Entwicklung von AT130 – Hochtemperatur-Epoxidharzmörtel

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Hintergrund

The first step towards developing AT130 was to find a hardener that could withstand high temperatures. 

Der erste Schritt bei der Entwicklung von AT130 war die Suche nach einem Härter, der hohen Temperaturen standhält.
Nach umfangreichen Untersuchungen haben wir AT130 mit aminischen Härtern formuliert, die für Hochtemperaturanwendungen geeignet sind. Außerdem kauften wir von Tomosada, der besten Firma in Japan, eine Schlauchpumpe, um interne Pumpversuche durchzuführen. Für die Durchführung der mechanischen Tests arbeiteten wir mit RDC, einem zuverlässigen Partner, zusammen.

 

Inhaltsstoffe

Um AT 130 als 3K-Verpressmaterial zu entwickeln, benötigten wir einen geeigneten Zuschlagstoff, der den Mörtel fließfähig macht. Er musste leicht verfügbar und mit grünem Pigment mischbar sein. Quarzsand erwies sich aufgrund seiner höheren Druckfestigkeit, höheren Abriebfestigkeit und besseren Wärmeleitfähigkeit als der beste Zuschlagstoff.

Außerdem brauchten wir das richtige Harz, um dem Injektionsmaterial Flexibilität und Festigkeit zu verleihen. Zu den Optionen gehörten:

  • Bisphenol F
  • Novolak
  • Bisphenol AF

Epoxidharzmörtel werden häufig in Umgebungen mit hohen Temperaturen eingesetzt. Es kann jedoch eine Herausforderung sein, die richtige Rezeptur zu finden, die alle Anforderungen eines bestimmten Projekts erfüllt. Ein Hochtemperatur-Epoxidharzmörtel sollte in der Lage sein, folgende Anforderungen zu erfüllen:

  • Beständigkeit bei Betriebstemperaturen von ca. 150 °C
  • Beständigkeit gegen aggressive, wärmebedingte chemische Umgebungen
  • Gute mechanische Eigenschaften, einschließlich guter Haftung, hoher Druckfestigkeit und geringer Schwindung beim Aushärten
  • Möglichst gute Pumpfähigkeit

Dieses Whitepaper beschreibt den Weg zur Entwicklung von AT130, einem Hochtemperatur-Epoxidharzmörtel, der all diese Anforderungen erfüllt.

Strategie zur Entwicklung von AT130

Bei der Entwicklung von AT130 haben wir eine vierstufige Strategie verfolgt:

  1. 1. Bestimmung des optimalen Flüssigkeit/Härter-Verhältnisses bei der Polymerisation. Je höher der exotherme Peak, desto besser.
  2. 2. Erprobung von Kombinationen von Zuschlagstoffen und Pigmenten in den genannten Verhältnissen
  3. 3. Mechanische Prüfungen von Proben
  4. 4. Prüfung der Fließfähigkeit von Proben

Der erste Schritt bestand darin, das beste Flüssigkeit/Härter-Verhältnis für die Polymerisation zu ermitteln. Wir kennzeichneten jede Mischung und untersuchten das exotherme Maximum für jedes Verhältnis. Die Mischungen mit den höchsten T-Peaks wurden für den nächsten Schritt ausgewählt.

Als nächstes wurden Kombinationen von Zuschlagstoffen und Pigmenten in Verhältnissen getestet, die höhere T-Peaks ergaben. Wir kennzeichneten jede Mischung und mischten sie entweder mit Glasperlen oder Quarzsand, um zu sehen, welcher Zuschlagstoff die beste verarbeitbare Mischung ergab.

Anschließend führten wir mit Hilfe der Einrichtungen von RDC mechanische Tests an den Proben durch. Wir kennzeichneten jede Mischung, fügten die entsprechenden Zuschlagstoffe und Pigmente hinzu und maßen die Druckfestigkeit jeder Probe.

