رزین اپوکسی
رزین‌ها که در دسته بندی مواد شیمیایی در گروه پلیمرها قرار می‌گیرند، از دو منبع طبیعی و مصنوعی قابل دسترس هستند و به دو فرم نیمه جامد و مایع یافت می شوند که دارای خواص و کاربرد های گوناگون در صنایع میباشند. رزین ها دارای انواع گوناگونی میباشند که پرکاربرد ترین آنها رزین اپوکسی است. اصطلاح اپوکسی به گروه یا خانواده از مواد شیمیایی گفته میشود که در آن پیوند یک اتم اکسیژن با دو اتم کربن وجود داشته باشد. رزین اپوکسی که در محل مورد استفاده قرار می‌گیرد از اختلاط دو بخش رزین و سخت کننده (هاردنر) حاصل میشوند که باعث به وجود آمدن خصوصیات منحصر به فردی برای این ماده میشود. امروزه خانواده بزرگ رزین اپوکسی داراي بالاترین کارایی ها دربین رزین هاي موجود در صنعت است.
رزین اپوکسی عموما درمقاومت‌های شیمیایی و ازهم پاشیدگی‌های ناشی از عوامل محیطی و خواص مکانیکی بالاتر از انواع رزین‌های دیگر هستد که همین امر موجب استفاده تقریبا انحصاری رزین های اپوکسی در قطعات سازه های هوایی گردیده است. از دیگر سو به دلیل چسبندگی بالای این رزین‌ها و مقاومتشان در برابر از هم پاشیدگی ناشی از تماس با آب از آنها به عنوان رزین ایده آل برای استفاده در سازه‌های پیشرفته، صنایع دفاعی، نفت و گاز، صنایع ساختمان و مقاوم سازی، خودروسازی و … استفاده میشود.
انواع رزین
رزین ها به دو دسته رزین های طبیعی و سنتزی تقسیم می شوند.
رزین های طبیعی
رزین این ماده پلیمری از منابع مختلفی از جمله: گیاهان، حشرات و مواد معدنی بدست می آیند . این بسپارها به سادگی شکلپذیر، اما کم دوام هستند. تا قبل از تولید انبوه رزین های سنتزی، انواع طبیعی پرمصرف و رایج بودند. اما با ورود رزین های مصنوعی دامنه کاربرد انواع طبیعی محدودتر شد.
رزین های سنتزی
با پیشرفت علم وصنعت دیگر رزین های طبیعی پاسخگوی نیاز روز نبود در نتیجه محققان و صنعتگران جستجو برای جایگزین مناسب این ماده پرکاربرد را آغاز کردند. پس از تلاش بسیار و با استفاده از رزین های طبیعی انسان توانست اولین رزین سنتزی را تولید کند. این مواد مصنوعی خواص فیزیکی مشابه با انواع طبیعی اما در مجموع برتر از آن ها داشتند. این ترکیبات از نظر قیمت، پایداری، یکنواختی، استحکام و میزان تولید، سرآمد نمونه های طبیعی بودند. از آنجا که در شرایط تحت کنترل رزین سنتزی ساخته می شدند پس میزان تولید ناخالص و خالص نیز حساب شده و دقیق بود.
انواع رزین های سنتزی
- رزین وینیل استات
- رزین پلی استر
- رزین فنولی
- رزین وینیل استر
- رزین اپوکسی
ویژگی های رزین اپوکسی
رزین اپوکسی (Epoxy Resin) مصالحی دو جزئی (ترکیب رزین اپوکسی و هاردنر) با خاصیت چسبندگی بسیار خوب به بسترهای مختلف، مقاومت شیمیایی بالا (بویژه در محیط های شدید اسیدی و قلیایی) و استحکام کششی، فشاری و خمشی بسیار بالا میباشند. قبلا رزین هاي اپوکسی تقریبا تنها به عنوان پوشش سطح استفاده می شد. قبل از جنگ جهانی دوم، بالا بودن هزینه های تولید مانع از تجاري شدن کاربرد رزین اپوکسی شده بود. تلاش هاي بعدي و ابداع روش هاي تولید جدید، موجب پیدایش مقبولیت اقتصادي این رزین ها شد. در حال حاضر نیمی از رزین هاي تولید شده در کاربردهاي روکش سطح استفاده می شود. باقیمانده در صنایع الکتریکی و الکترونیک، هوا فضا و ساختمان وسایر کاربردها، استفاده می شوند.
