Правильное соотношение эпоксидной смолы и полиэфираминного отвердителя рассчитывают не по условной пропорции 2:1 или 3:1. Основа расчета — количество эпоксидных групп в смоле и активных аминных водородов в отвердителе. Для этого используют два показателя: EEW для эпоксидного компонента и AHEW для аминного компонента.
Если оба значения известны, стехиометрическое количество отвердителя можно получить одной формулой. Сложности начинаются, когда в рецептуре несколько смол, есть активный разбавитель, наполнитель или используется смесь полиэфираминов. Ниже разберем расчет от простого случая до производственной рецептуры.
Что такое EEW и AHEW
EEW эпоксидной смолы
EEW, Epoxy Equivalent Weight, показывает массу эпоксидного материала, в которой содержится один эквивалент эпоксидных групп. Единица измерения — г/экв. Чем меньше EEW, тем больше реакционноспособных эпоксидных групп приходится на один килограмм материала.
Например, у эпоксидной смолы KER-828 типичный эпоксидный эквивалент находится примерно в диапазоне 184…190 г/экв. Для расчета производственной рецептуры лучше брать значение из актуального TDS или сертификата конкретной партии, если оно доступно.
AHEW полиэфирамина
AHEW, Amine Hydrogen Equivalent Weight, показывает массу аминного отвердителя, которая содержит один эквивалент активного водорода, способного реагировать с эпоксидной группой. Этот показатель также выражают в г/экв.
Для полиэфираминов AHEW зависит от строения молекулы, функциональности и фактического состава продукта. Поэтому для расчета следует использовать AHEW из технической документации производителя, а не пытаться заменить его только молекулярной массой.
Главная формула расчета
При стехиометрическом отверждении число эквивалентов активных аминных водородов должно соответствовать числу эквивалентов эпоксидных групп. Для 100 массовых частей смолы расчет выглядит так:
Количество отвердителя, phr = AHEW / EEW × 100
Масса отвердителя = масса эпоксидной смолы × AHEW / EEW
1 эквивалент активного H принимают на 1 эквивалент эпоксидной группы.
PHR означает parts per hundred resin — массовые части компонента на 100 массовых частей эпоксидной смолы. Если получилось 31,9 phr, это означает 31,9 кг отвердителя на 100 кг смолы или 319 г на 1 кг смолы.
Пример расчета с полиэфирамином D230
Возьмем полиэфирамин D230. Для расчетного примера примем AHEW 60 г/экв. В качестве эпоксидной основы возьмем смолу с EEW 188 г/экв. Это значение находится внутри типичного диапазона жидких DGEBA-смол типа KER-828.
Расчет на 100 массовых частей смолы:
60 / 188 × 100 = 31,9 phr
На 100 кг смолы требуется 31,9 кг D230.
На 1 000 г смолы требуется примерно 319 г D230.
Если фактический EEW партии равен не 188, а 184 или 190 г/экв, результат немного изменится. Поэтому в технологической карте лучше фиксировать не только привычную пропорцию по массе, но и исходные EEW и AHEW. Тогда при смене марки или партии расчет можно быстро проверить.
Пример расчета с полиэфирамином T403
Теперь возьмем полиэфирамин T403. Для примера примем AHEW 81 г/экв и ту же эпоксидную смолу с EEW 188 г/экв.
81 / 188 × 100 = 43,1 phr
На 100 кг смолы требуется 43,1 кг T403.
На 1 000 г смолы требуется примерно 431 г T403.
Получившееся количество выше, чем для D230, хотя оба продукта относятся к полиэфираминам. Это нормальная ситуация. Массовая дозировка зависит не от названия химического класса, а от эквивалентной массы конкретного отвердителя.
Какие данные нужны перед расчетом
| Параметр | Что показывает | Где брать |
|---|---|---|
| EEW, г/экв | Масса материала на 1 эквивалент эпоксидных групп | TDS смолы или сертификат партии |
| AHEW, г/экв | Масса отвердителя на 1 эквивалент активного H | TDS отвердителя |
| Масса эпоксидной части | Масса компонентов с эпоксидными группами | Рецептура или производственная карта |
| Стехиометрический коэффициент | Поправка к расчету 1,00 | TDS или результаты испытаний |
Для базового расчета коэффициент принимают равным 1,00. Уходить от стехиометрии только ради изменения скорости отверждения, твердости или жизнеспособности не стоит. Избыток или недостаток аминных групп может ухудшить механические свойства, химическую стойкость и стабильность поверхности.
