Эпоксидки используются как самостоятельные материалы, так для создания композитов. В составе композитов смола обеспечивает передачу напряжений между волокнами и их фиксацию, т.е. служит матрицей. Благодаря низкой вязкости и высокой смачивающей способности, смола глубоко проникает в структуру волокна, исключая образование пустот, которые являются концентраторами напряжений. В процессе отверждения происходит механическая и химическая фиксация волокон, обеспечивающая монолитность изделия.

Типы смол

Наиболее распространение типы эпоксидных смол:

• Диановые — смолы на основе Бисфенола А, наиболее распространенный тип (имеют обозначение «эпоксидно-диановые», например ЭД-20, ЭД-16). Обладают хорошими адгезионными и механическими свойствами, простыми пропорциями компонентов и удобными условиями полимеризации.
• Эпоксиноволачные — отличаются повышенной термостойкостью и химической стойкостью к агрессивным средам за счет высокой плотности сшивки.
• Циклоалифатические — обладают высокой стойкостью к дуговому разряду и УФ-излучению.
• Алифатические — строятся на базе открытых углеродных цепей (алифатических спиртов или полиолов) и не содержат ароматических циклов, характеризуются низкой вязкостью и высокой эластичностью, используются преимущественно как разбавители (например ДЭГ-1 как пластификатор), не следует путать с алифатическими углеводородные смолы, которые не являются эпоксидными, так как не содержат оксирановых колец. В контексте композитных связующих под термином «алифатические смолы» всегда подразумеваются именно эпоксиды.

Конструкционные характеристики

Эпоксидные смолы обладают высокой адгезией ко многим конструкционным материалам (металлы, керамика, ограниченно к стеклу). Основной вклад в адгезию вносят две группы молекул в составе смол: собственно эпоксидные группы и гидроксильные группы. Эпоксидные группы обладают высокой реакционной способностью за счёт чего могут взаимодействовать с активными центрами на поверхности субстрата.
На поверхностях металлов всегда присутствует тонкий слой оксидов (например, Al₂​O₃​, FeO), на которых присутствует вода, образующая поверхностные гидроксильные группы (−OH-слой). Гидроксильные группы эпоксидной смолы выступают в качестве доноров или акцепторов водорода, формируя прочные водородные связи с поверхностью субстрата.

Невысокая усадка после полимеризации (0.5–2%), что обеспечивает точность размеров изделий и отсутствие внутренних напряжений.

Высокая механическая прочность на сжатие и растяжение. Модуль упругости отвержденной чистой смолы составляет 3–5 ГПа.

Химическая стойкость, инертность к кислотам (кроме сильных), щелочам и большинству растворителей.

Материалы, плохо склеиваемые эпоксидной смолой:

• Полиэтилен, оксид полиэтилена и полипропилен — к обоим материалам практически не клеится
• Полибутилентерефталат (PBT)
• Поликарбонат (PC) (плохо)
• Полиарилаты — не путать с полиакрилатами (оргстекло), хотя к обоим материалам экпоксидка липнет плохо
• Оргстекло (плохо, можно улучшить сцепление сделав поверхность шершавой)
• Нейлон
• Полиуретан
• Тефлон (плохо, нужен активатор)
• Полистирол (плохо, зависит от конкретной смолы)
• Иногда возникают проблемы при работе со свинцом, никелем и оцинкованной сталью
• Стекло. Хотя утверждается, что эпоксидка имеет хорошую адгезию к стеклу, назвать такие соединения надёжными нельзя, они имеют ограниченную прочность. Для улучшения адгезии рекомендуется предварительно зашкурить стекло.

Модификаторы и наполнители

Для изменения свойств эпоксидной матрицы в состав могут вводиться дополнительные компоненты.

• Пластификаторы — снижение хрупкости, повышение ударной вязкости (ДБФ, ДЭГ-1).
• Разбавители — cнижение вязкости для улучшения пропитки армирующих материалов (например, изопропиловый спирт).
• Тиксотропные добавки — предотвращение стекания смолы с вертикальных поверхностей (аэросил - диоксид кремния).
• Антипирены — снижение горючести материала (гидроксид алюминия).

Отдельно стоит отметить минеральные (кварц, мел, цемент) и мелкодисперсные (например металлические порошки) наполнители. В зависимости от объёма и типа конкретного наполнителя можно получить не просто модифицированную смолу, а полноценный композитный материал — так называемые дисперсно-упрочнённые, упрочнённые частицами и нанокомпозиты.

Волокнистые композитные материалы на основе эпоксидных матриц

Композитных материалов на основе эпоксидок существует огромное количество, здесь опишем лишь самые распространенные композиты. Наибольшее распространение получили композитные материалы на основе эпоксидных смол, армированные различными волокнами. Классифицируются такие композиты по типу армирующего наполнителя, который воспринимает основную механическую нагрузку.

Основные виды волокнистых композитов на основе эпоксидных смол:

• Стеклопластик (GFRP). Наполнитель - стекловолокно (нити, ткани, маты). Особенности: высокая прочность к истиранию, низкая теплопроводность, коэффициент линейного расширения сопоставим со сталью (лучше сочетается с ней).
• Углепластик (CFRP, карбон). Наполнитель - углеродное волокно. Особенности: максимально высокая удельная жесткость и прочность при малом весе. При нагреве углепластик практически не меняет геометрию, в то время как стеклопластик расширяется.
• Органопластики (органиты, AFRP). Наполнитель - арамидные волокна (кевлар). Особенности: высокая стойкость к ударным нагрузкам и истиранию. В сочетании крайне низкой плотности, аномально высокой ударной вязкости и способности к диссипации (рассеиванию) энергии. Из-за высокой вязкости волокна кевлар практически невозможно чисто сверлить или резать стандартным инструментом — он «лохматится». Требуются специальные фрезы и ножницы с лазерной заточкой или гидроабразивная резка