Основные сведения об эпоксидных смолах и эпоксидных клеях

　　(1) Понятие эпоксидной смолы:
　　Эпоксидная смола — это общий термин, обозначающий полимерные соединения, в молекулярной цепи которых содержится две или более эпоксидных групп; это разновидность термореактивной смолы, представителем которой является эпоксидная смола на основе бисфенола А.
　　(2) Характеристики эпоксидных смол (как правило, речь идёт об эпоксидных смолах на основе бисфенола А)
　　1. Высокая прочность сцепления: Среди синтетических клеев эпоксидно-смоляные клеи занимают одно из ведущих мест по прочности сцепления.
　　2. При отверждении наблюдается низкая усадка; среди клеев эпоксидные клеи характеризуются наименьшей степенью усадки, что является одной из причин высокой прочности сцепления эпоксидных клеев после отверждения. Например:
　　Фенольная смоляная клейкая композиция: 8–10%; органическая силиконовая смоляная клейкая композиция: 6–8%.
　　Клеевой состав на основе полиэфирной смолы: 4–8%; клеевой состав на основе эпоксидной смолы: 1–3%
　　После модификации коэффициент усадки эпоксидного клея можно снизить до 0,1–0,3%, при этом коэффициент теплового расширения составит 6,0 × 10⁻⁵/°C.
　　3. Превосходная химическая стойкость: эфирные группы, бензольные кольца и алифатические гидроксильные группы в системе отверждения не подвергаются легкому разрушению под действием кислот или щелочей. Изделие может эксплуатироваться в течение двух лет в морской воде, нефти, керосине, 10%-ном растворе H₂SO₄, 10%-ном растворе HCl, 10%-ном растворе уксусной кислоты, 10%-ном растворе NH₃, 10%-ном растворе H₃PO₄ и 30%-ном растворе Na₂CO₃; оно может быть погружено при комнатной температуре на шесть месяцев в 50%-ный раствор H₂SO₄ и 10%-ный раствор HNO₃; после месячного погружения в 10%-ный раствор NaOH (при 100°C) его эксплуатационные характеристики остаются неизменными.
　　4. Превосходная электрическая изоляция: Диэлектрическая прочность эпоксидной смолы может превышать 35 кВ/мм.
　　5. Обладает превосходными технологическими свойствами, стабильными размерами изделия, высокой долговечностью и низким водопоглощением.
　　Хотя эпоксидные смолы на основе бисфенола А, безусловно, обладают множеством преимуществ, они также имеют и определённые недостатки:
　　①. Рабочая вязкость высока, что может несколько затруднять выполнение работ.
　　②. Отверждённый материал хрупок и обладает низкой удлинённостью.
　　③. Низкая прочность на отрыв.
　　④. Низкая стойкость к механическому и термическому удару.
　　(3) Применение и развитие эпоксидных смол
　　1. История развития эпоксидных смол:
　　Эпоксидная смола была запатентована в Швейцарии в 1938 году П. Кастамом, а первые эпоксидные клеи были разработаны компанией Ciba в 1946 году. В 1949 году С. О. Кринти в США разработал эпоксидные лакокрасочные покрытия, тогда как Китай приступил к промышленному производству эпоксидной смолы в 1958 году.
　　2. Применение эпоксидной смолы:
　　① Красочно-лаковая промышленность: эпоксидная смола является наиболее широко применяемым материалом в этой отрасли; среди наиболее распространённых сегодня — водоразбавляемые лакокрасочные материалы, порошковые покрытия и высокосодержащие лакокрасочные составы. Она может быть обширно использована в таких отраслях, как трубопроводное и контейнерное производство, автомобилестроение, судостроение, аэрокосмическая отрасль, электроника, производство игрушек и изделий народных промыслов.
　　②Электронная и электротехническая отрасль: эпоксидно-смоляные клеи могут применяться в качестве материалов для электроизоляции, например для герметизации и заливки выпрямителей и трансформаторов; для герметизации и защиты электронных компонентов; для изоляции и склеивания электромеханических изделий; для герметизации и склеивания аккумуляторов; а также для поверхностного покрытия конденсаторов, резисторов и индуктивностей.
　　③ Отрасли производства металлоизделий, ремесленных изделий и спортивных товаров: могут использоваться для таких изделий, как вывески, аксессуары, торговые знаки, металлоизделия, ракетки, рыболовные снасти, спортивное оборудование и ремесленные изделия.
　　④ Оптоэлектронная промышленность: может использоваться для герметизации, заливки и склеивания таких изделий, как светодиоды (LED), цифровые индикаторы, пиксельные трубки, электронные экраны и светильники на светодиодах.
