رزین اپوکسی

رزین‌های اپوکسی به عنوان رزین‌های اپوکسید نیز شناخته می‌شوند. ویژگی شناسه این رزین‌ها دارا بودن بیش از یک گروهepoxy در ساختار مولکولی است. این گروه ممکن است در بدنه زنجیر باشد، ولی معمولا در انتها قرار دارد. در شرایط مناسب واکنش، گروه اپوکسی می‌تواند با اسیدها، انیدرید اسیدها، آمین‌ها و الکل واکنش تراکمی به همراه جابه جایی هیدروژن به گروه اتیلن اکسید بدهد. این واکنش‌ها امکان افزایش طول زنجیر یا شبکه‌ای شدن را بدون آزاد کردن مولکول‌های کوچک مانند آب فراهم می‌کند. بنابراین محصولات اپوکسی در مقایسه با اکثر رزین‌های گرما سخت، جمع‌شدگی کمتری در اثر پخت نشان می‌دهند.
باید متذکر شد که محدوده وسیعی از رزین‌های اپوکسی و محصولات شبکه‌ای شده متنوعی وجود دارد. ساختار شیمیایی رزین‌های اپوکسی شامل دو بخش اپوکسی و هاردنر می‌باشد. بخش هاردنر ممکن است آلیفاتیک، سیلکوآلیفاتیک و یا هیدروکربن شدیدا حلقوی باشد. در عمل محصول واکنش بیس-فنلA و اپی کلروهیدرین اغلب رزین‌های اپوکسی متداول را تشکیل می‌دهند. این محصولات ۸۰ تا ۹۰% سهم بازار را به خود اختصاص داده‌اند.
درسال‌های پیش، رزین اپوکسی تقریبا تنها به عنوان پوشش سطح استفاده می‌شد. قبل از جنگ جهانی دوم، بالا بودن هزینه‌های تولید بیس فنلA و اپی کلروهیدرین مانع از تجاری شدن کاربرد رزین اپوکسی شده بود. تلاش‌های بعدی و ابداع روش‌های تولید جدید، موجب پیدایش مقبولیت اقتصادی این رزین‌ها شد. در حال حاضر نیمی از رزین‌های تولید شده در کاربردهای روکش سطح استفاده می‌شوند. باقیمانده در صنایع الکتریکی و الکترونیک، هوا فضا و ساختمان و سایر کاربردها، استفاده می‌شوند. بر حسب تناژ، مصرف اپوکسی حدود یک دهم پلی استر می‌باشد.
اپوکسی گروه‌های عاملی فعال زیادی دارد و می‌تواند در حضور عوامل پخت و هاردنرها، یک ساختار شبکه‌ای را تشکیل دهد. خواص محصولات پخت شده اپوکسی بستگی دارد به:

• نوع اپوکسی
• نوع و مقدار هاردنر
• میزان شبکه‌ای شدن
• طبیعت و حجم مواد افزودنی

در بازار عوامل پخت متنوعی با ویژگی‌های طول عمر، انعطاف، پخت سریع و سمیت کم وجود دارند. ساختار مولکولی و خواص رزین پخت شده، بستگی به طبیعت سیستم پخت دارد. اگر چه سیستم‌های پخت مختلفی وجود دارد، ولی می‌توان آن‌ها را به دو گروه آمین‌ها و انیدریدها تقسیم کرد.
رزین‌های اپوکسی و عوامل پخت تنها اجزاء یک فرمولاسیون نیستند. برای برخی کاربردها، ممکن است اپوکسی اصلاح‌نشده دارای خواص نامطلوبی از قبیل ویسکوزیته بالا، گران قیمت بودن و مقاومت ضربه پایین در برخی کاربردهای ویژه باشد. بنابراین در اغلب موارد ممکن است توسط موادی چون رقیق‌کننده، چقرمه‌کننده، فیلر و تقویت‌کننده همراه شود. انتخاب صحیح رزین، هاردنر و افزودنی‌ها اجازه می‌دهد که خواص مورد نظر تامین شود. این تنوع عامل عمده رشد پایه اپوکسی‌ها در مدت‌های طولانی است.
علاوه بر این ساختار متنوع، اپوکسی‌ها دارای ویژگی‌های ذیل نیز هستند:

