Эпоксидная смола, как матричный материал
| Загрузить архив: | |
| Файл: ref-22496.zip (39kb [zip], Скачиваний: 159) скачать |
Министерство образования и науки Российской Федерации
Казанский Государственный Технологический Университет
Кафедра: Химии и технологии гетерогенных систем
Реферат на тему: «Эпоксидная смола, как матричный материал.»
Выполнил студент гр. 1131-82: Егоров Р.
Проверил доцент: Микрюков К.В.
Казань,2006
Содержание
Введение
1.Химия эпоксидных смол.
2.Процесс отверждения.
3.Применение
4.Физико-химические показателям эпоксидно-диановых смол марок ЭД-16 и ЭД-20
5.Требования безопасности смол эпоксидно-диановых неотверждённых
Список использованных источников
Введение
Широкое применение эпоксидных материалов в промышленности обусловлено структурными особенностями эпоксидных полимеров: возможностью получения их в жидком и твёрдом состоянии, отсутствием летучих веществ при отверждении, способностью отверждаться в широком температурном интервале, незначительной усадкой, нетоксичностью в отверждённом состоянии, высокими значениями адгезионной и когезионной прочности, химической стойкостью. В связи с этим, эпоксидные смолы можно рекомендовать в качестве матричного компонента для получения материалов и конструкций,обладающихвысокими физико-механическимии вибропоглощающими свойствами.
1.Химия эпоксидных смол.
Эпоксидные смолы – общая формула:
Эпокс. группа
n может достигать 25, но чаще всего встречаются эпоксидные смолы с количеством эпоксидных групп меньше 10.
Например ЭД-20 имеет только 2 эпоксидные группы и выглядит так:
Чем больше степень полимеризации, тем гуще смола. Чем меньше номер, указанный на смоле, тем больше эпоксидных групп в составе смолы.
Например если n приблизительно равно 25 то смола при комнатной температуре будет твердым пластиком.
Для смол с меньшим содержанием n для ее отверждения нужно в ее состав вводить отвердители, которые выглядят следующим образом:
Триэтилентетрамин:
Полиэтиленполиамин выглядит также как триэтилентетрамин, но у полиэтиленполиамина третичных амидных групп больше:
В реакцию со смолой для ее отверждения вступают третичные амидные группы, которые находятся на концах молекул. Эти группы наиболее подвижные, они более легко вступают в реакцию отверждения. Третичные амидные группы любого отвердителя вступают в реакцию с эпоксидными группами смолы. Образуется неподвижная сетчатая структура отвержденной смолы. Она становится пластичной и твердой.
Отвердители бывают двух видов:
-холодного отверждения (ПЭПА, ТЭТА), т.е. отвердители, которые отверждают смолу при комнатной температуре. Приблизительный расход отвердителя ПЭПА и ТЭТА на смолу – 1:10 (смола: отвердитель- 1:10).Следует пояснить, что несмотря на разную отверждающую способность полиэтиленполиамина и триэтилентетрамина (у полиэтеленполиамина она выше) расход обоих отвердителей на смолу примерно одинаковый, т.к. согласно ТУ у полиэтиленполиамина массовая доля собственно ПЭПА составляет лишь 25–35% (остальное – кубовый остаток), а у триэтилентетрамина массовая доля ТЭТА составляет не менее 95%.
-горячего отверждения (малеиновый ангидрид, ДЭТА и др.) т.е. отвердители, которые отверждают смолу при температуре 50-60°С.
При взаимодействии эпоксидной смолы с отвердителем проходит следующая реакция:
Чем больше в смоле эпоксидных групп, тем больше будет появляться в процессе реакции «веточек», которые будут создавать пластичный полимер, взаимодействуя между собой с помощью различных химических связей.
Для того чтобы эпоксидная смола вместе с отвердителем в отвержденном состоянии была более пластична и не ломалась (не трескалась) нужно добавлять пластификаторы. Они также как и отвердители бывают разные, но все нацелены на то, чтобы придать смоле пластичные свойства. При добавлении пластификатора смола после отверждения не лопается и не трескается с течением времени. Наиболее часто используемым пластификатором является дибутилфталат. Он выглядит так:
2.Процесс отверждения.
Отвердители , применяемые с эпоксидной смолой при комнатной температуре , в большинстве своем полиамины . То есть органические молекулы , содержащие две и более аминогруппы . Аминогруппы по структуре напоминают аммиак , только присоединены к органическим молекулам . И как и аммиак , амины являются сильными щелочами . Из-за этого сходства отвердители эпоксидных смол зачастую обладают аммиачным запахом , который наиболее ощутим в замкнутом объеме сосуда хранения сразу после его открывания . На воздухе же этот запах мало ощутим из-за высокого давления паров полиаминов.
Вступающие в реакцию аминогруппы представляют собой атомы азота с присоединенными к ним одним-двумя атомами водорода . Эти атомы водорода взаимодействуют с атомами кислорода из глицидиловых групп эпоксидной смолы и получается отвержденная смола - термореактивная пластмасса с большим количеством пространственных связей . При нагревании она размягчается , но не плавится . Трехмерная структура обеспечивает ей отличные физические свойства.
Соотношение атомов кислорода глицидола и атомов водорода аминов с учетом различных молекулярных масс и плотностей и определяет в конечном счете соотношение смолы и отвердителя . Изменение указанного соотношения приведет к тому , что останутся вакантные атомы кислорода или водорода в зависимости от отклонения в ту или другую сторону . В итоге отвержденная смола будет обладать меньшей прочностью из-за неполного образования пространственных связей.
Отвердители эпоксидных смол не являются катализаторами . Катализаторы способствуют реакции , но химически не являются частью конечного продукта . Отвердители же эпоксидных смол образуют пары с молекулами смолы , что сказывается на конечных свойствах отвержденного продукта.
Время отверждения эпоксидной смолы зависит от реакционной активности атомов водорода аминов.И хотя присоединенная органическая молекула не принимает непосредственного участия в химической реакции, она влияет на то ,как скоро атомы водорода аминов покидают азот и взаимодействуют с атомами кислорода глицидола. Таким образом ,время отверждения определяется кинетикой данного амина ,используемого в качестве отвердителя. Это время можно изменить, применив другой отвердитель, добавив в смолу акселератор или изменив температуру или массу смеси смолы с отвердителем.
Реакция отверждения ЭС - экзотермическая .Это означает , что при ее отверждении выделяется тепло . Скорость , с которой смола отверждается , зависит от температуры смеси . Чем выше температура , тем быстрее реакция. Скорость ее удваивается при повышении температуры на 10° С и наоборот . К примеру , если при 20° С смола становится свободной на отлип за 3 часа , то при 30°С на это потребуется 1,5 часа и 6 часов при 10°С . Все возможности повлиять на скорость отверджения сводятся к этому основному правилу . Время жизнеспособности смеси и время работы с ней в основном определяются изначальной температурой смеси смолы с отвердителем.
Временем желатинизации (гелеобразования) называется время ,
необходимое для данной массы , находящейся в компактном объеме для ее обращения
в твердое состояние. Это время зависит от первоначальной температуры смеси и
следует вышеописанному правилу. К примеру , если
Суть происходящего заключается в следующем . В ходе реакции выделяется тепло . Если выделяемое тепло сразу поглощается окружающей средой (как это происходит со смолой в виде тонкой пленки) , температура полимеризующейся смолы не возрастает и скорость реакции остается неизменной . Если же смола занимает компактный объем (как в случае банки) , экзотермическая реакция повышает температуру клеевой смеси и реакция ускоряется.
Время работы со смолой составляет примерно 75% от времени желатинизации из-за геометрической формы емкости . Его можно увеличить путем увеличения площади поверхности, уменьшения массы смеси или охлаждением смолы и отвердителя перед смешиванием. Вязкость смеси в емкости будет расти (к примеру , при 25°С) в абсолютных единицах в силу полимеризации , но из-за разогрева смеси будет казаться , что вязкость уменьшается. Клей на стадии 75% времени желатинизации будет казаться очень жидким (из-за высокой температуры) , но если при этом его охладить до комнатной температуры , он окажется очень густым . Густая же смола на стадии частичной полимеризации не так хорошо пропитывает стеклоткань и ложится на склеиваемые поверхности . Опытные специалисты либо готовят смесь , которая сразу наносится , либо для замедления реакции увеличивают площадь поверхности.
И хотя скорость полимеризации смолы и зависит от температуры , сам механизм от нее не зависит . Быстрее всего реакция протекает в жидком состоянии смолы. По ходу полимеризации смола меняет состояние с жидкого на липкое вязкое гелеобразное . После гелеобразования скорость реакции замедляется по мере нарастания твердости. В твердых телах химические реакции протекают медленнее. От состояния мягкого липкого геля смола переходит к более твердому , постепенно теряя липучесть. Со временем липучесть исчезнет и смола продолжит набирать твердость и прочность.
При нормальной температуре смола достигает от 60 до 80% окончательной прочности спустя 24 часа. Дальнейшее отверждение будет продолжаться в течение последующих нескольких недель , достигнув в конце концов точки , когда дальнейшее отверждение будет невозможно без значительного роста температуры. Однако можно считать , что смолы , полимеризующиеся при комнатной температуре , окончательно отверждаются спустя 72 часа при 20°С.
