Что такое эпоксидная смола, как она появилась

Применение

По областям применения смолы тоже можно разделить на группы. В строительстве смола широко применяется при нанесении разметочных полос на трассах, изготовлении плит для полов и для наливных полов. Эпоксидка, как материал для покрытия, востребована в декоративных и отделочных работах. В составе стеклопластика и углепластика она встречается в ремонте аэродромов, дорог и железобетонных конструкций. Проводятся даже такие сложные и ответственные ремонтные работы, как склеивание конструкций мостов.

Из смолы изготавливают гребные винты судов, а также лопатки компрессоров. Эпоксидка является основным материалом для производства газовых и жидкостных сосудов, резервуаров. В машиностроении полимер может исправить дефекты литья, используется для штампов и форм. Из смолы делают даже некоторые инструменты. Прочность материала позволяет изготавливать рессоры и пружины. Из стеклопластика на основе смолы делают антифрикционные накладки.

Широко применяется полимер и в авиастроении. Например, обшивки крыльев, на которые приходится большая нагрузка, сделаны из композитного материала на основе эпоксидных смол. Полимер встречается в таких узлах, как обшивка фюзеляжа, конуса сопел, оперение и детали реактивного двигателя. Лопасти вертолета, корпус двигателей в ракете и топливные баки сделаны из эпоксидки. Подводя итог, следует отметить, что смола применяется в таких отраслях, как строительство, электротехника, машиностроение, самолетостроение, ракетостроение и судостроение.

Исходные характеристики эпоксидной смолы

Практически все виды эпоксидной смолы в исходном состоянии прозрачны. Некоторые могут иметь желтоватый оттенок. После соединения с отвердителем желтизна не исчезает. Это обязательно следует учитывать в случае необходимости иметь прозрачный эпоксидный слой.

Некоторые виды полимера, имеющие высокую вязкость, после отвердения образуют пузырьки, значительно снижающие эффект прозрачности. Избавиться от них можно посредством нагревания, которое следует выполнить до заливки или же после нее, в последнем случае применяют горелки или другие нагревательные системы. Процесс этот довольно хлопотный и не всегда дает идеальный результат.

Готовые поделки из эпоксидной смолы с течением времени могут терять прозрачность при воздействии ультрафиолета и кислорода, содержащегося в воздухе. Таких неприятностей можно избежать только в том случае, если использовать смолы с наличием в составе UV-протекторов и антиоксидантов.

Следовательно, при выборе эпоксидной смолы с целью получения твердого прозрачного материала необходимо учитывать следующее:

оттенок смолы до внесения добавок;

Эпоксидная смола в исходном состоянии чаще всего прозрачна.

  • степень вязкости;
  • химический состав.

Прозрачные эпоксидные смолы могут использоваться как для изготовления мелких деталей (ювелирных украшений, сувениров, декора), так и для более крупных заливок (столешниц, полок и т. д.). Технология применения эпоксидной смолы может разниться в зависимости от особенностей изделий.

Обратите внимание! Чтобы быть уверенным (особенно при выполнении больших заливок) в том, что состав смолы подходит для поставленных целей, лучше приобрести пробник – емкость с небольшим количеством.

Свойства и характеристики эпоксидной смолы ЭД-20

Состав ЭД-20 относится к категории эпоксидно-диановых смол и представляет собой прозрачную вязкую субстанцию желтоватого или коричневатого оттенка. На долю эпоксидных групп приходится 20% от всего объема смолы. Именно этот факт отражен в наименовании материала. Основой для эпоксидки служат дифенилолпропан и эпихлоргидрин.

Эксплуатационные свойства

Широкое распространение эпоксидно-диановые смолы получили, благодаря следующим эксплуатационным характеристикам:

  • Равномерности структуры и отсутствию пор;
  • повышенной твердости;
  • устойчивости к механическим воздействиям;
  • высокой стойкости к воздействию агрессивных химических соединений;
  • термостойкости;
  • высокой степени адгезии к большинству материалов;
  • небольшому удельному весу;
  • незначительной усадке.

Кроме того, эпоксидка ЭД-20 отличается высокими характеристиками, не проводит электрический ток и обладает высокой коррозионной стойкостью.

