رزین‌ها مواد شیمیایی هستند که در گروه پلیمرها جای می‌گیرند. رزین را می‌توان از منابع طبیعی و مصنوعی برداشت کرد. این ماده به دو صورت مایع و نیمه جامد در دسترس است. ماده شیمیایی یاد شده کاربرد و خواص گوناگونی در صنعت دارد. پرکاربردتین نوع رزین‌ها، رزین اپوکسی است. در این حال با این پرسش روبه‌رو می‌شویم که رزین اپوکسی در کجا مورد استفاده قرار می‌گیرد؟ در این مطلب درباره رزین اپوکسی و استفاده آن در صنعت صحبت خواهیم کرد.
رزین اپوکسی چیست؟
اصطلاح اپوکسی درباره گروهی از مواد شیمیایی استفاده می‌شود که در آن‌ها یک اتم اکسیژن با دو اتم کربن پیوند داشته باشد. رزین اپوکسی از ترکیب دو بخش رزین و سخت کننده یا همان هاردنر ساخته شده است. ترکیب این دو بخش در رزین اپوکسی باعث بروز خاصیت‌های منحصربه‌فردی در این ماده می‌شود. در حال حاضر خانواده رزین اپوکسی در میان سایر رزین‌ها کاربرد بسیار بیشتری در زمینه‌های مختلف دارد.
خانواده رزین اپوکسی در برابر عوامل شیمیایی و محیطی مقاومت بسیار زیادی از خود نشان می‌دهند. این خانواده همچنین خواص مکانیکی بسیار مناسب و منحصربه‌فردی نیز دارند. دلایل ذکر شده باعث شده‌اند که رزین‌های اپوکسی تنها خانواده‌ای از رزین‌ها باشند که از آن‌ها در قطعات سازه‌های هوایی استفاده می‌شود. از طرفی دیگر چسبندگی بالای این گروه از رزین‌ها و مقاومتشان در برابر از هم پاشیدگی بر اثر تماس با آب، باعث شده از آن‌ها به عنوان عنصری ایده‌آل در سازه‌های پیشرفته، صنایع دفاعی، نفت و گاز، صنایع ساختمان و مقاوم سازی و خودروسازی استفاده شود.
انواع رزین
به صورت کلی رزین‌ها را به دو دسته رزین‌های طبیعی و غیر طبیعی یا همان سنتزی تقسیم می‌کنند. در ادامه با این دو گروه از رزین‌ها آشنا خواهیم شد.
رزین‌های طبیعی
رزین طبیعی یک پلیمر است که از مواردی مانند گیاهان، حشرات و مواد معدنی استخراج می‌شود. این گروه از رزین‌ها را می‌توان به سادگی به اشکال مورد نظر خود درآورد. ولی باید در نظر داشت که دوام آن‌ها بسیار کم است. به هر حال بیش از شروع به تولید رزین‌های سنتزی از انواع طبیعی این ماده استفاده‌های زیادی می‌شد. با ورود رزین‌های سنتزی دامنه استفاده از رزین‌های طبیعی بسیار محدود شد.
رزین‌های سنتزی
پیشرفت علم و صنعت نشان داد که استفاده از رزین‌های طبیعی دیگر کاربرد چندان زیادی نخواهد داشت. به همین دلیل رزین‌های سنتزی تولید و روانه بازار شدند. البته مدت زمانی صرف پیدا کردن جایگزینی برای رزین طبیعی شد. طی این مرحله آزمون و خطاهای بسیار زیادی اتفاق افتاد تا حاصل نهایی آن تولید رزین سنتی باشد. خواص رزین‌های طبیعی و سنتزی با یکدیگر یکسان است. اما رزین‌های سنتزی به دلیل برخوردار از برخی ویژگی‌ها برتر از رزین‌های طبیعی هستند. قیمت، پایداری، یکنواختی، استحکام و میزان تولید بخشی از برتری‌های رزین‌ها مصنوعی نسبت به انواع طبیعی هستند.
انواع رزین‌های سنتزی
- رزین وینیل استات
- رزین پلی استر
- رزین فنولی
- رزین وینیل استر
- رزین اپوکسی
ویژگی‌های رزین اپوکسی
رزین اپوکسی (Epoxy Resin)همانطور که پیش‌تر اشاره شد یک ترکیب دو جزئی از اپوکسی و هاردنر است. این ماده دارای چسبندگی قابل قبولی به سطوح مختلف است. مقاومت شیمایی رزین اپوکسی بسیار بالا است و این مقاومت خود را در محیط‌های اسیدی و بازی به خوبی نشان می‌دهد. در نظر داشته باشید که استحکام کششی، فشاری و خمشی این ماده نیز بسیار بالا است. لازم به ذکر است که پیش‌تر از رزین های اپوکسی تنها به عنوان پوشش سطح استفاده می‌شد.
