Сергей Гейдур
Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)
Ювелирные эпоксидные компаунды (смолы) стали широко применяться при изготовлении бижутерии, сувениров, оригинальных столешниц, картин, имитации воды и т.д. - как в быту, так и в производственных условиях. Но чтобы начать собственный бизнес в этой области или просто увлечься таким волшебным хобби, необходимо хорошо разбираться в особенностях работы с прозрачными эпоксидными смолами. Большой опыт по этому поводу накоплен в Лаборатории физики полимеров Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета) - СПбГТИ(ТУ). Разработанные здесь оптически прозрачные эпоксидные компаунды для творчества выпускаются в семи модификациях, в том числе: ПЭО-10КЭ-20/0, ПЭО-210КЭ-20/0 - с 2003 года, ПЭО-510КЭ-20/0, ПЭО-10К-20/0, ПЭО-610КЭ-20/0 - с 2009 года и ПЭО-310КЭ-20/0, ПЭО-710КЭ-20/0 - с 2016 года. Все эти годы автору приходилось много консультировать мастеров хэндмэйд и технологов по самым разным вопросам. От простейших - объяснить причины ошибок и "косяков" до креативно сложных - как воплотить в жизнь невероятные задумки с эпоксидной смолой. После систематизации и обобщения были выбраны 22 наиболее часто повторяющихся и важных вопроса и ответа на них, которые, как надеюсь, позволят избежать читателю ошибок и огорчений при работе с ювелирной эпоксидной смолой.
1. Что такое жизнеспособность ювелирной эпоксидной смолы? Когда наступает резиноподобная фаза, при которой эпоксидка пластична и ее можно гнуть, лепить?
У разных марок ювелирных смол эти параметры различные. Рассмотрим их на примере трех популярных марок: Crystal resin (PEBEO S.A., Франция), EpoxAcast 690 (Smooth-On, Inc., США) и ПЭО-610КЭ-20/0 (СПбГТИ(ТУ), Россия).
Жизнеспособностью называют период времени, в течение которого эпоксидная композиция после перемешивания компонентов все ещё остается в достаточно жидком и пригодном для использования состоянии. Для вышеуказанных смол жизнеспособность при комнатной температуре составляет примерно 115, 195 и 250 мин., соответственно. Этого времени хватает, чтобы пузырьки воздуха вышли из массы естественным путем как из объемных покрытий, так и из небольших по объему отливок, отверждаемых в формах. Следующая стадия - гелеобразования - занимает область перегиба кривых. На конечном ее этапе гелеобразная консистенция становится эластичной ("резиновой), её внешним признаком может служить вмятина, которая остается на поверхности отливки при нажатии. Если требуется подзаливка эпоксидной смолой, то её рекомендуется производить именно в этот период, т.к. химические процессы ещё не закончились и в результате совместного отверждения поверхность раздела будет незаметной. В "резиновой" фазе эпоксидная композиция ещё пластична и в это время ее можно доработать, придав желаемую форму. Очевидно, ювелирные смолы Crystal resin, EpoxAcast 690, ПЭО-610КЭ-20/0 по сравнению с короткоживущими составами типа CHS-Epoxy 520/921ОП, имеющими в 3-4 раза меньшую жизнеспособность, имеют преимущества в плане легкости удаления пузырьков воздуха, а также при подзаливке и коррекции геометрической формы изделия.
2. У вас несколько ювелирных эпоксидных смол ПЭО, используемых для творчества. В каких случаях какую нужно использовать? В чем их преимущество по сравнению с аналогами?
