Żywica epoksydowa do zastosowań specjalnych

Politechnika w Wiedniu opatentowała specjalną formułę żywicy epoksydowej, która umożliwia całkowite usieciowanie w ciągu kilku sekund. Początkowo materiał jest przezroczysty i ma postać płynu lub pasty; następnie, gdy jakaś jego część zostanie napromieniowana odpowiednią długością fali świetlnej, cała żywica zaczyna krzepnąć i nabiera ciemnego koloru. Teraz badacze z powodzeniem przeprowadzili proces utwardzania pod wodą. W ten sposób nowa żywica epoksydowa może być wykorzystywana do prac, które do tej pory były bardzo trudne do wykonania, takich jak wypełnianie podwodnych pęknięć w filarach lub zaporach mostowych, czy naprawa rur podczas bieżącej eksploatacji.

Kolejną nowością jest możliwość zastosowania specjalnej mieszanki w połączeniu z włóknami węglowymi i matami z włókien węglowych. Wiele możliwości pojawia się w zastosowaniach w inżynierii lotniczej i kosmicznej, turbinach wiatrowych, przemyśle stoczniowym lub samochodowym – we wszystkich dziedzinach, w których konieczne jest połączenie najwyższych właściwości mechanicznych z lekką konstrukcją.

Żywice epoksydowe to standardowe materiały stosowane w sektorze przemysłowym do wielu różnych celów. Grupa badawcza kierowana przez profesora Roberta Liska (Instytut Stosowanej Chemii Syntetycznej, TU Wien) opracowuje dodatki, które są dodawane do zwykłej żywicy epoksydowej w celu dostosowania jej właściwości i umożliwiającego bardzo szybkie utwardzanie w odpowiednich warunkach.

„Opracowujemy specjalne związki, w których światło wyzwala reakcję chemiczną”, wyjaśnia Robert Liska. „Może to być jasny błysk światła widzialnego, ale mamy też związki, które reagują tylko na światło UV”. W momencie, w którym światło dociera do żywicy, rozpoczyna się reakcja, która uwalnia ciepło. Ciepło to rozprzestrzenia się i inicjuje proces reakcji łańcuchowej w innym miejscu, dopóki cała żywica nie zostanie utwardzona.

„Kluczową zaletą tej metody jest to, że nie ma potrzeby naświetlania całej żywicy, jak w przypadku innych materiałów światłoutwardzalnych”, wyjaśnia Liska. „Wystarczy napromieniować światłem dowolną część żywicy”. Reszta następnie utwardza się, nawet jeśli znajduje się głęboko w ciemnej szczelinie, którą należy wypełnić. Ponadto, należy wspomnieć, że cała mieszanka charakteryzuje się prawie nieograniczoną stabilnością magazynowania, co znacznie ułatwia obróbkę w porównaniu z nowoczesnymi materiałami”.

Proces prowadzony pod wodą
Firmy współpracujące z Politechniką Wiedeńską były zainteresowane, czy proces ten byłby możliwy również w obecności „ciemnych” wypełniaczy lub włókien, ponieważ samoutwardzalna żywica epoksydowa byłaby niezwykle przydatna w niektórych aplikacjach. „Na początku, myśleliśmy, że ten pomysł ten przeczy wszystkim teoriom”, powiedział Liska. „Światło ma bardzo małą głębokość wnikania w materiał, ponieważ jest silnie wchłaniane przez włókna węglowe”, jednak eksperymenty na Politechnice Wiedeńskiej pokazały, że ten proces jest możliwy.

Również utwardzanie pod wodą jest sprzeczne z teorią. „Początkowo nie sądziliśmy, że będzie to możliwe. Najpierw można było oczekiwać, że woda będzie reagować chemicznie ze składnikami żywicy, a także że usunie ciepło potrzebne do podtrzymania reakcji”. Zadziwiające jest jednak to, że proces samoutwardzania żywicy pod wodą był możliwy do realizacji.

„Kluczowym czynnikiem jest to, że reakcja chemiczna doprowadza wodę do wrzenia”, wyjaśnia dr Patrick Knaack, starszy naukowiec w tym samym instytucie. „Pomiędzy utwardzającą się żywicą a otaczającą ją wodą tworzy się cienka warstwa ochronna pary wodnej.”

Możliwość do wykorzystania przez branżę
Naukowcy poszukują obecnie dalszych zastosowań w przemyśle, aby zbadać potencjał tej wyjątkowej żywicy. Obecnie istnieje wsparcie finansowe Austriackiego Funduszu Naukowego FFG w ramach programu „Spin-off Fellowship”, którego celem jest stworzenie firmy na początku lata 2020 roku. Oprócz zastosowania kompozytów wzmacnianych włóknem szklanym i węglowym w przemyśle lotniczym, stoczniowym i motoryzacyjnym, szczególnie interesującym obszarem jest renowacja budynków. Na przykład, pęknięcia w budynkach zbudowanych w wodzie można wypełniać lepką żywicą, a następnie utwardzać je błyskiem światła. Kolejnym, często trudnym do wykonania zadaniem jest konserwacja rurociągów – zastosowanie nowej żywicy może być tu również odpowiednie. „Istnieje wiele możliwości i mamy nadzieję na kilka ciekawych nowych pomysłów”, mówi Patrick Knaack.

Zródło: Phys.org and Vienna University of Technology

Zobacz również: