Реферат: Эпоксидная смола, как матричный материал
Министерство образования и наукиРоссийской Федерации
Казанский ГосударственныйТехнологический Университет
Кафедра: Химии и технологии гетерогенных систем
Реферат на тему: «Эпоксидная смола, как матричный материал.»
Выполнил студент гр. 1131-82: Егоров Р.
Проверилдоцент: Микрюков К.В.
Казань,2006
<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">Содержание
Введение
1.Химияэпоксидных смол.
2.Процесс отверждения.
3.Применение
4.Физико-химическиепоказателям эпоксидно-диановых смол марок ЭД-16 и ЭД-20
5.Требования безопасности смол эпоксидно-диановыхнеотверждённых
Список использованных источников
<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">Введение
Широкое применение эпоксидных материалов впромышленности обусловлено структурными особенностями эпоксидных полимеров: возможностьюполучения их в жидком и твёрдомсостоянии, отсутствием летучих веществ при отверждении, способностьюотверждаться в широком температурном интервале, незначительной усадкой, нетоксичностьюв отверждённом состоянии, высокими значениями адгезионной и когезионнойпрочности, химической стойкостью. В связи с этим, эпоксидные смолы можнорекомендовать в качестве матричного компонента для получения материалов иконструкций, обладающих высокими физико-механическими ивибропоглощающими свойствами.
<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA;layout-grid-mode:line">1.Химияэпоксидных смол.
Эпоксидныесмолы – общая формула:
<img src="/cache/referats/22496/image001.gif" v:shapes="_x0000_s1029"><img src="/cache/referats/22496/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1028"><img src="/cache/referats/22496/image003.gif" v:shapes="_x0000_s1027"><img src="/cache/referats/22496/image004.gif" v:shapes="_x0000_s1026"><img src="/cache/referats/22496/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1025">
Эпокс. группа
n может достигать 25, но чащевсего встречаются эпоксидные смолы с количеством эпоксидных групп меньше 10.
НапримерЭД-20 имеет только 2 эпоксидные группы и выглядит так:
<img src="/cache/referats/22496/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1026">
Чем большестепень полимеризации, тем гуще смола. Чем меньше номер, указанный на смоле,тем больше эпоксидных групп в составе смолы.
Например еслиn приблизительно равно25 то смола при комнатной температуре будет твердым пластиком.
Для смол сменьшим содержанием nдля ее отверждения нужно в ее состав вводить отвердители, которые выглядятследующим образом:
Триэтилентетрамин:
<img src="/cache/referats/22496/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1027">
Полиэтиленполиаминвыглядит также как триэтилентетрамин, но у полиэтиленполиамина третичныхамидных групп больше:
<img src="/cache/referats/22496/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1028">
В реакцию сосмолой для ее отверждения вступают третичные амидные группы, которые находятсяна концах молекул. Эти группы наиболее подвижные, они более легко вступают вреакцию отверждения. Третичные амидные группы любого отвердителя вступают вреакцию с эпоксидными группами смолы. Образуется неподвижная сетчатая структураотвержденной смолы. Она становится пластичной и твердой.
Отвердителибывают двух видов:
-холодногоотверждения (ПЭПА, ТЭТА), т.е. отвердители, которые отверждают смолу прикомнатной температуре. Приблизительный расход отвердителя ПЭПА и ТЭТА на смолу– 1:10 (смола: отвердитель- 1:10).Следует пояснить, что несмотря на разнуюотверждающую способность полиэтиленполиамина и триэтилентетрамина (уполиэтеленполиамина она выше) расход обоих отвердителей на смолу примерноодинаковый, т.к. согласно ТУ у полиэтиленполиамина массовая доля собственноПЭПА составляет лишь 25–35% (остальное – кубовый остаток), а утриэтилентетрамина массовая доля ТЭТА составляет не менее 95%.
-горячегоотверждения (малеиновый ангидрид, ДЭТА и др.) т.е. отвердители, которыеотверждают смолу при температуре 50-60°С.
Привзаимодействии эпоксидной смолы с отвердителем проходит следующая реакция:
<img src="/cache/referats/22496/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1029">
Чем больше в смоле эпоксидныхгрупп, тем больше будет появляться в процессе реакции «веточек», которые будутсоздавать пластичный полимер, взаимодействуя между собой с помощью различныххимических связей.
Для того чтобыэпоксидная смола вместе с отвердителем в отвержденном состоянии была болеепластична и не ломалась (не трескалась) нужно добавлять пластификаторы. Онитакже как и отвердители бывают разные, но все нацелены на то, чтобы придатьсмоле пластичные свойства. При добавлении пластификатора смола послеотверждения не лопается и не трескается с течением времени. Наиболее частоиспользуемым пластификатором является дибутилфталат. Он выглядит так:
<img src="/cache/referats/22496/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1030">
2.Процесс отверждения.
