Honzíkovy vláčky

Už jsme dlouho nepsali o licích pryskyřicích. Jak je správně namíchat?

Autor: Jan Hlaváček, Jan Plutnar Vydáno: 30.5.2024

Bez moderních licích pryskyřic si už dnes nelze železniční modelařinu (a nejen ji) představit. Při plném vědomí šíření 3D tisku. Obojí má své přednosti a nedostatky. Jako všechno ostatní. Kde jsou ty doby, kdy modelář znal pouze sádru a největším hitem byl Dentakryl sehnaný pod rukou od zubní laborantky? Devadesátá léta přinesla mj. dostupnost produktů ze Západu i Dálného východu. Modeláři, stejně jako výtvarníci a ostatní „hobbisté“, jsou v odběrech licích pryskyřic troškaři, ale na druhou stranu mají možnost si je legálně obstarat.

Myslíme, že nejpodstatnější pro modeláře je, že prodejci jim dnes umožňují nakupovat pryskyřice v malých množstvích. Balení dvosloužkových pryskyřic po 200 ml (i menších) je ideální. Kdo má větší spotřebu, koupí si větší balení. A i N-kař, který potřebuje odlít si jednou za čas nějakou drobnou součástku neřeší, jestli mu 2x litrová zásoba neztvrdne už ve flaškách..

V současnosti má modelář při výběru licí pryskyřice (z hlediska chemického složení) v podstatě tři možnosti. Pořídit si pryskyřici tuhnoucí pod UV zářením, licí polyuretanovou pryskyřici, anebo epoxidovou pryskyřici.

Obr. 1 – Jednosložková pryskyřice tuhnoucí pod UV zářením

Obr. 2 – Dvousložková polyuretanová pryskyřice SIKABerisin F160 (balení 2x 0,9 kg)

Obr. 3 – Dvousložková „křišťálová“ epoxidová pryskyřice SPEED BOOK 25-16-1150 UV++ 0,5kg

A. Pryskyřice vytvrzovaná UV světlem je jednosložková chemikálie husté konzistence vytvrzovaná UV světlem (365-405 nm).¹⁾ Doba vytvrzení je uváděná od 30 do 120 vteřin, což ale nebývá pravda. Jde o to, že levné diodové lampy či „baterky“ (z Číny) sice zdánlivě svítí intenzivně, ale použité LED vyzařují ne zrovna to správné vlnové záření (obsahuje dost značnou část viditelného světla). Zadruhé, krátká doba svícení deklarovaná v reklamních letácích nestačí. V praxi je třeba svítit i více jak 5 min. A zatřetí, tyto údaje platí u vytvrzování čiré pryskyřice. Jakmile se do ní přidá barvicí pigment (obvykle černý, např. když je potřeba odlít boční masky pro podvozky z leptů), praxe ukazuje, že průsvit UV záření skrz obarvenou pryskyřici se výrazně utlumí a odlitek ne a ne ztuhnout.

Na druhou stranu, když tato pryskyřice ztuhne, má dobrou mechanickou odolnost a tvrdost, dále se uvádí dobrá rázová a tepelná odolnost. Jinými slovy, odlitek lze dobře obrábět broušením, pilováním, vrtáním atd. K výhodám je třeba připočíst i relativně rychle vytvrzení. Známé je i to, že tento resin výborně poslouží i při lepení dílů.

Obr. 4 – Odlitky masek podvozků pořízené z pryskyřice vytvrzované UV zářením; v detailech jsou patrné nedokonalosti odlitku, vč. černého pigmentu namíchaného do pryskyřice před zalitím do silikonové formy; po několikadenním „vyzrání“ a opracování jsou odlitky v krajním případě použitelné

TIP – vycházející z praxe s jednou UV pryskyřicí od Číňana (běžně dostupná v prodejnách pro výtvarníky či „hobbisty“): Odléval jsem boční masku v silikonové formě (zhotovené otiskem originálu). Po nalití pryskyřice do formy a jejím prošťoucháním párátkem ve formě (aby utekly bublinky) jsem na odlitek svítil velmi silným ledkovým světlem cca 6 minut a po odformování ještě další 2 minuty z druhé strany. Vzniklá konzistence odlitku stále nebyla způsobilá k broušení. Hrany a otřepy se daly snadno ořezat skalpelem. Druhý den jsem potřeboval zevnitř vyvrtat dírku (pro hrot osy dvojkolí). Když jsem se zavrtal do hloubky cca 0,5 – 0,8 mm, z vnitřku odlitku vytekla nepatrná kapička resinu. Tzn., že ani po 24 hod. ještě nebyla pryskyřice uvnitř „vyzrálá“.

