W materiałach kompozytowych główną funkcją żywicy jest przenoszenie naprężeń między włóknami wzmacniającymi i odgrywanie roli wiązania razem włókien, chroniąc je przed uszkodzeniami mechanicznymi i środowiskowymi. Matryca żywiczna zwykle stosowana do wzmacniania kompozytów polimerowych jest termoplastyczna lub termoutwardzalna. W tym artykule pokrótce przedstawiono charakterystykę kilku popularnych matryc z żywic termoutwardzalnych.
Większość materiałów kompozytowych wykorzystuje w procesie produkcyjnym żywice termoutwardzalne, które są przekształcane z cieczy w ciało stałe w procesie zwanym polimeryzacją lub sieciowaniem. Przy produkcji gotowych produktów żywice termoutwardzalne są „utwardzane” przy użyciu katalizatorów, ciepła lub ich kombinacji. Utwardzonej żywicy termoutwardzalnej nie można przywrócić do pierwotnej postaci płynnej. Typowe tworzywa termoutwardzalne to poliester, ester winylowy, epoksyd i poliuretan.
Nienasycona żywica poliestrowa
Nienasycona żywica poliestrowa (UPR) jest główną siłą w przemyśle materiałów kompozytowych, stanowiąc około 75% całej używanej żywicy. Istnieje wiele surowców i technik przetwarzania, które można wykorzystać do formułowania lub przetwarzania wymaganych właściwości żywic poliestrowych. Poliestry są wszechstronne, ponieważ można je modyfikować lub dostosowywać w procesie budowy łańcuchów polimerowych. Są przydatne w prawie wszystkich obszarach przemysłu materiałów kompozytowych.
Główną zaletą tych żywic jest zachowanie równowagi między wydajnością (w tym mechaniczną, chemiczną i elektryczną), stabilnością wymiarową, kosztami i łatwością obsługi lub przetwarzania. Producenci poliestrów mogą dostarczać żywice o właściwościach niezbędnych do zaspokojenia potrzeb określonych użytkowników końcowych.
Żywica epoksydowa
Żywicę epoksydową można stosować w różnych częściach kompozytowych, konstrukcjach i naprawach betonu. Poprawiając strukturę żywicy, można wytwarzać wiele produktów o różnych poziomach wydajności. W porównaniu z nienasyconą żywicą poliestrową główną zaletą żywicy epoksydowej jest jej mniejszy skurcz.
Żywice epoksydowe można również komponować z różnymi materiałami lub mieszać z innymi żywicami epoksydowymi w celu uzyskania określonych właściwości użytkowych. Żywice epoksydowe są używane głównie do produkcji wysokowydajnych materiałów kompozytowych, które mają doskonałe właściwości mechaniczne, odporność na korozję, doskonałe właściwości elektryczne, dobre działanie w wysokich temperaturach, dobrą przyczepność do podłoży lub połączenie tych zalet. Jednak żywica epoksydowa nie ma szczególnie dobrej odporności na promieniowanie UV.
Ester winylowy
Rozwój estrów winylowych łączy zalety żywic epoksydowych z lepszą obsługą / szybszym utwardzaniem, co jest typową cechą nienasyconych żywic poliestrowych. Żywice te wytwarza się w reakcji żywicy epoksydowej z kwasem akrylowym lub metakrylowym. Zapewnia to miejsca nienasycenia, bardzo podobne do tych, które powstają w żywicach poliestrowych, gdy używany jest bezwodnik maleinowy. Otrzymany materiał rozpuszczono w styrenie, aby uzyskać ciecz podobną do żywicy poliestrowej.
Estry winylowe można również utwardzać konwencjonalnymi nadtlenkami organicznymi stosowanymi z żywicami poliestrowymi. Ester winylowy ma wytrzymałość mechaniczną i doskonałą odporność na korozję, a te ulepszone właściwości można uzyskać bez skomplikowanej obróbki, obsługi lub specjalnych operacji warsztatowych (zwykle żywica epoksydowa).
Żywice fenolowe
Żywice fenolowe to rodzaj żywicy zwykle oparty na fenolu (kwasie węglowym). Żywica fenolowa krzepnie w wyniku reakcji kondensacji, aby wytworzyć wodę, dlatego należy ją usunąć podczas przetwarzania. Zabarwienie ogranicza się do czerwieni, brązu lub czerni.
Kompozyty fenolowe mają wiele pożądanych właściwości, w tym odporność na wysokie temperatury, odporność na pełzanie, doskonałe właściwości izolacji cieplnej i akustycznej, odporność na korozję oraz doskonałe właściwości toksyczności ognia / dymu / dymu. Żywica fenolowa jest stosowana jako klej lub klej matrycowy do drewna konstrukcyjnego (sklejki), okładzin hamulcowych, tarcz sprzęgła, płytek drukowanych itp.
Poliuretany
Poliuretany to rodzina polimerów o szerokim zakresie właściwości i zastosowań, z których wszystkie oparte są na egzotermicznej reakcji organicznych poliizocyjanianów i polioli (alkoholi zawierających więcej niż jedną grupę hydroksylową). Do produkcji całego materiału poliuretanowego można użyć kilku podstawowych składników o różnych masach cząsteczkowych i funkcjach.
Poliuretan występuje w zaskakująco wielu formach. Materiały te są wszechobecne i odgrywają ważną rolę we wszystkich aspektach naszego codziennego życia w porównaniu z jakimkolwiek innym pojedynczym polimerem. Stosowane są jako powłoki, elastomery, pianki czy kleje. Stosowany jako powłoka do wykończeń zewnętrznych lub wewnętrznych, poliuretan jest wytrzymały, elastyczny, odporny chemicznie i szybko się utwardza. Poliuretan jest stosowany jako elastomer w oponach pełnych, kołach, zespołach zderzaków lub izolacji.
Istnieje wiele formuł pianki poliuretanowej w celu optymalizacji gęstości materiałów izolacyjnych, konstrukcyjnych płyt warstwowych i elementów budowlanych. Poliuretan jest powszechnie stosowany do łączenia ze sobą struktur kompozytowych. Zalety klejów poliuretanowych to dobra odporność na uderzenia, szybkie utwardzanie żywicy i dobre wiązanie z różnymi powierzchniami (takimi jak beton).