Schließlich führten wir mit der Tomosada-Pumpe interne Fließfähigkeitstests an Proben durch, um sicherzustellen, dass AT130 pumpfähig ist.

Ergebnisse

Nach umfangreichen Tests haben wir festgestellt, dass sich YDPN 631 (Novolakharz) oder YDF 170 (Bisphenol F) am besten für die Formulierung von AT130 eignen. Quarzsand schien die am besten verarbeitbare Mischung zu ergeben, entweder als R65 (Minerals i Derivats) oder als Mischung (RDC).

In mechanischen Tests wurde für diese Formulierung eine Druckfestigkeit von 80,3 MPa ermittelt. Messungen der Biegefestigkeit werden folgen. Wir haben auch festgestellt, dass AT130 mit der Tomosada-Pumpe gepumpt werden kann.

Schlussfolgerung

Die Entwicklung eines Hochtemperatur-Epoxidharzmörtels, der aggressiven chemischen Umgebungen unter Hitzeeinwirkung widersteht, gute mechanische Eigenschaften aufweist und pumpfähig ist, ist keine leichte Aufgabe. Mit Hilfe unserer vierstufigen Strategie und der Durchführung umfangreicher Tests konnten wir jedoch Fortschritte bei der Entwicklung von AT130 erzielen.

Bei der Weiterentwicklung von AT130 sind wir bestrebt, alle möglichen Herausforderungen zu meistern, die bei unseren Harzlieferanten auftreten können. Durch die Erweiterung unseres Angebots an Rohstofflieferanten können wir unsere Formulierungsoptionen erweitern. Darüber hinaus planen wir, mechanische Tests bei hohen Temperaturen mit RDC durchzuführen.

Häufig gestellte Fragen

  • Was bedeutet „3K“ in Bezug auf Verpressmaterial?

„3K“ bezieht sich auf ein Dreikomponentenmaterial, bei dem ein flüssiges Harz, ein Härter und ein Zuschlagstoff gemischt werden, um das gewünschte Verpressmaterial herzustellen. Analog dazu bezeichnet „2K“ ein Zweikomponentenmaterial.

  • Welche chemische Reaktion läuft bei der Polymerisation von Epoxidharz ab?

Wenn ein Epoxidharz mit einem geeigneten Härter gemischt wird, bildet sich zwischen den reagierenden Molekülen ein dreidimensionales Netzwerk aus neuen chemischen Bindungen. Dadurch entsteht ein stabiler und dauerhafter Feststoff, in dem die reaktiven Epoxidgruppen der Harzketten durch den Härter miteinander verbunden sind.

  • Welche Veränderungen treten bei der Verbindung von Epoxidharzen auf?

Bei der Reaktion entsteht große Wärme, und das flüssige oder halbflüssige Gemisch wird hochviskos und erstarrt schließlich zu einem Feststoff. Temperaturänderungen und Viskositätsmessungen sind genau zu beobachten.

  • Wie wird die Temperatur während der Aushärtung des Verpressmaterials gemessen?

Zur Messung der Temperatur wird ein spezielles Thermoelement in die aushärtende Mischung eingeführt.

  • Welche Druckfestigkeit haben Alphatec Epoxidharzmörtel?

Unser führendes Produkt AT800 hat eine Druckfestigkeit von ca. 100 MPa, während die Druckfestigkeit eines typischen Zementmörtels zwischen 20 und 50 MPa liegt.

  • Warum ist es wichtig, mehrere Rohstofflieferanten zu haben?

Bei Epoxidharzmörteln kann ein und dasselbe chemische Produkt (sei es ein Epoxidharz, ein Härter oder ein Zusatzstoff) unter verschiedenen Handelsnamen oder Warenzeichen vertrieben werden. Daher ist es wichtig, durch verschiedene Lieferanten Zugang zu den gleichen Rohstoffen zu haben. Dies bietet mehr Möglichkeiten für die Produktformulierung und verringert mögliche Probleme mit einem einzigen Lieferanten.