Микросфера для эпоксидной смолы

Наполнителями называют добавки к приготовленной смоле, вносимые для увеличения ее объема, предотвращения подтеков и для окрашивания. Для этих целей могут служить самые разные материалы вплоть до песка и опилок. Однако опилки обладают неоднородностью, песок — большим весом, причем то и другое может содержать инородные включения. Поэтому промышленностью разработан ряд наполнителей с предсказуемыми свойствами с областью применения от мороженого до бетона.

Аэросил . Тиксотропная добавка . Добавляется для исключения подтеков смолы, особенно на вертикальных и наклонных поверхностях. Смесь аэросила со смолой может применяться как шпаклевочно — заполнительный материал высокой плотности . Может применяться вместе с другими наполнителями для придания смеси консистенции сметаны.

Микросфера . Микроскопические пустотелые наполненные газом шарики в форме мелкозернистого порошка. Обладает низким весом и плотностью. Делает смолу воздушной и повышает вязкость, образуя в больших объемах пенистый материал . Идеальна для шпаклевочных составов, замазок, для заполнения угловых стыков и при ламинировании, где требуются хорошие свойства заполнения швов. Главное ее достоинство в том, что отвержденная смола с такой добавкой хорошо шлифуется, и чем больше такой добавки, тем легче шлифование. Однако надо знать меру, поскольку при избыточном ее количестве смесь трудна в нанесении. Микросфера понижает прочность клеевого шва и не должна использоваться при создании конструктивных связей типа усовых соединений .

Волокно . Добавляются в смолу для повышения ее вязкости при склеивании. Смола с такой добавкой отлично заполняет зазоры, хорошо пропитывает поверхности и не создает обедненных клеем швов, особенно на торцевых поверхностях. Волокно бывает стеклянное рубленое, стеклянное молотое, синтетическое и хлопчатобумажное. Хлопок с целлюлозой обладают наименьшей прочностью, зато повышают тиксотропность и могут служить заменой микросфере для заполнения смолой швов.

Древесная мука . Применяется для повышения густоты шпаклевок, замазок или клеев при натуральной отделке древесины. Смола с такой добавкой по консистенции мало похожа на сметану и с ней не так легко работать .

Графитовый порошок . Применяется в качестве пигментирующей добавки и для создания скользящих наружных поверхностей гоночных судов . Это мелкозернистый порошок черного цвета, который добавляют в приготовленную смолу для покрытия днища, рулей и швертов . Не используется на солнце . Покрытое таким способом днище не обладает "необрастающими" свойствами, зато имеет жесткую ударопрочную поверхность. Графит является проводником электрического тока и в соленой воде может вызывать электролитические проблемы.

Алюминиевая пудра и двуокись титана . Обычно служат в качестве пигментов . Добавление алюминия в смолу дает при покрытии поверхность серого цвета . При добавлении больших количеств улучшает обрабатываемость смолы . Двуокись титана придает смоле белый цвет и может применяться в местах, где нужен светлый цвет типа трюмных участков. Применение пигментов в смоле не заменяет ее покраски при эксплуатации на солнце. Полезно добавить двуокись титана в смолу при нанесении последнего покрытия при оклейке стеклотканью для подготовки под покраску.

Тальк . Также может служить наполнителем. Проведение большого количества экспериментов с тальком в широком спектре ситуаций показало, что он по свойствам близок к аэросилу и микросфере с одинаковой первоначальной прочностью клеевого шва. Однако под вопросом осталась способность талька поглощать влагу и при определенных обстоятельствах это может иметь неясные последствия. По этой причине часто придерживаются консервативной практики и избегают его применения.

Выводы :
Тиксотропными свойствами обладают аэросил, синтетическое волокно и древесная мука.

Повышают объем смеси фенольные микрошарики, кварцевые микросферы и древесная мука. Хотя все эти добавки делают смолу густой, только древесная мука придает ей тиксотропность. Попытка приготовить нерастекающуюся шпаклевку на микросфере приведет к приготовлению смеси, которую невозможно размазать. Их надо применять только в паре с тиксотропными добавками. Лучше всего для этого подходит аэросил, т.к. такая смесь лучше всего наносится.

Волокнистые материалы (рубленое/молотое/синтетическое/хб волокно) повышают прочность материала на разрыв и могут применяться для создания несущих конструктивную нагрузку стыков. Перечислены в порядке убывания прочности.

