Les résines époxy sont des intermédiaires réactifs qui, avant de pouvoir être des produits utiles, doivent être «durcis» ou réticulés par polymérisation en un réseau infusible tridimensionnel avec des co-réactifs (agents de durcissement). La réticulation de la résine peut se produire à travers les groupes époxyde ou hydroxyle , et procède essentiellement par seulement deux types de mécanismes de durcissement: couplage direct des molécules de résine par une homopolymérisation catalytique, ou couplage via un intermédiaire réactif. Les réactions utilisées pour durcir les résines époxy de bas poids moléculaire se produisent avec l’anneau époxyde:
La capacité de cet anneau à réagir par un certain nombre de voies et avec une variété de réactifs confère aux résines époxy leur grande polyvalence. La chimie de la plupart des agents de durcissement actuellement utilisés avec les résines époxy est basée sur des réactions de polyaddition qui aboutissent à un couplage ainsi qu’à une réticulation . Les agents de durcissement les plus largement utilisés sont des composés contenant de l’hydrogène actif (polyamines, polyacides, polymercaptans, polyphénols , etc.) qui réagissent comme indiqué dans la réaction 1 pour former la β-hydroxy -amine, l’ester, le mercaptan ou le β-phényléther correspondant.
Les résines époxy et les agents de durcissement contiennent généralement plus d’un site de réaction par molécule, et le processus de durcissement pour former un réseau tridimensionnel résulte de multiples réactions entre les molécules d’époxyde et l’ agent de durcissement . Les réactions spécifiques des divers réactifs avec des groupes époxyde ont, dans de nombreux cas, été étudiées de manière très détaillée et ont été largement examinées ailleurs.
Matériaux composites de résine époxy
Les résines époxy – en raison de leur réactivité qui leur permet de bien adhérer aux fibres et de leur ténacité – sont les résines thermodurcissables qui, associées aux fibres de verre, de carbone ou d’ aramide , produisent des matériaux composites avec les meilleures propriétés de la plupart des thermodurcissables. Il existe plusieurs procédés de fabrication de matériaux composites mais les plus importants, dans le cas des résines époxy, sont indiqués dans letableau 27.5. Les processus sont répartis entre «résine humide» et «préimprégné». Lesprocédés de résine humide impliquent une combinaison directe, par le fabricant de résine époxy et des fibres de renforcement. Ceci peut être accompli à la main, par la simple application de résine et de renforcement sur un moule convenablement traité. Comme mentionné, de nombreux précurseurs de resine epoxy nécessitent d’être chauffés pour permettre d’atteindre un niveau de viscosité suffisamment bas.
Les réglementations en matière de santé et de sécurité ne favorisent plus le traitement des résines dans un environnement d’usine ouvert, en particulier si des procédés alternatifs sont disponibles. Processus de moulage fermé tels que le moulage par transfert de résine et l’ infusion sous vide prennent donc le relais du moulage par contact. Le moulage par transfert de résine implique l’écoulement de résine, entraîné par une combinaison de pression et / ou de vide dans un renfort sec contenu dans un moule composite apparié en deux parties. L’infusion de résine est plus rentable car elle n’implique qu’un moule unilatéral, le renfort sec étant recouvert d’un film plastique souple. L’espace entre le film et le moule est évacué, ce qui entraîne l’aspiration de la résine dans le renfort. Le processus d’infusion peut maintenant être utilisé pour la fabrication de grandes pièces, telles que des bateaux et des pales d’éoliennes.
L’enroulement de filament implique toujours un traitement de liquide ouvert, et des installations d’extraction de vapeur améliorées sont maintenant nécessaires pour ce processus. Il existe également des restrictions sur certains des durcisseurs aminés , en particulier les amines aromatiques , utilisés pour le durcissement. Le marché de la tuyauterie résistant à la corrosion est stable, mais l’utilisation de cuves filamentaires pour le stockage et le transport du gaz (gaz naturel, butane et bientôt hydrogène) est en expansion. Les récipients sous pression de ce type sont équipés de revêtements polymères ou métalliques pour agir comme barrières de perméation des gaz.
Les stratifiés composites époxy sont largement utilisés pour la réparation des structures composites et en acier , principalement dans les applications marines. La réparation du bateau est souvent nécessaire, en raison de dommages d’impact ou parce que les couches de stratifié ont dû être enlevées en raison de l’ osmose (cloquage). Pour cette application, l’époxy est la résine préférée en raison de sa plus grande réactivité, par rapport aux polyesters et aux esters vinyliques. La réparation du stratifié nécessite toujours un enlèvement de matière pour fournir une surface fraîche sur laquelle la réparation époxy peut être fixée. Des stratifiés à base de polyester ou d’ester vinylique peuvent être ajoutés sur l’époxy alors qu’il est encore réactif. Il est à noter que la résine époxy est la plus résistante à l’osmose de toutes les résines utilisées dans la construction navale.
Les composites époxy peuvent être utilisés pour réparer les structures en acier et les tuyauteries qui ont été soumises à des dommages par impact, à la corrosion ou à la fatigue. La réparation composite est particulièrement pratique pour les structures offshore où le soudage (travail à chaud) est souvent interdit.
Le faible retrait et la simplicité de fabrication font des résines époxy parfaitement adaptées à un certain nombre d’applications d’outillage. Les modèles, gabarits, moules de mise en forme des métaux et moules de formage sous vide sont souvent fabriqués à partir de ces matériaux. Etant donné que beaucoup de ces produits sont assez volumineux en vrac, il est important d’utiliser des systèmes de durcissement à faible exothermie. Une réduction de l’exothermie est également obtenue en utilisant de grandes quantités de charges, ce qui peut en outre réduire considérablement le coût. Pour les pièces moulées en résine de forme complexe, la résine bisphénol F est parfois préférée en raison de sa plus faible viscosité.
Le choix du mastic dépend de l’utilisation finale. Les charges métalliques amélioreront l’usinabilité, la dureté et la conductivité thermique mais peuvent dans certains cas inhiber le durcissement.
Par rapport aux polyesters thermodurcissables, les résines époxy présentent généralement de meilleures propriétés mécaniques et, en utilisant des durcisseurs appropriés, une meilleure résistance thermique et chimique, en particulier une résistance aux alcalis.