Støbt harpiks

indkapslede elektroniske komponenter
hældt hår i en installation
Harpiksstøbning af et middelalderligt skakbrik
Gennemsigtig harpiks reparerer Titanic og isbjerge, et andet lag af grønfarvet harpiks simulerer overfladen af ​​vandet.

En støbeharpiks er en syntetisk harpiks , der forarbejdes i flydende form til slutproduktet og størkner som denne eller dens komponent. Den stadig flydende harpiks hældes i en genanvendelig eller tabt form . Dette resulterer i, at enten ren støbte harpikslegemer med overflader i fri form eller andre dele er inkluderet. Hældning bruges mest

  • kabinettet og beskyttelsen af ​​dele mod indtrængen af ​​fugt, støv, fremmedlegemer, vand osv.
  • elektrisk isolering, d. H. øge dielektrisk styrke og beskyttelse mod utilsigtet kontakt.
  • fiksering af dele med hinanden, stigningen i den mekaniske stabilitet samt vibration og stødmodstand.

I modsætning til smeltbare støbeforbindelser ( termoplast ) foregår størkning gennem en kemisk tværbindingsreaktion og er irreversibel ( termohærdende ).

Ansøgninger

Typiske anvendelser af støbeharpikser er:

  • Indstøbning og fremstilling af elektrotekniske komponenter ( transformere , isolatorer , kondensatorer , halvledere , samlinger)
  • Indstøbning af åbne kontaktpunkter på kabler og ledninger ( ærmer , underjordiske kabelgrene , f.eks. Strøm- og telefonlinjer), men her ofte også smeltende potteforbindelser
  • Kaster, f.eks. B. i hurtig prototyping og i bygning og restaurering af monumenter
  • Fremstilling af de forme, der kræves til støbningen, ved at dække med støbteharpiks og fjerne den originale del, efter at den er hærdet
  • Gennemsigtig potte, f.eks. B. af æstetiske årsager, af permanent bevarelse eller bedre håndtering af skrøbelige eller letfordærvelige genstande
  • Kold glasur (ridser og vejrbestandig overfladebeskyttelse, farveløse eller farvede, glasurlignende overflader uden en affyringsproces til kunsthåndværk)
  • Modelkonstruktion (kopi af vandløb, floder, søer osv.)

Komponenter

Harpiks og hærder

Disse to komponenter blandes i et bestemt støkiometrisk forhold for at danne en flydende masse og reagerer derefter for at danne et fast stof. Tværbindingsreaktionen initieres eller accelereres af varme, ultraviolet stråling eller fugt. I henhold til komponenternes kemiske karakter adskiller man z. B. mellem:

De fleste harpikser og hærdere er uhærdede og sundhedsfarlige. Derfor skal særlige beskyttelsesforanstaltninger i henhold til sikkerhedsdatabladet overholdes.

Acceleratorer og tilsætningsstoffer

Afhængigt af de nøjagtige kemiske egenskaber kan eller skal der tilsættes katalysatorer som acceleratorer for at tillade tværbindingsreaktionen at forløbe hurtigere. Blødgørere øger støbeharpiksens elasticitet, additiver såsom skumdæmpere , viskositetsmodifikatorer og vedhæftningsfremmere forbedrer de endelige og forarbejdningsegenskaber. Disse komponenter tilføjes enten separat af brugeren eller findes allerede i harpiksen og hærderen.

Fyldstoffer og farve

Fyldstoffer er finkornede, for det meste mineralske stoffer, såsom kvartspulver , sand , kridt , kort glas eller tekstilfibre , der øger den mekaniske styrke og reducerer krympning under hærdning og ekspansionskoefficienten for det færdige formmateriale. Desuden gør disse tilsætningsstoffer ofte støbeharpiksen billigere, reducerer tendensen til brand og forbedrer normalt også varmeledning. Disse fordele betales af den vanskeligere behandling, da harpiksens viskositet stiger, og fyldstoffet kan sedimentere . Under industriel behandling i støbningssystemer fører fyldstoffet normalt til større systemslid.

Pigmenter sikrer den ønskede farve af støbningsharpiksen.

ejendomme

Afhængigt af applikationen kendetegner følgende slutegenskaber normalt den hærdet støbeharpiks:

I tilfælde af støbning af harpikser er egenskaberne i flydende tilstand imidlertid også vigtige. Disse er især:

  • Viskositet: Hvis kroppen eller formen, der skal grydes, har små huller og åbninger, er perfekt og boblefri potting kun mulig, hvis viskositeten er tilstrækkelig lav.
  • Reaktivitet: Den reaktionshastigheden af tværbindingsreaktionen bestemmer potlife , i. H. den tid, hvorunder harpiksen blandet med hærder stadig kan behandles, dvs. har tilstrækkelig lav viskositet. Hærdningstiden indtil afslutningen af ​​tværbindingsreaktionen afhænger også af den.
  • Råmaterialers og dampers toksicitet under forarbejdning
I transformere af støbt harpiks er højspændingsviklingerne indkapslet til elektrisk isolering og beskyttelse mod snavs og fugt.

