Технологія виробництва епоксидних смол
Міністерство освіти та науки РФ
Державний загальноосвітній заклад
Вищої професійної освіти
Володимирський державний університет імені О.Г. та Н.Г. Столетових
Кафедра полімерних матеріалів
Технологія виробництва епоксидних смол
епоксидний смола пінопласт компаунд
1. Епоксидні смоли
1.1 Технологічний процес виготовлення епоксидної смоли
1.2 Затвердіння епоксидних смол
1.3 Взаємодія епоксидних смол з різними затверджувачами
1.4 Марки епоксидних смол
2. Області застосування
2.1 Епоксидні компаунди
2.1.1 Епоксидні формувальні компаунди
2.1.2 Епоксидні смоли для інструменту та пристроїв
2.1.2.1 Форми з епоксидних смол для заливальних та формувальних компаундів
2.1.2.2 Епоксидні смоли для матриць
2.1.2.3 Системи із епоксидних смол для штампування металу.
2.1.3 Лиття, заливання, капсулювання, герметизація.
2.1.4 Склопластики на основі епоксидних смол
2.1.5 Клеї на основі епоксидних смол
2.1.6 Марки епоксидних композицій
2.2 Пінопласти з епоксидних смол
2.1 Хімічні пінопласти
2.2 Синтактичні пінопласти
2.3 Покриття епоксидними порошками
3. Технологія герметизації занурювального насоса епоксидним компаундом
3.1 Характеристика сировини
3.2 Опис принципу роботи лінії
3.3 Вибір обладнання
Список використаної літератури
Технологічна схема лінії герметизації епоксидним компаундом
Виробництво епоксидних смол почалося з досліджень, що проводяться в США та Європі напередодні другої світовоївійни. Перші смоли - продукти реакції епіхлоргідрину з бісфенолом А - були отримані в промислових масштабах у 1947 р. За 10 років рівень їх виробництва склав понад 13,6 тис. т., у наступні шість років рівень виробництв їх збільшився в 3 рази. Наприкінці 50-х років було отримано нові епоксидні смоли, відмінні від диглицидилового ефіру; наприкінці 1960 р. промисловістю освоєно виробництво щонайменше 25 типів смол. На цьому етапі термін «епоксидна смола» стає загальним і нині застосовується до великого сімейства матеріалів.
Епоксидні смоли відносяться до класу термореактивних пластиків і подібні до таких матеріалів як феноли та поліефіри. Низка цінних властивостей епоксидних смол привела до їх широкого застосування в промисловості. Епоксидні смоли універсальні внаслідок своєї незначної усадки, легкості затвердіння, гарної хімостійкості та надзвичайно високої міцності клейового з'єднання.
1. Епоксидні смоли
Епоксидна смола - олігомери, що містять епоксидні групи і здатні під дією затверджувачів (поліамінів та ін) утворювати зшиті полімери. Найбільше практичне та широке застосування для отримання епоксидних смол знайшли дифенілолпропан (діан або бнсфенол А) та епіхлоргідрин. Реакція одержання епоксидної смоли протікає за схемою, зображеною на рис. 1.
Реакція протікає у лужному середовищі у присутності розчину NaОН. Нижче наводяться зразкова рецептура та технологія виготовлення епоксидної смоли.
Дифенілолпропан - 100 масових частин (1,0 моль)
Епіхлоргідрин - 93 масових частин (2,3 моля)
Їдкий натр (10-процентнин розчин) - 35 масових частин (2,0 моля)
1.1 Технологічний процес виготовлення епоксидної смоли
У реактор із нержавіючої сталі з пароводяноюсорочкою та мішалкою завантажують епіхлоргідрин і нагрівають до 40-50 °С. При працюючій мішалці поступово вводять дифенілолпропан. Після розчинення дифеніл пропану і отримання однорідного розчину тонким струменем з мірника додають розчин їдкого натру і при 60-70 ° С проводять процес конденсації, який триває 1,5-2ч. Весь цей час мішалка має працювати. Після цього вимикають обігрів апарату, завантажують воду, продовжуючи перемішування. Після припинення перемішування смолі, що утворилася, дають відстоятися. Поділ шарів відбувається швидше за 40-50 °С. Водний шар (зверху), що відстоявся, відокремлюють, а смолу, що залишилася, промивають теплою водою при 40-50 °С. Кількість води визначається за обсягом (зазвичай дво-, триразове). Промивання (перемішування, відстоювання з наступним відділенням водного шару) триває до видалення кухонної солі, що утворилася при реакції. Промивання контролюється пробою (промивних вод) на присутність хлору та лугу.