Почему аминное число нельзя автоматически подставлять вместо AHEW
В паспортах полиэфираминов часто встречается общее аминное число или содержание аминов. Это полезная характеристика, но она не равна AHEW. Аминное число описывает содержание основных аминных центров, а AHEW связано именно с количеством активных водородов, которые участвуют в реакции с эпоксидом.
Для первичных, вторичных и третичных аминов связь между этими показателями различается. В смеси также могут присутствовать аддукты, модификаторы или компоненты без активного аминного водорода. Поэтому безопасное правило простое: если производитель дает AHEW, используйте его. Если AHEW не указан, его нужно получить из технической документации или рассчитать только при точно известном составе и функциональности вещества.
Как рассчитать отвердитель для смеси двух эпоксидных смол
Если в рецептуре две или больше эпоксидных смол, сначала считают общее количество эпоксидных эквивалентов. Простое среднее арифметическое EEW использовать нельзя, если компоненты введены в разных количествах.
Эквиваленты эпоксида = m1 / EEW1 + m2 / EEW2 + …
EEW смеси = общая масса эпоксидных компонентов / сумма их эпоксидных эквивалентов
После получения EEW смеси используют обычную формулу AHEW / EEW × 100. Такой же принцип применяют, если к основной смоле добавляют реактивный разбавитель с эпоксидными группами. Его нельзя считать нейтральным растворителем: он тоже расходует активный водород отвердителя.
Как учитывать активный разбавитель
Если разбавитель содержит эпоксидные группы, его EEW включают в расчет общей эпоксидной части. После добавления такого компонента старое количество отвердителя может стать неправильным, даже если масса основной смолы не изменилась.
Нереактивный растворитель, минеральный наполнитель, пигмент или тиксотропная добавка сами по себе эпоксидных эквивалентов не добавляют. Но они меняют общую массу компонента А. Поэтому соотношение между готовыми компонентами А и Б уже нельзя рассчитывать так, будто вся масса компонента А состоит из смолы.
Почему наполнитель нельзя включать в массу смолы при расчете
Представим, что компонент А содержит 100 кг эпоксидной смолы и 150 кг кварцевого наполнителя. Общая масса компонента А — 250 кг. Если для выбранной пары смола + D230 расчет дает 31,9 phr, нужно около 31,9 кг отвердителя именно на 100 кг эпоксидной смолы, а не 31,9% от всей массы наполненного компонента.
Если ошибочно умножить 250 кг на 31,9%, получится почти 80 кг отвердителя. Это более чем в два раза выше расчетной стехиометрической дозировки. Подобная ошибка особенно опасна в шпаклевках, полимербетонах, наливных составах и других высоконаполненных системах.
Как считать смесь двух полиэфираминов
Смешение полиэфираминов используют, когда нужно изменить вязкость, эластичность, скорость реакции или свойства отвержденной системы. В этом случае сначала рассчитывают AHEW смеси. Усреднять AHEW по обычной арифметике нельзя.
AHEW смеси = общая масса отвердителей / (m1 / AHEW1 + m2 / AHEW2 + …)
Затем phr смеси = AHEW смеси / EEW эпоксидной части × 100
Например, если условная смесь содержит 70 массовых частей D230 с AHEW 60 и 30 частей T403 с AHEW 81, расчетный AHEW смеси составляет примерно 65,1 г/экв. Для эпоксидной смолы с EEW 188 это около 34,6 phr смеси отвердителей.
Этот расчет определяет только стехиометрию. Он не гарантирует, что выбранная смесь даст нужную жизнеспособность, твердость, Tg или химическую стойкость. После расчета требуется лабораторная проверка.
Когда формула AHEW / EEW неприменима напрямую
Формула хорошо работает, когда известны корректные EEW эпоксидной части и AHEW аминной части. Но не каждый коммерческий отвердитель является чистым полиэфирамином. В готовом продукте могут быть аминные аддукты, ускорители, пластификаторы, бензиловый спирт и другие модификаторы.
Если производитель дает для такого отвердителя собственный AHEW, используют его. Если в TDS указан только рекомендуемый уровень ввода или готовое соотношение компонентов, ориентироваться следует на эти данные. Нельзя брать молекулярную массу основного амина и рассчитывать дозировку так, как будто весь коммерческий продукт состоит только из него.
