Epoxidová lepidla představují jednu z nejuniverzálnějších a nejvýkonnějších možností lepení, které jsou dnes na trhu k dispozici. Tato lepidla mají extrémně pevný a odolný spoj. Jsou dvousložková, což znamená, že se skládají z pryskyřice a tvrdidla, které společně po smíchání vytvářejí velmi pevný a odolný spoj. Epoxidová lepidla jsou ideální volbou pro širokou škálu oprav a montáží, vždy když požadujete nekompromisní pevnost, trvanlivost, odolnost vůči vodě a schopnost lepit nejrůznější materiály včetně kovu, keramiky, betonu, sklolaminátu, PVC a dalších plastů. V každé dílně, ať už domácí nebo profesionální, se najde nespočet situací, kdy vám epoxidová lepidla přijdou vhod - od drobných domácích oprav až po náročné průmyslové aplikace.
Vliv teploty na polymerizaci a tvrdnutí
Klíčem k dosažení dokonalého výsledku je správná polymerizace (tvrdnutí) epoxidu, což může být ovlivněno vnějšími faktory, jako jsou teplota a vlhkost vzduchu. Tyto faktory ovlivňují nejen rychlost, ale také kvalitu tvrdnutí. Teplota je klíčovým faktorem, který ovlivňuje proces polymerizace. Každý epoxid má specifickou optimální pracovní teplotu, při níž tvrdne nejefektivněji.
Optimální pracovní teplota a její dopady
- Při teplotách pod 15 °C dochází k výraznému zpomalení tvrdnutí.
- Neúplná polymerizace: Pokud epoxid nevytvrdne správně, může zůstat lepivý a nikdy nedosáhnout své plné pevnosti. Příklad: Pokud necháte epoxidovou směs vytvrzovat v garáži, kde teplota klesá pod 10 °C, proces může trvat dny či dokonce týdny, než bude povrch plně vytvrzený.
- Snížení pracovní doby: Vyšší teploty zkracují tzv. pracovní dobu, tedy čas, během kterého můžete epoxid aplikovat a upravovat.
Doporučené podmínky pro aplikaci
Nejlepší teplotní rozsah pro práci s epoxidem je přibližně 18-25 °C, v závislosti na typu, který používáte. Tento teplotní rozsah je míněn pro pracovní prostředí, pryskyřici, dřevo, tvrdidlo a formu. Při teplotách nad 25 °C se namíchaný materiál uvolňováním tepla při tvorbě vazeb zahřívá rychleji, což vám poskytne méně času na míchání a nalévání, než začne tuhnout.
Když smícháte složky pryskyřice a tvrdidla, dojde k reakci, která vytváří teplo. To, kolik tepla a kdy se generuje, závisí na typu epoxidu, rychlosti tvrdidla, objemu, který je smíchán, a teplotě. Použijte pomalejší tužidlo, pokud je k dispozici pro daný epoxidový systém, který používáte. Např. máte pryskyřici Veropal UV PLUS 130 (která má míchací poměr 100 : 30), která je rychlejší verzí Veropalu UV PLUS 100 (má jiné, pomalejší tvrdidlo a míchací poměr 100 : 40). Aby se teplo více rozptýlilo a aby se účinněji chladilo, smíchejte složky pryskyřice a tvrdidla v širší nádobě, která vytvoří větší plochu.
Vliv vlhkosti
- Snížení pevnosti: Vlhkost může narušit strukturu polymerů, což snižuje mechanickou pevnost a odolnost finálního produktu.
- Zakalení nebo mikrokrystalky: Vyšší vlhkost znamená více vlhkosti ve vzduchu, což může způsobit zakalení povrchové vrstvy epoxidu při vytvrzování, nebo se na povrchu vytvoří mikrokrystalky uhličitanu (hlavně u rychlejších systémů, kde je v rychlejších tvrdidlech obsažena jedna velmi hygroskopická látka ochotně vázající vodu ze vzduchu) mající takový „ledový vzhled“. Mikrokrystalky jsou velmi jednoduše odbrousitelné, ale je to práce navíc a lidé, kteří se s tím setkávají poprvé, jsou z toho nepříjemně překvapeni. Že se něco takového děje vidíte někdy již v průběhu tvrdnutí, kdy se na povrchu vytváří jakoby škraloup podobný škraloupu při chladnutí kakaa. Většinou to popřípadě uvidíte po vytvrzení pryskyřice.