پیش از جنگ جهانی دوم، با توجه به بالا بودن هزینه های تولید کاربردهای رزین اپوکسی به سمت تجاری شدن نرفته بود. پس از اتمام جنگ و ابداع روش های تولید جدید، این محصول مقبولیت اقتصادی لازم جهت تولید انبوه را پیدا کرد. هم‌اکنون تنها نیمی از رزین‌های تولیدی به شکل روکش سطوح استفاده می شوند. ازباقی‌مانده تولیدات در صنایع الکتریکی و الکترونیک، هوا فضا و ساختمان و مسائلی از این دست استفاده می شود.
مهم‌ترین ویژگی‌های رزین اپوکسی عبارتند از:
- 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
رزین اپوکسی در کجا مورد استفاده قرار می‌گیرد؟
کاربردهای مهندسی مواد اغلب در توانایی تلفیق مواد است. برای مثال در صنایعی مانند هوافضا، صنعت مقاوم سازی ساختمان، حمل و نقل و مثال‌هایی از این دست امکان استفاده از یک نوع ماده که همه خواص مورد نظر را پوشش بدهد، وجود ندارد. در صنایع هوافضا ماده‌ای مورد نیاز است که ضمن داشتن استحکام بالا سبک نیز باشد و مقاومت سایشی سطح بالایی هم داشته باشد.
در صنعت مقاوم سازی ساختمان برای بهبود عملکرد ساختمان در زمان وقوع زلزله ضروری است که از مصالحی با مقاومت بسیار بالا و در این حال وزن کم استفاده شود. علت این است که وزن زیاد ساختمان در زلزله بسیار خطرآفرین بوده و موجب افزایش خرابی‌ها می‌شود.
رزین اپوکسی یک عایق الکتریسیته عالی است. این عایق حرارتی تا ۱۰۰ درجه سانتی گراد را نیز تحمل می‌کند. این محصول همچنین پر کاربردترین نوع رزین مصرفی در صنعت مقاوم سازی با FRP است. رتبه دوم پس از رزین های پلی استر غیر اشباع در تهیه مواد کامپوزیت FRP در اختیار رزین‌های اپوکسی است. لازم به ذکر است که به خاطر بالا بودن قیمت رزین اپوکسی، حجم کمی از آن‌ها در تهیه مواد کامپوزیت FRP استفاده می‌شود.
کاربرد رزین اپوکسی
در حال حاضر تعداد زیادی از قطعات کامپوزیتی از جنس پلیمرهای الیاف کربن، شیشه یا آرامید در ترکیب با چسب اپوکسی که ترکیبی از رزین اپوکسی و هاردنر هستند، جایگزین آلیاژهای فلزی مرسوم و کامپوزیت‌های پلی استر شیشه شده‌اند. چسب اپوکسی در ساخت مخازن تحت فشار، ساخت اعضای مقاومت بالا که همان کامپوزیت هایی ساخته شده با الیاف کربن و رزین اپوکسی هستند، جلیقه ضد گلوله، صنایع هواپیما سازی، الکتریکی، ساختمان و صنایع دریایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. رزین اپوکسی کاربردهای مختلفی از قبیل پوشش سطح، کف سازی صنعتی، لاینیگ مخازن و لوله ها و ساخت کامپوزیت ها دارند.
با ترکیب رزین اپوکسی و الیاف FRP ماده کامپوزیت FRP با کیفیتی بالا تولید می‌شود. جهت رسیدن به کیفیت نهایی مورد نیاز لازم است زمان انتقال و پلیمریزاسیون نسبتا زیادی را در بین حدود چند ساعت تا چند ده ساعت و در حرارت نسبتا بالا بین ۵۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد وجود صرف بشود.
رزین ها و چسب اپوکسی در امور پیشرفته‌ای مانند هواپیماسازی،کاربردهای فضائی، دفاعی و همچنین در بسیاری از بتن های تقویت شده با کامپوزیت مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما باید در نظر داشت که بیشترین مصرف رزین اپوکسی در امور مقاوم سازی با FRP است. رزین‌های اپوکسی با ویسکوزیته های مختلف در دسترس هستند. برای ویسکوزیته‌های مختلف نیز هاردنرهای گوناگونی وجود دارد.
مقاومت رزین های ایوکسی بسیار بیشتر از مقاومت پلی استرهای تجاری و وینیل استرها است. حتی برای تقویت اولیه سازه‌های بتنی بیشتر از رزین اپوکسی استفاده می‌شود. به علاوه این ماده ترکیبی مقاومت قلیایی بیشتری از خود بروز می‌دهد. اپوکسی ها در محدوده دمایی نزدیک به ۳۰۰۰ درجه سانتی‌گراد پخته می‌شوند. جهت افزایش مقاومت آن‌ها در دماهای بالاتر لازم است که در زمان پخت آن‌ها را در معرض حرارت بیشتری قرار داد.