В СПбГТИ(ТУ) разработаны и производятся следующие оптические эпоксидные компаунды (смолы) для творчества:
ПЭО-10К-20/0 для объёмных покрытий («линз»),
ПЭО-610КЭ-20/0 для объёмных пластифицированных покрытий,
ПЭО-510КЭ-20/0 для объёмных пластифицированных покрытий и заливки бижутерии в формы,
ПЭО-10КЭ-20/0 для заливки бижутерии в формы и имитации воды,
ПЭО-210КЭ-20/0 для изготовления эластичных изделий и имитации воды,
ПЭО-310КЭ-20/0 для изготовления пластичных и крупных объектов (до 1,5л),
ПЭО-710КЭ-20/0 для заливки особо пластичных предметов и большеразмерных (до 2л),
Ювелирные эпоксидные смолы ПЭО, не уступая аналогам в оптическом качестве и УФ стойкости, охватывают более широкий диапазон по вязкости и жизнеспособности. Это позволяет им решать задачи, недоступные другим материалам. Выпускаются в соответствии с ТУ, прошли санитарно-эпидемиологическую экспертизу. К достоинствам следует также отнести 38 летний опыт работы сотрудников института в области создания оптических эпоксидных компаундов с заданными спектральными характеристиками, подтвержденный авторскими свидетельствами, статьями и внедрением на более 200 предприятиях.
3. У меня образовался излишек компонента А прозрачной эпоксидной смолы ПЭО-10КЭ-20/0 (компонент В был разлит). Можно ли каким то другим веществом его затвердить?
Если у вас образовался излишек компонента А, то правильнее всего приобрести недостающее количество «родного» компонента В, например, в магазине Нестандарт (Санкт-Петербург). Это же касается и закупки недостающего компонента А. Важное замечание - компонент В для всей линейки ювелирных смол ПЭО-10К-20/0, ПЭО-610КЭ-20/0, ПЭО-510КЭ-20/0, ПЭО-10КЭ-20/0, ПЭО-210КЭ-20/0, ПЭО-310КЭ-20/0 и ПЭО-710КЭ-20/0 одинаковый.
4. Эпоксидка застыла, но верхняя часть линзы была как будто покрыта масляной пленкой. Протерла линзу ацетоном, в результате нижняя часть гладкая и прозрачная, а верхняя стала шершавой. Отчего так бывает и как избежать этого в дальнейшем?
Причин появления масляной пленки может быть несколько: низкая температура, повышенная влажность, неправильное соотношение компонентов и их плохое перемешивание. К сожалению, вы не пишите каким отвердителем пользовались. При использовании в качестве отвердителя ТЭТА существенное значение имеют первые два фактора. Даже при правильных навесках и тщательном перемешивании отверждение при комнатной температуре с большой вероятностью будет сопровождаться появлением аминной пленки. Предотвратить её появление можно повысив температуру отверждения до Т=30 ºС и выше.
Эпоксидные смолы для творчества ПЭО и Crystal resin не столь критичны к температуре отверждения. Для них наиболее частая причина образования пленки - не учет того обстоятельства, что плотности компонентов А и В разные и поэтому соотношение компонентов А:В различно "по массе" и "по объему". Вторая по распространенности ошибка обусловлена расхожим заблуждением, что мол если взять отвердителя больше нормы, то отверждение произойдет быстрее. На самом деле при значительном излишке отвердителя он останется не прореагировавшим между узлами сетки, а на поверхности изделия будет наблюдаться его постепенное "выпотевание" (пленка). Кстати, одновременно снизится прочность и химстойкость отвержденного эпоксиполимера, влагопоглощение же напротив увеличится.
Если пленка появилась, то убирать её с поверхности нужно не ацетоном, а теплой водой с губкой или разбавленным этиловым спиртом.
5. Я нарушила пропорции (6,6мл:1,5мл) и клей ПЭО-510КЭ-20/ 0 не полностью застыл. Могу ли я сверху на этот не полностью застывший слой налить новый с правильной пропорцией?
Если вы ошиблись и налили А=6,6мл, В=1,5мл, а смесь ещё не разлили на изделие, тогда добавьте ещё отвердителя В=0,5мл и опять перемешайте. В итоге получится А:В=6,6:(1,5+0,5)=6,6:2=3,3:1 и можно продолжать работать. Если же заливка изделия произошла, тогда решать - смывать полимерный слой или оставить его - вам придется самой, учитывая многие факторы: внешний вид, степень сшивки полимера, "ответственности" изделия и т.п. Если изделие заказное, то я бы не стал рисковать, делая вторую заливку. Крепкий дом на плохом фундаменте не построишь. Напоминаю, на всякий случай, что допустимая погрешность навески компонентов 5%.