　　⑤ Строительная отрасль: также широко применяется в таких областях, как строительство дорог, мостов, напольных покрытий, стальных конструкций, возведение зданий, нанесение настенных покрытий, сооружение насыпей, инженерные проекты и реставрация культурных памятников.
　　⑥ Клеи, герметики и композитные материалы: включая склеивание различных материалов, таких как лопасти ветряных турбин, изделия народных промыслов, керамика и стекло; ламинирование листов из углеродного волокна; а также герметизация микроэлектронных материалов и др.
　　(4) Свойства эпоксидного клея
　　1. Эпоксидные клеи получают путём дальнейшей переработки эпоксидных смол или модификации их свойств с целью соответствия конкретным эксплуатационным требованиям. Как правило, эпоксидные клеи необходимо применять совместно с отвердителем, и полное отверждение наступает только после тщательного перемешивания компонентов. Обычно эпоксидные клеи называют «клеем А» или «основным компонентом», тогда как отвердитель — «клеем B» или «отвердителем» (укрепляющим веществом).
　　2. Основными характеристиками эпоксидного клея до отверждения являются: цвет, вязкость, удельный вес, соотношение компонентов при смешивании, время гелеобразования, рабочее время, время отверждения, тиксотропия (предел текучести), твёрдость и поверхностное натяжение.
　　Вязкость: относится к внутреннему фрикционному сопротивлению, возникающему в коллоиде при его течении; её величина определяется такими факторами, как тип вещества, температура и концентрация.
　　Время гелеобразования: отверждение клея — это процесс перехода из жидкого состояния в твёрдое. Время гелеобразования — это промежуток времени от начала реакции клея до момента, когда клеевая масса начинает приближаться к твёрдому состоянию; оно определяется такими факторами, как соотношение компонентов эпоксидного клея и температура.
　　Тиксотропия: это свойство заключается в том, что при воздействии внешних сил (например, встряхивания, перемешивания, вибрации или ультразвуковой обработки) коллоид становится менее вязким; после прекращения действия этих внешних факторов коллоид вновь приобретает свою первоначальную вязкость.
　　Твёрдость: относится к способности материала сопротивляться вдавливанию, царапанию и другим внешним воздействиям. В зависимости от применяемого метода испытания выделяют различные виды твёрдости, включая твёрдость по Шору, твёрдость по Бринеллю, твёрдость по Роквеллу, твёрдость по Моосу, твёрдость по Барколу и твёрдость по Виккерсу. Числовое значение твёрдости зависит от типа используемого прибора для измерения твёрдости. Среди широко применяемых приборов для измерения твёрдости прибор по Шору отличается простой конструкцией и хорошо подходит для контроля на производстве. Приборы по Шору подразделяются на типы A, C и D: тип A используется для измерения мягких эластомеров, тогда как типы C и D — для измерения полутвёрдых и твёрдых эластомеров.
　　3. Основные свойства, отражающие характеристики эпоксидных клеев после отверждения, включают: удельное сопротивление, диэлектрическая прочность, водопоглощение, прочность на сжатие, прочность при растяжении (на разрыв), прочность при сдвиге, прочность на отслаивание, ударную вязкость, температуру теплового изгиба, температуру стеклования, внутренние напряжения, химическую стойкость, относительное удлинение при разрыве, коэффициент теплового расширения, теплопроводность, диэлектрическую проницаемость, атмосферостойкость и устойчивость к старению.
　　Удельное сопротивление: Свойства материала, определяющие его электрическое сопротивление, обычно оценивают либо по поверхностному удельному сопротивлению, либо по объёмному удельному сопротивлению. Проще говоря, поверхностное удельное сопротивление — это сопротивление, измеряемое между двумя электродами, расположенными на одной и той же поверхности; его единица — ом (Ω). С учётом геометрии электродов и значений сопротивления, после соответствующих расчётов можно определить поверхностное удельное сопротивление на единицу площади — то есть сопротивление, которое 1 см² диэлектрика оказывает току утечки; его единицы — Ом·м или Ом·см. Чем выше удельное сопротивление, тем лучше изоляционные свойства материала.
