Конструкционные пластмассы
ПРОМЫШЛЕННЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ РЕАКТОПЛАСТОВ
жүктеу/скачать 12,88 Mb.
|
| 1.3. ПРОМЫШЛЕННЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ РЕАКТОПЛАСТОВ
Для создания полимерных конструкционных материалов редко используются чистые ( ненаполненные) пластмассы. Как правило – это композиты, представляющие собой гетерофазные системы, основными составляющими частями которых являются полимерные матрицы (связующее) и наполнитель. Свойства композитов зависят как от химической структуры и свойств самой матрицы, так и от физических параметров и природы наполнителя. В качестве связующих, в принципе, могут использоваться как термо-пластичные, так и термореактивные полимеры. Однако, термопласты имеют низкие механические характеристики при повышенных температурах эксплуатации и недостаточно устойчивы к органическим растворителям. По этой причине среди термопластов в композитах находят применение лишь термостойкие полимеры последнего поколения – полиэфирэфиркетоны, полибензоксазолы, полифениленоксид и полиэфирсульфоны. При формовании они нуждаются в применении высоких температур (до 300°С) и давлений, что осложняет и удорожает технологию. Поэтому в качестве матриц применяются, в подавляющем большинстве, только реактопласты, которые после отверждения обеспечивают требуемую термостойкость. Наполнитель в композиционных материалах несет основную механическую нагрузку, т.е. он “ армирует “ полимерную матрицу, усиливает прочность композита. Кроме того, наполнитель способен повышать тепло- и огнестойкость материала, придавать ему другие, специфические физические свойства, а также снижает стоимость. Поскольку композиты используются, в основном, как конструкционные материалы, главные их показатели – механическая прочность и деформационные характеристики зависят от правильного подбора наполнителя. От его природы зависят также в значительной степени, технологические свойства исходных композитных смесей и возможные способы их переработки в изделия. Содержание наполнителя в композитах может изменяться в широких пределах от 5 до 45-50% от массы полимера. Существуют также высоконаполненные композиционные материалы, в которых содержание наполнителя может быть еще больше и даже превышать в 2-3 раза содержание связующего. В качестве наполнителей применяются самые разнообразные вещества как органической, так и минеральной природы. К ним предъявляются различные требования в отношении формы частиц, их размеров, способности к адгезии (сродству) к полимерной матрице и другие. В самом общем виде наполнители можно подразделить на три группы: - дисперсные наполнители; - волокнистые наполнители; - непрерывный наполнитель. Дисперсные наполнители – это порошки минеральной или органической природы, в качестве которых применяются такие вещества как древесная мука и целлюлоза, порошкообразные оксиды металлов и металлические порошки, тальк, мел, графит, кварцевый порошок, каолин, сажа и многое другое. Волокнистые наполнители - это рубленые стеклянные, синтетические волокна, хлопковые отходы, асбест и другие. Наибольшее распространение получили стеклянные волокна различной длины: короткие (от 0,1 до 1,0мм) и длинные (от 3до 12 мм), которые расположены в массе матрицы хаотично. Наполнение такими волокнами существенно увеличивает прочностные свойства изделий по сравнению с дисперсными наполнителями. Так, прочность увеличивается в 2-3 раза, модуль упругости (жесткость) – в 3-5 раз, теплостойкость возрастает на 50-180°С,улучшается размерная стабильность изделий. Непрерывный наполнитель - нити, ленты, жгуты нитей (ровинги) или ткани из стеклянных, синтетических или карбонизованных (угольных) волокон. Длина непрерывного волокнистого наполнителя равна длине изделия или полуфабриката (препрега) на его основе. В этом случае расположение наполнителя в матрице всегда фиксировано в одном или в нескольких направлениях. Наполнители этого типа позволяют получить наиболее высокие физико-механические характеристики конструкционных полимерных композитов. В зависимости от природы наполнителя выбирают технологию его смешения с полимерным связующим и способ формования композита. Например, порошковые наполнители совмещают с сухим порошком связующего в смесителях различного типа. Волокнистые наполнители пропитываются раствором связующего с последующим удалением растворителя сушкой или вводятся на промежуточных стадиях синтеза полимера. Композиты с порошковым или волокнистым наполнителем перерабатываются