6. Как можно избежать того, чтобы ювелирный компаунд не стекался от краёв изделия и на поверхности не образовывались "проплешины". Помогает только лишь второй слой заливки, но хочется добиться того, чтобы с первого раза все было нормально.
Полнота смачивания компаундом зависит от трех основных факторов: 1) соотношений поверхностных натяжений на трех межфазных границах: подложка-компаунд-воздух-подложка, 2) начальной и 3) состояния поверхности. Очевидно, в вашем случае 1) и 3) факторы неблагоприятные - подложка плохо смачивается эпоксидной композицией. Нужно менять материал подложки либо вводить в компаунд специальные добавки, что не всегда возможно из-за ухудшения прозрачности. Изменить состояние поверхности путем шлифовки также вряд ли удастся, т.к. испортится заливаемая картинка, а обезжиривание, я надеюсь, вы делаете. Остается использовать 2) фактор - вязкость. Чтобы компаунд не стекал, не заливайте его сразу свежеприготовленным, дайте выстояться пару-тройку часов (это зависит от марки компаунда и температуры окружающей среды и определяется опытным путем), потом заливайте.
7. Интересует, чем можно подкрашивать прозрачные эпоксидные компаунды в бытовых условиях, т.е. тем, что под рукой, и сохранится ли в этом случае их ПРОЗРАЧНОСТЬ? Годятся ли для этого акриловые краски, алкогольные чернила, акварель, цветной гель из ручек и т.п.
Я рекомендую использовать для этих целей специально разработанные концентраты ЭПОКСИКОН-400 (110А) сине-фиолетового цвета, ЭПОКСИКОН-445 (110А) цвета ультрамарин синий, ЭПОКСИКОН-480 (110А) голубого цвета, ЭПОКСИКОН-510 (110А) цвета морской волны, ЭПОКСИКОН-560 (110А) зеленого цвета, ЭПОКСИКОН-590 (110А) желтого цвета, ЭПОКСИКОН-610 (110А) оранжевого цвета, ЭПОКСИКОН-650 (110А) красного цвета и ЭПОКСИКОН-900 (110А) черного цвета. Они позволяют получать прозрачные эпоксидные компаунды всех цветов спектра, а их комбинации - огромное множество промежуточных цветов и оттенков. Концентратами ЭПОКСИКОН можно окрашивать не только ювелирные смолы ПЭО, для которых они были разработаны, но и многих аналогов: Crystal resin, MG-EPOX-GLASS, Epoxy Crystal Plus, Gold Glass, Artline Crystal Epoxy, ЭП-СМ-ПРО/921(ОП) и др.
При использовании подручных средств для колеровки помимо выбора желаемого оттенка цвета важно обеспечить и другие требования, такие как, например, отсутствие химического взаимодействия с компонентами эпоксидного компаунда, отсутствие миграции красителей к поверхности изделия, термо- и атмосферостойкость, безопасность. С перечисленными в вопросе красящими веществами нами таких исследований не проводилось.
8. Расскажите пожалуйста как работает отбеливатель Эпоксикон-400. Он делает белые детали более белыми или увеличивает прозрачность смолы?
