رزین های اپوکسی

رزین های اپوکسی پس از اولین تولید تجاری خود در اواخر دهه 1940، امروزه از خانواده وسیعی از مواد تشکیل شده اند. رزین های اپوکسی به دلیل استحکام بالا، تطبیق پذیری و چسبندگی عالی به انواع سطوح، در کاربردهای مختلف (روکش، برق، رزین های ریخته گری، کامپوزیت ها و غیره) مورد استقبال گسترده قرار گرفته اند. رزین های اپوکسی حرارتی را با جزئیات همراه با ویژگی های کلیدی آنها کاوش کنید و بفهمید که چه چیزی آنها را در بسیاری از برنامه ها انتخاب ایده آل می کند. همچنین، با انواع مختلف رزین های موجود و نحوه بهبود بیشتر خواص آنها آشنا شوید.

اما بیایید ابتدا با درک ترموست ها شروع کنیم. رزین گرماگیر یا ترموست، پلیمری است که با استفاده از روش پخت مانند حرارت یا تابش، سخت شده یا حالت سختی پیدا می کند. فرآیند پخت غیرقابل برگشت است زیرا یک شبکه پلیمری را ایجاد می کند که با پیوندهای شیمیایی کووالانسی پیوند خورده است. هنگام گرم شدن، برخلاف ترموپلاستیک ها، ترموست ها تا زمانی که دما به نقطه ای برسد که درجه حرارت شروع به تخریب می کند، جامد باقی می مانند.

رزین های فنولیک، آمینو رزین ها، رزین های پلی استر، رزین های سیلیکونی، رزین های اپوکسی و پلی اورتان ها (پلی استرها، وینیل استرها، اپوکسی ها، بیسمالایمیدها، استرهای سیانات، پلی آمیدها و فنولیک ها) نمونه های کمی از رزین های حرارتی هستند. در میان آنها، اپوکسی ها یا رزین های اپوکسی یکی از رایج ترین و پرکاربردترین ترموست های امروزه در کاربردهای کامپوزیت های ساختاری و تخصصی هستند. رزین های اپوکسی ترموست به دلیل استحکام و استحکام بالا (به دلیل درجه اتصال زیاد) تقریباً با هر کاربردی سازگار هستند.

اصطلاح “اپوکسی”، “رزین اپوکسی” یا “اپوکسید” (اروپا)، α-اپوکسی، 1،2-اپوکسی و غیره به گروه وسیعی از ترکیبات واکنشی اشاره دارد که با وجود یک اکسیران یا حلقه اپوکسی مشخص می شوند به این حلقه سه نفره حاوی اتم اکسیژن است که با دو اتم کربن پیوند خورده است که قبلاً به طریقی دیگر متحد شده اند. از این رو حضور این گروه عملکردی یک مولکول را به عنوان یک اپوکسید تعریف می کند – جایی که پایه مولکولی می تواند به طور گسترده ای متفاوت باشد و در نتیجه انواع مختلفی از رزین های اپوکسی ایجاد می شود. و آنها موفق هستند زیرا تنوع در ساختار مولکولی قابل تولید با استفاده از روش شیمیایی مشابه را ارائه می دهند.

علاوه بر این، رزین های اپوکسی را می توان با عوامل مختلف پخت، اصلاح کننده ها، برای دستیابی به خواص مورد نیاز برای یک برنامه خاص ترکیب کرد. رزین های اپوکسی معمولاً با واکنش ترکیباتی که حداقل دو اتم هیدروژن فعال (ترکیبات پلی فنولی، دی آمین ها، آمینو فنول ها، ایمیدها و آمیدهای هتروسیکلیک، آمیدهای آلیفاتیک و غیره) و اپی کلرو هیدرین تشکیل می دهند، تشکیل می شوند. گروه اکسیران یک مونومر اپوکسی با عوامل پخت کننده مختلف مانند آمین های آلیفاتیک، آمین های معطر، فنول ها، تیول ها، پلی آمیدها، آمیدوآمین ها، انیدریدها، تیول ها، اسیدها و سایر ترکیبات مناسب بازکن حلقه واکنش نشان می دهد. تشکیل محصولات مقاوم در برابر حرارت اپوکسی های درمان شده به دلیل درجه بالای پیوند متقاطع شکننده هستند و در تضعیف قدرت ضربه اپوکسی و سایر خواص مربوطه نقش دارند.