Ошибки при разведении клея

Разведение клея – несложная процедура, поэтому вероятность ошибки невелика

Тем не менее важно обратить внимание на такие факторы, как:

  • Температура. Самопроизвольная полимеризация возможна при температуре в помещении не ниже 15–20°C, а при нагревании ее скорость увеличивается в несколько раз. По этой причине нельзя работать с клеем на улице, в неотапливаемом гараже зимой или, только что вынув состав из холодильника, где он хранился. Для ускорения отвердевания область склейки рекомендуется прогреть.
  • Тесная емкость для смешивания. При контакте клея и отвердителя смесь нагревается. В узкой посуде нет условий для эвакуации излишков тепла, поэтому смесь может закипеть и обжечь руки.
  • Нарушение соотношения компонентов. Не следует переливать отвердитель, стремясь ускорить процесс отверждения. Полимеризация при этом происходит быстрее, но в ущерб прочности места склейки. Кроме того, при такой тактике отверждающая жидкость заканчивается раньше клея, и ее приходится покупать дополнительно.

Свойства эпоксидных смол

Эпоксидные смолы представляют собой жидкие, вязкие или твердые прозрачные термопластичные продукты от светлого до темно-коричневого цвета. Они легко растворяются в ароматических растворителях, сложных эфирах, ацетоне, но не образуют пленок, так как не твердеют в тонком слое (пленка остается термопластичной).

Рис. 2.

Эпоксидные смолы по своему строению являются простыми полиэфирами, имеющими по концам эпоксигруппы, которые являются весьма реакционноспособными (рис. 2).

При действии на эпоксидные смолы соединений, содержащих подвижный атом водорода, они способны отверждаться с образованием трехмерных неплавких и нерастворимых продуктов, обладающих высокими физико-техническими свойствами. Таким образом, термореактивными являются не сами эпоксидные смолы, а их смеси с отвердителями и катализаторами.

В качестве отвердителей для эпоксидных смол применяются различные вещества: диамины (гексаметилендиамин, метафенилендиамин, полиэтиленполиамин), карбоновые кислоты или их ангидриды (малеиновый, фталевый).

Эпоксидные смолы в смеси с вышеуказанными отвердителями образуют термореактивные композиции, обладающие ценными свойствами:

  • высокой адгезией к поверхности материала, на которой они отвердевают;
  • высокими диэлектрическими свойствами;
  • высокой механической прочностью;
  • хорошей химостойкостью и водостойкостью;
  • при отвердевании не выделяют летучих продуктов и отличаются малой усадкой (2–2,5%).

Высокие физико-технические свойства эпоксидных смол, отличающие их от многих остальных смол, определяются строением их молекулы, а главным образом — наличием эпоксигруппы.

Рис. 3.

Содержание эпоксигрупп в смоле является одной из важнейших характеристик эпоксидных смол, определяющей количество отвердителя, необходимого для отверждения смолы. Содержание эпоксидных групп в смоле может быть выражено:

  1. Количеством эпоксидных групп в массовых процентах. За эпоксидную группу принимают эквивалентную массу группы, равную 43 (рис. 3).
  2. Эпоксидным числом, равным числу грамм-эквивалентов эпоксидных групп в 100 г смолы.
  3. Эпоксидным эквивалентом, равным массе смолы в граммах, содержащей 1 грамм-эквивалент эпоксидных групп.

Рис. 4.

Метод определения эпоксидных групп основан на взаимодействии эпоксигрупп с соляной кислотой и образованием хлоргидрина по схеме.

Кроме содержания эпоксидных групп в готовых смолах определяют:

  1. содержание летучих при 110 °С;
  2. содержание хлора;
  3. температуру размягчения или каплепадения (для твердых смол типа ЭД-);
  4. вязкость (для жидких смол типа ЭД-5 и ЭД-6);
  5. растворимость в ацетоне.

Основные свойства неотвержденных эпоксидных смол, выпускаемых в экс-СССР, приведены в таблице 1.