1) Ultrafialové záření je elektromagnetické záření s vlnovou délkou kratší, než má viditelné světlo, avšak delší, než má rentgenové záření. Pro člověka je neviditelné. Pro vytvrzování pryskyřice se obvykle doporučuje zdroj světla, který vyzařuje UV záření 365-405 nm. Což bohužel neprodukuje každá lampa jako „UV“ označená.

Zkoumat chemické rozdíly mezi polyuretanovou a epoxidovou pryskyřicí je nad rámec této stati.

B. Pro stručnou charakteristiku polyuretanové pryskyřice si proto vypůjčíme jen citaci z odborné literatury: „Polyuretan je polymer, který se vyrábí polyadicí diisokyanátů s dvojsytnými nebo vícesytnými alkoholy za vzniku karbamátové (uretanové) vazby.“²⁾ Už tato věta dává tušit, že není určena pro normální smrtelníky. Pochopitelnější asi bude sdělení z každodenní praxe, že polyuretany jsou lehké, pevné, pružné a otěruvzdorné. A jako příklad pěnového polyuretanu nechť poslouží třeba kuchyňská houbička nebo matrace, na které spíme. Atd.

Ovšem v jiném skupenství – ale na stejném chemickém základu – se vyrábí dvousložková licí pryskyřice. Jedním z představitelů těchto pryskyřic na našem trhu jsou třeba výrobky obchodní značky Axson (to bylo dříve a hodně jsme o nich psali, třeba ZDE aj.), která byla přejmenovaná na SIKABiresin. Jejich distribucí v Česku se zabývá firma ACR Czech s.r.o. v Mostě.³⁾ V nabídce mají několik druhů pryskyřic odlišujících se chemickými, fyzikálními a mechanickými vlastnostmi. Aniž bychom chtěli radit, na doporučení Filipa Bílka z cit. firmy, se kterým jsme komunikovali výrobky vhodné pro modeláře už před 10 lety, orientujeme pozornost váženého čtenáře na produkt označený SikaBiresin® F160 (F160‐1), doplněný upřesněním, že se jedná o neplněnou rychle tuhnoucí pryskyřici s rychlou dobou odformování a dobrou teplotní odolností, přičemž doba zpracování je pouhé 2 minuty 20 vteřin. Detailní informace si lze dohledat na stránkách https://www.acrczech.cz/ .

Z technického listu výrobku vybíráme jen několik údajů. Nejmenší balení představují dvě plastové láhve s 0,9 kg chemikálií – A = Polyol, B = Isokyanát. Větší balení mají 2krát 4,5 a 18 kg. Obě složky se mísí ve váhovém poměru 1 : 1 (podrobněji na konci statě). Životnost je 6 a 12 měsíců při skladovací teplotě 15–25 °C. Výsledná barva je béžová, ale lze ji dobarvovat pigmenty. Doba zpracování (smíchání složek vč. zalití do formy) je pouhé 2 min. 20 vt. Což je velký fofr a znamená to být na odlévání připravený. Odformování lze provést za cca 30 minut. To je na druhou stranu z hlediska modeláře báječné! V průmyslové praxi se doporučují separátory Sika® Liquid Wax – 815 nebo Sika® Pasty Wax – 818. Forma musí být suchá. Silikonová forma pro malé odlitky se ale z naší praxe nemusí separovat. Pro povrchové barvení odlitků se pochopitelně doporučuje polyuretanová barva. Přilne ovšem i většina jiných modelářských barev.

