Żywice epoksydowe

Historia epoksydów sięga lat 20 oraz 30 – stych XX w., kiedy to w Stanach Zjednoczonych dwaj naukowcy - dr Pierre Castan wraz z dr S.O. Greenlee, z powodzeniem przeprowadzili pierwsze próby wytworzenia żywic epoksydowych.
 
Czym jest żywica epoksydowa?

Z chemicznego punktu widzenia jest to oligomeryczny związek zawierający, co najmniej dwie grupy epoksydowe (zwane również grupami oksiranowymi), który pod wpływem związków chemicznych (zwanych utwardzaczami) ulega poliaddycji i sieciowaniu (utwardzaniu). Epoksydy należą do grupy żywic syntetycznych, o bardzo dobrej przyczepności do praktycznie wszystkich grup materiałów, które po utwardzeniu tworzą nierozpuszczalne i nietopliwe struktury. W zależności od masy cząsteczkowej i struktury żywica ta występuje w postaci lepkiej cieczy lub ciała stałego, rozpuszczalnego w ketonach lub węglowodorach alifatycznych. Jako utwardzacze żywic epoksydowych stosowane są: aminy, kwasy karboksylowe, difenole oraz bezwodniki, które dobierane są w zależności od rodzaju żywicy oraz warunków, m. in. temperatury utwardzania.

Ze względu na swoje własności, żywice te znalazły zastosowanie w przemyśle elektrotechnicznym (izolatory), elektronicznym, na rynku wysokowydajnych laminatów przemysłowych i specjalnych oraz do produkcji klejów. W dalszej części artykułu skupiono się na przedstawieniu epoksydów, które znalazły zastosowanie głównie na rynku laminatowych materiałów kompozytowych.

Wybór odpowiedniej żywicy w procesie wytwarzania laminatów jest parametrem krytycznym. Prawidłowo dobrana żywica powinna spełniać założone parametry wytrzymałościowe i zmęczeniowe, być odporna na działanie czynników zewnętrznych, doskonale pokrywać włókna i być łatwą w przetwarzaniu. Z drugiej strony powinna również spełniać wymagania norm i wytycznych dotyczących środowiska oraz BHP a jej cena powinna być dostosowana do założonego poziomu.

Spośród wielu istniejących na rynku rozwiązań najpopularniejszymi są żywice:

Poliestrowa;
Vinyloestrowa;
Epoksydowa.

Każda z wyżej wymienionych żywic ma zespół zalet, ale i również wad, które niejednokrotnie ograniczają ich zastosowanie. Tabela na stronie poświęconej kompozytom „w pigułce” pokazuje cechy definiujące zakres ich stosowania. Bazując na tych informacjach można pokusić się o stwierdzenie, że żywice poliestrowe stosowane są w najprostszych laminatach przemysłowych, którym nie są stawiane wysokie wymagania wytrzymałościowe, żywice vinyloestrowe tam, gdzie głównie wymagana jest odporność na działanie wody z kolei epoksydy w wysokowydajnych strukturach kompozytowych.

Szerokie spektrum zastosowań (klejenie, elektroizolacja, zastosowania w budowie form itd.) pokazują uniwersalność żywic epoksydowych. Oczywiście największy wpływ na ostateczne parametry mają nie same żywice ale prawidłowo dobrane utwardzacze do żywic.


Wieloletnie doświadczenie w wytwarzaniu systemów epoksydowych oraz nacisk położony na rozwój epoksydów, doprowadziły do stworzenia wielu kompozycji epoksydowych dostosowanych do praktycznie każdego z procesów wytwarzania kompozytów. Oferta obejmuje żywice do laminowania ręcznego, infuzji, RTMu, ale również specjalne systemy do pultruzji, nawijania czy wytwarzania preimpregnatów oraz utwardzacze do żywic.

Pierwszą z dziedzin, w której wytwarzano elementy na matrycy epoksydowej było lotnictwo.. Nowe modele samolotów wytwarzane są już w ponad 50% z kompozytów, z których produkuje się m.in. klapy, osłony silników, owiewki, spojlery czy łopatki wentylatorów. Według specjalistów każdy funt masy samolotu to 10 000 $ w kosztach paliwa rocznie, dlatego też taką uwagę przykłada się do zwiększania udziału lekkich i wytrzymałych kompozytów w ogólnej strukturze samolotu.

Potencjał laminatów epoksydowych sprawdzony uprzednio w branży lotniczej spowodował ich wdrożenie również w innych gałęziach przemysłu. Kolejną z branż, w której notujemy znaczny wzrost udziału materiałów kompozytowych jest motoryzacja. Początkowo epoksydy stosowane w wytwarzaniu superszybkich samochodów wyścigowych obecnie znalazły zastosowanie również w modelach samochodów użytkowych wytwarzanych masowo. Kompozytowe maski, dachy czy felgi nie należą już do nowości. W dzisiejszych czasach kompozyty używane są również przy wytwarzaniu elementów konstrukcyjnych czy wałów napędowych i resorów. Poprzez zastąpienie tradycyjnych materiałów kompozytami producenci mogą obniżyć wagę pojazdu, co bezpośrednio przekłada się na zmniejszenie spalania i lepszy stosunek mocy do masy, który zapewni lepszą wydajność.
Na uwagę zasługuje również stale rosnący udział epoksydów na rynku energii odnawialnej. Wyższe oczekiwania dotyczące produkcji energii z siły wiatru doprowadziły do wzrostu wielkości turbin wiatrowych, szczególnie w morskich farmach wiatrowych. Trend zwiększania rozmiaru turbiny stworzył potrzebę większych łopat dla poszerzenia obszaru zasięgu i zdolności do przechwytywania większej ilości energii. Łopaty wirnika o długości 50 metrów, zyskują coraz większy udział w rynku, a 60 metrowe łopaty są coraz powszechniejsze. Zwiększona długość morskich łopat turbin wiatrowych skłania producentów do korzystania z zaawansowanych materiałów kompozytowych oraz innowacyjnych metod produkcji.

Oprócz wyżej wymienionych segmentów rynku stały wzrost zapotrzebowania na żywice epoksydowe notowany jest również w przemyśle sportowym i rekreacyjnym, w budowie wysokiej klasy jachtów, w wytwarzaniu sprzętu wojskowego oraz w produkcji wysokowydajnych kompozytów przemysłowych.
Aktualne prognozy analityków rynku epoksydów przewidują stały wzrost ich udziału w produkcji laminatów. Zwiększenie oczekiwań odbiorców, wyższe wymagania wytrzymałościowe czy zaostrzone normy środowiskowe powodują, że coraz to większa liczba producentów decyduje się na produkcję z zastosowaniem żywic epoksydowych.

Stały rozwój epoksydów pozwala na projektowanie i wytwarzanie struktur kompozytowych, które do niedawna wydawały się niemożliwe do wytworzenia.


Specjalistyczne zastosowania żywic opisują strony:
KLEJE - WWW
ŻYWICE NARZĘDZIOWE -WWW
ZALEWY ELEKTROIZOLACYJNE - WWW
KOMPOZYTY - WWW