| Тип смолы | Массовая доля эпоксидных групп, % | Вязкость, мПа·с | Рекомендуемый отвердитель | Соотношение смола:отвердитель |
|---|---|---|---|---|
| ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) | 20,0-22,5 | 13 000-20 000 | ПЭПА, ТЭТА, Этал-45М | 10:1 (ПЭПА/ТЭТА), 2:1 (Этал-45М) |
| ЭД-22 (ГОСТ 10587-84) | До 23,6 | 8 000-12 000 | ПЭПА, ТЭТА | 10:1 |
| ЭД-16 | Около 16 | 6 000-10 000 | ПЭПА, ТЭТА | 10:1 |
| Смолы для инфузии (модифицированные) | 18-24 | 200-700 | Специальные аминные | Согласно технической документации |
| Системы RTM | 18-22 | 150-500 | Циклоалифатические | 100:20-30 |
| Тип системы | Температура отверждения, °C | Время желатинизации | Полное отверждение | Доотверждение |
|---|---|---|---|---|
| ЭД-20 + ПЭПА (холодное) | 20-25 | 25-60 мин | 24 часа | 7-28 суток или 3-4 ч при 60-80°C |
| ЭД-20 + ТЭТА (холодное) | 10-25 | 20-40 мин | 24 часа | До 72 ч при 20°C или 4-5 ч при 70-80°C |
| ЭД-20 + Этал-45М | От -10 | 40-90 мин | 48 часов при 20°C | 6 ч при 60°C |
| Инфузионные системы | 20-30 | 90-120 мин | 24-48 часов | Короткий цикл при 60-100°C |
| Ангидридное отверждение | 120-180 | - | 2-8 часов при 150°C | Не требуется |
| Тип композиции | Модуль упругости, МПа | Прочность при растяжении, МПа | Прочность при изгибе, МПа | Температура стеклования, °C |
|---|---|---|---|---|
| ЭД-20 без наполнителя | 3 000-4 500 | 60-80 | 80-120 | 50-65 |
| ЭД-20 + ТЭТА (оптимизированная) | 3 200-3 800 | 70-90 | 100-135 | 60-75 |
| Модифицированные системы для композитов | 3 500-4 200 | 55-70 | 120-140 | 80-100 |
| Высокотемпературные системы | 4 000-5 000 | 60-85 | 115-150 | 160-180 |
| С наномодификаторами | 4 200-6 500 | 90-140 | 140-180 | 65-85 |
Классификация эпоксидных связующих
Эпоксидные связующие представляют собой олигомерные продукты конденсации эпихлоргидрина с дифенилолпропаном. Выбор конкретной марки смолы определяется требованиями к вязкости, реакционной способности и конечным свойствам полимерной матрицы композита. Массовая доля эпоксидных групп служит основным классификационным признаком и обозначается цифровым индексом в маркировке.
Технологические процессы производства композитных изделий налагают специфические требования к связующему. Вакуумная инфузия требует низкой вязкости для качественной пропитки армирующих материалов, тогда как ручная выкладка допускает использование более вязких составов. Температурный режим эксплуатации готового изделия диктует необходимость обеспечения определенного значения температуры стеклования полимерной матрицы.
Диановые смолы базового назначения
Эпоксидная смола ЭД-20
Смола ЭД-20 регламентируется ГОСТ 10587-84 и содержит от двадцати до двадцати двух с половиной процентов эпоксидных групп по массе. Вязкость неотвержденной смолы составляет от тринадцати до двадцати тысяч миллипаскаль-секунд при температуре двадцать пять градусов Цельсия. Данная характеристика делает затруднительным прямое применение ЭД-20 в процессах пропитки без предварительной модификации активными разбавителями.
Химическая структура представлена молекулами различной длины, где преобладают олигомеры с одним-двумя звеньями бисфенола А. Такое распределение обеспечивает оптимальный баланс между реакционной способностью и технологическими свойствами. Срок хранения смолы составляет двенадцать месяцев при температуре не выше сорока градусов Цельсия, что требует соблюдения складских условий.
Эпоксидная смола ЭД-22
Смола ЭД-22 характеризуется содержанием эпоксидных групп до двадцати трех целых шести десятых процента. Динамическая вязкость находится в диапазоне от восьми до двенадцати тысяч миллипаскаль-секунд, что соответствует меньшей степени полимеризации по сравнению с ЭД-20. Время желатинизации составляет восемнадцать часов, обеспечивая расширенное технологическое окно для формования крупногабаритных изделий.
Сравнение с зарубежными аналогами
Международная практика использует параметр эпоксидного эквивалента для характеристики смол. Корейская смола KER-828 с диапазоном эквивалента от ста восьмидесяти четырех с половиной до ста девяноста соответствует требованиям к ЭД-22 и после корректировки вязкости может удовлетворять спецификации ЭД-20. Китайский аналог SM-828 обеспечивает увеличенный срок хранения до двадцати четырех месяцев.