Это особенно важно при замене эпоксидного отвердителя. Одинаковая вязкость или похожее торговое описание не означают одинаковый AHEW и одинаковое массовое соотношение со смолой.
Как быстро пересчитать дозировку на любой размер партии
После определения phr пересчет на производственную партию становится простым. Если отвердителя требуется 31,9 phr, используйте коэффициент 0,319 от массы эпоксидной части.
| Масса эпоксидной смолы | Дозировка 31,9 phr | Масса отвердителя |
|---|---|---|
| 0,5 кг | 0,5 × 0,319 | 0,160 кг |
| 1 кг | 1 × 0,319 | 0,319 кг |
| 10 кг | 10 × 0,319 | 3,19 кг |
| 100 кг | 100 × 0,319 | 31,9 кг |
В рабочей инструкции лучше хранить формулу и коэффициент одновременно. Это снижает риск ошибки, когда оператор переходит с лабораторного замеса на производственный объем.
Частые ошибки при расчете соотношения смола/отвердитель
- Использовать универсальную пропорцию для всех полиэфираминов. D230 и T403 имеют разные AHEW, поэтому их массовая дозировка различается.
- Считать отвердитель от общей массы наполненного компонента А. Наполнитель не содержит эпоксидных групп и не требует аминного водорода.
- Не пересчитывать рецептуру после ввода активного эпоксидного разбавителя.
- Подставлять аминное число вместо AHEW без проверки химического состава.
- Брать среднее арифметическое EEW или AHEW для смеси компонентов, не учитывая их массовые доли.
- Менять количество отвердителя для регулировки времени жизни. Скорость реакции корректируют выбором химии и режимом, а не случайным нарушением стехиометрии.
- Округлять соотношение слишком грубо. На большой партии даже несколько процентов дают заметный избыток или недостаток функциональных групп.
Даже при правильной математике результат можно испортить неправильным дозированием или перемешиванием. Отдельно стоит проверить ошибки при смешивании эпоксидной смолы и отвердителя, особенно если система отверждается неравномерно или на поверхности остаются мягкие участки.
Практический алгоритм расчета для технолога
- Запишите все компоненты, которые содержат эпоксидные группы: основную смолу, вторую эпоксидную смолу, реактивные разбавители.
- Для каждого эпоксидного компонента возьмите EEW из актуального TDS или сертификата.
- Рассчитайте общее количество эпоксидных эквивалентов и, при необходимости, EEW эпоксидной смеси.
- Возьмите AHEW полиэфирамина. Для смеси отвердителей сначала рассчитайте общий AHEW.
- Рассчитайте стехиометрическую дозировку по формуле AHEW / EEW × 100.
- Пересчитайте phr в килограммы или граммы для фактической массы эпоксидной части.
- Проверьте, не заложена ли производителем рекомендуемая поправка к стехиометрии для конкретной системы.
- Сделайте контрольный замес и оцените жизнеспособность, степень отверждения и требуемые конечные свойства.
При лабораторной отработке полезно записывать фактическую температуру компонентов, массу замеса и время перемешивания. Стехиометрия отвечает за количество функциональных групп, но кинетика реакции сильно зависит от температуры и масштаба партии.
Подбор полиэфирамина и эпоксидной смолы в НК ХИМ
НК ХИМ поставляет холодные отвердители эпоксидных систем, полиэфирамины и эпоксидные смолы для композитных, лакокрасочных, строительных и промышленных рецептур. При подборе важно рассматривать смолу и отвердитель как одну систему, а не как два независимых продукта.
Чтобы быстрее подобрать соотношение, можно заранее подготовить EEW используемой смолы, AHEW текущего отвердителя, состав эпоксидной части, наличие реактивных разбавителей и требуемые свойства после отверждения. Специалисты НК ХИМ помогают подобрать продукт под особенности производства, проработать образцы и согласовать условия поставки.
Если рецептура уже работает, но требуется заменить полиэфирамин, лучше передать исходное массовое соотношение, TDS обоих компонентов и контрольные показатели готового материала. Такой подход позволяет пересчитать эквиваленты до испытаний и снизить риск получить недоотверждение, избыток свободного амина или изменение механических свойств.