Během celého procesu vytvrzování je důležité udržovat stabilní pokojovou teplotu a vlhkost. Kontrolujte teplotu místnosti: Udržujte teplotu v rozmezí 20 °C až 25 °C. Sledujte vlhkost vzduchu: Ideální vlhkost je mezi 40 % a 60 %. K udržení místnosti v doporučeném rozsahu teploty a vlhkosti použijte klimatizaci.
Čtěte také: Použití epoxidového lepidla na beton
Typy epoxidových lepidel a jejich specifikace
Epoxidová lepidla vytvářejí velmi pevné a dlouhotrvající spoje, což je ideální pro různé typy oprav a lepení nejrůznějších materiálů. Velkou předností je, že pomocí těchto lepidel můžete lepit úzké plochy k sobě navzájem, což u jiných typů lepidel obvykle není možné. Po vytvrzení jsou epoxidová lepidla odolná vůči vodě, což z nich činí skvělou volbu pro opravy, které budou vystaveny vlhkosti nebo přímému kontaktu s tekutinami. Kromě toho tyto spoje také odolávají chemickému poškození a zvládají i extrémní teploty od -60 do +100 °C. Po vytvrzení můžete epoxidové spoje dále upravovat, pilovat, brousit, vrtat a přetírat. Epoxidové lepidlo se tak stane téměř neviditelným parťákem pro vaši dílnu.
Speciální vysokoteplotní epoxidová lepidla
Příkladem vysokoteplotního lepidla je E 4160, což je dvousložkové, za studena vytvrzující vysokoteplotní (+200°C) epoxidové lepidlo plněné kovem. E 4160 je vhodné pro opravy a lepení široké škály kovů a dalších substrátů včetně měkké oceli, galvanizované oceli, litiny, hliníku a jeho slitin, keramiky a termoplastů. Používá se na opravy ocelových odlitků, pump, ventilů, tankerů, potrubí, krytů, obložení, čerpadel, poškozených přírub a zazubení (klínových drážek), kde jsou zvýšené nároky na teplotní odolnost. E 4160 má dobrou pevnost, tlakovou a chemickou odolnost (olej, benzín, voda), což jej dělá zvláště vhodným do strojírenství a automobilového průmyslu.
Další typy epoxidových lepidel LOCTITE
- LOCTITE EA 3425: Dvousložkové tixotropní epoxidové lepidlo ve formě nestékavé pasty s vysokou pevností v tahu 27 N/mm² a odolností do 120 °C. Je určeno pro lepení velkých ploch a kovů se spárou do 3 mm.
- LOCTITE EA 3463: Dvousložková, ocelí plněná epoxidová hnětací tyčinka pro rychlé nouzové opravy netěsností a kovových součástí.
- LOCTITE EA 3471: Dvousložkový ocelí plněný epoxidový tmel pro opravy kovových součástí, odlitků a hřídelí.
- LOCTITE EA 3473: Velmi rychle vytvrzující dvousložkový epoxid plněný ocelí pro nouzové opravy opotřebených kovových dílů.
- LOCTITE EA 3474: Dvousložkový, minerály plněný epoxidový tmel vytvářející samomazný povrch s vysokou odolností proti oděru.
- LOCTITE EA 3478: Fero-siliciem plněný dvousložkový epoxid s extrémní pevností v tlaku 125 N/mm².
- LOCTITE EA 9466: Houževnaté dvousložkové epoxidové lepidlo s prodlouženou dobou zpracovatelnosti 60 minut a vysokou pevností v loupání (8 N/mm) i smyku (37 N/mm² na oceli).
- LOCTITE EA E-120 HP: Vysoce viskózní dvousložkové epoxidové lepidlo s prodlouženou dobou zpracovatelnosti 120 minut a vynikající odolností vůči loupání a rázům.
Zpracování a vlastnosti epoxidových adheziv
Jednotlivá adheziva musí splňovat mnohé parametry zejména dle aplikace, pro kterou jsou určena. Zároveň ale také musí být zpracovatelná v různých výrobních procesech. Z toho vyplývá, že adheziva mají velice variabilní vlastnosti. Můžeme nalézt jednosložkové i dvousložkové materiály, které jsou vytvrzeny při pokojové teplotě nebo při vyšších teplotách, mohou být vytvrzovány UV zářením či za přítomnosti vlhkosti a jinak.
