Структура и адгезионные свойства отверждённых эпоксидных смол
1.2. Структура и свойства неотверждённых смол
Эпоксидиановые смолы – вязкие жидкости или твёрдые хрупкие вещества от светло-жёлтого до коричневого цвета. Растворяются в толуоле, ксиоле, ацетоне, метилэтилкетоне, метилизобутилкетоне и их смесях со спиртами (например, бутиловым, этил- и бутилцеллозольвами, диацетоновым). Характеристики эпоксидиановых смол приведены в таблице 3.
Таблица 3
Состав и характеристика диановых эпоксидных смол[2].
|
Мол. масса |
Содержание эпоксидных групп, % |
Содержание гидроксильных групп, % |
Содержание в смоле полимергомологов различной степени полимеризации |
Агрегатное состояние смолы | |||
|
n=0 |
n=1 |
n=2 |
n>3 | ||||
|
350-400 |
24,8-21,5 |
0,1-0,8 |
92-85 |
8-15 |
2-3 |
0 |
Жидкость (вязкость 800-2000 мн сек/м2, или спз при 40 °С) |
|
400-600 |
21,5-14,5 |
0,8-2,5 |
85-50 |
15-20 |
8-10 |
5-10 |
Вязкая жидкость (вязкость 20000-60000 мн сек/м2, или спз при 40 °С) |
|
600-800 |
14,5-10,0 |
2,5-4,6 |
50-20 |
12-16 |
8-11 |
45-50 |
Высоковязкая жидкость (вязкость около 2000 мн сек/м2, или спз при 100 °С) |
|
800-1000 |
10,0-8,0 |
4,6-5,1 |
20-13 |
12-14 |
9-12 |
55-60 |
Твёрдая смола (температура размягчения 50-55°С) |
|
1000-1400 |
8,0-6,0 |
5,1-6,0 |
13-8 |
7-9 |
8-10 |
70-75 |
Твёрдая смола (температура размягчения 55-70°С) |
|
1400-1800 |
6,0-4,0 |
6,0-6,5 |
6-4 |
6-8 |
8-10 |
80-85 |
Твёрдая смола (температура размягчения 70-85°С) |
|
1800-3500 |
4,0-2,0 |
6,5-6,8 |
4-2 |
3-5 |
5-8 |
83-90 |
Твёрдая смола (температура размягчения 85-100°С) |
Низкой вязкостью при 10-30°С обладают эпоксидиановые смолы молекулярной массой < 400, смолы резорцин и диамин, диглицидиловые эфиры дикарбоновых кислот, например, тетрагидрофталевой. Для получения эпоксидиановых композиций пониженной вязкости используют также жидкие отвердители (например, аминоэфиры, метилендиковый ангидрид, жидкий изомер метилтерефталевого ангидрида) в сочетании с химически активными разбавителями, содержащими эпоксидные группы (например, с глицидиловыми эфирами гликолей алкилфенолов, разветвлённых карбоновых кислот, с эпоксидированными маслами). Применение эпоксидных и ненасыщенных мономеров (бутилаллил-, финил- и фурилглицидиловых эфиров, глицидилметакрилата, стирола) затруднено вследствии их токсичности и летучести.
Для увеличения вязкости в композиции вводят высокомолекулярные соединения (например, поливинилбутираль) или мелкодисперсные наполнители, например аэросил (SiO2), в количестве 3—5% к обычно применяемым наполнителям для придания композиции тиксотропных свойств[2].
Выпускаемые в промышленности композиции на основе эпоксидных смол характеризуются (данные приведены для композиции без наполнителя) жизнеспособностью от 1—2 мин до 2 лет; их можно перерабатывать при температурах от —20 до 180°С, продолжительность гелеобразования в условиях переработки от 30 сек до 100 ч, объемная усадка 2—8%. При отверждении эпоксидиановых смол не выделяются летучие вещества, что определяет сравнительную простоту технологии их переработки. В эпоксидиановые смолы можно вводить различные наполнители: минеральные, органические, металлические порошки, волокна, ткани и прочее.
Промышленность выпускает эпоксидиановые смолы следующих марок: жидкие смолы ЭД-5 и ЭД-6, высоковязкую смолу ЭД-П и твердую смолу ЭД-Л (ГОСТ 10587—63). На их основе изготовляют компаунды различных марок. Компаундом называют смесь, состоящую из эпоксидной смолы, наполнителя и пластификатора. В компаунд вводят отвердитель.
Смола ЭД-5 представляет собой вязкую жидкость светло-коричневого цвета с плотностью 1,2—1,3 г/см3; содержание эпоксидных групп в ней не менее 18%, летучих не более 2,0%; вязкость смолы при 40 °С, определяемая по методу падения шарика в вискозиметре типа Гепплера, не выше 4500 спз; реакция смолы по фенолфталеину должна быть нейтральной. Время отверждения при температуре 120°С с отвердителем- гексаметилендиамином (10% от веса смолы) должно быть не более 10 мин.
Смола ЭД-6 представляет собой труднорастекающуюся жидкость светло-коричневого цвета; содержание эпоксидных групп 16%, летучих до 1%; молекулярный вес 460—540.
Смолы ЭД-5 и ЭД-6 способны длительное время сохраняться без изменения показателя вязкости.
Смола ЭД-Л - твердая высокомолекулярная масса желто-коричневого цвета с содержанием эпоксидных групп 11-8%. Температура размягчения по методу «кольцо и шар» в пределах 40-60 сек. Условная вязкость смолы с отвердителем, замеренная при температуре 100° С через 2 ч после смешения, должна быть не более 100 сек, по вискозиметру Гепплера.
Смола ЭД-П - высоковязкая жидкость желто-коричневого цвета с содержанием эпоксидных групп 14-11%. Условная вязкость смолы с отвердителем, замеренная при температуре 100°С через 2 ч после смешения, должна быть не более 35 сек по вискозиметру Гепплера[3].
2. Отверждение эпоксидных смол, их структура и свойства в отверждённом состоянии
2.1. Отверждение эпоксидных смол
Благодаря высокой реакционной способности эпоксидных и гидроксильных групп в качестве отвердителей эпоксидиановых смол можно использовать мономерные, олигомерные и полимерные соединения различных классов и таким образом, в широком диапазоне варьировать режимы отверждения (температура, время) и свойства получаемых трёхмерныx полимеров.
