Эпоксидные смолы: затвердевание одним нажатием кнопки

2 марта 2020 г.

Венского технологического университета

За считанные секунды новый материал можно полностью трансформировать. Первоначально материал прозрачный и находится в жидкой или пастообразной форме; затем, когда какая-либо часть ее облучается соответствующим светом, вся смола начинает затвердевать и приобретает темный цвет. Специальная формула эпоксидной смолы, которая делает это возможным, запатентована TU Wien. Теперь исследователи даже успешно провели этот процесс под водой. Это означает, что новую эпоксидную смолу можно использовать для работ, которые до сих пор было очень сложно выполнить, например, для заполнения подводных трещин в опорах мостов или плотин или ремонта труб во время текущей эксплуатации.

Еще одна новинка: специальная формула может применяться в сочетании с углеродными волокнами и матами из углеродного волокна. Возникает множество возможностей для применения в аэрокосмической технике, ветряных турбинах, судостроении или автомобильной промышленности — во всех областях, где высочайшие механические свойства должны сочетаться с легкой конструкцией.

Эпоксидные смолы — это стандартные материалы, которые используются в промышленном секторе для самых разных целей, например, для изоляции электронных компонентов или крепления механических деталей. Исследовательская группа под руководством профессора Роберта Лиски (Институт прикладной синтетической химии Венского технического университета) разрабатывает добавки, которые добавляются в обычную эпоксидную смолу, чтобы регулировать ее свойства и обеспечить целенаправленное отверждение одним нажатием кнопки.

"Мы разрабатываем специальные соединения, в которых свет запускает химическую реакцию, - объясняет Роберт Лиска. - Это может быть яркая вспышка видимого света, но у нас также есть соединения, которые реагируют только на ультрафиолетовый свет". В тот момент, когда свет падает на смолу, начинается реакция с выделением тепла. Это тепло распространяется и запускает химический каскад в другом месте, пока вся смола не отвердеет.

«Ключевым преимуществом этого метода является то, что нет необходимости освещать всю смолу, как в случае с другими светоотверждаемыми материалами», — объясняет Лиска. «Достаточно облучить светом любую часть смолы. Остальная часть затем затвердевает, даже если она находится глубоко в темной трещине, которую вы хотите заполнить». «Кроме того, следует отметить, что вся формула обладает практически неограниченной стабильностью при хранении, что значительно упрощает обработку по сравнению с современными материалами».

Компании-партнеры из промышленности поинтересовались, возможен ли этот процесс также в присутствии «темных» наполнителей или волокон, поскольку самоотверждающаяся эпоксидная смола была бы чрезвычайно полезна для некоторых из этих более сложных применений. «На первый взгляд эта идея противоречит всем теориям», — думает Лиска. «Свет имеет очень низкую глубину проникновения в материал, поскольку он сильно поглощается углеродными волокнами», — тем не менее, эксперименты в Венском техническом университете впечатляюще продемонстрировали рабочий процесс.

Также эффективное подводное отверждение противоречит теории. «Изначально мы не думали, что это возможно. Сначала можно было ожидать, что вода вступит в химическую реакцию с компонентами смолы, а также отнимет тепло, необходимое для поддержания реакции». Удивительно, однако, что процесс самоотверждения, запускаемый светом, все еще мог происходить под водой.

«Основная причина этого заключается в том, что химическая реакция доводит воду до кипения», — объясняет доктор Патрик Кнаак, старший научный сотрудник того же института. «Между затвердевающей смолой и окружающей водой образуется тонкий защитный слой водяного пара».

В настоящее время исследователи ищут новых пользователей из промышленности, чтобы изучить потенциал этой специальной смолы. В настоящее время существует финансовая поддержка со стороны Австрийского научного фонда FFG в рамках программы «Spin-off Fellowship» с целью создания стартап-компании в конце лета 2020 года. Помимо применения композитов, армированных стекловолокном и углеродным волокном, в аэрокосмической, судостроительной и автомобильной промышленности реставрация зданий представляет собой особенно интересную область. Например, вы можете заполнить трещины в зданиях, построенных на воде, вязкой смолой, а затем вылечить их вспышкой света. Техническое обслуживание трубопроводов — еще одна работа, которую зачастую сложно выполнить — здесь также может подойти использование новой смолы. «Существует много возможностей, и мы надеемся на новые интересные идеи», — говорит Патрик Кнаак.