Инженерный камень (aka полимербетон aka полимергранит
Добавлено: 23 окт 2015, 18:51
Решил создать отдельную тему. В последние годы оказался плотно завязанным на этом материале и могу поделиться некоторыми соображениями.
1. Эпоксидная смола в качестве связующего не является оптимальным вариантом из-за цены и токсичности. Полиэфирная смола нетоксична, проще в работе и значительно дешевле. Бывает двух основных типов -- ортофталевая и изофталевая. Первая химически менее стойкая и желтеет со временем. В нашем случае это не критично. Оптимальная вязкость смолы не менее 100 секунд по ВЗ-4. Более жидкая смола проще в работе, но вызывает расслоение смеси.
2. В качестве матрицы (наполнителя) используется SiO2 (кремнезем). В природе из него состоит гранит и большинство песков, т.е. дешевое сырье с очень высокой твердостью по шкале Мооса. Оптимальная смесь должна иметь правильное гранулометрическое распределение. С одной стороны для достижения более плотной упаковки матрицы, с другой -- для сохранения подвижности смеси. Скажу сразу, что формула Фуллера здесь работает только частично. Поэтому не нужно гнаться за крупной фракцией гранита, достаточно ограничиться песками (0.6-0.9) + (0.3-0.5) + (0.1-0.2), т.е. крупный+средний+мелкий. И, самое главное -- в литьевую смесь необходимо добавить кварцевую пыль (Silica Flour) просева менее 50 u. Почему это важно:
3. При перемешивании смеси в нее вовлекаются пузыри воздуха и удалить их вручную не слишком реально. Если этот вопрос беспокоит, еще до смешивания с песком в смолу необходимо добавить т.н. деаэратор типа BYK-555. Смесь готовим в ведре, даем отстояться, чтобы пузырьки "всплыли", но не вибрируем ни в коем случае. Если совсем чешется, то смесь готовится в специальном "ведре", из которого потом откачиваем воздух для дегазации. И потом плавненько заливаем по стеночке тоненькой струйкой, чтобы исключить вторичный захват воздуха. Самые крутые для дегазации могут купить литьевую машину, где поток смеси проходит через вакуумную камеру (но это шутка). Таким образом мы получаем литьевую смесь с минимальным кол-вом воздуха, после чего заполняем форму свободным изливом. Вакуум к форме применять бесполезно -- не поможет.
4. Вибрация вещь неоднозначная. Вибрировать смесь в "ведре" нельзя ни в коем случае -- только после заливки. Мне непонятен смысл вибрации. Да, с вибрацией всплывут какие-то пузырьки, которые до этого плавали в толще или "висели" у стенок формы. Но неизбежно получим расслоение, когда вверху скопится смола без наполнителя. В общем, я бы дважды подумал. И, если бы решился, то перевел вибратор на круговые осцилляции в горизонтальной плоскости, чтобы уменьшить тиксотропный эффект от кварцевой пыли. И выключил бы вибратор сразу, как залил форму (об этом подробнее в "заливке").
5. Приготовление смеси. Сначала в смолу добавляем акселератор (если смола не предускоренная). Потом деаэратор (если деньги лишние или если не лень доехать за песком -- тогда пузырек отолью). Дальше делаем пробу в маленькой емкости и добавляем катализатор 2% от массы смолы. Если желатинизация смолы наступает раньше, чем через 15 минут, в следующую пробу добавляем ингибитор и далее методом последовательных итераций. Полученное кол-во ингибитора добавляем в смолу. Параллельно с этим готовим смесь из песков и кварцевой пыли (при работе с пылью респиратор обязателен). Готовим форму и убеждаемся, что она не опрокинется, не протечет и пр. Если все O.K. -- запускаем процесс. Добавляем катализатор понемногу и тщательно перемешивая. Лучше попросить второго человека. Время пошло, через 15 минут карета превратится в тыкву (незалитая смола превратится в гель). Дальше с помощью второго человека постепенно высыпаем наполнитель и все время перемешиваем. Если вопрос пузырей нас волнует, ставим приготовленную смесь отстояться, чтобы воздух всплыл. Наполнитель замедляет скорость реакции смолы, поэтому у нас будет минут 30 до окончания заливки (от момента внесения катализатора).
6. Заливка. Самое простое и приятное. Льем тонкой непрерывной струйкой по стеночке "без булек и бурунов". Льем медленно, чтобы фронт смеси не захватывал воздух и чтобы воздух успевал выйти из узких мест. Скорее всего, при ручном приготовлении смеси у нас будет некоторый избыток смолы, который поднимется вверх. Если форма открытая, то это не беда. Просто подсыпайте понемногу наполнитель, чтобы он тонул в смоле -- не перемешивая. Нужно понимать, что самый верхний слой останется слегка липким даже после полного отверждения, поэтому рассчитывайте его срезать. Для борьбы с мелкими выступающими пузырьками (если это важно?) можно слегка распылить ацетон (огнеопасно, кстати). Пузырьки смягчаются и лопаются.
7. Постотверждение. Смесь становится твердой в течение часа, но полную твердость набирает только после полной конверсии стирола. В реале это несколько недель или даже месяцев. Поэтому промышленные изделия подвергаются процедуре термостатирования 24 часа при 80С, чтобы сократить производственный цикл до готового изделия.
8. Механическая обработка. Инженерный камень имеет очень высокий абразивный индекс, т.е. убивает режущий инструмент нещадно. Поэтому мехобработка должна быть минимальной и только алмазным инструментом.
Ну вот, все что вспомнил. Если что-то забыл -- задавайте вопросы.
