, стабильность размеров, химическая стойкость | Относительно хрупкий, не поддается переплавке, сложный процесс изготовления | Электронные корпуса, изоляционные компоненты, детали, изготовленные методом литья с вставками |
| PPS | Устойчив к высоким температурам, устойчив к воздействию химических веществ и подходит для литья термопластов под давлением | Высокая стоимость материалов и выраженная хрупкость | Автомобильная электроника, насосы и клапаны, электрические компоненты |
| PEEK | Термостойкость, износостойкость и хорошие механические свойства | Высокая стоимость и высокая температура обработки | Медицинские, аэрокосмические и прецизионные конструкционные детали |
| PA66-GF | Высокая прочность и высокая эффективность серийного производства | Впитывает воду; влажность влияет на размеры | Конструкционные детали для автомобилей, соединительные элементы |
| PBT | Превосходные электротехнические характеристики и высокая эффективность формования | Ограниченная стойкость к гидролизу и высокотемпературные характеристики | Соединители, катушки |
| ПК | Хорошая ударопрочность и прозрачность | Ограниченная химическая стойкость | Корпус, прозрачные детали, защитные элементы |
| ПП | Низкая стоимость, химическая стойкость, усталостная прочность | Ограниченная жесткость и термостойкость | Контейнеры, петли и промышленные комплектующие общего назначения |
Если для изготовления изделия требуется стандартное литье под давлением из термопластиков, вы также можете обратиться в компанию Dimud’s рекомендации по проектированию изделий, изготовляемых методом литья под давлением чтобы проверить требования, касающиеся толщины стенок, уклона, литниковой системы, усадки и допусков.
Каким образом компания Dimud оказывает поддержку проектам, связанным с эпоксидными материалами?
Проекты по производству эпоксидных изделий часто включают в себя материалы, формы, металлические вставки, детали, изготовленные на станках с ЧПУ, электронные узлы и окончательную сборку. Когда эти этапы выполняются разными поставщиками, проблемы, связанные с цепочками размеров, совместимостью материалов и границами ответственности, могут легко выйти из-под контроля.
Димуд предлагает комплексную поддержку в области производства — от экспертизы конструкции, проектирования с учетом технологичности (DFM), изготовления пресс-форм, обработки на станках с ЧПУ, литья и последующей обработки до сборки компонентов. Для проектов, не подходящих для стандартного литья термопластов под давлением, мы на раннем этапе выявляем технологические ограничения и оцениваем альтернативные способы производства — такие как литье термореактивных материалов, трансферное литье, прессование или заливка в форму — с учётом конструкции детали.
Для проектов, требующих стандартного литья под давлением из термопластов, валидации небольших партий или первоначальных испытаний конструкции, мы также можем провести оценку литье под давлением малых партий или варианты быстрого прототипирования, прежде чем принимать решение о внедрении специализированной эпоксидной технологии.
Наш принцип принятия решений прост:
Мы не считаем, что эпоксидная смола — это оптимальное решение только потому, что клиент изначально указал именно её.
По-настоящему надежный подбор материалов должен учитывать требования к эксплуатационным характеристикам продукции, стабильность производственного процесса, стандарты испытаний, эффективность производства, а также совокупные затраты.
Часто задаваемые вопросы
Эпоксидные системы, как правило, состоят из базовой смолы, содержащей эпоксидные группы, отвердителя, ускорителя, наполнителей, вязкоупрочняющих добавок, антипиренов и других функциональных добавок. К распространенным базовым смолам относятся бисфенол А, бисфенол F, фенольные и циклоалифатические эпоксидные смолы.
Да. Специально разработанные эпоксидные формовочные смеси можно обрабатывать методами термореактивного литья под давлением, литья жидкой смесью или трансферного литья; однако для этого, как правило, требуется специальное оборудование и нагреваемые формы, и их невозможно изготовить с помощью стандартных процессов литья под давлением из АБС-пластика или полипропилена.
Подавляющее большинство инженерных эпоксидных смол представляют собой термоотверждаемые материалы. При отверждении они образуют необратимую сшитую структуру и не поддаются повторному плавлению при нагревании.
Хорошо отвердевшая эпоксидная смола, как правило, обладает хорошей водостойкостью, однако не все составы подходят для длительного пребывания в воде. Фактические эксплуатационные характеристики зависят от состава, степени отверждения, температуры, межфазной адгезии и продолжительности воздействия.
Немодифицированная эпоксидная смола может быть хрупкой. Толстостенные конструкции, острые углы, термоциклирование, металлические вставки, а также тепло, выделяющееся в процессе отверждения, — все это может повысить риск образования трещин.
Требуется проведение комплексной оценки — с учетом рабочей температуры, нагрузки, рабочей среды, электрических свойств, огнестойкости, характеристик потока, времени отверждения, материалов вставок, объема производства и требований к сертификации — с последующей проверкой посредством испытаний прототипа.
"Смола" — это общий термин, а эпоксидная смола — один из конкретных видов. Выбор смолы должен основываться на таких факторах, как адгезия, прочность, термостойкость, гибкость, стоимость и технологический процесс.
Заключение
Ценность эпоксидных материалов заключается не только в высокой прочности или сильной адгезии; скорее в том, что, подбирая структуру эпоксидной смолы, отвердители и функциональные наполнители, можно добиться конкретного сочетания свойств — таких как теплопроводность, электроизоляция или структурная целостность — идеально подходящего для применения в самых разных областях: от электронной упаковки и структурного склеивания до композитных материалов и прецизионного литья.
Однако литье под давлением эпоксидных смол не является простой альтернативой традиционному литью под давлением пластмасс. Оно требует использования специальных систем материалов, оборудования, систем регулирования температуры пресс-формы, конструкций вентиляционных каналов и стратегий управления отверждением.
Прежде чем выбрать эпоксидную смолу, рекомендуется ответить на три ключевых вопроса:
Действительно ли для данного изделия необходим термореактивный материал?
Подходит ли текущая конструкция для отверждения в форме и извлечения из формы?
Оправдывают ли преимущества эпоксидных материалов в плане эксплуатационных характеристик затраты, связанные с более сложными процессами производства и утилизации?
Только после получения четких ответов на эти вопросы эпоксидная смола сможет действительно повысить ценность проекта, а не стать источником таких проблем, как растрескивание, сложности при пробном запуске или риски, связанные с поставкой.
Компания Dimud предлагает комплексную инженерно-техническую и производственную поддержку для вашей продукции, охватывающую все этапы — от выбора материалов, проектирования с учетом технологичности (DFM) и проверки прототипов до изготовления прецизионных пресс-форм и серийного производства.