Сушіння смоли проводиться в тому ж апараті. Для цього смолу нагрівають до 40-50 ° С, підключають холодильник за прямою схемою (з вакуумом) і сушать до припинення конденсації води в холодильнику і спінювання смоли. Сушіння смоли виробляють і без вакууму-при атмосферному тиску і температурі близько 120°С. Сушіння смоли продовжується до отримання прозорої проби смоли при 20-25 °С. Готова смола зливається в алюмінієву тару.
Залежно від молярного співвідношення вихідних компонентів кінцеві продукти можуть бути рідкими, в'язкими та твердими.
У зв'язку з тим, що промивання рідкої (низкомолекулярної) смоли проводити значно легше, ніж в'язкою (високомолекулярною), спочатку отримують низькомолекулярні смоли, які потім сплавляють з необхідною за розрахунком кількістю дифеніл пропану і при цьому отримуютьнеобхідні високомолекулярні смоли.
Епоксидні смоли є рідкими, в'язкими або твердими прозорими термопластичними продуктами від світлого до темно-коричневого кольору. Вони легко розчиняються в ароматичних розчинниках, складних ефірах, ацетоні, але не утворюють плівок, тому що не тверднуть у тонкому шарі (плівка залишається термопластичною).
Епоксидні смоли за своєю будовою є простими поліефірами, що мають по кінцях епоксигрупи, які є дуже реакційними (рис. 2).
При дії на епоксидні смоли сполук, що містять рухомий атом водню, вони здатні твердіти з утворенням тривимірних неплавких і нерозчинних продуктів, що мають високі фізико-технічні властивості. Таким чином, термореактивними є не самі епоксидні смоли, а їх суміші з затверджувачами та каталізаторами.
Як затверджувачі для епоксидних смол застосовуються різні речовини: діаміни (гексаметилендіамін, метафенілендіамін, поліетиленполіамін), карбонові кислоти або їх ангідриди (малеїновий, фталевий).
Епоксидні смоли в суміші з вищезазначеними затверджувачами утворюють термореактивні композиції, що мають цінні властивості:
• високою адгезією до поверхні матеріалу, де вони твердіють;
• високими діелектричними властивостями;
• високою механічною міцністю;
• гарною хімостійкістю та водостійкістю;
• при затвердінні не виділяють летких продуктів і відрізняються малою усадкою (2-2,5%).
Високі фізико-технічні властивості епоксидних смол, що відрізняють їх від багатьох інших смол, визначаються будовою їх молекули, а головним чином наявністю епокси групи.
Зміст епоксигруп у смолі є однією з найважливіших характеристик епоксиднихсмол, що визначає кількість затверджувача, необхідного для затвердіння смоли. Вміст епоксидних груп у смолі може бути виражений:
1. Кількість епоксидних груп у масових відсотках. За епоксидну групу приймають еквівалентну масу групи, що дорівнює 43 (рис. 3).
2. Епоксидним числом, що дорівнює кількості грам-еквівалентів епоксидних груп у 100 г смоли.
3. Епоксидним еквівалентом, що дорівнює масі смоли в грамах, що містить 1 грам-еквівалент епоксидних груп.
Метод визначення епоксидних груп заснований на взаємодії епоксигруп із соляною кислотою та утворенням хлоргідрину за схемою (рис.4)
Крім вмісту епоксидних груп у готових смолах визначають:
3) температуру розм'якшення або краплини (для твердих смол типу ЕД-);
4) в'язкість (для рідких смол типу ЕД-5 та ЕД-6);
5) розчинність в ацетоні.
1.2 Затвердіння епоксидних смол
Для затвердіння епоксидних смол застосовуються з'єднання двох типів:
1) Кислі затверджувачі, до яких належать різні дикарбонові кислоти або їх ангідриди (малеїновий ангідрид, фталевий ангідрид, метилтетрагідрофталевий ангідрид, ендікангідрид, додеценілянтарний ангідрид). Для затвердіння епоксидних смол цими затверджувачами потрібна підвищена температура 100-200°С, тому цей вид затверджувачів називається затверджувачами гарячого затвердіння.
2) Амінні затверджувачі, до яких належать різні аміни (поліетиленполіамін, гексаметилендіамін, метафенілендіамін). Затвердіння амінами (крім деяких, як, наприклад, триетаноламін, диціандіамід) відбувається при нормальній температурі або невеликому нагріванні (70-80 ° С). Тому ця група називається затверджувачами холодного затвердіння.
Найбільш високі фізико-технічні властивостікомпозиції виходять при гарячому затвердінні. Властивості затверджувачів наведено у таблиці 1.