Отвердители, применяемые сэпоксидной 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 органическиммолекулам. И как и аммиак, амины являются сильными щелочами. Из-за этогосходства отвердители эпоксидных смол зачастую обладают аммиачным запахом,который наиболее ощутим в замкнутом объеме сосуда хранения сразу после егооткрывания. На воздухе же этот запах мало ощутим из-за высокого давления паровполиаминов.
Вступающие в реакцию аминогруппы представляют собой атомы азота сприсоединенными к ним одним-двумя атомами водорода. Эти атомы водородавзаимодействуют с атомами кислорода из глицидиловых групп эпоксидной смолы иполучается отвержденная смола — термореактивная пластмасса с большимколичеством пространственных связей. При нагревании она размягчается, но неплавится. Трехмерная структура обеспечивает ей отличные физические свойства.
Соотношение атомов кислорода глицидола и атомов водорода аминов сучетом различных молекулярных масс и плотностей и определяет в конечном счетесоотношение смолы и отвердителя. Изменение указанного соотношения приведет ктому, что останутся вакантные атомы кислорода или водорода в зависимости ототклонения в ту или другую сторону. В итоге отвержденная смола будет обладатьменьшей прочностью из-за неполного образования пространственных связей.
Отвердители эпоксидных смол не являются катализаторами.Катализаторы способствуют реакции, но химически не являются частью конечногопродукта. Отвердители же эпоксидных смол образуют пары с молекулами смолы,что сказывается на конечных свойствах отвержденного продукта.
Время отверждения эпоксидной смолы зависит от реакционнойактивности атомов водорода аминов.И хотя присоединенная органическая молекулане принимает непосредственного участия в химической реакции, она влияет на то, какскоро атомы водорода аминов покидают азот и взаимодействуют с атомами кислородаглицидола. Таким образом, время отверждения определяется кинетикой данногоамина, используемого в качестве отвердителя. Это время можно изменить, применивдругой отвердитель, добавив в смолу акселератор или изменив температуру илимассу смеси смолы с отвердителем.
Реакция отверждения ЭС — экзотермическая.Это означает, что приее 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. Кпримеру, если при 20° С смола становится свободной на отлип за 3 часа, то при30°С на это потребуется 1,5 часа и 6 часов при 10°С. Все возможности повлиятьна скорость отверджения сводятся к этому основному правилу. Времяжизнеспособности смеси и время работы с ней в основном определяются изначальнойтемпературой смеси смолы с отвердителем.
Временем желатинизации (гелеобразования) называется время,необходимое для данной массы, находящейся в компактном объеме для ее обращенияв твердое состояние. Это время зависит от первоначальной температуры смеси иследует вышеописанному правилу. К примеру, если <st1:metricconverter ProductID=«100 г» w:st=«on»>100 г</st1:metricconverter> смеси смолы сотвердителем обращаются в твердое состояние за 15 минут при исходнойтемпературе в 25°С, то при исходной температуре в 15°С на это потребуетсяоколо получаса. Если при тех же 25°С эти <st1:metricconverter ProductID=«100 г» w:st=«on»>100 г</st1:metricconverter> равномерно размазать по площади в <st1:metricconverter ProductID=«1 м²» w:st=«on»>1 м²</st1:metricconverter>, полимеризациязаймет свыше двух часов. Время полимеризации помимо температуры зависит и ототношения площади к массе смолы.
Суть происходящего заключается в следующем. В ходе реакциивыделяется тепло. Если выделяемое тепло сразу поглощается окружающей средой(как это происходит со смолой в виде тонкой пленки), температураполимеризующейся смолы не возрастает и скорость реакции остается неизменной.Если же смола занимает компактный объем (как в случае банки), экзотермическаяреакция повышает температуру клеевой смеси и реакция ускоряется.
Время работы со смолой составляет примерно 75% от временижелатинизации из-за геометрической формы емкости. Его можно увеличить путемувеличения площади поверхности, уменьшения массы смеси или охлаждением смолы иотвердителя перед смешиванием. Вязкость смеси в емкости будет расти (к примеру, при 25°С) в абсолютных единицах в силу полимеризации, но из-за разогревасмеси будет казаться, что вязкость уменьшается. Клей на стадии 75% временижелатинизации будет казаться очень жидким (из-за высокой температуры), но еслипри этом его охладить до комнатной температуры, он окажется очень густым.Густая же смола на стадии частичной полимеризации не так хорошо пропитываетстеклоткань и ложится на склеиваемые поверхности. Опытные специалисты либоготовят смесь, которая сразу наносится, либо для замедления реакцииувеличивают площадь поверхности.
И хотя скорость полимеризации смолы и зависит от температуры, саммеханизм от нее не зависит. Быстрее всего реакция протекает в жидком состояниисмолы. По ходу полимеризации смола меняет состояние с жидкого на липкое вязкоегелеобразное. После гелеобразования скорость реакции замедляется по меренарастания твердости. В твердых телах химические реакции протекают медленнее.От состояния мягкого липкого геля смола переходит к более твердому, постепеннотеряя липучесть. Со временем липучесть исчезнет и смола продолжит набирать твердостьи прочность.
При нормальной температуре смола достигает от 60 до 80%окончательной прочности спустя 24 часа. Дальнейшее отверждение будетпродолжаться в течение последующих нескольких недель, достигнув в конце концовточки, когда дальнейшее отверждение будет невозможно без значительного ростатемпературы. Однако можно считать, что смолы, полимеризующиеся при комнатнойтемпературе, 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 кследующему этапу, не тратя времени на ожидание отверждения клея. Клееваяпленка с малым временем полимеризации меньшее время остается липкой и успеетподцепить меньше следов на ней насекомых, их самих и прочего летучего мусора.
Эпоксидные смолы могут в процессе отверждения образовывать насвоей поверхности тонкую пленку. Она формируется в присутствии углекислого газаи 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 (УФизлучение). Спустя примерно шесть месяцев нахождения под ярким солнечнымсветом начинается ее распад. Дальнейшее облучение вызывает меление и неизбежноеее разрушение с потерей всех физических свойств. Решение проблемы лежит взащите смолы при помощи краски и лака, содержащих УФ защиту.
Необходим очень осторожный подход при применении эпоксидных смол впаре с полиэфирными. При этом надо соблюдать одно главное правило: эпоксиднуюсмолу можно наносить поверх отвержденной полиэфирной, которая при этомобезжирена и зачищена, но никогда нельзя наносить полиэфирную поверхотвержденной эпоксидной. Амины, не вступившие в реакцию в эпоксидной смоле,будут препятствовать катализатору (пероксиду) полиэфирной смолы, в результатечего на их границе смола будет не полностью отвержденной. Шлифованиеповерхности никак не влияет на присутствие аминов. Клеевое соединение при этомбудет слабым, хотя поверхность и будет выглядеть отвержденной.
3.Применение.
Эпоксидно-диановыесмолы используются в электротехнической, радиоэлектронной промышленности,авиа-, судо- и машиностроении, в строительстве в качестве компонента заливочныхи пропиточных компаундов, клеев, герметиков, связующих для армированныхпластиков, в лакокрасочных материалах, стеклопластике.
Покрытия на основе эпоксидно-диановых смол характеризуются следующимисвойствами:
хорошая адгезия к металлу, стеклу, керамике,
высокая твердость,
эластичность,
ценные диэлектрические свойства,
стойкость в агрессивных средах.
Эпоксидно-диановые смолы марокЭД-22, ЭД-20, ЭД-16, ЭД-10 и ЭД-8, используемые в электротехнической,радиоэлектронной промышленности, авиа-, судо- и машиностроении, в строительствев качестве компонента заливочных и пропиточных компаундов, клеев, герметиков,связующих для армированных пластиков;
Растворы эпоксидных смол марокЭД-20, ЭД-16, Э-40 и Э-40Р в различных растворителях (концентрация потребованию заказчика). Эти смолы используются для изготовления эмалей, лаков,шпатлевок и в качестве полуфабриката для производства других эпоксидных смол,заливочных композиций и клеев;
Эпоксидные смолы, модифицированныепластификаторами — 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 игерметизации деталей и в качестве клеев, электроизоляционных заливочныхкомпозиций, изоляционных и защитных покрытий, связующих для стеклопластиков;композиция марки К-02Т, используемая для пропитки многослойных намоточныхизделий с целью их цементации, повышения влагостойкости и электроизоляционныхсвойств.
Модифицированные эпоксидныесмолы марки ЭПОФОМ используются на различных промышленных и гражданскихобъектах в качестве антикоррозионных покрытий для защиты металлических ибетонных строительных конструкций и емкостного оборудования от воздействияхимически агрессивных сред (особенно кислот, щелочей, нефтепродуктов,промышленных и канализационных стоков), атмосферных осадков и повышеннойвлажности. Эти смолы также применяются для устройства гидроизоляции имонолитных наливных покрытий бетонных полов, грунтовки и нанесения отделочногослоя. На основе смолы марки ЭПОФОМ получают заливочные и пропиточные композициис высоким содержанием армирующих тканей и наполнителей, композиционныематериалы и износостойкие покрытия. ЭПОФОМ применяется в качестве пропиточнойсоставляющей рукавного материала для ремонта и восстановления трубопроводовканализационных сетей, напорных сетей холодного и горячего водоснабжения без ихдемонтажа и извлечения труб из грунта (бестраншейным методом);
композиции марки ЭЗП, используемые для покрытия емкостей-хранилищ вина, молокаи других жидких пищевых продуктов, а также различных видов жидкого топлива(бензина, керосина, мазута и др.). Покрытие успешно работает в диапазонетемператур от — 40 до 8СГС;
4.Физико-химическиепоказателям эпоксидно-диановых смол марок ЭД-16 и ЭД-20 должны соответствоватьследующим нормам:
<span Verdana",«sans-serif»">
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">Наименование показателя
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">Норма для сорта
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">ЭД-20
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">ЭД-16
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">Высший
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">Первый
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">Высший
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">Первый
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">1. Внешний вид
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">Вязкая
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">Высоковязкая
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">прозрачная, без видимых механических включений и следов воды, жидкость
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">2. Цвет по железокобальтовой шкале, не более
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">3
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">8
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">3
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">8
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">3. Массовая доля эпоксидных групп, %
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">20.0-22.5
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">16-18
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">4. Массовая доля хлорид-иона (Cl-), %, не более
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">0.001
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">0.005
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">0.002
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">0.004
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">5. Массовая доля омыляемого хлора, %, не более
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">0.8
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">0.3
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">0.5
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">0.6
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">6. Массовая доля гидроксильных групп, %, не более
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">1.7
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">-
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">2.5
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">-
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">7. Массовая доля летучих веществ, %, не более
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">0.2
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">0.8
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">0.2
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">0.4
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">8. Динамическая вязкость, Паґ с, при:
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">(25 ± 0.1) оС
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">13-20
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">12-25
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">-
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">-
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">(50 ± 0.1) оС
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">-
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">-
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">15-18
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">5-20
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">9. Время желатинизации, ч, не менее
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">8.0
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">4.0
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">4.0
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">3.0
<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">Смолы не взрывоопасны, но горятпри внесении в источник огня. Летучие компоненты эпоксидно-диановых смол — толуол и эпихлоргидрин — относятся к легкогорючим веществам, по степенивоздействия на организм — к веществам 2-го класса опасности
Эпоксидно-диановые смолыупаковывают во фляги, в том числе разового использования, барабаны, стальныесварные бочки. Допускается упаковка эпоксидно-диановых смол марок ЭД-20 и ЭД-16в барабаны, изготовленные из оцинкованной стали и герметизированныедополнительной промазкой продольного и обоих закатных швов мастикой на основеэпоксидной смолы.
Эпоксидно-диановые смолы хранятв плотно закрытой таре в закрытых складских помещениях при температуре не выше40 оС
5.ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
СМОЛЫ ЭПОКСИДНО-ДИАНОВЫЕ НЕОТВЕРЖДЕННЫЕ
ГОСТ 10587-84
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">Класс опасности
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">Основные свойства и виды опасности
<span Verdana",«sans-serif»;color:black"><span Verdana",«sans-serif»;color:black">Основные свойства
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">Взрыво- и пожароопасность
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">Взрывобезопасны, но горят при внесении в источник огня. Летучие компоненты эпоксидно-диановых смол, толуол и эпихлоргидрин, относятся к легкогорючим веществам.
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">Опасность для человека
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">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.
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">Индивидуальные средства защиты
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">Спецодежда, средства защиты. В рабочих помещениях должны быть умывальники с горячей и холодной водой. Запрещается мытье рук растворителями.
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">Необходимые действия в аварийных ситуациях
<span Verdana",«sans-serif»;color:black"><span Verdana",«sans-serif»;color:black">Общего характера.При утечке и россыпи
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">При пожаре
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">Средства пожаротушения: углекислотные и порошковые огнетушители, вода, пар, инертный газ, асбестовое полотно, песок.
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">При возгорании
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">
<span Verdana",«sans-serif»;color:black">Меры первой помощи
<span Verdana",«sans-serif»; color:black">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
<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">Список использованных источников.
www.sibinfo.org
www.chimexltd.com
www.epoksid.ru/instruct.html
www.psrc.usm.edu/russian/epoxy.htm
www.psrc.usm.edu/russian/eposyn.htm