↑ К оглавлениюСистемы отверждения для композитов
Аминные отвердители холодного отверждения
Полиэтиленполиамин представляет собой смесь этиленовых полиаминов с характерным желтоватым оттенком и резким запахом. Оптимальное количество ПЭПА составляет от десяти до пятнадцати граммов на сто граммов смолы ЭД-20. Процесс желатинизации занимает от двадцати пяти до шестидесяти минут в зависимости от температуры окружающей среды.
Триэтилентетрамин отличается прозрачностью и бесцветностью, что делает его предпочтительным для изготовления изделий, требующих высокой оптической чистоты. Рекомендуемое соотношение составляет сто частей смолы к десяти частям ТЭТА. Отвержденные композиции демонстрируют повышенную стойкость к температурным воздействиям, механическим нагрузкам и химическим реагентам по сравнению с системами на основе ПЭПА.
Модифицированные системы отверждения
Отвердитель Этал-45М характеризуется пониженной токсичностью и способностью работать при отрицательных температурах до минус десяти градусов Цельсия. Соотношение смеси составляет две части смолы к одной части отвердителя. Темно-коричневая окраска готового состава ограничивает применение на открытых поверхностях без последующей декоративной отделки, однако обеспечивает технологические преимущества при производстве конструкционных композитов.
Ангидридное отверждение
Изометилтетрагидрофталиевый ангидрид применяется для горячего отверждения эпоксидных смол при температурах от ста двадцати до ста восьмидесяти градусов Цельсия. Процесс обеспечивает высокие диэлектрические свойства, термостойкость и влагостойкость отвержденного полимера. Количество ангидрида составляет от пятидесяти до ста процентов массы смолы в зависимости от присутствия катализатора.
↑ К оглавлениюСпециализированные смолы для технологий переработки
Связующие для вакуумной инфузии
Вакуумная инфузия требует вязкости связующего не более четырехсот миллипаскаль-секунд при рабочей температуре для обеспечения качественной пропитки армирующих волокон. Базовые смолы типа ЭД-20 с вязкостью тринадцать-двадцать тысяч миллипаскаль-секунд не подходят для данного процесса без модификации многофункциональными разбавителями.
Модифицированные инфузионные системы содержат эпоксидные смолы с молекулярной массой от трехсот сорока до четырехсот тридцати и активные разбавители. Жизнеспособность смеси составляет от девяноста до ста двадцати минут, что позволяет производить крупногабаритные детали. Температура стеклования готового композита должна превышать температуру эксплуатации минимум на тридцать градусов Цельсия.
Системы для RTM процесса
Технология трансферного формования требует низкой вязкости от ста пятидесяти до пятисот миллипаскаль-секунд для инжекции связующего в закрытую форму под давлением. Циклоалифатические отвердители обеспечивают увеличенную жизнеспособность при сохранении приемлемой скорости отверждения. Системы могут отверждаться при комнатной температуре или в коротком цикле при температуре от шестидесяти до ста градусов Цельсия.
Высокотемпературные композиции
Специализированные смолы для оснастки и конструкционных деталей обеспечивают температуру стеклования до ста семидесяти-ста восьмидесяти градусов Цельсия. Отверждение проводится ступенчато с постепенным повышением температуры для минимизации внутренних напряжений. Такие системы применяются в производстве форм для автоклавного формования и деталей, эксплуатируемых при повышенных температурах.
↑ К оглавлениюВлияние рецептуры на свойства композитов
Механические характеристики полимерной матрицы
Ненаполненная отвержденная смола демонстрирует модуль упругости от трех до четырех с половиной тысяч мегапаскалей и прочность при растяжении около шестидесяти-восьмидесяти мегапаскалей. Введение модификаторов позволяет увеличить эти показатели в полтора-два раза. Композиции на основе ЭД-20 с оптимизированным соотношением ТЭТА показывают прочность при изгибе от ста до ста тридцати пяти мегапаскалей.
Модификация нанопорошками оксида алюминия приводит к существенному росту деформационно-прочностных характеристик. Исследования показывают значительное улучшение механических свойств при оптимальном содержании нанонаполнителя от трех до пяти процентов по массе. Модуль упругости может возрастать до шести с половиной гигапаскалей.
Влияние режима отверждения
Температурно-временной режим полимеризации определяет степень сшивки и остаточные напряжения в материале. Холодное отверждение при комнатной температуре в течение двадцати четырех часов обеспечивает набор базовых прочностных характеристик. Последующая термообработка при температуре семьдесят-восемьдесят градусов Цельсия в течение четырех-пяти часов повышает физико-механические свойства.
Горячее отверждение ангидридными системами при температурах ста пятидесяти-ста восьмидесяти градусов Цельсия формирует плотную трехмерную сетку с высокой теплостойкостью. Продолжительность процесса варьируется от двух до восьми часов в зависимости от массы изделия и конфигурации формы. Ступенчатый нагрев с выдержками на промежуточных температурах минимизирует термические деформации.
Армирующие наполнители и композитная структура
Введение непрерывных волокон кардинально изменяет механические свойства композита. Модуль упругости однонаправленного слоя определяется правилом смеси как сумма произведений модулей компонентов на их объемное содержание. Варьирование типа волокон и степени армирования позволяет получать материалы с заданными характеристиками от восьмидесяти до ста сорока гигапаскалей.