Для замазывания каких-нибудь стыков, щелей и т.п. на вертикальных или наклонных поверхностях обычный эпоксидный клей не подходит, так как он слишком текучий. Лучше всего эпоксидную смолу превратить в густую шпатлевку. Для этого смолу смешивают с твердыми порошкообразными наполнителями.

В качестве таких наполнителей промышленность выпускает:

• рубленное или молотое волокно, которое может быть синтетическое или хлопчатобумажное. Очень хорошими свойствами обладает рубленое стекловолокно — оно не гниет, не впитывает влагу, обладает достаточно высокой прочностью и придает смоле тиксотропные свойства;
• кварцевые микросферы. Величина шариков измеряется в нанометрах. Такой наполнитель хорош в тех случаях, когда требуется уменьшить итоговую плотность эпоксидной шпатлевки (придать воздушность). Микросферы повышают вязкость смолы, однако не способны придать ей тиксотропность. После схватывания могут быть трудности с обработкой;
• микросферы из полиэфирной, мочевино-формальдегидной, фенольной смол (фенольные микрошарики). Обычно эти пустотелые сферы заполнены химически инертными газами — азотом, фреоном или пентаном и имеют размеры от 1 до 500 мкм. На выходе получается так называемый синтактный пенопласт, который легко обрабатываются, имеет низкую удельную плотность;
• аэросил. Это торговое называние коллоидного диоксида кремния. Порошок аэросила по своему химическому составу ничем не отличается от кварцевого песка, только размер частиц не превышает 40 микрон. Смола при добавлении аэросила приобретает тиксотропные свойства, что облегчает ее нанесение и заполнение пустот/пор. Я бы не рекомендовал аэросил в качестве наполнителя, так как он снижает ударную вязкость смолы и повышает ее хрупкость. Смола с аэросилом очень тяжело обрабатывается. Аэросил продают в аптеках под названием "Полисорб";
• древесная мука. Этот наполнитель в основном подходит при работе с древесиной. Сильно повышает вязкость эпоксидной смолы и уменьшает ее способность к пропитыванию пористых поверхностей. Работается с таким наполнителем довольно тяжело;
• алюминиевая пудра (серебрянка). Придает смоле серый цвет и электропроводность. Хороший наполнитель, потом отлично шкурится. Правда, работать с пудрой неудобно — сильно пачкает все вокруг. Стоит значительно дороже той же муки или талька. Сейчас довольно трудно достать из-за всяких надуманных запретов;
• графитовый порошок. Окрашивает смолу в глубокий черный цвет. В основном применяют для обмазывания днища катеров, для получения прочной обтекаемой поверхности. Не годится для изделий, находящихся под прямыми солнечными лучами;
• двуокись титана. Либо только белая пигментирующая добавка (если взять около 10% от количества эпоксидного клея) либо одновременно и краситель и загуститель (если 30-50%). Титановые белила почти полностью состоят из диоксида титана. Также этот порошок входит состав зубных паст и косметических средств, является пищевой добавкой Е-171. Достоинство этого пигмента в том, что он не ядовит, гипоаллергенен, не боится воздействия щелочей и кислот, не желтеет на солнце.

Легкодоступные добавки

Если нужно приготовить небольшое количество шпатлевки, нет смысла покупать специальные наполнители. Для этих целей можно взять что-нибудь из того, что имеется под рукой:

• мел, зубной порошок. Не очень подходит в качестве наполнителя, так как обладает способностью впитывать влагу. А бокситка, как известно, влагу не любит, поэтому неизвестно, к каким это приведет последствиям в будущем. Хотя, смола с такой добавкой становится насыщенного белого цвета и при определенном соотношении мела совсем теряет текучесть — намазывай шпателем как хочешь. Удобно, но я все же не рекомендую;
• гипс, алебастр. Для этих добавок справедливо все то же самое, что и для мела. Можно добавить только то, что они довольно тяжелые;
• цемент. Подходит. После застывания смола становится еще прочнее, чем без цемента (наверное, он тоже слегка схватывается, хотя. без воды же не может?);
• песок. Очень мелкий просеянный песок в принципе подходит в качестве наполнителя. Обладает хорошими свойствами, придает составу повышенную твердость. Однако очень тяжел. В идеале песок нужно разделить на фракции методом взбалтывания в воде с последующим сливанием мелкой взвеси в отдельную тару;
• обычная мука (пшеничная, ржаная). Годный наполнитель, много лет применяю в различных поделках. Обладает тиксотропными свойствами, легко шкурится;
• тальк (детская присыпка). Покупается в аптеках, стоит копейки. Только перед смешиванием желательно его прокалить, чтобы полностью выгнать влагу. После застывания хорошо обрабатывается, что несомненно большой плюс. По химическому составу является силикатом магния;
• мелко порезанная стеклоткань. Отличный тиксотропный наполнитель. Только две проблемы — трудность изготовления в больших объемах и способность стекловолокна вызывать нестерпимый зуд и раздражение (от этого не спасают даже медицинские перчатки). В качестве альтернативы можно взять углеволокно или углеткань;
• распушенный асбест. Как и любой волокнистный наполнитель (стекло- и углеволокно), обладает армирующими свойствами, что увеличивает прочность клеевого шва. С асбестом работать только в респираторе, так как он обладает канцерогенными свойствами;
• тертая резина. Использовать только в совсем безвыходных ситуациях;
• сухие древесные опилки подходящей фракции. Доступный материал, можно натереть из деревянной болванки болгаркой с насадкой из наждачки. Как ни странно, после отверждения довольно трудно обрабатывается.