En støbeharpiks kan formuleres med de optimale egenskaber for den påtænkte anvendelse og forarbejdningsproces ved passende valg og proportioner af bestanddelene (opskrift). På grund af det store antal syntetiske harpikser og fyldstoffer, der er til rådighed, er der et meget bredt spektrum af forskellige støbeharpikser. Det er derfor svært at tildele generelle karakteristika. Højt fyldt epoxyharpiks er hård og sprød ved stuetemperatur, mens der på den anden side kan produceres bløde elastomerer på basis af silikone . Støbeharpikser kan også bruges ved høje temperaturer; med silikoneharpikser er servicetemperaturer på 180 ° C og i kort tid op til 300 ° C mulige. Alle syntetiske harpikser er elektriske isolerende materialer, men ved hjælp af egnede fyldstoffer og behandlingsmetoder kan der også produceres elektrisk ledende støbningsharpikser. Efter hærdning er syntetiske harpikser ofte meget modstandsdygtige over for miljøpåvirkninger, men mindre mod organiske væsker. De er kun delvist fysiologisk ufarlige. Genbrug er kun muligt i begrænset omfang, den mest økonomisk og økologisk fornuftige anvendelse af hærdet støbt harpiksaffald er udnyttelsen af den høje forbrændingsvarme ved afbrænding.

Viskositeten bestemmes primært af fyldstofindholdet. Da en høj fyldningsgrad praktisk talt altid resulterer i bedre slutegenskaber, vælges det normalt så højt, at en tilstrækkelig lav flydeevne bare er garanteret. Reaktionshastigheden kan justeres via acceleratorkomponenten. På den ene side muliggør en høj reaktivitet en kort hærdetid og dermed en effektiv produktion og korte former for besætning. På den anden side begrænser den nødvendige brugstid og hærdningsprocessen (se nedenfor) reaktionshastigheden.

forarbejdning

Dosering, blanding og behandling

to-komponent støbt harpikssystem i en patron med statisk mixer til manuel behandling
industriel potte

De forskellige komponenter skal først doseres og blandes i henhold til opskriften. Blandingsforholdet mellem de organiske komponenter harpiks, hærder og accelerator er normalt angivet af producenten. Fyldstoffet og farven tilføjes enten af ​​brugeren, eller i tilfælde af fyldte systemer blandes det også ind af producenten, så kun to komponenter skal blandes. Enkomponentharpikser er forblandede harpikssystemer, hvor hærdningsreaktionen kun begynder over en starttemperatur. Hærdning kan forsinkes i mange måneder ved opbevaring under starttemperaturen (køleskab om nødvendigt). Dosering og blanding er ikke længere nødvendig her.

Operationer udføres enten manuelt eller i industrielle pottsystemer med forskellige grader af automatisering. Dynamiske blandere, såsom omrørte tanke og statiske blandere , bruges til blanding . Statiske blandere blander kun komponenterne gennem deres flydende bevægelse og har ikke selv nogen bevægelige dele. Sådanne statiske blandere er ofte engangsblanderør af plast og behøver derfor ikke rengøres.

Blanding af fyldstoffet kræver særlig pleje, da de flydende komponenter skal fugtige den finkornede faste overflades store overflade .

Støbemiddelblandingen opvarmes ofte for at sænke viskositeten. For optimale bearbejdningsegenskaber skal støbeharpiksen afgasses , normalt ved vakuum , for at fjerne forstyrrende luftbobler, opløste gasser og fugt.

Potting

Selve pottingen kan også udføres med maskine eller manuelt. Støbeharpiksen må ikke hældes for hurtigt i formen, ellers øges risikoen for luftindeslutninger. Ideelt set fyldes formen nedenfra, så harpiksen i formen langsomt stiger, og luften slipper ud gennem en åbning øverst. Den del, der skal grydes eller formen, skal om nødvendigt bringes til bearbejdningstemperatur før pottning. I vakuumstøbningssystemer er formen fyldt med støbeharpiks under vakuum (mindre end 10 mbar). Hvis der opstår bobler under pottning, hersker vakuumets resttryk i dem. Efter indgravning ventileres formen, og atmosfæretrykket presser boblerne sammen. Dette resulterer i praktisk talt boblefri pottefyldning, fyldning af alle rum og dermed særligt gode elektriske isoleringsegenskaber, da delvis afladning undgås på denne måde. Støbemassen og støbningen skal også på forhånd afgasses og tørres under vakuum.