• مقاومت شیمیایی عالی (به ویژه در محیط‌های قلیایی)
• چسبندگی خوب به مجموعه‌ای از بسترهای مختلف
• استحکام کششی، فشاری و خمشی بسیار بال
• پایین بودن جمع‌شدگی پخت
• پایداری ابعادی
• عایق عالی الکتریسیته
• دوام بالا در پیری و شرایط سخت محیطی
• قابلیت پخت در دماهای مختلف
• مقاومت خستگی ممتاز
• بی‌بو و بی‌مزه

 
رزین‌های اپوکسی در کاربردهای مختلفی از قبیل پوشش سطح، چسب، روکش، ابزار سازی و کامپوزیت‌ها استفاده می‌شوند. لمینیت‌های اپوکسی از اهمیت فوق‌العاده‌ای در صنایع هواپیماسازی برخوردارند. بسیاری از قطعات ساختاری از جنس الیاف کربن و رزین اپوکسی جایگزین آلیاژهای فلزی مرسوم شده و نتایج مطلوبی نیز داشته‌اند. همچنین از این رزین به همراه الیاف آرامید، در ساخت موتور راکت و کپسول‌های تحت فشار به روش رشته‌پیچی استفاده می‌شود.
علاوه بر آن رزین‌های اپوکسی به طور وسیعی به همراه الیاف و ساختارهای لانه زنبوری برای ساخت ملخ هلی کوپتر استفاده می‌شود. رزین‌های اپوکسی تقویت‌شده با الیاف کربن و آرامید در ساخت قایق‌هایی که در آن‌ها ضمن حفظ وزن، استفاده بیشتر از فضا در همان استحکام مورد نظر است، به جای پلی استر-شیشه استفاده می‌شوند.
همچنین کامپوزیت‌های آرامید-اپوکسی برای جایگزین فولاد در کلاه خودهای جنگی استفاده می‌شوند.رزین اپوکسی(Epoxy Resin) مصالحی دو جزیی (ترکیب رزین اپوکسی و هاردنربا خاصیت چسبندگی بسیار خوب به بسترهای مختلف، مقاومت شیمیایی بالا به ویژه در محیط‌های شدید اسیدی و قلیایی) و استحکام کششی، فشاری و خمشی بسیار بالا می‌باشند. رزین اپوکسی عایق عالی الکتریسیته بوده و مقاومت حرارتی تا ۱۰۰درجه سانتی‌گراد را تحمل می‌کنند. رزین اپوکسی پرکاربردترین رزین مصرفی در صنعت مقاوم‌سازی باFRP بوده و بعد از رزین‌های پلی استر غیر اشباع، بیشترین مصرف را در تهیه مواد کامپوزیت FRPدارد. به خاطر بالا بودن قیمت رزین اپوکسی، حجم مصرف آن‌ها در تهیه مواد کامپوزیتFRP کم می‌باشد.
امروزه بسیاری از قطعات کامپوزیتی از جنس پلیمرهای الیاف کربن، شیشه یا آرامید در ترکیب با چسب اپوکسی (رزین اپوکسی و هاردنر(جایگزین آلیاژهای فلزی مرسوم و کامپوزیت‌های پلی استر شیشه شده‌اند. چسب اپوکسی در ساخت مخازن تحت فشار، ساخت اعضای مقاومت بالا) کامپوزیت‌های ساخته شده با الیاف کربن و رزین اپوکسی، جلیقه ضد گلوله (کامپوزیت الیاف آرامید و رزین اپوکسی) ، صنایع هواپیماسازی، الکتریکی، ساختمان و صنایع دریایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. رزین اپوکسی کاربردهای مختلفی از قبیل پوشش سطح، کف سازی صنعتی، FRPلاینیگ مخازن و لوله‌ها و کامپوزیت‌ها نیز دارند.