обычными методами – термопрессованием либо литьевым формованием под давлением ( на термопластавтоматах, если связующее- термопластичный полимер или на реактопластавтоматах- в случае реактопластов). В случае непрерывных наполнителей применяют принципиально иные способы нанесения связующего и формования изделий. Так, в производстве полных изделий (тел вращения) в качестве наполнителей используют непре-рывные нити, ленты или жгуты (нитяные пряди, называемые ровингами). Для таких изделий стадии пропитки наполнителя связующим и формования совмещаются в одном процессе, называемом намоткой. Пропитка наполнителя осуществляется жидкой термореактивной смолой ( сухая намотка) с одновременной укладкой непрерывного наполнителя, отжатого от избыточного количества смолы, на вращающуюся формообразующую оправку. При этом форма и размеры изделия задаются технологической оснасткой – оправкой и числом наматываемых слоев. Затем проводится термоотверждение связующего в специальных печах, охлаждение и снятие готового изделия с оправки. Модификацией этого метода является мокрая намотка, когда пропитка наполнителя осуществляется раствором связующего с последующей сушкой, при которой улетучивается растворитель и происходит частичное отверждение термореактивного полимера. Однако, полученный композит, называемый препрегом, еще сохраняет эластичность, которая позволяет осуществить намотку. Последующие технологические процессы- отверж-дение, охлаждение и снятие с оправки протекают, как и в случае сухой намотки. Методами намотки изготавливают трубы, лопасти турбин и вертолетных винтов, конструкции летательных и космических аппаратов, емкости, различный спортивный инвентарь (клюшки, ракетки, лыжные палки, мачты для яхт и пр.). Такие композитные материалы, собственно, и стали называть армированными пластиками, поскольку их прочностные свойства и устойчивость к деформирующим нагрузкам (удару, изгибу, растяжению) может в десятки раз, в зависимости от природы наполнителя, превышать показатели ненаполненных полимеров. Если в качестве непрерывного наполнителя применяются листовые материалы (бумага, холсты, маты и ткани, полученные из различных волокон- синтетических, стеклянных, угольных),то получаются изделия называемые слоистыми или армированными пластиками. В зависимости от природы волокна различают стекло-,угле- и органопластики. Листовые стеклопластики в настоящее время широко применяют для изготовления печатных плат в электронике. Органо- и углепластики используют в космической технике, в военном и гражданском авиастроении. В производстве этих материалов пропитка наполнителя связующим также производится жидкой смолой или раствором термореактивного связующего с последующей сушкой и получением препрега. В случае жидкой смолы проводят пропитку наполнителя путем инжекции связующего на ткань, а затем- последующую выкладку полученных препрегов на оправку, задающую форму изделию, или просто в пакет из нескольких слоев препрегов. При использовании растворов связующего пропитку осуществляют окунанием наполнителя в ванну с раствором полимера с последующим отжимом избытка раствора на валках и сушкой препрега. Затем полученные препреги складывают в пакет и формуют листовой материал путем термопрессования на пневматических или гидравлических прессах при заданном температурном режиме. Изделия объемной формы отверждают на оправках под вакуумом в резиновых мешках или под давлением в автоклавах. Название - современные композиционные материалы относится, преимущественно, к стекло- и углепластикам, которые обладают уникальными прочностными свойствами и применяются в самых ответственных областях. Угольные волокна по сравнению со стеклянными, имеют значительно больший модуль упругости, поэтому композиты на их основе имеют механические характеристики, сравнимые или даже более высокие, чем у металлов. Кроме того, угольные волокна обладают выдающейся термической и химической стойкостью. Таким образом, полимерные композиты могут использоваться, в зависимости от природы наполнителя и матрицы, в конструкциях различного назначения: от строительных материалов до крупногабаритных деталей космической техники. Невозможно охватить в кратком пособии все многообразие технологий их производства и применения. Мы остановимся лишь на некоторых примерах наиболее широко используемых композиционных материалов на основе реактопластов, описанных в предыдущем разделе, и наполнителей различного типа. жүктеу/скачать 12,88 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|