Obr. 5, 6 – Na levém obrázku je zachycen velmi rychlý proces tuhnutí polyuretanové pryskyřice F160, zvl. u odlitku vpravo vepředu je patrný stav ještě čiré zalité pryskyřice a v ní se již tvořící tuhnoucí útvary béžové barvy. Po vytvrdnutí má odlitek z této pryskyřice hezkou béžovou (jantarovou) barvu (pravý obr. 6). Pryskyřici lze „vnitřně“ dobarvovat pigmenty, ovšem s ohledem na rychlost zpracování je problém stihnout dokonalé promíchání směsi

Obr. 7 až 9 – Ukázky zkušebních odlitků z polyuretanové pryskyřice. Vpravo v béžové barvě nebyla pryskyřice dobarvovaná pigmentem, vlevo byl přidám černý pigment (vyšla tmavě šedá barva). Právě na těchto odlitcích je vidět důsledek propásnutí doby zpracovatelnosti. Pryskyřice nezatekla do formy

2) Wikipedia.cz, heslo Polyuretan; In: https://cs.wikipedia.org/wiki/Polyuretan
3) Bohužel pro modeláře a „hobbisty“, materiály SIKA jsou určeny především pro průmyslové použití. Nemají bezpečnostní uzávěry, a proto je mohou nakupovat jen firmy nebo podnikatelé s IČO. Také se prodávají hlavně ve větších baleních se zaměřením na výrobce. V tomto směru se tedy nic nezměnilo oproti době minulé, kdy byly nabízeny pryskyřice pod označením AXSON. (cit. z mailu ACR Czech s.r.o.)

C. Pro laika je stejně nesrozumitelná chemická charakteristika epoxidové pryskyřice. Nicméně aspoň stručně: „Epoxidová pryskyřice je polymerní materiál syntetického původu. Patří mezi tzv. reaktoplasty. Jedná se o pryskyřičné látky s více než jednou epoxidovou vazbou… Ty vynikají velmi dobrou adhezí k celé řadě materiálů a po vytvrzení jsou dalšími podstatnými vlastnostmi: chemická odolnost, tvarová stálost… a dobrá tepelná odolnost a tvrdost.“ ⁴⁾

Z našich zkušeností vyplývá, že základní praktický rozdíl mezi polyuretanovou a epoxidovou pryskyřicí spočívá v době zpracovatelnosti a době odformování. Ta první – jak už uvedeno výše – se vyznačuje velkou rychlostí reakce, ta druhá je naopak na náš vkus velmi pomalá. Objektivně vzato, oboje má své výhody a nevýhody. Z obou pryskyřic se ale dají zhotovit naprosto dokonalé modelářské díly či doplňky.

Obě složky epoxidové pryskyřice jsou rovněž látky husté, medové až gelové konzistence (byť o poznání řidší, než je tomu u popisované pryskyřice polyuretanové). A to i po smíchání.

TIP: Hustota složek i namíchané směsi nás nutí popsat z toho plynoucí důsledky – a platí to jak pro polyuretanové, tak epoxidové pryskyřice: To že lepí a ulpívají na prstech je jasné. Ony ale velmi výrazně ulpívají na odměrných a míchacích pomůckách. Ale pozor: S tím totiž souvisí i odměřování obou složek podle doporučení výrobce. Ten důrazně upozorňuje, že mísící poměr je nutné dodržet nikoliv objemově, ale hmotnostně. To znamená, že obě složky je nejlepší z transportních nádob nalévat přímo do míchacího kalíšku, který je postavený na malé digitální váze. Jinými slovy, nedoporučuje se nabírat složky z transportní láhve třeba kapátkem. Měrná stupnice v cl je nám zde k ničemu. Sledujeme hmotnost. Navíc, díky vzlínavosti a hustotě složek tyto ve značné míře zůstanou na vnitřních stěnách kapátka a než z něho složku vykapeme, je po limitu k míchání (zejm. u polyuretanové pryskyřice). Překvapilo nás, že po nasátí složky A i B do kapátka po rysku 3 cl a následném vytlačení do míchací nádobky, zůstalo v nich po jejich odložení a stečení zbytků ze stěn cca 0,5 ml chemikálií. To je hodně procent!

Obr. 7 – Ukázka, kolik polyuretanové pryskyřice (vpravo složka A, vlevo B) zůstane po vyprázdnění a odstavení na pár minut v 3cl kapátku

Lépe se složky epoxidu setřou díky pístu ze stěn injekční stříkačky.