شرکت مارین سازه ارائه‌دهنده محصولات اپوکسی شرکت‌های آلمانی در ایران می‌باشد.محصولات این شرکت در مقایسه با اکثر رزین‌های گرما سخت ترموست، جمع‌شدگی کمتری در اثر پخت (پس از خشک شدن) نشان می‌دهند. محدوده وسیعی از رزین اپوکسی و محصولات شیمیایی توسط شرکت مقاوم‌سازی مارین سازه تامین می‌شود. هاردنر این شرکت، بادوام، دارای تنوع انعطاف‌پذیری و قابلیت پخت تنظیم‌شده‌ای می‌باشند. انتخاب صحیح رزین‌های اپوکسی، هاردنر، افزودنی‌ها و تقویت‌کننده‌های لازم، امکان استفاده برای مصارف گوناگون را تامین می‌کند.
مشخصات مکانیکی رزین اپوکسی
دارا بودن ویژگی‌های مکانیکی خوب، عملا باعث شده است که این رزین‌ها در ساخت مواد کامپوزیت مقاومت بالا، مورد استفاده نیز قرار بگیرند. ویژگی‌های مکانیکی رزین‌ها و چسب اپوکسی به شرح زیر است:
جرم حجمیkg/m3۱0۰۰-۱5۰۰، مدول الاستیسیته کششیGPa 53 ، تنش نهایی کششیMPa60-80، تنش نهایی خمشیMPa100-150، تغییر طول نهایی ۲تا ۵درصد، مقاومت برشیMPa30-50، دمای تغییر شکل تحت بار ۲۹۰درجه سانتی‌گراد.
استفاده از رزین اپوکسی منجر به تولید ماده کامپوزیتFRP 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 ۵۰تا ۱۰۰درجه سانتی‌گراد وجود داشته باشد. از خصوصیات رزین‌های اپوکسی می‌توان نکات زیر را مطرح کرد:
رزین‌ها و چسب اپوکسی در کاربردهای پیشرفته مانند هواپیماسازی و کاربردهای فضایی و دفاعی و همچنین در بسیاری از بتن‌های تقویت‌شده با کامپوزیت مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال بیشترین مصرف را در کارهایمقاوم‌سازی با FRP رزین‌های اپوکسی در ویسکوزیته‌های مختلف در دسترس می‌باشند و هاردنرهای (مواد پخت یا سخت‌کننده‌ها) گوناگونی برای آن‌ها وجود دارد. رزین‌های اپوکسی بسیار مقاوم‌تر از پلی استرهای تجاری و وینیل استرها هستند و برای تقویت اولیه سازه‌های بتنی بیشتر از رزین اپوکسی استفاده می‌شود. در ضمن مقاومت قلیایی بیشتری نیز از خود نشان می‌دهند. اپوکسی‌ها در دماهای نزدیک به ۳۰۰درجه سانتی‌گراد پخته می‌شوند ولی برای مقاوم‌تر کردن آن‌ها در مقابل دماهای بالاتر لازم است که در هنگام پخت حرارت بیشتری به آن‌ها داده شود. بیشتر اپوکسی‌های مورد استفاده معمولا شکل و ابعاد قالب را به خوبی حفظ می‌کنند. متداول‌ترین عامل پخت چسب‌های اپوکسی‌ هاردنر دی اتیل تری آمین(DETAHardener) یا هاردنر تتا می‌باشند. زمان و حرارت لازم برای پخت اپوکسی‌ها توسط هاردنر تتا به نوع رزین اپوکسی مصرفی بستگی دارد. یک سری مواد تسریع‌کننده نیز وجود دارند که به رزین‌های اپوکسی اضافه می‌شوند تا سرعت پخت را افزایش دهند. می‌توان با استفاده از رزین اپوکسی‌هایی بر پایه نوولاکNovolak به مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به سایر رزین‌های اپوکسی دست پیدا کرد.
 