Как правило, лучше работать с возможно малым временем полимеризации, насколько это позволяет конкретная ситуация . Это дает возможность переходить к следующему этапу , не тратя времени на ожидание отверждения клея. Клеевая пленка с малым временем полимеризации меньшее время остается липкой и успеет подцепить меньше следов на ней насекомых , их самих и прочего летучего мусора.
Эпоксидные смолы могут в процессе отверждения образовывать на своей поверхности тонкую пленку. Она формируется в присутствии углекислого газа и паров воды , особенно в холодную сырую погоду , нежели в теплую и солнечную .Эта пленка водорастворима и должна быть удалена перед шлифовкой или покраской.
Незащищенная эпоксидная смола плохо перносит солнечный свет (УФ излучение) . Спустя примерно шесть месяцев нахождения под ярким солнечным светом начинается ее распад. Дальнейшее облучение вызывает меление и неизбежное ее разрушение с потерей всех физических свойств. Решение проблемы лежит в защите смолы при помощи краски и лака , содержащих УФ защиту.
Необходим очень осторожный подход при применении эпоксидных смол в паре с полиэфирными . При этом надо соблюдать одно главное правило : эпоксидную смолу можно наносить поверх отвержденной полиэфирной , которая при этом обезжирена и зачищена , но никогда нельзя наносить полиэфирную поверх отвержденной эпоксидной . Амины , не вступившие в реакцию в эпоксидной смоле , будут препятствовать катализатору (пероксиду) полиэфирной смолы , в результате чего на их границе смола будет не полностью отвержденной. Шлифование поверхности никак не влияет на присутствие аминов. Клеевое соединение при этом будет слабым , хотя поверхность и будет выглядеть отвержденной.
3.Применение.
Эпоксидно-диановые
смолы используются в электротехнической, радиоэлектронной промышленности,
авиа-, судо- и машиностроении, в строительстве в качестве компонента заливочных
и пропиточных компаундов, клеев, герметиков, связующих для армированных
пластиков, в лакокрасочных материалах, стеклопластике.
Покрытия на основе эпоксидно-диановых смол характеризуются следующими
свойствами:
хорошая адгезия к металлу, стеклу, керамике,
высокая твердость,
эластичность,
ценные диэлектрические свойства,
стойкость в агрессивных средах.
Эпоксидно-диановые смолы марок
ЭД-22, ЭД-20, ЭД-16, ЭД-10 и ЭД-8, используемые в электротехнической,
радиоэлектронной промышленности, авиа-, судо- и машиностроении, в строительстве
в качестве компонента заливочных и пропиточных компаундов, клеев, герметиков,
связующих для армированных пластиков;
Растворы эпоксидных смол марок
ЭД-20, ЭД-16, Э-40 и Э-40Р в различных растворителях (концентрация по
требованию заказчика). Эти смолы используются для изготовления эмалей, лаков,
шпатлевок и в качестве полуфабриката для производства других эпоксидных смол,
заливочных композиций и клеев;
Эпоксидные смолы, модифицированные
пластификаторами - смолы марок К-153, К-115, К-168, К-176, К-201, К-293,
УП-5-132 и КДЖ-5-20, -используемые для пропитки, заливки, обволакивания и
герметизации деталей и в качестве клеев, электроизоляционных заливочных
композиций, изоляционных и защитных покрытий, связующих для стеклопластиков;
композиция марки К-02Т, используемая для пропитки многослойных намоточных
изделий с целью их цементации, повышения влагостойкости и электроизоляционных
свойств.