از مهم ترین ویژگی های رزین اپوکسی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- تطبیق پذیری با بسیاری از مواد و مصالح گوناگون
- سهولت استفاده
- مقاومت در برابر عوامل محیطی
- استحکام و مقاومت کششی، فشاری و خمشی بسیار بالا
- پایداری ابعادی
- عایق عالی الکتریسیته
- و…
در کاربردهاي مهندسی، اغلب به تلفیق خواص مواد نیاز است. به عنوان مثال در صنایع هوافضا، صنعت مقاوم سازی ساختمان، حمل و نقل و امثال آنها، امکان استفاده از یک نوع ماده که همه خواص مورد نظر را فراهم نماید، وجود ندارد. به عنوان مثال در صنایع هوافضا به موادي نیاز است که ضمن داشتن استحکام بالا سبک باشند، مقاومت سایشی خوبی داشته باشند و یا در صنعت مقاوم سازی ساختمان برای بهبود عملکرد ساختمان در مقابل زلزله نیاز است تا از مصالحی با مقاومت بسیار بالا و در عین حال کم وزن استفاده شود. چرا که وزن زیاد ساختمان خود در زلزله بسیار خطرناک است و موجب افزایش خرابی ها میشود.
رزین اپوکسی عایق عالی الکتریسیته بوده و مقاومت حرارتی تا ۱۰۰ درجه سانتی گراد را تحمل می‌کنند. رزین اپوکسی پر کاربردترین رزین مصرفی در صنعت مقاوم سازی با FRP بوده و بعد از رزین های پلی استر غیر اشباع، بیشترین مصرف را در تهیه مواد کامپوزیت FRP دارد. به خاطر بالا بودن قیمت رزین اپوکسی، حجم مصرف آنها در تهیه مواد کامپوزیت FRP کم می‌باشد.
امروزه بسیاری از قطعات کامپوزیتی از جنس پلیمرهای الیاف کربن، شیشه یا آرامید در ترکیب با چسب اپوکسی (رزین اپوکسی و هاردنر) جایگزینن آلیاژهای فلزی مرسوم و کامپوزیت های پلی استر شیشه شده‌اند. چسب اپوکسی در ساخت مخازن تحت فشار، ساخت اعضای مقاومت بالا (کامپوزیت هایی ساخته شده با الیاف کربن و رزین اپوکسی)، جلیقه ضد گلوله (کامپوزیت الیاف آرامید و رزین اپوکسی)، صنایع هواپیما سازی، الکتریکی، ساختمان و صنایع دریایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. رزین اپوکسی کاربردهای مختلفی از قبیل پوشش سطح، کف سازی صنعتی، FRP لاینیگ مخازن و لوله ها و کامپوزیت ها نیز دارند.