Ke složkám epoxidové pryskyřice, resp. k její namíchané formě lze ještě dodat, že i když se do ní při míchání dostanou bublinky vzduchu (které by mohly znehodnotit odlitek), lze úspěšně předpokládat, že tyto vybublají díky dlouhé době tuhnutí, která se pohybuje (podle druhu) okolo 24 hodin při teplotě okolo 20–25 °C. Je-li teplota nižší, epoxid nemusí vytvrdnout. Některé druhy epoxidů vyžadují při tvrdnutí zvýšenou teplotu (až 200 °C), což se řeší vodní lázní.

Při aplikaci epoxidových pryskyřic se obvykle využívá jejich křišťálově čistý vzhled (např. při ochraně a současně zvýraznění kresby dřeva). Lze ji ale i dobarvit buď práškovými, nebo kapalnými pigmenty, které jsou běžně k dostání u cit. firmy. Zvláště výtvarníci si s těmito metodami dovedou vyhrát.

Obr. 8, 9 – Čerstvě nalitá čirá epoxidová pryskyřice do forem. Na obou snímcích je patrná její průzračnost. Vpravo je pak možné v kapalině pozorovat bublinky vzduchu (zanesené do ní při míchání), ovšem do doby vytvrzení (prakticky jeden den) měly hodně času k tomu, aby vybublaly

Obr. 10 – Epoxidová pryskyřice obarvená práškovým černým pigmentem zalitá do forem

Obr. 11, 12 – Jeden z odlitků po vyjmutí z formy. Je na něm patrné, že ani po deklarované době vytvrzení (16 hodin) není mechanicky stabilní. Naopak, dá se tvarovat, což může být někdy výhodou

Obr. 13 – Ukázka rozdílu mezi odlitkem z pryskyřice čiré, nedobarvované pigmentem, a dobarvené (vpravo)

Obr. 14, 15 – Detailní snímek odlitků z čiré epoxidové pryskyřice, ve kterých nejsou patrné žádné bublinky. Pouze u jednoho odlitku bylo nalezeno několik bublinek u dna formy

4) Wikipedia.cz; In: https://cs.wikipedia.org/wiki/Epoxidov%C3%A1_prysky%C5%99ice

Jak správně namíchat licí pryskyřici

Několikrát jsme výše apelovali na doporučení výrobců a prodejců mísit obě složky pryskyřic nikoliv objemové, ale hmotnostně. Upřímně, kdo nikdy nenabral (pomocí pipety nebo stříkačky) dvě stejná objemové množství obou složek a nesmíchal je, ať hodí kamenem. 🙂 Tedy pokud byl na etiketě výrobku uveden mísící poměr 100:100. V drtivé většině pryskyřice ztuhla, až na několik případů tzv. „krišťálové pryskyřice“ od ELCEHMCo. Pravda, mohla být stará, ale spíš to bylo způsobeno nesprávným mísícím poměrem v povolené toleranci.

Takže vážit! K tomu jsou především potřebné malé digitální váhy (kuchyňské váhy se nedoporučují). Ale takové, které po pár vteřinách vážení nezhasnou a které mají funkci TARE, kterážto umožňuje odečíst hmotnost míchacího kalíšku.

Obr. 16 – Obyčejně digitální váhy zakoupené na eBay. Pro daný účel vyhovují

Při odvažování je potřebná jistá opatrnost, abychom si váhy zbytečně nepobryndali nalévanými složkami.

Než popíšeme konkrétní postup spočítání váhového poměru podle doporučení firmy PourArt,⁵⁾ dáváme k uvážení tato slova: Naprosto nejdříve je nutné odhadnout, kolik licí pryskyřice budeme de facto potřebovat. Jde o účelné hospodaření s pryskyřicí.

Spočítání potřeby množství silikonu pro formu je snazší. Obvykle vycházíme z rozměru krabičky, ve které master zaléváme silikonem. Je to jednoduché, příklad: 3x4x1,5=18 cm3, tj. přibližně 18 cl. Něco zabere objem masteru. Takže potřebujeme namíchat dejme tomu 12 cl silikonu, tj. 2x 6 cl jedné a druhé složky.

U odhadu potřebného množství licí pryskyřice je to trošku větší problém. Nicméně, dejme tomu, že budeme potřebovat cca 6 cl pryskyřice, tj. v součtu 2x 3 cl složek A a B. To je pro představu právě množství, které se vejde do jednoho plného laboratorního kapátka. Když toto množství nemáme v oku, můžeme zdárně použít míchací kalíšek s měrnou stupnicí.