Hærdet

Støbeharpiksen hærder enten uafhængigt (koldhærdende harpiks) eller ved at levere varme (termohærdende harpiks), nogle gange også gennem ultraviolet stråling eller fugt. Viskositeten stiger i første omgang kontinuerligt, indtil geleringspunktet er nået, og harpiksen skifter til fast tilstand. Den kemiske reaktion fortsætter i den gelerede, faste harpiks, indtil polymernetværket er fuldstændigt dannet, og de endelige egenskaber er opnået. Som et resultat af tværbindingsreaktionen falder mængden af ​​støbningsharpiksen sædvanligvis. I tilfælde af støbninger i store mængder skal denne krympning kompenseres af fødere, f.eks. Ved metalstøbning eller ved påfyldning, ellers er der risiko for ydre fordybninger eller hulrum .

Efter gelering kan krympningen ikke længere kompenseres ved flydende materiale. Resultatet er indre belastninger i støbt harpiks og i værste fald revner . Belastningerne kan minimeres ved en hærdningsproces, der er så ensartet som muligt og ikke for hurtig. For at gøre dette skal reaktivitet og andre påvirkningsfaktorer, såsom varmeforsyning, koordineres i overensstemmelse hermed. Dette kan f.eks. B. udført ved at hærde cyklusser med flere temperaturniveauer af forskellig varighed.

I den automatiske trykgeleringsproces (ADG) udsættes støbeharpiksen i formen for et overtryk på 2 til 5 bar under hærdning. Som et resultat presses materialet konstant igen for at kompensere for krympning. Med processen kan der opnås meget korte hærdningstider på 5 til 15 minutter; på den anden side er komplekse og dyre forme nødvendige. Det bruges derfor til f.eks. Industriel serieproduktion af elektriske isolatorer.

Desuden er reaktionen sædvanligvis eksoterm . I tilfælde af store, kompakte støbninger kan dette føre til problemer, hvis reaktionsvarmen fra støbte harpiksophobninger ikke kan tilstrømmes tilstrækkeligt, og temperaturen i støbningen stiger. Dette øger igen reaktionshastigheden og dermed igen eksotermiciteten. Tværbindingsreaktionen må ikke foregå for hurtigt, afhængigt af støbningens størrelse, for at undgå overdreven reaktionsvarme og dermed en ukontrolleret acceleration af hærdningen.

Individuelle beviser

  1. ↑ a b c d e f R. Stierli: Epoxy -støbning og imprægnering af harpikser til den elektriske industri . I: Wilbrand Woebcken (red.): Duroplaste (= plastmanual . Bind 10). 2. udgave. Hanser, München / Wien 1988, ISBN 3-446-14418-8 , s. 510-527.
  2. ↑ Günter Oertel (red.): Polyurethan (= plastmanual. Bind 7). 3. Udgave. Hanser, München / Wien 1993, ISBN 3-446-16263-1 , s. 497-501.
  3. ↑ Erhard Hornbogen, Ewald Werner, Gunther Eggeler Werkstoffe . 10. udgave. Springer Berlin / Heidelberg 2012, ISBN 978-3-642-22560-4 , s. 435.
  4. ↑ europæisk patent EP1524253.
  5. ^ Karl-Heinz Decker: Genbrug af affald og bortskaffelse af hærdelige støbeformer . I: Wilbrand Woebecken (red.): Duroplaste (= plastmanual . Bind 10). 2. udgave. Hanser, München / Wien 1988, ISBN 3-446-14418-8 , s. 153–157.
  6. ↑ Andreas Küchler: Højspændingsteknologi . 2. udgave. Springer, Berlin / Heidelberg / New York 2004, ISBN 3-540-21411-9 , s.278 .

litteratur

  • Wilbrand Woebcken (red.): Duroplaste (= plast manual . Bind 10). 2. udgave. Hanser, München / Wien 1988, ISBN 3-446-14418-8
  • Manfred Beyer: Epoxyharpikser inden for elektroteknik (= kontakt & undersøgelse . Bind 109). Expert Verlag, 1983, ISBN 3-885-08792-8
  • Klaus-Peter Lührs: Indlejring i syntetisk harpiks . Creartec, 2007
  • Klaus-Peter Lührs: Gør-det-selv forme: Fra model til kopi med flydende støbeforme . 6. udgave, Creartec, 2010, ISBN 978-3-939-90309-3

Weblinks