Jednosložková a dvousložková lepidla
- Dvousložkové materiály: Běžně složeny ze složky A a B, které musejí být před použitím smíchány dohromady. Tyto materiály jsou většinou velmi dobře a dlouho skladovatelné, vytvrzované při běžných teplotách a mohou být míchány dle aktuální potřeby. K míchání by mělo být využito automatizovaných míchacích systémů, ruční míchání není doporučováno, protože je zde příliš vysoké riziko chyb vzhledem ke každodenní výrobě.
- Jednosložkové materiály: Obsahují jednu složku a je možno je přepravovat a skladovat při pokojové teplotě. Obvykle vyžadují vyšší teplotu pro vytvrzení (>130 °C) a jejich doba použitelnosti je běžně 3-6 měsíců. Obsahují-li částice, obvykle se objevují stejné manipulační a sedimentační problémy, jaké byly popsány výše. Standardně dodávané jednosložkové materiály musí být před upotřebením dobře rozmíchány. Během doby skladovatelnosti dochází pomalu k prosíťování a viskozita se může až zdvojnásobit. Z praktického hlediska tento proces ale běžně nepředstavuje problém.
"Pot life" versus "Work life"
- Pot life (doba zpracovatelnosti po namíchání): Je pojem definovaný jako doba, která uplyne, než dojde ke zdvojnásobení viskozity při pokojové teplotě po smíchání komponent, nebo doba po rozmražení jednosložkového materiálu. U jednosložkových materiálů je „pot life“ téměř identický s dobou skladovatelnosti („shelf time“). Pot life se pohybuje v časovém intervalu několika minut a šesti měsíců. Měnící se viskozita může mít vliv na proces aplikace a plnění. Jsou procesy, jako je sítotisk či dispensing, které jsou na změnu viskozity necitlivé. Pokud jsou tyto aplikační techniky používány, může být „pot life“ mnohonásobně delší, než je uvedeno v technickém listu.
- Work life: Doba, po kterou lze materiál použít k aplikaci. Aplikační techniky, které jsou více citlivé na změnu viskozity, jako je např. dávkování stlačeným vzduchem, mohou poskytnout méně času k aplikaci/plnění, než je „pot life“. „Work life“ neboli doba, kdy je možné aplikovat materiál, záleží na „pot life“, ale také na aplikační metodě. Aby bylo dosaženo zde uvedených vlastností, je nutné, aby materiál v přístrojích zůstal při pokojové teplotě. Pokud dojde k jeho zahřátí, například vlivem lamp nebo činností stroje, nebo dojde k zahřátí lepidla již v obalu, poté může být „pot life“ i „work life“ znatelně změněn.
Proces vytvrzování
Proces vytvrzování je tou nejčastější oblastí úskalí při zpracování produktů. Ze zkušenosti víme, že více než 75 % všech problémů při zpracování adheziv může být způsobeno procesem vytvrzování. K zahřátí epoxidu může být použito mnoha technik, jako je například: konvekční vzduchová pec, plotna, horký vzduch, IR záření, mikrovlny, vířivé proudy, atd.
Během procesu vytvrzování dochází k síťování molekul pryskyřice a tvrdidla, a tím se tvoří trojrozměrné sítě. Technické listy většinou uvádějí různé hodnoty pro vytvrzování a kombinace časů pro postup u vytvrzování epoxidu. Například stříbrné vodivé adhezivum Polytec EC 101 nabízí následující kombinace:
Čtěte také: Použití epoxidových barev na beton
- 95 °C / 60 min
- 120 °C / 15 min
- 150 °C / 10 min
- 180 °C / 40 s
Musíme si ale uvědomit, že vlastnosti vytvrzeného epoxidu (nebo tmelu) jsou velmi závislé na postupu vytvrzování. Je velký rozdíl, zda vytvrzujeme při vysoké teplotě krátkou dobu nebo při nízké teplotě delší dobu. Vysoké teploty / krátké časy vytvrzování vedou k nejlepším vlastnostem materiálu, co se týče pevnosti, nejvyšším teplotám skelného přechodu, optimální odolnosti vůči tekutinám, vlhkosti, chemikáliím apod., nejnižší elektrické a teplotní odolnosti v případě, že se jedná o elektricky či teplotně vodivé materiály, ale také tento způsob vytvrzování vede ke křehkosti materiálu. Opačných vlastností dosáhnete při vytvrzování při nízkých teplotách za delší čas. Vždy záleží na specifické aplikaci. Dále je zvolený postup vytvrzování také ovlivněn procesem výroby či maximální dosažitelnou teplotou, kterou lze zatížit ostatní komponenty apod. Z tohoto důvodu je nutné data uvedená v technických listech ohledně vytvrzování brát jako doporučená, a ne jako striktně daná. Je na zodpovědnosti uživatele, aby vyvinul optimální postup vytvrzování dle potřebné aplikace.