Таблица 1
Марка смолы Температура размягчения «Кольцо и шар», °С Содержание эпокси-групп, % Средняя молекулярная масса смолы
ЭД-5 Жидкая Не менее 18 370–450
ЭД-6 Вязкая 14–18 450–600
ЭД-П Густая, почти твердая 11–14 600–750
ЭД-Л 40–60 8–11 750–1000
Э-40 30 13,6–15,1 600
Э-41 76–80 6,8–8,3 1000
Э-44 84–87 4,5–5,7 1600
Э-49 96–105 1,5–3,4 3000

Расход на единицу площади

Расход ЭД-20 зависит от типа покрываемой поверхности. Если она пористая, обычное расходование материала на 1 м2 составляет около 150 мл готовой смеси компонентов А и Б. В случае с глянцевыми поверхностями расходование смолы уменьшается до 100 мл/м2. Хотя по поводу расходования  всегда можно свериться с этикеткой на компаунде, там обязательно приводятся эти данные, которые могут и отличаться от рекомендованных здесь.

Отдельно стоит упомянуть пропитку дерева, там количество потребной для работы смолы будет зависеть от задач, которые вы перед собой ставите. Если нужно просто сохранить изделие из дерева от уже начавшихся процессов разрушения, то стоит воспользоваться горячим способом нанесения эпоксидки, то есть заранее разогретой смесью.

Тогда отчищенную от пыли и трухи поверхность быстро покрывают слоем  уже смешанной с отвердителем смолы, при этом не обращают внимания на ее излишки, которые могут образоваться в местах труднодоступных углублений, в которые обычно стараются втереть материал особенно тщательно. Затем сразу тампонами, смоченными ацетоном, убирают излишки смолы по всей поверхности. Таким образом смола остается только в пористом материале массива дерева, предохраняя его от дальнейшей порчи, и выступая заодно и в роли антисептика из-за своей токсичности в жидком виде.

Застыв, делается безвредной для человека, но сцементировав древесную структуру. Обработка же ацетоном делается для того, чтобы придать естественность цвету материала. Но если в дальнейшем планируете дополнительно покрыть изделие лаком, то и ликвидации следов эпоксидной смолы на поверхности не требуется.

Преимущества и недостатки эпоксидной смолы

Любой строительный материал имеет, как свои плюсы, так и минусы. Зная положительные и отрицательные стороны материала намного легче работать с ним. Так же эти знания помогают определиться с конструктивными особенностями будущей модели. При создании столешницы из эпоксидной смолы нужно учитывать вес готовой столешницы и какая на нее будет воздействовать нагрузка.

Преимущества эпоксидной смолы для создания столешницы:

  1. Залитая в форму смола не подвергается усадке. Не усаживается материал, потому что в процессе его застывания не происходит испарения части состава.
  2. Жидкая по консистенции смола после заливки образует совершенно ровную поверхность. Обладает способностью проникать в любые щели и полностью покрывать неровную поверхность.
  3. Столешница из эпоксидной смолы очень прочная. Ее тяжело поцарапать или сломать.
  4. Эпоксидная смола не пропускает влагу и не накапливает ее. Также на ее поверхности не образуется плесень и грибок.
  5. Затвердевшая смола не меняет цвет как из-за воздействия ультрафиолета, так и по прошествии долгого времени.
  6. Материал сравнительно не дорогой.

Недостатки эпоксидных смол:

  1. Перед работой необходимо в точности соблюсти пропорции отвердителя и смолы.
  2. Работа со смолой требует внимательности к температуре и помещению. Помещение должно проветриваться и быть достаточно теплым. Не нужно забывать, что жидкая смола токсична и может нанести вред здоровью.
  3. Неправильное охлаждение в процессе застывания приводит к образованию мутных взвесей или к микротрещинам. Состав необходимо заливать разогретым и не охлаждать принудительно.

Эпоксидная смола капризный материал для новичков, но если соблюдать пропорции при смешивании, правила безопасности и температурный режим в помещении можно быстро научится применять смолу в творчестве.

Клей

Самый яркий представитель «загрязненной» посторонними фракциям смолы – эпоксидный клей. В нем в обязательном порядке присутствуют:

  • Растворитель. Это может быть ацетон, спирт, кселол или любая другая органическая добавка.
  • Пластификаторы. В качестве пластификаторов выступают чаще всего фталиевые кислоты или эфиры фосфорной кислоты в виде триарилфосфатов, устойчивых фосфорноорганических соединениях, сохраняющих стойкость и прочность своих молекул при температурах до 300°C.
  • Отвердитель. Обычно это ПЭПА, ТЭТА или ДЭТА, но не обязательно. В зависимости от целей, которые ставит перед собой пользователь эпоксидного клея, в качестве отвердителя в нем может быть использованы и такие вещества, как кремнийорганические смолы, каучук, карбоновые кислоты и их ангидриды. Последние гораздо более эффективнее традиционных полиэтиленполиаминов или триэтилентетраминов, но есть нюансы.