بنابراین، اصلاح مونومرهای اپوکسی برای بهبود انعطاف پذیری و چقرمگی آنها و همچنین خواص حرارتی ضروری است. آنها توسط واکنش تراکم بین اپی کلرو هیدرین و یک گروه فنل تشکیل می شوند. ساختار مولکول حاوی فنل، تعداد حلقه های فنل انواع مختلف رزین های اپوکسی را متمایز می کند. A نشان داده شده در بالا (DGEBA دی گلیسیدیل اتر بیس فنول-A) امروزه یکی از پرکاربردترین رزین های اپوکسی است.

رزین اپوکسی به دلیل خاصیت چسبندگی قوی معروف است و آن را به محصولی همه کاره در صنایع مختلف تبدیل کرده است. این دستگاه در برابر حرارت و کاربردهای شیمیایی مقاومت نشان می دهد و آن را به محصولی ایده آل برای افرادی که به فشار قوی نیاز دارند، تبدیل می کند. رزین اپوکسی نیز محصولی بادوام است که می توان با مواد مختلف از جمله: چوب، پارچه، شیشه، چینی یا فلز از آن استفاده کرد. توجه به این نکته مهم است ؛ رزین اپوکسی مقاوم در برابر آب در نظر گرفته نمی شود. شرایط مرطوب یا مرطوب مکرر می تواند باعث خراب شدن در طول زمان شود که بر دوام تأثیر می گذارد.

خواص کلیدی رزین های اپوکسی:

ما در زیر خواص کلیدی ارائه شده توسط رزین اپوکسی را لیست می کنیم.

• استحکام بالا
• انقباض کم
• چسبندگی عالی به لایه های مختلف
• عایق الکتریکی موثر
• مقاومت شیمیایی و حلال و هزینه کم و سمیت کم

اپوکسی ها به راحتی درمان می شوند و همچنین با اکثر بسترها سازگار هستند. آنها به راحتی سطوح را مرطوب می کنند، بنابراین آنها را برای کاربردهای کامپوزیت مناسب می کند. رزین اپوکسی همچنین برای اصلاح چندین پلیمر مانند پلی اورتان یا پلی استرهای اشباع نشده استفاده می شود تا ویژگی های فیزیکی و شیمیایی آنها را افزایش دهد.

اپوکسی های حرارتی:

مقاومت کششی بین 90 تا 120 مگاپاسکال متغیر است

مدول کششی بین 3100 تا 3800 مگاپاسکال

دمای انتقال شیشهTg)) که بین 150 تا 220 درجه سانتی گراد متغیر است

جدا از خواص ذکر شده در بالا، رزین های اپوکسی دارای دو اشکال اصلی هستند که عبارتند از: شکنندگی و حساسیت به رطوبت.

کامپوزیت های اپوکسی: مواد افزودنی برای عملکرد بالا

پرکننده ها همچنین نقش مهمی در فرمولاسیون رزین اپوکسی ایفا می کنند. الیاف تقویت کننده مانند شیشه، گرافیت و پلی آرمید خواص مکانیکی را تا حدی بهبود می بخشد که از اپوکسی می توان در بسیاری از کاربردهای ساختاری استفاده کرد.