Концентрат красителей ЭПОКСИКОН-400 (110А) добавляется в оптические (ювелирные) эпоксидные смолы для улучшения эстетического восприятия. Он использует свойство человеческого глаза. Когда мы говорим «кристально чистая» подразумеваем обязательно с голубизной. Как раньше для улучшения внешнего вида при стирке белья или побелке потолков применяли подсинивание, так теперь, для тех же целей, отбеливают (подсинивают) ювелирные смолы. Особенно это важно при изготовлении «толстых» изделий с толщиной свыше 3-5 см. Многие зарубежные составы Crystal resin, ICE resin, Luxe resin, Table Top Crystal Clear EE-116 и др. используют этот прием. В отличие от них мы предоставляем выбор: можно приобрести стандартный отбеленный компаунд (ПЭО-510КЭФ-20/0), компаунд без отбеливающего эффекта (ПЭО-510КЭ-20/0) или создать компаунд с подобранной по своему вкусу концентрацией отбеливающей добавки, т.е. использовать пару ПЭО-510КЭ-20/0 плюс ЭПОКСИКОН-400 (110А). Таким же образом можно скомпоновать остальные шесть марок ювелирных компаундов ПЭО: ПЭО-10КФ-20/0, ПЭО-610КЭФ-20/0, ПЭО-10КЭФ-20/0, ПЭО-210КЭФ-20/0, ПЭО-310КЭФ-20/0 и ПЭО-710КЭФ-20/0.
9. Хочу сделать значок, а в качестве основы использовать нарисованный карандашом (ручкой, фломастером) или напечатанный на принтере рисунок. Можно ли использовать для заливки смолу ПЭО-10К-20/0? Не "потечет" ли изображение?
На 100% утвердительно можно ответить лишь в отношении рисунка, нарисованного простым карандашом. Красящие вещества, входящие в состав паст, гелей ручек, чернил фломастеров или картриджей печатающих устройств могут вступить во взаимодействие с эпоксидной смолой и(или) отвердителем. Нужно делать пробные заливки.
Как правило, мастера подстраховываются, и прежде, чем заливать эпоксидную смолу на рисунок, наносят на него защитное покрытие. Для этого используют клей типа ПВА или лак. Обработка осуществляется с лицевой стороны, затем после просушки - с обратной стороны. Для надёжности наносят два-три слоя, тогда точно "протечек" не будет.
10. Делаю подвески 3см в диаметре толщиной 3мм, надо чтобы они были белые НЕПРОЗРАЧНЫЕ. Скажите пожалуйста есть ли в вашем ассортименте белый краситель для эпоксидной смолы?
В зависимости от применения рекомендации будут разные . Если речь идет об изделиях, отражающих свет, то для их изготовления используют непрозрачные белые пигменты или суспензии на их основе: двуокись титана, мел, тальк, перламутровые пигменты, аэросил, ЭПОКСИКОН флуоресцентный белый, ЭПОКСИКОН ПП-100 серебристый белый жемчуг, ЭПОКСИКОН ПП-120 белый ослепительный атлас. Если же требуется, чтобы изделия пропускали свет, то используют светорассеивающие диффузант ДФ-151 или концентрат ЭПОКСИКОН ПП-163 белый искристый мерцающий. "Легкое" рассеяние в слое 3 мм можно получить добавляя ДФ-151 в компаунд в количестве примерно 1-1,5%, а при 13% композиция по внешнему виду будет уже напоминать сметану.
11. Столкнулась с проблемой выбора светящихся в темноте эпоксидных компаундов ФЛ. Не могли бы вы указать их приблизительное время послесвечения? В частности, как отличаются по длительности свечения компаунды ФЛ-318 и ФЛ-318 синий?
Производители фосфоресцентных люминофоров утверждают, что длительность послесвечения для короткоживущих составляет до 3 часов (ФЛ-221, ФЛ-121, ФЛ-525), а для длительноживущих - до 2 суток (ФЛ-742, ФЛ-225, ФЛ-318, ФЛ-618, ФЛ-435 и др.). Но это до границы восприятия человеческого глаза (0,32мкд/м2), когда человек находится длительное время в темноте (в пещере?). Если же говорить о субъективной приближенной к реальному применению оценке длительности, то при входе в темную комнату со света через два часа после засветки люминофора свечение у первых уже отсутствует, тогда как у вторых - довольно уверенно различается. Через 5-7 минут после засветки – интенсивность свечения примерно равная, причем, у короткоживущих даже есть преимущество – для их полноценной засветки требуется только 5 минут, а для длительноживущих - 20 минут.