کاربرد های رزین اپوکسی
با استفاده از رزین اپوکسی و الیاف FRP تولید ماده کامپوزیت FRP با کیفیت بالا میشود. برای رسیدن به کیفیت نهایی مناسب، نیاز است زمان انتقال و پلیمریزاسیون نسبتا زیادی را در حدود چند ساعت تا چند ده ساعت در درجه حرارت نسبتا بالا بین ۵۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد وجود داشته باشد. از خصوصیات رزین های اپوکسی میتوان نکات زیر را مطرح کرد:
رزین ها و چسب اپوکسی در کاربردهای پیشرفته مانند هواپیماسازی و کاربردهای فضائی و دفاعی و همچنین در بسیاری از بتن های تقویت شده با کامپوزیت مورد استفاده قرار می‌گیرند با این حال بیشترین مصرف را در کارهای مقاوم سازی با FRP داراست. رزین‌های اپوکسی در ویسکوزیته های مختلف در دسترس میباشند و هاردنرهای (مواد پخت یا سخت کننده ها) گوناگونی برای آنها وجود دارد رزین های ایوکسی بسیار مقاوم‌تر از پلی استرهای تجاری و وینیل استرها هستند و برای تقویت اولیه سازه های بتنی بیشتر از رزین اپوکسی استفاده میشود. در ضمن مقاومت قلیایی بیشتری نیز از خود نشان می دهند. اپوکسی ها در دماهای نزدیک به ۳۰۰۰ درجه سانتیگراد پخته میشوند ولی برای مقاوم تر کردن آنها در مقابل دماهای بالاتر لازم است که در هنگام پخت حرارت بیشتری به آنها داده شود. بیشتر اپوکسی های مورد استفاده معمولاً شکل و ابعاد قالب را به خوبی حفظ می کنند. متداولترین عامل پخت چسب های اپوکسی هاردنر دی اتیل تری آمین میباشند. زمان و حرارت لازم برای پخت اپوکسی ها توسط هاردنر به نوع رزین اپوکسی مصرفی بستگی دارد. یک سری مواد تسریع کننده نیز وجود دارند که به رزین های اپوکسی اضافه می شوند تا سرعت پخت را افزایش دهند. میتوان با استفاده از رزین اپوکسی هایی بر پایه نوولاک Novalacc به مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به سایر رزین های اپوکسی دست پیدا کرد.
در صنایع ساختمان نیز به جهت خصوصیات ویژه رزین اپوکسی و برتری این خصوصیات نسبت به سیمان و سایر مواد از آن ها برای موارد زیر نیز استفاده های بسیاری میشود:
- پرکردن و آب بند کردن ترک های سطوح
- چسباندن بتن تازه به بتن سخت شده
- وصله زنی و ترمیم ترک ها
- و…
البته لازم به ذکر است در کار و استفاده از زرین های اپوکسی در کاربردهای مختلف آماده سازی سطوح از اهمیت بسیار ویژه ای برخوردار است.
مزایای رزین اپوکسی
رزین اپوکسی نسبت به رزین پلی استر دارای مزایای زیر میباشند:
- خصوصیات مکانیکی رزین اپوکسی نظیر استحکام کششی، مقاومت خمشی، مقاومت فشاری، مقاومت در برابر شوک، خزش و …، بیشتر از خصوصیات مشابه در رزین های پلی استر می‌باشد
- خصوصیات مکانیکی کامپوزیت ساخته شده توسط رزین اپوکسی تا درجات حرارت حدودا ۱۰۰ درجه سلسیوس تغییر پیدا نمی‌کند.
- رزین اپوکسی دارای محدوه‌ای وسیع از خواص مکانیکی و فیزیکی هستند که توسط افزودن مصالح گوناگون نظیر فیلرها و تیکسوتروفها این مقادیر بهینه و حتی بیشتر نیز می‌گردند.
- در فرآیند پخت رزین اپوکسی با هاردنرهای مختلف مونومرهای فرار و سمی وجود ندارد.
- رزین های اپوکسی در هنگام قالبگیری کامپوزیتی افت بسیار ناچیز (از نیم تا یک درصد) دارند و در هنگام پخت با هاردنر، جمع شدگی بسیار ناچیزی دارند.
- مقاومت رزین اپوکسی در مجاورت با مواد شیمیایی مهاجم و حلال های آلی بسیار عالی می‌باشد.
- چسبندگی رزین اپوکسی به سطوح مورد نظر بتنی و فولادی و نیز الیاف FRP بسیار عالی می‌باشد.
- رزین اپوکسی توانایی اشباع سازی بسیار عالی انواع مختلف الیاف FRP و تقویت کننده ها را دارند.
معایب رزین اپوکسی
- قیمت نسبت به انواع رزین های پلی استر گران تر می‌باشد.
- زمان پخت هاردنر یا زمان پلیمریزاسیون ان نسبتا زیاد بوده و عمل آوری آن به طبع زمان‌بر خواهد بود.
- هاردنر باید با احتیاط حمل شوند و موقع استفاده از هاردنرها دقت زیادی باید صورت گیرد زیرا امکان دارد سبب حساسیت پوستی شود.
- در مجموع رزین اپوکسی به تنهایی زیاد شکل پذیر نبوده و حساس به ترک خوردگی است.