رزین اپوکسی نسبت به رزین پلی استر دارای مزایای زیر می‌باشد:

• خصوصیات مکانیکی رزین اپوکسی نظیر استحکام کششی، مقاومت خمشی، مقاومت فشاری، مقاومت در برابرشوک، خزش و …،بیشترازخصوصیات مشابه در رزین‌های پلی استر می‌باشد.
• خصوصیات مکانیکی کامپوزیت ساخته شده توسط رزین اپوکسی با هاردنر تتا(DETAHardener) تا درجات حرارت حدودا ۱۰۰ درجه سلسیوس تغییر پیدا نمی‌کند.
• رزین اپوکسی دارای محدوده‌ای 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 فرایند پخت رزین اپوکسی با هاردنرهای مختلف نظیر هاردنر تتا و …مونومرهای فرار و سمی وجود ندارد.
• رزین‌های اپوکسی در هنگام قالب‌گیری کامپوزیتی افت بسیار ناچیز (از نیم تا یک درصد) دارند و در هنگام پخت با هاردنرهایی نظیر هاردنر تتا، جمع‌شدگی بسیار ناچیزی دارند.
• مقاومت رزین اپوکسی مجاور در مقابله با مواد شیمیایی مهاجم و حلال‌های عالی بسیار عالی می‌باشد.
• چسبندگی رزین اپوکسی به سطوح مورد نظر بتنی و فولادی و نیز الیافFRP بسیار عالی می‌باشد.
• رزین اپوکسی توانایی اشباع‌سازی بسیار عالی انواع مختلف الیافFRPو تقویت‌کننده‌ها را دارند.

 
معایب رزین‌های اپوکسی را نیز به صورت زیر می‌توان لیست کرد:

• قیمت رزین اپوکسی نسبت به انواع رزین‌های پلی استر گران‌تر می‌باشد.
• زمان پخت به هاردنر رزین اپوکسی یا زمان پلیمریزاسیون ان نسبتا زیاد بوده و عمل‌آوری آن به طبع زمان‌بر خواهد بود.
• هاردنر پخت رزین اپوکسی‌ها 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 شکل‌پذیر نبوده و حساس به ترک‌خوردگی است.

رزین‌وینیل‌استر

وینیل استرها محصول واکنش رزین‌های اپوکسی با اسیدهای غیر اشباع اتیلنی می‌باشند، به جز حالات خاص. معمولا رزین‌های وینیل استر دارای انتهای غیر اشباع می‌باشند. این انتها می‌تواند واکنش شبکه‌ای شدن را انجام دهد و نیز می‌تواند پلیمریزاسیون زنجیرهای وینیل استر را انجام دهد و یا اینکه به همراه استایرن کوپلیمر شود.
اکثر وینیل استرهای مرسوم با استریفیکاسیون یک رزین دی اپوکسید با یک اسید مونوکربوکسیلیک غیر اشباع ساخته می‌شوند. می‌توان آن‌ها را به تنهایی با واکنش رادیکال آزاد پخت نمود و یا در مونومری مانند استایرن حل نمود و رزین مایع به دست آورد. در این صورت، وینیل استر را می‌توان مانند رزین پلی استر استفاده نمود.
رزین‌های وینیل استر خواص چقرمگی و مقاومت شیمیایی بسیار بهتری نسبت به رزین‌های پلی استر دارند. زنجیر اصلی اپوکسی سازنده وینیل استر، موجب پیدایش چقرمگی و ازدیاد طول کششی بالاتر می‌شود. جرم مولکولی رزین‌های وینیل استر به انتخاب نوع اپوکسی به کار رفته بستگی دارد. به این دلیل، استحکام کششی، ازدیاد طول، نقطه نرمی و واکنش‌پذیری رزین نهایی توسط جرم مولکولی و ساختار اولیه تعیین می‌شود. این موضوع، این امکان را به وجود می‌آورد که برای کاربردهای مختلف خواص مختلف طراحی شود.
رزین‌های وینیل استر در مقایسه با پلی استرهای غیر اشباع مقاومت شیمیایی خوبی دارند.بخشی از این ویژگی مربوط به عدم حضور پیوندهای استری در زنجیره اپوکسی می‌باشد. اتصالات اجزاء پلیمر، توسط پیوندهای فنیل استری انجام می‌گیرد. این اتصالات در مقایسه با اتصالات استری در برابر اکثر محیط‌های شیمیایی به ویژه در شرایط قلیایی شدید مقاوم‌ترند.
اتصال استری تنها در انتهای زنجیر وینیل استر وجود دارد. این امر حملات عوامل شیمیایی را به حداقل می‌رساند.
 
