Технология формирования структуры и свойств стеклопластиков

Введение

Среди большинства материалов наиболее популярными и широко известными являются полимерные композиционные материалы (КПМ) – многокомпонентные композиции, в которых в качестве матрицы используются любые органические полимеры, а в качестве наполнителей — волокна, или частицы порошка, включения жидкости или газа.

Сочетание разнородных компонентов приводит к созданию материала с уникальной удельной прочностью и коррозионной стойкостью, регулируемыми магнитными и электрическими характеристиками, разнообразными функциональными свойствами.

Большую группу композиционных полимерных материалов составляют армированные пластики, в которых в качестве полимерной матрицы применяются различные термореактивные и термопластичные полимеры, а для арматуры используются волокнистые, тканые, сеточные и листовые материалы. Для производства КПМ чаще применяют стеклянные, углеродные, борные и органические волокна. Армирующие элементы определяются требованиями, предъявляемыми к изделию.

1. Общие сведения об стеклопластиках

1. Стеклянные волокна

Стеклопластики – это материалы на полимерной матрице, армированной стеклянным волокном.

Основную механическую нагрузку несут волокна, и они, главным образом, определяют прочность и жесткость материала.

[pic 1]

Таблица 1. Свойства различных армирующих волокон

Стеклянные волокна являются наиболее распространенными материалами для получения композитов. Это объясняется их относительно невысокой стоимостью и универсальностью свойств (низкая плотность по сравнению с металлами, высокая прочность как при растяжении, так и при сжатии, термо- и химическая стойкость, высокие диэлектрические свойства и др.). 

Для производства стеклопластиков используются стеклянные волокна различного типа. Основу стекол составляет кремнезем SiО2. Температура плавления диоксида кремния очень высока, для ее снижения в стекло могут быть введены различные добавки добавки, изменяющие при этом свойства конечного продукта. Стекло – это аморфный материал, не имеющий кристаллического строения. Широкую распространенность стеклянных волокон предопределяет их спектр достоинств:

∙ относительно невысокая плотность волокон 2,4-2,6⋅310 кг/м3;

∙высокий уровень прочности в условиях действия растягивающих напряжений, удельная прочность (отношение предела прочности к плотности) стекловолокна выше, чем стальной проволоки;

∙ хорошие электроизоляционные свойства;

∙ волокна не горят и не поддерживают горение;

∙ возможность эксплуатации при повышенных температурах;

∙ низкий коэффициент линейного температурного расширения и высокий коэффициент теплопроводности;

∙ химическая стойкость, устойчивость к действию грибков, бактерий и насекомых;

∙ повышенная влагостойкостью, сохранение высоких прочностных свойств в средах с повышенной влажностью.

Обычно стеклянные волокна выпускаются круглого сечения 1 (Рис. 1). Однако выпускаются и полые волокна 2 и профилированные (профильные) с формой сечения в виде треугольника 5, квадрата 4, шестиугольника 3, прямоугольника 6, ленты с гладкой или гофрированной поверхностью.[pic 2]

 Рисунок 1. Формы сечений стеклянных волокон.1-круглое;2-полое;3-шестиуголльное

Наиболее целесообразно применение полых волокон с коэффициентом капиллярности (отношение внутреннего диаметра к внешнему), равным 0.5 - 0.7, при внешнем диаметре волокна от 8 до 25 мкм, что позволяет снизить плотность стеклопластиков, увеличить их удельную жесткость при изгибе и прочность при сжатии. Уменьшается диэлектрическая проницаемость и теплопроводность стеклопластиков. К наиболее перспективным профилированным стеклянным волокнам относятся волокна, имеющие в сечении форму треугольника, квадрата, шестигранника. Их применение дает возможность повысить плотность упаковки стекловолокна в стеклопластике, а следовательно, увеличить прочность и жесткость композита. Использование стеклянных гладких и гофрированных микролент позволяет в необходимых случаях повысить газопроницаемость стеклопластика, а также его прочность и жесткость в поперечном направлении.