Důležitá pravidla pro vytvrzování epoxidových adheziv
- Závislost doby na teplotě: Čím vyšší teplota, tím kratší doba. Epoxid vytvrzovaný při 100 °C bude potřebovat dvojnásobnou dobu vytvrzování, pokud bude dosaženo teploty jen 90 °C (tedy pouze o 10 % méně), a bude potřebovat přibližně jen polovinu doby pro vytvrzení, bude-li dosaženo teploty 110 °C, chceme-li dosáhnout stejného stupně síťování (Arheniův zákon).
- Měření teploty v místě spoje: Teploty uvedené v technických listech jsou teploty pro místo spoje (adheziva samotného). V závislosti na ostatních komponentech musíme předpokládat, že dosažení uvedené teploty závisí na tepelné mase, než se jednotlivé části samy o sobě zahřejí. V závislosti na jejich tepelné vodivosti to může trvat určitou dobu, než se místa spoje zahřejí na stanovenou teplotu. Je tedy doporučeno měřit a zaznamenávat nárůst teploty přímo v místě spoje.
Proces vytvrzování v konvekční vzduchové peci je často důvodem pro dosažení rozdílných výsledků v místech spojů nebo selhání některých zpracovaných složek. Tyto trouby ukazují teplotu na venkovním displeji. Je to teplota, která je zaznamenána senzorem uvnitř v jednom místě. Výše zmíněné pece ukazují na displejích hodnoty o více než 10 °C vyšší, než je skutečná teplota spoje. Rozhodně se tedy doporučuje měřit zvlášť teplotu uvnitř pece, pokud jsou v ní umístěny díly. Samozřejmě v průběhu procesu vytvrzování nikdy neotvírejte dveře pece.
Specifikace teplot u epoxidových lepidel
Epoxidy a polyimidy jsou organické sloučeniny, které podléhají rozkladu a při vyšších teplotách se odpařují. Nízké teploty - až 4 K, tedy mínus 270 °C - vedou k extrémní křehkosti adheziva, a tak může tmel prasknout v důsledku rozdílu teplotního koeficientu roztažnosti. Při standardní aplikaci jsou však nejvíce kritické vysoké teploty. Následně budou vysvětleny čtyři nejdůležitější teplotní specifikace:
- Teplotní rozklad (degradace): Bod degradace je považován za teplotu, při které se začíná adhezivum rozkládat. Tato teplota se určí metodou TGA (Thermo Gravimetrical Analysis). Vzorek vytvrzeného adheziva je dán na přesné váhy a poté je jeho teplota zvyšována o například 20 °C/min. Při růstu teploty roste hmotnost, která je monitorována jako funkce teploty. Tím jak roste teplota, začíná se adhezivum rozkládat a ztrácet hmotnost. Při teplotě, při které dochází ke ztrátě hmotnosti o 10 % (organické části), je dosaženo definovaného teplotního rozkladu a tohoto teplotního bodu.
- Maximální krátkodobá provozní teplota: Krátkodobá provozní teplota je degradační teplota t mínus 50 °C. Vytvrzené lepidlo může být této teplotě vystaveno po krátkou dobu (cca 5-15 min) bez zhoršení funkčnosti v tmelu. Nicméně lepidlo by této teplotě nemělo být vystaveno po delší dobu. V tomto případě může pomalu ztrácet funkčnost.
- Maximální trvalá provozní teplota: Trvalá provozní teplota je degradační teplota t mínus 150 °C. Obecně může být adhezivum této teplotě vystaveno po nedefinovaný čas.
- Skelný přechod (Tg): Při této teplotě, obvykle pod maximální trvalou teplotou, adhezivum mění stav ze „skelně“ tvrdého na „gumově“ měkký. Při této teplotě se mění mnohé další vlastnosti materiálu. Nad Tg pevnost tmeliva znatelně poklesne, teplotní koeficient roztažnosti se přibližně ztrojnásobí a tvrdost bude znatelně zredukována. Skelný přechod (Tg) závisí zajisté na specifickém adhezivu. Avšak, což je mnohem důležitější, velmi záleží na zvoleném procesu vytvrzování. Např. dané lepidlo může mít rozdílný skelný přechod mezi 50 °C a >100 °C pouze v závislosti na postupu vytvrzování. Z tohoto chování vyplývá důležitost přísné kontroly procesu vytvrzování v procesu výroby.