رزین فنولیک

رزین‌های فنولیک از واکنش تراکمی فنل‌ها و فرم آلدهید تهیه می‌شوند. مکانیزم واکنش بین فنل و فرم آلدهید هنوز به طور کامل شناخته شده نیست. با این وجود این مشخص است که واکنش شروع توسط فعال‌شدن حلقه بنزنی با گروه‌های هیدروکسیل مانند متیلول صورت می‌گیرد. در واکنش فنل-فرم آلدهید سه مرحله اصلی وجود دارد:

مرحله:A اغلب محصولات اولیه تراکم، الکل‌ها هستند. رزین در این مرحله، گرمانرم است و در حلال‌های غیر آلی (معدنی) حل می‌شود.
مرحله:B پیشرفت بیشتر واکنش تراکمی و شبکه‌ای شدن جزیی به همراه افزایش جرم مولکولی و ویسکوزیته و کاهش انحلال. در این حالت رزین پخت کامل نشده و گرمانرم و ذوب می‌شود ولی به هنگام سرد شدن، سخت و شکننده می‌شود.
مرحله:C میزان پلیمریزاسیون و شبکه‌ای شدن بسیار زیاد است. رزین غیر قابل ذوب و انحلال می‌باشد
این واکنش دو نوع رزین فنولیک تولید می‌کند که رزول و نوالاک نامیده می‌شوند. رزین‌های رزول در حضور یک کاتالیست قلیایی مانند آمونیاک، کربنات سدیم یا هیدروکسید سدیم تولید می‌شوند. واکنش پخت محصول توسط گرما دادن در یک قالب با دمای بالاتر از نقطه ژل قابل انجام است. رزین‌های رزول دارای گروه‌های فعال متیلول و هیدروکسیل هستند. در دمای بالاتر، رزول‌ها بدون افزودن عامل پخت، مولکول‌های بزرگتر و با شبکه‌های متیلنی تشکیل می‌دهند. در این حالت واکنش فنل- آلدهید یک نوع واکنش تراکمی است چون آب به عنوان محصول جانبی خارج می‌شود.
پلیمریزاسیون فنل- فرم آلدهید به رزین نوالاک با حضور یک کاتالیست اسیدی انجام می‌شود. اسید اکسالیک و اسید سولفوریک دو کاتالیست مرسوم در این واکنش هستند. معمول است که نسبت فنل به فرم آلدهید ۱به ۸ /۰باشد، محصول مذاب حاصل سرد می‌شود و به تدریج شیشه‌ای می‌گردد. این ماده شیشه‌ای به دقت خرد شده، پودر حاصل با کاتالیست پخت هگزامتیلن تترامین(HMTA) ،فیلر و تقویت‌کننده مخلوط می‌گردد تا یک ترکیب قالب‌گیری به دست آید.
رزین‌های فنولیک معمولا کدر هستند و رنگ آن‌ها از کهربایی(amber) کم‌رنگ و قهوه‌ای تیره تا سیاه تغییر می‌کند. رنگ تیره رزین‌های فنولیک کاربرد آن‌ها را محدود می‌کند. رزین‌های فنولیک در اشکال پولک، فیلم مایع و پودر موجودند.رزین‌های فنولیک جزء رزین‌های با کاربرد عمومی محسوب می‌شوند ولی می‌توان آن‌ها را برای سازه‌های مهندسی آمیزه‌سازی نمود. فنولیک‌ها دومین رتبه را در رزین‌های گرما سخت پر مصرف دارا هستند.رزین‌های فنولیک بدون فیلرها شکننده هستند و کاربرد فیلرها و سایر افزودنی‌ها به منظور ایجاد خواص مطلوب در آن‌ها عادی است. رزین‌های فنولیک به دلیل تفاوت‌های فیزیکی و شیمیایی اجزاء خواص متنوعی را در بر می‌گیرند.
برخی از انواع رزین‌های فنولیک عبارتند از:

• گرید کاربرد عمومی(پر شده با خرده چوب(
• گریدNon Bleeding رزول مایع، پر شده با شیشه
• گرید مقاوم دربرابردما(پر شده با میکا و مواد معدنی(
• گرید مقاوم در ضربه(پر شده با سلولز،لاستیک،شیشه و الیاف(
• گرید ویژه یا الکتریکی(پر شده با میکا و شیشه(
• رزین‌های قالب‌گیری فنولیک از نوالاک ساخته می‌شوند،اگر چه رزول نیز در برخی موارد به کار می‌رود.