Фосфоресцентно-флуоресцентный компаунд ФЛ-318 синий изготавливается путем добавления к исходному фосфоресцентному компаунду ФЛ-318 флуоресцентного синего пигмента (или концентрата ЭПОКСИКОН флуоресцентный синий). Очевидно, введение дополнительного поглощающего вещества уменьшает как яркость, так и длительность послесвечения по крайней мере в два раза
12. Собираюсь в жаркие страны. Как поведут себя на солнце ювелирные эпоксидные смолы, к примеру, через 3-4 часа пребывания на пляже? И что может произойти с ними от контакта с морской водой?
Можно уверенно сказать, что 3-4 часа пребывания ювелирных смол ПЭО под солнцем не приведет к их пожелтению. Это подтверждается экспериментальными данными. За марки других производителей ручаться не могу, некоторые из них действительно обладают невысокой термо- и фотостойкостью. Эпоксидные материалы инертны к морской воде, не случайно на основе эпоксидных смол изготавливают высокоэффективные антикоррозионные покрытия подводных частей судов. Так что купайтесь на здоровье:))
13. Подскажите какая марка ПЭО лучше всего подойдет для залечивания глубоких трещин в хрустале. Нужна минимальная вязкость без добавления растворителей. Подразумеваю работу при нагревании, так что долгое время жизни будет скорее достоинством, чем недостатком
В данном случае при выборе клей-компаунда помимо вязкости и жизнеспособности нужно также учитывать его показатель преломления. Очевидно, он должен быть как можно ближе к показателю преломления хрусталя, чтобы за счет хорошей иммерсии залеченные (заполненные смолой) трещины стали незаметными. Рекомендую попробовать клеи эпоксидные оптические высокотемпературные марок ПЭО-90К и ПЭО-490К. Их показатель преломления в отвержденном состоянии 1,55 близок к показателю преломления хрустальных стекол (не менее 1,52-1,55 по ГОСТ 26822-86), а жизнеспособность составляет более 20 часов - за это время все трещины успеют заполниться, даже мелкие.
В последнее время появились хрустальные стекла с высокой плотностью и показателем преломления до 1,65 . Благодаря этому улучшается блеск, игра, "белизна" (бесцветность). Если ваше изделие изготовлено из такого хрусталя, обратите внимание на компаунд эпоксидный оптический марки ПЭО-210КЭ-20/0 холодного режима отверждения. Он используется для пропитки камне цветного сырья, которое нельзя прогревать выше 80-90 ºС. Компаунд относительно маловязкий, его жизнеспособность при комнатной температуре 12-15 часов, показатель преломления в отвержденном состоянии 1,59.
14. Мне нужна эпоксидная смола для изготовления биологических макетов прозрачных животных, например, медузы 20 см диаметром. Что посоветуете: 1) делать отливку в форму, но боюсь образования пузырей или 2) не доводя до полного отверждения лепить из полуотвердевшего и ещё гибкого материала?
Очень интересное применение! Первый способ конечно предпочтительнее (технологичнее). Для него подойдут оптически прозрачные эпоксидные компаунды ПЭО-210КЭ-20/0 и ПЭО-310КЭ-20/0. Второй компаунд менее вязкий, обладает большей жизнеспособностью, значит пузырьки воздуха выйдут быстрее. В отвержденном состоянии он более эластичный.
15. Я давно пользуюсь смолой ПЭО 510. После переезда в другой дом начались проблемы: эпоксидка стала отверждаться не полностью, т.к. в доме прохладно. Купила аэрогриль. На нижней решетке при температуре 65 градусов смола застывает за 3 часа, но... появилась новая напасть - пузыри.
Вы верно определили причину плохого отверждения эпоксидной смолы - 1) низкую температуру окружающей среды. Известно, что снижение температуры с 25 до 15 ºС увеличивает время отверждения по крайней мере вдвое. К другим факторам, приводящих к неполному отверждению эпоксидной смолы, относятся: 2) ошибка в пропорциях компонентов А и В и 3) плохое перемешивание компонентов.
