Żywice epoksydowe

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. Dalsze prace nad ich odkryciem licencjonowała szwajcarska firma Ciba, której pracownikiem był dr Castan., a która stała się jednym z trzech wiodących producentów epoksydów na świecie. Wyodrębniony wydział epoksydów firmy Ciba został w roku 1990 sprzedany amerykańskiemu koncernowi Huntsman, stając się częścią dywizji  „Advanced Materials”. Obecnie firma Huntsman należy do czołówki światowych producentów epoksydów.

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 firmy Huntsman 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. Stworzona przez nich marka Araldite jest znana na całym świecie, w każdej z dziedzin przemysłu kompozytowego.

Pierwszą z dziedzin, w której wytwarzano elementy na matrycy epoksydowej było lotnictwo. Już ponad 60 lat temu wiodący producenci samolotów zwrócili się do firmy Huntsman o pomoc w doborze materiałów do produkcji nowych struktur lotniczych. Obecnie żywice marki AralditeÒ wykorzystywane są w większości elementów kompozytowych stosowanych w najnowszej generacji samolotów i przyczyniły się do rozpowszechnienia lżejszych i mocniejszych kompozytów opartych na włóknach węglowych. Nowe modele samolotów wytwarzane są 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. W ostatnich latach firma Huntsman uczestniczyła w wielu przełomowych projektach z branży motoryzacyjnej, czego przykładem może być wybór nowego systemu AralditeÒ do wytwarzania pierwszego podwozia z włókien węglowych w Lamborghini Aventador LP700-4.

                 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. Huntsman oferuje szeroką gamę systemów żywic epoksydowych zatwierdzonych przez Germanischer Lloyd (GL), które spełniają rygorystyczne wymagania dotyczące wydajności przetwarzania i produkcji łopat.

                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