1. Эпоксидная смола в качестве связующего не является оптимальным вариантом из-за цены и токсичности. Полиэфирная смола нетоксична, проще в работе и значительно дешевле. Бывает двух основных типов -- ортофталевая и изофталевая. Первая химически менее стойкая и желтеет со временем. В нашем случае это не критично. Оптимальная вязкость смолы не менее 100 секунд по ВЗ-4. Более жидкая смола проще в работе, но вызывает расслоение смеси.
2. В качестве матрицы (наполнителя) используется SiO2 (кремнезем). В природе из него состоит гранит и большинство песков, т.е. дешевое сырье с очень высокой твердостью по шкале Мооса. Оптимальная смесь должна иметь правильное гранулометрическое распределение. С одной стороны для достижения более плотной упаковки матрицы, с другой -- для сохранения подвижности смеси. Скажу сразу, что формула Фуллера здесь работает только частично. Поэтому не нужно гнаться за крупной фракцией гранита, достаточно ограничиться песками (0.6-0.9) + (0.3-0.5) + (0.1-0.2), т.е. крупный+средний+мелкий. И, самое главное -- в литьевую смесь необходимо добавить кварцевую пыль (Silica Flour) просева менее 50 u. Почему это важно:
- кварцевая сильно повышает текучесть смеси;
- удерживает песок "на плаву", не позволяя смеси расслаиваться;
- уменьшает усадку;
3. При перемешивании смеси в нее вовлекаются пузыри воздуха и удалить их вручную не слишком реально. Если этот вопрос беспокоит, еще до смешивания с песком в смолу необходимо добавить т.н. деаэратор типа BYK-555. Смесь готовим в ведре, даем отстояться, чтобы пузырьки "всплыли", но не вибрируем ни в коем случае. Если совсем чешется, то смесь готовится в специальном "ведре", из которого потом откачиваем воздух для дегазации. И потом плавненько заливаем по стеночке тоненькой струйкой, чтобы исключить вторичный захват воздуха. Самые крутые для дегазации могут купить литьевую машину, где поток смеси проходит через вакуумную камеру (но это шутка). Таким образом мы получаем литьевую смесь с минимальным кол-вом воздуха, после чего заполняем форму свободным изливом. Вакуум к форме применять бесполезно -- не поможет.
4. Вибрация вещь неоднозначная. Вибрировать смесь в "ведре" нельзя ни в коем случае -- только после заливки. Мне непонятен смысл вибрации. Да, с вибрацией всплывут какие-то пузырьки, которые до этого плавали в толще или "висели" у стенок формы. Но неизбежно получим расслоение, когда вверху скопится смола без наполнителя. В общем, я бы дважды подумал. И, если бы решился, то перевел вибратор на круговые осцилляции в горизонтальной плоскости, чтобы уменьшить тиксотропный эффект от кварцевой пыли. И выключил бы вибратор сразу, как залил форму (об этом подробнее в "заливке").
5. Приготовление смеси. Сначала в смолу добавляем акселератор (если смола не предускоренная). Потом деаэратор (если деньги лишние или если не лень доехать за песком -- тогда пузырек отолью). Дальше делаем пробу в маленькой емкости и добавляем катализатор 2% от массы смолы. Если желатинизация смолы наступает раньше, чем через 15 минут, в следующую пробу добавляем ингибитор и далее методом последовательных итераций. Полученное кол-во ингибитора добавляем в смолу. Параллельно с этим готовим смесь из песков и кварцевой пыли (при работе с пылью респиратор обязателен). Готовим форму и убеждаемся, что она не опрокинется, не протечет и пр. Если все O.K. -- запускаем процесс. Добавляем катализатор понемногу и тщательно перемешивая. Лучше попросить второго человека. Время пошло, через 15 минут карета превратится в тыкву (незалитая смола превратится в гель). Дальше с помощью второго человека постепенно высыпаем наполнитель и все время перемешиваем. Если вопрос пузырей нас волнует, ставим приготовленную смесь отстояться, чтобы воздух всплыл. Наполнитель замедляет скорость реакции смолы, поэтому у нас будет минут 30 до окончания заливки (от момента внесения катализатора).
6. Заливка. Самое простое и приятное. Льем тонкой непрерывной струйкой по стеночке "без булек и бурунов". Льем медленно, чтобы фронт смеси не захватывал воздух и чтобы воздух успевал выйти из узких мест. Скорее всего, при ручном приготовлении смеси у нас будет некоторый избыток смолы, который поднимется вверх. Если форма открытая, то это не беда. Просто подсыпайте понемногу наполнитель, чтобы он тонул в смоле -- не перемешивая. Нужно понимать, что самый верхний слой останется слегка липким даже после полного отверждения, поэтому рассчитывайте его срезать. Для борьбы с мелкими выступающими пузырьками (если это важно?) можно слегка распылить ацетон (огнеопасно, кстати). Пузырьки смягчаются и лопаются.
7. Постотверждение. Смесь становится твердой в течение часа, но полную твердость набирает только после полной конверсии стирола. В реале это несколько недель или даже месяцев. Поэтому промышленные изделия подвергаются процедуре термостатирования 24 часа при 80С, чтобы сократить производственный цикл до готового изделия.
8. Механическая обработка. Инженерный камень имеет очень высокий абразивный индекс, т.е. убивает режущий инструмент нещадно. Поэтому мехобработка должна быть минимальной и только алмазным инструментом.
Ну вот, все что вспомнил. Если что-то забыл -- задавайте вопросы.