Чем можно окрасить:

В качестве пигментных добавок идеально подходит специальная краска — эпоксикон. Но вообще можно использовать сухие колеры для эмалей, нитрокраски (смешиваются со смолой в любых количествах), анилиновые красители для ткани, морилки на спиртовой основе, пасту из авторучек, тонер из лазерного принтера.

Подойдут также витражные краски, но только не на водной основе. Для зеленого цвета хорошо подходит раствор бриллиантового зеленого из аптеки ("зеленка").

Некоторые из перечисленых выше наполнителей помимо снижения расхода эпоксидной смолы дополнительно окрашивают ее в определенный цвет:

• черный: сажа, тертая резина, графит;
• темно-серый: алюминиевая пудра, цемент;
• белый: мука, диоксид титана, мел, гипс, алебастр, зубной порошок.

Вообще, в качестве краски для эпоксидной смолы подойдут любые пигментные добавки. Главное, чтобы они были сухими, либо на спиртовой основе, либо с нитрорастворителем.

Микросферы, используемые в качестве наполнителя для загущения эпоксидной смолы представляют собой шарики правильной формы с полостью внутри и гладкой внешней поверхностью. Их получают обрабатывая специальное измельчённое стекло в газоплазменных печах. К стеклу могут добавляться дополнительные реагенты, способствующие образованию газа, благодаря которым получаются пустотелые шарики-микросферы. Свойства конечного продукта определяются как составом стекла, так и уникальной формой микросфер. Внешне же этот наполнитель выглядит как лёгкий белый мелкозернистый порошок с низкой плотностью.

Микросферы обладают рядом свойств, которые они придают и композитным материалам, в состав которых их включают. Это лёгкость, химическая инертность, огнеупорность и низкая теплопроводность. При добавлении в различные материалы, в том числе эпоксидную смолу, они делают их более лёгкими и повышают их термо- и звукоизоляционные свойства. Используя микросферу можно снизить массу материала на 50–60 %, что часто используется в авиамоделировании и судостроении.

Чаще всего микросферы добавляют в эпоксидную смолу чтобы повысить её текучесть. Гладкие округлые микросферы легко перемещаются друг относительно друга, благодаря чему смола лучше заполняет полости и пустоты. Поэтому микросферы часто добавляют в составы для шпаклевки или смеси для заполнения угловых стыков. Наполнение микросферами не только влияет на свойства незастывшего состава, но и сказывается на особенностях готового покрытия, изделия или шва. Такая смола легче шлифуется, но становится несколько менее прочной. Потеря прочности, как правило, не заметна на покрытии или отливке, но может сказаться на качестве шва, испытывающего нагрузки.

Проводить наполнение микросферами смолы следует до добавления отвердителя. Разные производители рекомендуют различные соотношения, и, на самом деле, следует ориентироваться на поставленную задачу. При создании покрытий, которые должны иметь минимальную массу, заполнение слоя микросферами может достигать 60% по объёму, однако это, скорее, крайний случай и такое наполнение скажется на прочности. В зависимости от привычного способа дозирования можно ориентироваться на массовые или объёмные соотношения. При смешивании по объёму рекомендуется добавлять микросферы в количестве 25-30% от общего объёма смеси. При выражении по массе то же самое количество составит до 5% от массы смеси. В большинстве случаев добавлять микросферы в состав в большем количестве не рекомендуется.

Аналогичным образом микросферы могут применяться не только с эпоксидной смолой, но и с другими полимерами, например полиуретаном и полиэфирными смолами. Они также входят в состав лёгких бетонов и ряда иных композитных материалов.