　　Испытательное напряжение (также известное как диэлектрическая прочность): чем выше напряжение, подаваемое на зажимы диэлектрического материала, тем сильнее электрическая сила, действующая на заряды внутри этого материала, что повышает вероятность ионизационных столкновений и в конечном счёте приводит к пробою диэлектрика. Минимальное напряжение, необходимое для возникновения пробоя диэлектрика, называется пробивным напряжением данного материала. Когда изоляционный материал толщиной 1 миллиметр подвергается пробою, соответствующее этому напряжение в киловольтах называется диэлектрической прочностью изоляционного материала; обычно её сокращённо обозначают как «испытательное напряжение», а её единицей является кВ/мм. Изоляционные свойства изоляционного материала тесно связаны с температурой: чем выше температура, тем хуже его изоляционные характеристики. Для обеспечения достаточной изоляционной прочности каждый тип изоляционного материала имеет определённую максимально допустимую рабочую температуру — при температуре ниже этой величины материал можно безопасно эксплуатировать в течение длительного времени; если же эта температура превышена, материал быстро стареет.
　　Водопоглощение: представляет собой показатель степени поглощения веществом воды. Оно определяется как процентное увеличение массы при погружении вещества в воду на заданное время при определённой температуре.
　　Предел прочности при растяжении: Предел прочности при растяжении — это максимальное растягивающее напряжение, которое материал способен выдержать до разрушения при растяжении. Также его называют разрушающей силой, разрушающей прочностью, сопротивлением растяжению или пределом прочности при растяжении. Единица измерения — МПа.
　　Сдвиговая прочность: также называется сдвиговым сопротивлением; под ней понимается максимальная нагрузка, которую может выдержать заданная склеенная площадь при приложении нагрузки параллельно поверхности склейки; в качестве единицы измерения обычно используется МПа.
　　Прочность на отрыв: также называется сопротивлением отрыву и представляет собой максимальную нагрузку на разрушение, которую может выдержать единица ширины. Это показатель несущей способности провода, выражаемый в кН/м.
　　Удлинение: относится к увеличению длины коллоида под действием растягивающего напряжения, выражаемому в процентах от его первоначальной длины.
　　Температура теплового прогиба под нагрузкой: это показатель термостойкости отверждённого материала. Образец отверждённого материала погружают в подходящую теплоносительную среду, которая нагревается с постоянной скоростью; при этом на образец действует статическая изгибная нагрузка в конфигурации балки с простой опорой. Температуру, при которой прогиб образца достигает заданного значения, регистрируют как температуру теплового прогиба, сокращённо — HDT.
　　Температура стеклования: Приблизительная середина относительно узкого температурного диапазона, в течение которого отверждённый материал переходит из стеклообразного состояния в аморфное, высокоэластичное или жидкое состояние (или наоборот), называется температурой стеклования; она обычно обозначается как Tg и служит показателем термостойкости.
　　Внутреннее напряжение — это напряжение, возникающее внутри коллоида (материала) вследствие дефектов, изменений температуры, воздействия растворителя и других факторов, даже при отсутствии внешних сил.
　　Химическая стойкость: относится к способности выдерживать воздействие кислот, щелочей, солей, растворителей и других химических веществ.
　　Огнестойкость — это способность материала сопротивляться воспламенению при воздействии пламени либо подавлять дальнейшее горение после удаления из зоны пламени.
　　Атмосферостойкость: относится к способности материала выдерживать воздействие климатических условий, таких как солнечное излучение, экстремальные температуры, а также ветер и дождь.
　　Старение: после отверждения клей подвергается ряду физических или химических изменений в процессе обработки, хранения и эксплуатации под воздействием внешних факторов, таких как тепло, свет, кислород, вода, радиация, механическое напряжение и химические среды. Эти изменения приводят к сшиванию и хрупкости полимерных материалов, их разрушению с образованием липких фрагментов, изменению цвета и появлению трещин, возникновению шероховатости и пузырьков, поверхностному мелению, расслоению и отслаиванию, а также постепенному ухудшению эксплуатационных характеристик — в конечном счёте клей теряет свои механические свойства и становится непригодным для использования. Это явление называется старением.
　　Диэлектрическая проницаемость — также известная как электропроводность — представляет собой величину электростатической энергии, которую материал способен накапливать на единицу объёма при заданном значении градиента электрического потенциала. Чем выше диэлектрическая проницаемость коллоида (что свидетельствует о его более низком качестве), тем труднее обеспечить полную изоляцию при протекании тока между двумя близко расположенными проводниками — то есть тем вероятнее возникновение определённой степени утечки. Следовательно, в большинстве случаев чем ниже диэлектрическая проницаемость материала, тем лучше. Диэлектрическая проницаемость воды составляет 70, и даже небольшое количество влаги может вызвать существенные изменения.
　　4. Большинство эпоксидных смол являются термореактивными клеями и обладают следующими ключевыми характеристиками: чем выше температура, тем быстрее происходит отверждение; чем большее количество смеси приготовлено за один раз, тем быстрее происходит отверждение; а в процессе отверждения протекают экзотермические реакции.