سایر پرکننده های غیر تقویت کننده عبارتند از:

• پودر فلزات برای بهبود هدایت الکتریکی و حرارتی
• آلومینا برای هدایت حرارتی
• سیلیس برای کاهش هزینه و افزایش قدرت
• میکا – مقاومت الکتریکی
• تالک و کربنات کلسیم – کاهش هزینه
• پودرهای کربن و گرافیت برای افزایش روانکاری

عوامل مهمی که باید در نظر گرفته شوند:

• کسر حجمی پرکننده
• ویژگی های ذرات (اندازه، سهم، سطح …)
• نسبت ابعاد پرکننده
• استحکام و ضریب پرکننده
• چسبندگی پرکننده به رزین
• گرانروی رزین پایه
• سختی مهار پایه

آنها دارای خواص مکانیکی خوب (استحکام کششی، خم شدن، فشرده سازی، انعطاف پذیری و غیره) هستند که نسبت به رزین های انتشار بزرگ مانند پلی استر برتری دارند. آنها مقاومت خوبی در برابر درجه حرارت بالا دارند و به طور مداوم تا 150-190 درجه سانتی گراد می آیند.

آنها دارای خواص فیزیکی خوبی هستند، به ویژه در یک محیط مرطوب و همچنین مقاومت شیمیایی عالی، چسبندگی بسیار خوب بر روی انواع مختلف مواد انقباض کم (حدود 1 v در مقابل 6 for برای پلی استر)

معایب:

نیاز به زمان پلیمریزاسیون طولانی دارد

مستعد ترک خوردگی است

قیمت بالاتر

شرایط استفاده بسیار سخت

محصول تهاجمی برای پوست

گرد و غبار سنباده بسیار مضر

کاربرد رزین اپوکسی:

کامپوزیت های اپوکسی تقویت شده با نانوذرات نیز در دهه های گذشته علاقه زیادی به صنعت ایجاد کرده است. این مواد دارای نسبت استحکام به وزن بالا، چگالی کم و مدول بالا هستند که به آنها اجازه می دهد با فلزات انتخاب شده مقابله کنند.

هدف اصلی تقویت و ترکیب اپوکسی دستیابی به خواص مورد نظر با حفظ هزینه های پایین است. افزایش محتوای پرکننده به طور کلی ویسکوزیته را افزایش می دهد و پردازش را دشوارتر می کند. وزن مخصوص معمولاً افزایش می یابد، اگرچه برخی از پرکننده ها مانند شیشه های توخالی یا میکروبالون های فنلی، فوم های نحوی با چگالی قابل ملاحظه ای ایجاد می کنند.

اصلاح کننده های مهم مورد استفاده در فرمولاسیون رزین اپوکسی

افزودنی های لاستیکی – از آنها برای افزایش انعطاف پذیری، مقاومت در برابر خستگی، مقاومت در برابر ترک، چقرمگی در رزین های اپوکسی استفاده می شود. لاستیک های مایع که اغلب در کامپوزیت های اپوکسی استفاده می شوند کوپلیمر بوتادین آکریلونیتریل (CTBNs) با کربوکسیل هستند. با این حال، محتوای آکریلونیتریل لاستیک هنگام استفاده از اصلاح کننده لاستیک یک نکته مهم است. با افزایش میزان نیتریل یک لاستیک، حلالیت آن افزایش می یابد و در نهایت اندازه ذرات در ماتریس پخت کاهش می یابد. از لاستیک های غیرفعال در کاربردهای کامپوزیت اپوکسی استفاده نمی شود.

مواد افزودنی ترموپلاستیک

از آنها برای افزایش چقرمگی شکست رزین های اپوکسی استفاده می شود. فقط TP های نسبتاً کم MW را می توان در رزین های اپوکسی حل کرد. ترموپلاستیک هایی که معمولاً استفاده می شوند عبارتند از: فنوکسی، پلی آمر بلوک آمید، PVB، پلی سولفون، پلی اتر سولفون، پلی آمید، پلی اترید، نایلون.

در مقایسه با لاستیک، پلاستیک های ترموپلاستیک در ماتریس های دارای پیوند متقاطع سفت کننده های م effectiveثرتری هستند و تمایل ندارند بر Tg و مدول تأثیر بگذارند. با این حال بارهای زیاد TP منجر به افزایش حساسیت حلال و کاهش مقاومت در برابر خزش و خستگی می شود.