Obecně jde tedy říci, že v závislosti na aplikaci mohou být lepidla používána nad jejich maximálními trvalými provozními teplotami nebo - po kratší dobu - nad okamžitými maximálními krátkodobými provozními teplotami. Tyto teplotní specifikace uvedené v technických listech poskytují možnosti aproximace pro konkrétní použití.
Další klíčové vlastnosti epoxidových lepidel
Pevnost ve smyku
Pevnost ve smyku určuje pevnost dvou slepených částí, například dvou kovových částí se standardizovanými podmínkami povrchu a definovaným překrytím dvou částí. Pevnost ve smyku udává, kolik energie je nutné použít na rozdělení materiálu, respektive dokud spoj nepraskne. Maximální nutně vyvinutá síla se nazývá pevnost ve smyku a měří se v N/m² = 1 Pa (Pascal). V reálném použití je pevnost lepidla mnohem více závislá na vlastnostech povrchu a typu materiálu (kov, plast, keramika, sklo a jiné). 1 N/m² = 1,4504 × 10⁻⁴ PSI (libra na palec čtvereční).
Čtěte také: výhody a údržba epoxidových podlah
Konzistence (viskozita/tixotropie)
Dnešní nabídka lepidel na trhu nabízí celou škálu konzistencí, od tekutých jako voda až po téměř pevné hmoty podobné modelovacímu jílu. Způsob aplikace určuje, jaká viskozita je nejvhodnější. Viskozitu měříme reometrem - obvykle při kontrolované teplotě 23 °C. Fyzikální jednotka viskozity je mPa·s (mili Pascal sekunda) nebo můžeme ve starších publikacích nalézt označení cP - Centipoise (dynamická viskozita). Tyto jednotky jsou si rovny, tedy 1 mPa·s = 1 cP.
Přehled viskozity některých standardních tekutin:
| Tekutina | Viskozita (mPa·s) |
|---|---|
| Voda | 1,7 |
| Med | 500-80 000 |
| Glycerin | 1 499-1 700 |
| Olej | 300-3 000 |
| Epoxid | 100-80 000 |
| Džem | cca 50 000 |
Tekutiny do cca 2 000 mPa·s se také často měří tzv. viskopohárkem s přesně kalibrovaným objemem (např. 1 dm³) a výpustným otvorem pro gravitační odtok kapaliny (např. 4 nebo 5 mm v průměru). Odečítáme pak čas, za který daný objem odteče, a definujeme viskozitu v sekundách. Jak již bylo dříve zmíněno, viskozita je velmi závislá na teplotě. Z tohoto důvodu je nezbytné, aby teplota byla pod přísnou kontrolou. Lepidla jsou před vytvrzením svojí konzistencí volně plovoucími řetězci uhlovodíků podobná oleji v motorech aut. A podle toho se viskozita chová. Zahřívání lepidel znatelně snižuje viskozitu před tím, než dojde k vytvrzování. Skutečnost, že viskozita velmi závisí na teplotě, se může pojmout jako výhoda. Jestliže jsou části, které jsou určeny ke spojení, předem zahřáté na cca 40-50 °C, značně se sníží viskozita materiálu a lépe zateče, je-li třeba.
Tixotropní materiály
Opakem nízkoviskozních materiálů jsou tzv. tixotropní materiály. Typickým příkladem tixotropního materiálu je například máslo, jogurt nebo kečup. Typickou vlastností tixotropních materiálů je, že drží svůj tvar - nestékají - ale stávají se tekutými, když je aplikována smyková síla, například jako když krájíme nožem máslo. Je tedy možné tyto materiály dobře dávkovat, např. při sítotisku působením smykové síly stěrky. Poté, co je materiál nanesen a přestane působit smyková síla, opět si bude držet svůj tvar. Pro popis tixotropie materiálu užíváme tixotropický index. Tento index ale většinou není prakticky využitelný při výběru lepidla, a proto jej většinou v materiálových listech nenaleznete. Je tedy vždy lepší kontaktovat svého dodavatele a využít jeho kompetencí a zkušeností pro výběr vhodného typu dle dané aplikace. Adheziva jsou vytvořena na míru konkrétní aplikaci, jako je sítotisk, dávkování stlačeným vzduchem apod.
tags: #epoxidove #lepidlo #vliv #teploty