Полимерные связующие на основе эпоксидных смол

Эпоксидные смолы и многокомпонентные связующие на их основе широко применяются в качестве матричных материалов при производстве деталей, узлов и агрегатов АКТ из ПКМ. Это объясняется их высокой адгезией к большинству армирующих материалов, их малой усадкой при отверждении, достаточно высокой когезионной прочностью в отвержденном состоянии, высокой химической стойкостью и рядом других положительных свойств.

Эпоксидные смолы – олигомеры, содержащие в молекулах эпоксидные или глицидиловые группы и способные превращаться в полимеры пространственного (сетчатого) строения. Эпоксидные группы могут находиться в алифатических циклах или цепях, глицидиловые группы – чаще всего на концах цепей.

Существует большое разнообразие эпоксидных смол. Наиболее распространены так называемые диановые эпоксидные смолы (на основе дифенилпропана или диана).

Диановые эпоксидные смолы – вязкие жидкости или твердые хрупкие вещества от светло-желтого до коричневого цвета; растворяются в толуоле, ксилоле, ацетоне, смесях кетонов со спиртами. Диановые эпоксидные смолы маркируются следующим образом: ЭД-5  ЭД-8, ЭД-16, ЭД-20, ЭД-22. Чем выше порядковый номер, тем ниже вязкость олигомера, поэтому в качестве связующих для ПКМ применяют смолы марок ЭД-16, ЭД-20, ЭД-22 и др.

Благодаря высокой реакционной способности эпоксидных и гидроксильных групп в качестве отвердителей эпоксидных смол можно использовать мономерные, олигомерные и полимерные соединения различных классов и, таким образом, в широком диапазоне варьировать режимы отверждения (температура, время) и свойства получаемых трехмерных полимеров.

Для холодного отверждения эпоксидных смол в качестве отвердителей применяют алифатические полиамины, чаще всего полиэтиленполиамины (ПЭПА) или гексаметилендиамины (ГМД) в количестве 5…15% от массы смолы. Жизнеспособность композиций с такими отвердителями при 15…25С составляет 1  3 ч, длительность отверждения  24 ч (хотя степень отверждения продолжает увеличиваться еще в течение 10  30 суток). Степень отверждения при комнатной температуре не превышает 65…70%. Для ее повышения и улучшения и стабилизации свойств продуктов отверждения проводят термообработку при 60…120С в течение 2  12 часов.

Основные недостатки процессов холодного отверждения:

1) повышенная хрупкость отвержденной смолы (необходимо применять пластификаторы, что снижает прочностные свойства);

2) токсичность отвердителей холодного отверждения;

3) необходимость экспериментальной корректировки и точной дозировки отвердителей;

4) высокая экзотермичность реакции отверждения, что может приводить к перегреву и деструкции полимера, снижению прочности и растрескиванию отвержденного полимера.

При производстве ПКМ чаще всего применяют отвердители горячего отверждения. В качестве отвердителей чаще всего применяют ароматические диамины и полиамины в количестве 15…50% от веса смолы. Отверждение проводят при 100…180С в течение 16…4 ч. Продукты отверждения отличаются повышенной механической прочностью, тепло- и химической стойкостью.

Для горячего отверждения эпоксидных смол используют, например, такие ангидриды дикарбоновых кислот: фталевый ангидрид (ФА), малеиновый ангидрид (МА), метилтетрагидрофталевый ангидрид (МТГФА) и др. Количество отвердителя составляет 50…100% от массы смолы. Кроме указанных отвердителей в состав связующего вводят 0,1…2% катализаторов отверждения. Отверждение проводят при 120…180°С в течение 24  12 ч. Продукты отверждения имеют повышенные механические свойства, высокую термо- и влагостойкость, повышенные диэлектрические свойства.

В качестве отвердителей горячего отверждения применяют также фенолоформальдегидные (резольные и новолачные) смолы, мочевино- и меламиноформальдегидные смолы в количестве 25…75% от массы эпоксидной смолы. Отверждение проводят при 150…210°С от 12 ч до 10 мин.

Объемная усадка эпоксидных смол при отверждении составляет

2…8%. При отверждении эпоксидных смол не выделяются летучие вещества, что определяет сравнительную простоту технологии их переработки.

В качестве матричных материалов в ПКМ применяется большое количество комбинированных и многокомпонентных связующих на основе диановых эпоксидных смол. Маркировка, состав, применяемые отвердители и механические свойства после отверждения ряда связующих на эпоксидной основе приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2