Вот об этом «но» можно поговорить, имея в виду скорость застывания эпоксидного клея в зависимости от внешних факторов, к которым относят температуру самой эпоксидки в момент хода реакции отверждения, и внутренних факторов, к которым нужно отнести сам отвердитель и другие сопутствующие процессу добавки.

Скорость реакции

Это касается всех видов отвердителя, от «холодного» ПЭПА до «горячих» карбоновых кислот или их ангидридов, у которых воздействие на эпоксидную основу происходит в диапазоне температур от 100°C до 200°C градусов. Конечно же, реакции полимеризации с использованием кислотных отвердителей происходит в специально оборудованных помещениях или даже с использованием специально сделанных под такие реакции боксов-реакторов, так что о бытовом применении таких отвердителей речь вести сложно. Хотя умельцы находятся.

При этом, если в композиции «эпоксидный компаунд + отвердитель» больше пластификаторов, то скорость застывания эпоксидки в монолит замедляется. Если же в ней больше наполнителей, то скорость застывания увеличивается. Так что можно «играть» сочетаниями «температура + пластификаторы + отвердители», ускоряя или замедляя процесс застывания в соответствии со своим потребностями.

Итогом же во всех случаях получаем практически одно и то же, но к этому:

  • застывшие составы не разлагаются под воздействием бытовых химикатов;
  • при всей жесткости клеевого шва он получается довольно пластичным, допускающим умеренные деформации на изгиб;
  • с некоторым наполнителями приобретает теплостойкость до 280°C градусов;
  • морозостойкость полимеризованных составов при постоянном воздействии до минус 20°C, при кратковременном еще ниже;
  • шов не поддается воздействию масел, бензина, уличной грязи и атмосферных осадков;
  • у полученного застывшего материала не бывает усадок и трещин, при условии обеспечения правильного процесса застывания клея;
  • при склеивании материалов, подвергаемых динамическим нагрузкам на изгиб, скручивание, разрыв благодаря исключительной адгезии клей надежно схватывает самые разные по структуре материалы, но для этого нужно введение в него нестандартных пластификаторов, например, касторовое масло, вводимое в соотношении 1 к 100 или 1 к 80.

Отверждение

Чаще всего в магазинах можно встретить двухкомпонентные составы. Необходимо понимать, что смола продается для строительства и бытовых нужд. Те марки материала, которые входят в состав более сложных композитных материалов, поставляются сразу на комбинаты, хотя многие отечественные производители, помимо эпоксидной смолы в чистом виде, получают стеклопластик, углепластик и прочие материалы.

После смешивания с отвердителем эпоксидка застывает. Процесс отверждения может проходить двумя способами. При использовании кислых отвердителей (ангидрид малеиновый, ангидрид метилтетрагидрофталевый, ангидрид фталевый, ангидрид додеценилянтарный) необходимо повышать температуру смеси до 200°C градусов. Поэтому такой синтез полимеров называется горячим отверждением. Холодное отверждение происходит при смешивании основного состава с аминами (гексаметилендиамин, полиэтиленполиамин, метафенилендиамин). Оно может быть выполнено в домашних условиях, так как происходит при комнатной температуре или при температуре равной 70°C градусам.

В зависимости от типа отверждения и от отвердителя, получают смолы разной консистенции.

  • Малеиновый ангидрид дает материал в виде кристаллического белого порошка. Его используют при изготовлении пропиточных компаундов.
  • Фталевый ангидрид образует чешуйки белого, желтого или розового цвета.
  • При добавлении метилтетрагидрофталевого ангидрида получается белое кристаллическое вещество.
  • Соединение с аминами позволяет получить белые и прозрачные материалы, использующиеся в качестве заливочных компаундов.

Автор статьи
Альбина Мухина
Дизайнер по образованию, работает в известной московской строительной компании. Увлекается современными стилями оформления интерьера.
Написано статей
380
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Зеркальный потолок
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: