Применение алициклических эпоксидных смол в композиционных материалах
2024-10-12
I. Как важная термореактивная смола, эпоксидная смола имеет отличные электроизоляционные свойства, химическую стойкость, хорошую химическую стабильность и адгезионную прочность и другие характеристики, может широко использоваться в химической промышленности, машиностроении, бытовой технике, автомобилях, информационной промышленности и аэрокосмической и других отраслях, использование очень широкий спектр.
С точки зрения структуры эпоксидные смолы можно разделить на следующие категории:
a. Глицидиловые эфиры
b. Глицидиловые эфиры
c. Глицидиламины
d. Алициклические эпоксидные смолы
e. Линейные алифатические эпоксидные смолы
f. Имидные эпоксидные смолы
Алициклическая эпоксидная смола относится к классу термореактивных полимерных материалов, содержащих две или более эпоксидных групп и эпоксидные группы, непосредственно связанные с алициклическим кольцом, которые после отверждения могут образовывать трехмерную сшитую сеть.
В наличии имеются следующие алициклические эпоксидные смолы:
II. Режим отверждения алициклических эпоксидных смол
Эпоксидная группа алициклической эпоксидной смолы находится в богатом электронами состоянии, ей трудно реагировать с нуклеофильным реагентом, из-за наличия пространственного сайт-блокирующего эффекта, нуклеофильный реагент атакует атом углерода труднее, чем конец эпоксидной группы, поэтому алициклическим эпоксидным смолам трудно реагировать с аминами и имидазольными отвердителями.
Но при реакции с электрофильными реагентами, на которые воздействуютэлектрофильные реагенты, атакующие атомы кислорода, эффект сайт-блокировки в этом случае будет отсутствовать. Span>, в это время в алициклической эпоксидной смоле не будет существовать эффекта сопротивления сайта,так алициклические эпоксидные смолы легко вступают в реакцию с полифенолами, ангидридами, катионными отверждающими агентами.
（1）С аминной отверждением
Рисунок 2.1 сравнивает кинетические кривые отверждения циклоалифатного эпоксидного смолы S-06E, эпоксидной смолы на основе бисфенола A 128 и циклоалифатной амина 1,3-BAC. Из рисунка явно видно, что из-за пространственного затруднения нуклеофильным реагентам трудно атаковать углеродные атомы, поэтому S-06E и 1,3-BAC реагируют сложнее, а начальная температура реакции и температура пикового реагирования значительно выше, чем у 128+1,3-BAC.
（2）С затвердеванием с ангидридом
Эпоксидная смола при отверждении с анхидридами под действием катализаторов, таких как третичные амины или четвертичные аммониевые соли, протекает следующую реакцию:
(1) Анхидрид реагирует с третичными аминами, образуя анионы карбоновых кислот
(2) Карбоксилат-анионы открывают циклы эпоксидов, образуя анионы кислорода
(3) Анионы кислорода реагируют с ангидридами, образуя эстерифицированную структуру
Рисунок 2.2 сравнивает кинетические кривые отверждения циклоалифатного эпоксидного смолы S-06E, эпоксидной смолы на основе бисфенола A 128 и метилгексагидрофталевого ангидрида. Из рисунка видно, что при выборе подходящего катализатора и высокой добавке (4% TEAB) начальная температура реакции и температура пикового реагирования S-06E с ангидридом близки к таковым для смолы 128.
С термоядерным ионным отверждением
Процесс реакции катионной полимеризации в основном делится на три этапа: инициирование цепи, рост цепи и завершение цепи.
С ультрафиолетовым ионным отверждением
По сравнению с фотополимеризацией на основе свободных радикалов, катионная фотополимеризация имеет следующие преимущества:
1.Безповерхностная кислородная блокировка
2.Глубина отверждения большая, превосходит систему свободных радикалов
3.Сжимаемость мала, хорошая адгезия к подложке, отличная стойкость к химическим веществам, устойчива к кипячению
4.В процессе отверждения не используется растворитель, нет выбросов вредных веществ, экологично.
Ⅲ.Применение алициклической эпоксидной смолы в композиционных материалах
На основе низковязкой алкильной эпоксидной смолы, обладающей хорошей технологичностью, высокой термостойкостью, небольшим усадкой при отверждении, хорошими электрическими свойствами, а также устойчивостью к ультрафиолетовому излучению и атмосферным воздействиям, можно применять в композитных материалах, требующих высокой термостойкости, высокой устойчивости к ультрафиолетовому старению и быстрого отверждения.
⑴ Высокая устойчивость к погодным условиям
Из-за уникального способа синтеза циклоалифатных эпоксидных смол, при котором не происходит введения ароматических эфирных связей, в процессе длительной старения крайне сложно образование бензохиноновых групп, что обеспечивает исключительно высокую устойчивость к ультрафиолетовому излучению, что было подтверждено многолетним использованием на открытом воздухе. В настоящее время на рынке представлены основные системы композитных рамок, состоящие из ароматических полиуретанов/стекловолоконных экструзионных профилей + системы атмосферостойких покрытий, которые обеспечивают требования к долговечности в 25 лет.
⑵ Высокая термостойкость
Из-за высокой плотности сшивания эпоксидов на основе циклоалкана с ангидридами или катионами, сшитые материалы обладают отличной термостойкостью, температура стеклования может достигать более 200℃. Они могут быть использованы в сочетании с эпоксидной смолой на основе бисфенола А для изделий, требующих высокой термостойкости, таких как изоляционные стержни, высокотемпературные насосные штанги, сердцевины резинотехнических кабелей, высокотемпературные баллоны, трубы и т.д.
⑶ Высокая изоляция
В циклических алифатических эпоксидных смолах эпоксидные группы получают из олефиновых промежуточных продуктов через пероксидные реакции, поэтому содержание хлоридов низкое, диэлектрические потери крайне низкие, а объемное сопротивление высокое; таким образом, в электрической промышленности, а также в таких отраслях, как ламинированные плиты или медно-обложенные плиты, можно применять циклические алифатические эпоксидные смолы для повышения изоляционных свойств.
⑷ Быстрая полимеризация
Благодаря чрезвычайно высокой скорости реакции и длительному периоду работы при комнатной температуре, алициклические эпоксикатионы могут применяться в тех областях, где важна производительность, например, для повышения скорости реакции пултрудированных и намотанных изделий; они также могут использоваться в процессе RTM для повышения производительности.
⑸ Устойчивые к погодным условиям прозрачные композитные материалы
На основе превосходных характеристик устойчивости к погодным условиям алифатических соединений, а также с проведением определенной модификации для повышения прочности и показателя преломления, можно получить устойчивые к погодным условиям и прозрачные изделия из смолы/стекловолокна.
⑹ Без белых точек пропиточный материал
Жирноциклические эпоксидные катионы обладают очень высокой скоростью реакции при повышенных температурах и длительным сроком обработки при комнатной температуре, а катионные отвердители полностью растворимы в смоле, что позволяет производить изделия без белых пятен.
⑺ Специальное применение — ремонт лопастей ветряных турбин при низких температурах
Ветровые лопасти являются одним из ключевых компонентов ветряных электростанций, составляя более 15% от общей стоимости оборудования, и должны выдерживать эксплуатацию в течение 20 лет. Однако в реальных условиях эксплуатации лопасти подвергаются воздействию различных агрессивных сред в воздухе, молний, града, дождя и снега, а также колебаниям температур, что постоянно угрожает их целостности. В настоящее время ультрафиолетовое (UV) отверждаемое циклоалкоксидное эпоксидное смола может эффективно решить эту проблему.