اغلب اپوکسی‌هایی که مورد استفاده قرار می‌گیرند معمولاً شکل و ابعاد قالب خود را به خوبی حفظ می کنند. رایج‌ترین عامل پخت چسب‌های اپوکسی هاردنر، دی اتیل تری آمین است. زمان و حرارت لازم برای پخت اپوکسی ها توسط هاردنر به نوع رزین اپوکسی مورد استفاده وابسته است. برخی مواد تسریع کننده نیز وجود دارند که جهت افزایش سرعت پخت به رزین های اپوکسی اضافه می شوند. با استفاده از رزین اپوکسی هایی بر پایه نوولاک Novalacc می‌توان به رزین‌هایی رست پیدا کرد که نسبت به سایر رزین اپوکسی‌ها مقاومت دمایی بالاتری دارند.
خصوصیات ویژه رزین اپوکسی و برتری این خصوصیات نسبت به سیمان و سایر مواد مشابه باعث شده از رزین اپوکسی در صنعت ساختمان سازی نیز استفاده‌های زیادی به عمل بیاید. از جمله مصارف رزین اپوکسی در صنعت ساختمان سازی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
- پرکردن و آب بند کردن ترک های سطوح
- چسباندن بتن تازه به بتن سخت شده
- وصله زنی و ترمیم ترک ها
- آماده سازی سطوح
مزایای رزین اپوکسی
رزین اپوکی دارای مزایایی نسبت به رزین پلی استر است. این مزایا را در ادامه مشاهده می‌کنید.
- خصوصیات مکانیکی رزین اپوکسی مانند استحکام کششی، مقاومت خمشی، مقاومت فشاری، مقاومت در برابر شوک، خزش و مسائلی از این دست بیشتر از خصوصیات مشابه در رزین های پلی استر است.
- خصوصیات مکانیکی در کامپوزیت‌های ساخته شده توسط رزین اپوکسی تا درجه حرارت حدودا ۱۰۰ درجه سلسیوس تغییر نمی‌کند.
- رزین اپوکسی دارای طیف گسترده‌ای از خواص مکانیکی و فیزیکی هستند که پس از اضافه کردن مصالح گوناگون نظیر فیلرها و تیکسوتروف‌ها این مقادیر بهینه شده و حتی افزایش نیز می‌یابند.
- در فرآیند پخت رزین اپوکسی با هاردنرهای متفاوت خبری از مونومرهای فرار و سمی نخواهد بود.
- رزین اپوکسی در هنگام قالبگیری کامپوزیتی افتی بسیار ناچیز (از نیم تا یک درصد) دارد. هنگام پخت با هاردنر نیز جمع شدگی این محصول بسیار ناچیز است.
- مقاومت رزین اپوکسی در مجاورت با مواد شیمیایی مهاجم و حلال‌های آلی بسیار زیاد است.
- چسبندگی رزین اپوکسی به سطوح مورد نظر بتنی و فولادی و نیز الیاف FRP بسیار زیاد است.
- رزین اپوکسی توانایی اشباع سازی بسیار عالی انواع مختلف الیاف FRP و تقویت کننده‌ها را دارد.
معایب رزین اپوکسی
- قیمت رزین اپوکسی نسبت به انواع رزین‌های پلی استر گران‌تر است.
- زمان پخت هاردنر یا زمان پلیمریزاسیون آن به نسبت زیاد است و بدیهی است که عمل‌آوری آن زمان‌بر خواهد بود.
- هاردنر‌ها ممکن است باعث بروز حساسیت پوستی بشوند. به همین دلیل هنگام حمل هاردنر‌ها باید دقت زیادی به خرج داد.
- و در نهایت رزین اپوکسی به تنهایی چندان شکل پذیر نبوده و حساسیت بالایی به ترک خوردگی دارد.
سخن پایانی
در این مطلب با رزین اپوکسی و انواع آن آشنا شدیم. ویژگی های منحصر به‌فرد رزین و همچنین ویژگی‌هایی که در ترکیب با سایر مواد به دست می‌آورد را نیز مطالعه کردیم. کاربرد رزین اپوکسی، مزایا و معایب آن را نیز دانستیم. البته کاربردهای رزین اپوکس بسیار بیشتر از موارد ذکر شده است و در این مطلب تنها به برخی از مصارف صنعتی این ماده اشاره کردیم. مطالعه این مطلب می‌تواند راهنمای مناسبی جهت پاسخ به این سوال که رزین اپوکسی در کجا مورد استفاده قرار می‌گیرد باشد.