Модифицированные эпоксидные
смолы марки ЭПОФОМ используются на различных промышленных и гражданских
объектах в качестве антикоррозионных покрытий для защиты металлических и
бетонных строительных конструкций и емкостного оборудования от воздействия
химически агрессивных сред (особенно кислот, щелочей, нефтепродуктов,
промышленных и канализационных стоков), атмосферных осадков и повышенной
влажности. Эти смолы также применяются для устройства гидроизоляции и
монолитных наливных покрытий бетонных полов, грунтовки и нанесения отделочного
слоя. На основе смолы марки ЭПОФОМ получают заливочные и пропиточные композиции
с высоким содержанием армирующих тканей и наполнителей, композиционные
материалы и износостойкие покрытия. ЭПОФОМ применяется в качестве пропиточной
составляющей рукавного материала для ремонта и восстановления трубопроводов
канализационных сетей, напорных сетей холодного и горячего водоснабжения без их
демонтажа и извлечения труб из грунта (бестраншейным методом);
композиции марки ЭЗП, используемые для покрытия емкостей-хранилищ вина, молока
и других жидких пищевых продуктов, а также различных видов жидкого топлива
(бензина, керосина, мазута и др.). Покрытие успешно работает в диапазоне
температур от - 40 до 8СГС;
4.Физико-химические показателям эпоксидно-диановых смол марок ЭД-16 и ЭД-20 должны соответствовать следующим нормам:
|
Наименование показателя |
Норма для сорта |
|||
|
ЭД-20 |
ЭД-16 |
|||
|
Высший |
Первый |
Высший |
Первый |
|
|
1. Внешний вид |
Вязкая |
Высоковязкая |
||
|
прозрачная, без видимых механических включений и следов воды, жидкость |
||||
|
2. Цвет по железокобальтовой шкале, не более |
3 |
8 |
3 |
8 |
|
3. Массовая доля эпоксидных групп, % |
20.0-22.5 |
16-18 |
||
|
4. Массовая доля хлорид-иона (Cl-), %, не более |
0.001 |
0.005 |
0.002 |
0.004 |
|
5. Массовая доля омыляемого хлора, %, не более |
0.8 |
0.3 |
0.5 |
0.6 |
|
6. Массовая доля гидроксильных групп, %, не более |
1.7 |
- |
2.5 |
- |
|
7. Массовая доля летучих веществ, %, не более |
0.2 |
0.8 |
0.2 |
0.4 |
|
8. Динамическая вязкость, Паґ с, при: |
||||
|
(25 ± 0.1) оС |
13-20 |
12-25 |
- |
- |
|
(50 ± 0.1) оС |
- |
- |
15-18 |
5-20 |
|
9. Время желатинизации, ч, не менее |
8.0 |
4.0 |
4.0 |
3.0 |
Смолы не взрывоопасны, но горят при внесении в источник огня. Летучие компоненты эпоксидно-диановых смол - толуол и эпихлоргидрин - относятся к легкогорючим веществам, по степени воздействия на организм - к веществам 2-го класса опасности
Эпоксидно-диановые смолы упаковывают во фляги, в том числе разового использования, барабаны, стальные сварные бочки. Допускается упаковка эпоксидно-диановых смол марок ЭД-20 и ЭД-16 в барабаны, изготовленные из оцинкованной стали и герметизированные дополнительной промазкой продольного и обоих закатных швов мастикой на основе эпоксидной смолы.
Эпоксидно-диановые смолы хранят в плотно закрытой таре в закрытых складских помещениях при температуре не выше 40 оС
5.ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
СМОЛЫ ЭПОКСИДНО-ДИАНОВЫЕ НЕОТВЕРЖДЕННЫЕ
ГОСТ 10587-84
|
Класс опасности |
|
|
Основные свойства и виды опасности |
|
|
Основные свойства |
|
|
Взрыво- и пожароопасность |
Взрывобезопасны, но горят при внесении в источник огня. Летучие компоненты эпоксидно-диановых смол, толуол и эпихлоргидрин, относятся к легкогорючим веществам. |
|
Опасность для человека |
Летучие компоненты эпоксидно-диановых смол, толуол и эпихлоргидрин, относятся к веществам 2-го класса опасности. При работе со смолами возможны два пути проникновения в организм вредных веществ - ингаляционный, который обусловлен наличием в смолах летучих компонентов (толуола и эпихлоргидрина), и кожный - непосредственным контактом с компонентами смолы. Летучие компоненты оказывают общетоксическое и раздражающее действие на кожу и слизистые оболочки верхних дыхательных путей и глаз, вызывают тяжелые изменения в легких, печени и почках, острые и хронические отравления, головокружение, рвоту и потерю аппетита. |
|
Индивидуальные средства защиты |
Спецодежда, средства защиты. В рабочих помещениях должны быть умывальники с горячей и холодной водой. Запрещается мытье рук растворителями. |
|
Необходимые действия в аварийных ситуациях |
|
|
Общего характера.При утечке и россыпи |
|
|
При пожаре |
Средства пожаротушения: углекислотные и порошковые огнетушители, вода, пар, инертный газ, асбестовое полотно, песок. |
|
При возгорании |
|
|
Меры первой помощи |
Брызги смол должны быть немедленно удалены сухими марлевыми тампонами. Затем пораженное место следует обработать этиловым спиртом, тщательно промыть водой с мылом, осушить бумажным полотенцем одноразового использования и смазать мягкой мазью на основе ланолина, вазелина или касторового масла |
Список использованных источников.
http://www.sibinfo.org
http://www.chimexltd.com
http://www.epoksid.ru/instruct.html