 
خواص رزین‌های قالب‌گیری فنولیک عبارتند از:

• سهولت قالب‌گیری
• پایداری ابعادی بسیارخوب و دقیق
• مقاومت در برابرخزش 
• مقاومت بالا در برابر تغییرشکل
• مقاومت حرارتی خوب
• مقاومت الکتریکی خوب
• مقاومت شیمیایی خوب
• مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی خوب
• جذب آب پایین
• کیفیت مناسب در ماشین‌کاری

کاربردهای مرسوم از این مواد عبارتند از:

سازه‌های عایق برای ولتاژ بالا، چرخ‌دنده‌ها،water lubricator bearing ، مغزی میز دکوری. از دیگر کاربردهای رزین‌های فنولیک، ساخت فوم است. البته فوم فنولیک در مقایسه با فوم پلی پورتان و پلی استایرن، گران‌تر است ولی به دلیل غیر مشتعل بودن و سمیت پایین گازهای حاصل از سوختن، خواص برتری دارد.
دسته دیگری از رزین‌ها با نام آمینو رزین نیز می‌توانند همراه رزین‌های فنولیک دسته‌بندی شوند. این رزین‌ها کم‌مصرفند. رنگ سفید آن‌ها باعث طرح امکان جایگزینی به جای فنولیک‌ها شد. رزین‌های فنولیک به دلیل تیرگی رنگ، فقط در ساخت قطعات تیره کاربرد دارند.رزین‌های آمینو، گرما سخت‌هایی هستند که از واکنش گروه آمینو یک ماده با فرم آلدهید ساخته می‌شوند. دو آمینوی معروف و مرسوم اوره و ملامین و رزین‌های حاصل اوره-فرم آلدهید و ملامین- فرم آلدهید می‌باشند.
در مقایسه با فنولیک‌ها رزین‌های اوره- فرم آلدهید ارزان‌ترند و رنگ آن‌ها روشن‌تر است. همچنین مقاومت آن‌ها در برابر ترک‌خوردگی الکتریکی بیشتر است ولی مقاومت حرارتی کمتری دارند. محدوده کاربرد فیلرها معمولا محدود به فیلرهای سفید‌کننده برای پودر چوب و الیاف خرد سلولز و نیز امکان کاربرد تقویت‌کننده‌های معدنی یا لیفی است.
رزین‌های ملامین فرم آلدهید در مقایسه با فنولیک‌ها و اوره-فرم آلدهید عملکرد بهتری دارند ولی گران‌ترند. ویژگی‌های مطلوب آن‌ها عبارتند از: جذب آب پایین، مقاومت حرارتی و لکه‌پذیری، سختی و عایق الکتریکی.‌

شرکت فنی و مهندسی مارین سازه مفتخر است آمادگی خود را به منظور ارائه خدمات فنی و مهندسی ( طرح و اجرا ) در زمینه‌های مختلف مهندسی به شرح زیر در شهرهای تهران، کرج، هشتگرد، قزوین، سمنان، قم، قشم، کیش و سایر نقاط کشور اعلام نماید.
1.   طراحی، تولید، نصب و راه‌اندازی انواع اسکله‌های شناور بتنی در کاربری‌های متنوع و چند منظوره
2.   بهسازی لرزه‌ای و مقاوم‌ساز انواع سازه‌ها و ساختمان‌ها ( طرح و اجرا ) 
3.   طراحی و اجرای کلیه نقشه‌های معماری و سازه
4.   طراحی و اجرای سازه‌های خاص