بازدارنده های شعله

به رزین های اپوکسی اضافه می شوند تا ویژگی های FR را در خود جای دهند. وجود هالوژن ها و عطرهای تشکیل دهنده زغال سنگ در رزین اپوکسی درمانی، اشتعال پذیری را کاهش می دهد.

رنگها و رنگ ها

انواع مختلفی از رنگها را می توان با اپوکسی مانند رنگدانه های معدنی به جز سبزیجات کروم، سینه های طبیعی، سفید سولفید روی و غیره و رنگدانه های آلی مانند سیاه کربن استفاده کرد. – انواع مختلفی از رنگ ها را می توان با اپوکسی مانند رنگدانه های معدنی به غیر از رنگ سبز کروم، سینه های طبیعی، سفید سولفید روی و غیره و رنگدانه های آلی مانند سیاه کربن استفاده کرد.

استفاده از رزین اپوکسی به عنوان چسب: یکی از رایج ترین کاربردهای رزین اپوکسی برای اهداف چسبنده است. این به این دلیل است که خواص قوی اپوکسی به چسب های ساختاری و مهندسی اجازه می دهد. معمولاً از رزین اپوکسی در ساخت وسایل نقلیه، اسنوبرد، هواپیما و دوچرخه استفاده می شود. اما چسب های اپوکسی تنها به کاربردهای ساختاری محدود نمی شوند. در حقیقت، آنها تقریباً در هر برنامه ای قابل استفاده هستند. به طور کلی، اپوکسی به دلیل گزینه های متنوع خود در تنظیم استفاده می شود. این می تواند انعطاف پذیر یا سفت شود، در گزینه های مات و شفاف متفاوت است.

استفاده از رزین اپوکسی برای الکترونیک و سیستم های الکتریکی: رزین اپوکسی با قرار دادن بخش مهمی در صنعت الکترونیک، در تولید عایق ها، موتورها، ترانسفورماتورها و ژنراتورها استفاده می شود. از آنجا که رزین های اپوکسی عایق های فوق العاده ای هستند و از گرد و غبار، رطوبت و اتصال کوتاه محافظت می کنند، یکی از رزین های اصلی مورد استفاده در ایجاد مدار نیز باقی می ماند.

استفاده از رزین اپوکسی برای رنگ آمیزی: رنگ اپوکسی که به عنوان پوشش پودری شناخته می شود، در بسیاری از کالاهای خانگی مانند خشک کن، واشر، اجاق گاز و کالاهای سفید مشابه یافت می شود. به طور معمول، این نوع رنگ در محیط های تجاری بیشتر استفاده می شود. رنگ اپوکسی با پاک کننده آب و پوشش محکم و محافظ، گزینه ای عالی برای لوازم خانگی است. به همین ترتیب، چدن، آلومینیوم و فولاد چدنی نیز فلزات دیگری هستند که با این برنامه نقاشی به خوبی کار می کنند.

استفاده از رزین اپوکسی برای پوشش و سیلانت: اپوکسی همچنین به دلیل خواص جلوگیری از خوردگی شناخته شده است و آن را به یک راه حل ایده آل برای بسیاری از اشیاء خانگی تبدیل می کند که معمولاً با گذشت زمان زنگ می زنند. مواردی مانند قوطی های رنگ، ظروف فلزی و غذاهایی که معمولاً اسیدی هستند قبل از استفاده به طور معمول روکش می شوند.

کاربرد دیگر رزین اپوکسی، کاربردهای تزئینی کفپوش است. کفپوش تراشه، کفپوش ترازو و سایر گزینه های کفپوش سنگی با رزین اپوکسی پوشانده شده است. کفپوش اپوکسی یک گزینه سازگار با محیط زیست برای گزینه های کفپوش سنتی است زیرا نیاز به آفت کش ها و مصرف آب را کاهش می دهد.