Do kalíšku si tedy nalijeme ony cca 3 cl složky A. Na váze to ukáže dejme tomu 2,7 g. A nyní začíná ono počítání poměru podle doporučení výrobce/prodejce. Opakujeme, že každá licí pryskyřice má stanovený svůj mísící poměr. Každá může mít jinou hustotu, tedy i hmotnost. Hodně často je mísící poměr 100:100, ale není neobvyklý ani poměr 100:27 aj.

Jak na to? Dále budeme počítat nejdříve pro stanovený poměr 100:100 a hned pro ukázání rozdílu poměr 100:27

1. Vydělíme mísící poměr obou složek, tj. 100:100 =1; 100:27=3,70 Podíly jsou 1 a 3,7.

2. Složku A, kterou máme z předešlého kroku nalitou a zváženou – 2,7 g, podělíme výsledkem podílu poměru (1 či 3,7) a dostaneme váhové množství složky B, tedy

2,7: 1= 2,7 g (což jsme ani nemuseli počítat 🙂 ),
2,7:3,7= 0,73 g (což je zase blbost, protože navážit 0,73 g bude obtížné).

Takže: V prvém případě při mísícím poměru 100:100 jsme schopni navážit i hodně malá množství obou složek. Ve druhém případě (poměr 100:27) se to tak snadné nezdá.

Vzniká legitimní otázka, proč výrobce nenamíchá obě složky tak, aby byl mísící poměr vždy 100:100, tedy resp. 1: ? Poměr obou složek je dán několika faktory, mezi které patří molekulová hmotnost obou komponent, jejich hustota, požadovaný stupeň zesíťování výsledné pryskyřice, množství přidaných aditiv – včetně případných rozpouštědel (a jejich hustoty) aj. „Namíchat“ obě komponenty tak, aby se mísily v ideálním poměru 1:1 (nejlépe objemově) tak není vždy možné a je bezpodmínečně nutné dodržovat mísící poměry deklarované výrobcem, jinak nedosáhneme požadované kvality výsledného materiálu.

Ačkoliv se příklad výše může zdát z kategorie hloupých rad, myslíme, že při hlubším zamyšlení se nad řešením rovnice mající poměr jiný než 1:1 to cenu má. Ještě jednou zjednodušeně: Mísící poměr dané pryskyřice vydělíme a výsledným podílem dále vydělíme nachystané hmotnostní (váhové) množství složky A. Výsledek je množství složky B, kterou potřebujeme přidat.

Důkladné promíchání obou složek je samozřejmostí a znovu to připomínáme. Délka míchání bude záviset na druhu pryskyřice. U polyuretanových se nemůžeme loudat, u epoxidových si můžeme dát na čas…

Každopádně platí, že když chceme od licích pryskyřic získat ty nejlepší výsledky, je potřeba dodržet přesný mísící poměr složky A a B.

5) Speciálka na licí pryskyřice PourArt na výrobky z pryskyřice (obchodprobydleni.cz) – ZDE

Zcela na závěr

Na stránce PourArt – ZDE – je bezpočet velmi užitečných rad, které by si měl každý modelář pěkně postupně prostudovat. Nemusí zde nakupovat – i když bude sám proti sobě, kdyby tak neučinil –, ale může zde studovat. Mají zde totiž vše potřebné pro odlévání kvalitních pryskyřic a ve velkých variabilitách. A hlavně: Ne každý prodejce se pro své odběratele snaží být tak užitečný, jako Bedřich Ellmrich. Kromě obrovského množství užitečných materiálů je pan Ellmrich vždy ochoten poradit a pomoci vyřešit jakýkoliv problém. Také my mu děkujeme za informace a poznatky, které poskytl nám. Určitě to nebylo naposled…

* * *

Dodatek: Vlastně až teď, při lámání textu do webové aplikace, jsem si uvědomil, že v části C. tohoto článku, věnované epoxidovým pryskyřicím z nabídky PourArt, chybí to nejpodstatnější – jakou konkrétní pryskyřici jsme testovali 🙂 .

Doplňuji tedy, že jsem zakoupil pryskyřici označenou Křišťálová pryskyřice SPEED BOOK 25-16-1150 UV++ 0,5kg. Vcelku rád chci ještě dodatečně uvést dvě důležité věci. Zaprvé, proč jsem vybral zrovna tuto pryskyřici, a zadruhé (což s tím souvisí) co znamenají na první pohled nesrozumitelná čísla v názvu?