Проблема пузырей в описываемом вами случае связана исключительно с аэрогрилем, конкретно, с обдувом воздуха отверждаемой эпоксидной композиции. "Идеальными" условиями для отверждения ювелирной эпоксидной смолы ПЭО-510КЭ-20/0 было бы сухое замкнутое пространство с температурой Т=30-40 ºС, Это может обеспечить сушильный шкаф, а в домашних условиях - духовой шкаф или самодельная коробочка из пенопласта, установленная вблизи батареи парового отопления или обогреваемая лампой накаливания, главное - обеспечить равномерный нагрев смолы. Аэрогрилем я стал бы пользоваться только в крайнем случае - для доотверждения смолы после прохождения точки гелеобразования, см. вопрос №1.
16. Работаю с вашей смолой ПЭО-610 не первый год. Но тут случилась неприятность - через 5 месяцев хранения компонент А частично "отвердел", хотя контакта с компонентом В не было... В чем дело?
Ничего страшного не произошло. Просто компонент А (эпоксидная основа) закристаллизовался. Прогрейте его при температуре 80-90 ºС часа два и смола растает, потом перемешайте, физико-химические и оптические свойства при этом останутся прежними.
Можно сказать, что склонность к кристаллизации в определенной степени характеризует "чистоту" эпоксидной смолы: чем чище эпоксидная смола, тем скорее она закристаллизуется. Ввиду отсутствия на отечественном рынке низкомолекулярных эпоксидно-диановых смол оптического качества в начале 90-х годов нам приходилось очищать промышленную смолу ЭД-22 методом молекулярной дистилляции. В результате конечный продукт ЭДД-25 при комнатной температуре всегда был в закристаллизованном виде! Все зарубежные немодифицированные аналоги эпоксидных смол ЭД-20, ЭД-22 с цветностью по платиново-кобальтовой шкале менее 50 Apha склонны к кристаллизации в той или иной степени. По нашим наблюдениям процесс кристаллизации ускоряется при хранении смолы в негерметичной таре и при низкой температуре.
17. После перемешивания эпоксидной смолы с отвердителем (независимо отечественной или импортной ПЭО-10К, ПЭО-610КЭ, Crystal resin) смесь иногда сильно разогревается, были даже случаи, когда она дымилась и вскипала. От чего это происходит?
В процессе отверждения эпоксидной смолы происходит экзотермическая реакция, сопровождающаяся выделением теплоты. Количество выделяемого экзотермического тепла зависит от толщины и площади полимеризуемой композиции. Если приготовлена большая масса, а теплоотвод затруднен, тепло ускорит реакцию, которая в свою очередь приведет к выделению новой порции экзотермического тепла и т.д. Процесс может стать лавинообразным, эпоксидная композиция вскипит (вспенится), станет мутно-белой, совершенно непригодной к применению.
Чтобы избежать саморазогрева смолы, замешивайте небольшие порции с учетом рекомендаций производителя. Для ювелирных смол ПЭО-10К-20/0, ПЭО-610КЭ-20/0, Crystal resin установлен максимальный замес 100-150 г., отсюда следует, что масса заливаемого за один раз изделия тоже не должна превышать 100-150 г. Если замешали больше, например, массу 300 г., то её нужно как можно быстрее разлить 1) по большой поверхности с хорошей теплоотдачей или 2) в заранее приготовленные формы или 3) растарить в 3-4 емкости (предпочтительнее в мелкую плоскую посуду) постепенно расходуя до момента схватывания. При заливке крупноразмерных изделий или ваз с цветами для имитации воды нужно использовать составы с низкой скоростью отверждения ПЭО-210КЭ-20/0, ПЭО-310КЭ-20/0, ПЭО-710КЭ-20/0. Иначе без трудоемкой послойной заливки не обойтись.
Поскольку по правилам Ярмарки мастеров запрещено делать внешние ссылки, а без них целостность статьи нарушается, предлагаю заинтересовавшимся читателям продолжить чтение по первоисточнику. Для этого набрать в Яндексе "lfpti Гейдур. Эпоксидные смолы для творчества: как избежать ошибок" и вы сразу его определите.