استفاده از رزین اپوکسی برای تعمیرات: به دلیل خاصیت چسبندگی قوی، بسیاری از مصرف کنندگان از رزین اپوکسی برای تعمیر و نگهداری اشیاء خانگی خود استفاده می کنند. اقلام شکننده مانند شیشه، سرامیک و چینی را می توان با رزین اپوکسی به سرعت ثابت کرد و به ایمن سازی قطعات شکسته یا چسبیده به قطعه اصلی کمک می کند. به همین ترتیب، رزین اپوکسی را می توان در بسیاری از مواد دیگر به شیوه مشابه استفاده کرد. چوب، فلز، لاتکس یا سایر مواد مصنوعی مشابه نیز می توانند تعمیر شوند. با استفاده از رزین اپوکسی بر روی یک قطعه شکننده دیگر، یک سد نازک و محکم ایجاد می کنید که محکم می چسبد و در طول سالها ثابت می ماند.

مقایسه رزین های اپوکسی در مقابل رزین های پلی استر:

اپوکسی:

استحکام خمشی فوق العاده قوی و خوب

سخت کننده و دما زمان پخت رزین اپوکسی را تعیین می کنند

مقاوم در برابر سایش، ترک خوردگی، لایه برداری، خوردگی و آسیب ناشی از تخریب شیمیایی و محیطی

دارای قدرت اتصال تا 2000 psi است

اپوکسی پس از عمل آوری مقاوم در برابر رطوبت است

پلی استر:

• شکننده و مستعد ترک خوردگی میکرو
• هزینه آن کمی کمتر از رزین اپوکسی است
• VOC های غیر گازدار و دارای دودهای شدید و قابل اشتعال است
• قدرت چسبندگی رزین پلی استر به طور کلی کمتر از 500 psi است
• رزین پلی استر پس از درمان، نفوذپذیر در آب است، یعنی آب در نهایت می تواند از آن عبور کند

رزین های اپوکسی در پنج زمینه اصلی نسبت به پلی استر و وینیل استرها دارای مزایای عملکردی هستند:

• خواص چسبندگی بهتر (قابلیت اتصال به آرماتور یا هسته)
• خواص مکانیکی برتر (به ویژه استحکام و سفتی)
• بهبود مقاومت در برابر خستگی و ترک خوردگی میکرو
• کاهش تخریب ناشی از نفوذ آب (کاهش خواص ناشی از نفوذ آب)
• افزایش مقاومت در برابر اسمز (تخریب سطح به دلیل نفوذپذیری آب)

بازیافت و سیستم های اپوکسی:

همانطور که در بالا توضیح داده شد، کامپوزیت های اپوکسی حرارتی مواد با کارایی بالا و کاربردهای صنعتی قابل توجهی هستند. با این حال، بازیافت ترموست ها و موارد پر کردن آنها چالش برانگیز است. با این حال، تحقیقات و توسعه قابل توجهی برای بازیافت ترموست ها انجام شده است، بنابراین پلاستیک ها تجزیه و اصلاح می شوند. برخی از پیشرفت های جدید در ترموست های اپوکسی وجود دارد که تا حدودی قابل بازیافت هستند، اما اهمیت تجاری آنها هنوز به طور کامل مورد استفاده قرار نگرفته است. علاوه بر این، پیشرفت در سیستم های رزین حرارتی مبتنی بر زیست با توجه به مزایای زیست محیطی آنها توجه زیادی را به خود جلب کرده است.

برخی از ترموست های دارای منابع زیستی عبارتند از:

• بر پایه روغن طبیعی (سویا، دانه کتان، کرچک و…)
• بر اساس ایزوسوربید
• سیستم های اپوکسی مبتنی بر فوران
• اپوکسی فنولیک و پلی فنولی
• لاستیک طبیعی اپوکسید شده
• مشتقات اپوکسی لیگنین
• رزین های پایه رزین