Docela upřímně přiznávám, že můj výběr byl intuitivní. Ovšem světe div se, skoro jsem se trefil. A to je co říct v té obrovské nabídce jiných produktů. Možná stačilo detailněji prostudovat naprosto dokonalý popis jednotlivých produktů a věděl bych všechno potřebné. I tak jsem vybral pryskyřici, která svými parametry splňuje moji potřebu. V daný okamžik možná pro mne bylo důležitější, že u PourArt se dá koupit pryskyřice i v malých, pro modeláře užitečných objemech.

K vysvětlení oněch čísel v názvu výrobku použiji citaci z návodu zpracovaného Bedřichem Ellmrichem: „Co znamenají tři čísla za názvem pryskyřic PourArt? Pro lepší informace o daném modelu pryskyřice jsem přidal za název pryskyřice tři údaje. První číslo říká do jaké maximální výšky odlité vrstvy (výrobku) v milimetrech je pryskyřice určena (v případě SPPED BOOK 25-16-1150 to je 25mm. Druhé číslo říká, za kolik hodin konkrétní model pryskyřice vytvrdne. V tomto případě za 16 hodin. Třetí číslo označuje hustotu pryskyřice po smíchání obou složek – tj. 1150 mPa.s., přičemž hodnota 300 mPa.s odpovídá extra řídké pryskyřici a hodnota 9000 mPa.s extra husté pryskyřici.“

K tomu snad už jen doplníme. Výška odlitku je důležitá, protože po smícháním obou složek (A a B) se začne uvolňovat teplo. Aby se konkrétní model z pryskyřice v procesu chemické reakce při vytvrzování nepřehřál, jinými slovy aby se vznikající teplo stačilo rozptylovat v okolí, je empiricky stanoveno, jak vysoká výška odlitku pro daný model může být.

Dobu od okamžiku smíchání obou složek až do dokonalého vytvrzení je nutné chápat v několika etapách. Nejkratší je doba zpracovatelnosti. Ta se podle druhu pryskyřice pohybuje v desítkách minut. Smíchaná hmota postupně ztrácí schopnost zatékání a tím kopírování formy. Po následné chemické reakci pryskyřice dospěje do stavu tuhosti, při kterém lze odlitek bez nebezpečí deformování a tedy poškození vyjmout ze silikonové formy a vzít jej do ruky. Vyjádřeno v hodinách je ono druhé číslo. Odlitek je již pevný, relativně tvrdý a nelepí. Epoxidová pryskyřice však dovrší své dokonalé vytvrzení až po několika dnech, v průběhu kterých stále „zraje“. Teprve potom má deklarované mechanické vlastnosti a lze ji opracovávat a dokončovat vzhled odlitku (řezání, broušení, leštění atd.). (Tuto celkovou dobu už nelze jednoznačně stanovit, protože závisí na řadě faktorů. Pozn. J. H.)

Hustota epoxidové pryskyřice (třetí číslo) je velmi důležitý faktor, který by měl brát uživatel při nákupu v potaz. Pro praktické potřeby (užití) byly vyvinuty konkrétní pryskyřice, které se liší právě hustotou (s čímž souvisí i viskozita, ale do podrobností zabíhat nebudeme). Některé čiré pryskyřice jsou vhodné pro výrobu šperků, jiné pro zalévají biologických objektů (květiny, brouci…), jiné pro povrchovou úpravu nábytky či podlah atd. A jiné pro modelářské potřeby. Jak už bylo uvedeno, hustota pryskyřice se pozná podle jednotky mPa.s, přičemž extra řídká vykazuje hustotu 300 mPa.s, extra hustá pak 9000 mPa.s. V našem případě 1150 mPa.s znamená, že máme co do činění s hodně řídkou pryskyřicí, která dobře zatéká do hodně tvarovaných forem.

Z celé velké „zásobárny moudrostí“ na stránkách PourArt už snad jen vybereme konstatování, že všechny čiré pryskyřice je možné dobarvit pigmenty. Ale aby toho nebylo málo, i těch pigmentů je hromada a každý se hodí na něco jiného. 🙂

Foto hlav