Полезная информация







Анализ сайта он лайн



Компоненты для ПКМ с волокнистыми наполнителями

Связующее. Для получения волокнитов с наиболее высокими прочностными свойствами необходимо использовать длинные волокна. Но длинные волокна нельзя смешивать с высоковязким полимером, их можно только пропитать олигомером, а затем олигомер отвердить для придания ему высоких модуля упругости и прочности. Поэтому в качестве основы для получения высокопрочных композиций используют термореактивные олигомеры, такие как: эпоксидные, фенолформальдегидные, кремнийорганические, полиэфирные и др., которые после пропитки ими волокна и формования изделия отверждают. В случае использования термореактивных смол легче добиться высокой адгезии связующего к волокну. 
В последнее время все шире в качестве связующего для волокнитов стали использовать термопласты. Термопласты возможно наполнить только короткими хаотично расположенными волокнами путем смешения коротковолокнистых наполнителей или рубленого волокна с полимером. При смешении волокно ломается и соотношение l/D оказывается неудовлетворительно низким, менее 100. Поэтому получить композиции на основе термопластов с очень высокими прочностными характеристиками не удается. Но даже сравнительно небольшое усиление термопластов волокнами является весьма желательным. Упрочняют волокнами в основном высокомодульные термопласты, такие как: полиамиды, полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат, поликарбонат, полипропилен, полиимид, АБС-пластики и аналогичные им. При использовании неполярных полимеров с низкой адгезией к волокну, таких как полипропилен, поликарбонат, приходится прибегать к модификации полимеров для повышения их адгезии к наполнителю.
Наполнители. В мире выпускается огромное количество всевозможных волокон для наполнения полимеров. Все используемые для наполнения полимеров волокна можно поделить на короткие и непрерывные. Непрерывные волокна получают только искусственным путем. Непрерывные волокна бывают безуглеродные, углеродные и органические. Короткие волокна делятся на природные и искусственные.
Рассмотрим непрерывные волокна. Сюда относятся стеклянные, керамические (из оксидов металлов), базальтовые, борные, металлические и др. волокна.
Наиболее распространенными являются стеклянные волокна. В мире выпускается большое количество стеклянных волокон из различных марок стекла. В зависимости от марки стекла, механические свойства волокон существенно различаются. Стеклянные волокна получают путем продавливания расплава стекла через фильеры с последующим вытягиванием вытекшего расплава в нити и одновременным их охлаждением. Эти волокна выпускаются в виде непрерывных нитей, крученых и некрученых жгутов (ровница), тканей, нетканых листовых материалов, рубленных волокон, измельченных волокон, матов из перепутанных непрерывных волокон. Стеклянные волокна сравнительно недороги ($ 1 – 2 за кг), поэтому полимерные композиты на их основе нашли самое широкое применение.
Базальтовые волокна получают из базальтовых пород по технологии, аналогичной получению стеклянных волокон. Базальтовые волокна по механическим свойствам незначительно уступают стеклянным, но заметно дешевле их.

Свойства различных видов волокон.

Борные волокна получают методом химического выделения бора и его осаждения из газовой фазы на непрерывно движущуюся нагретую вольфрамовую нить. Такой сложный метод получения волокон обуславливает их высокую цену ($450 за кг). Но их уникальные свойства оправдывают такие расходы при использовании в авиакосмической и ракетной технике.
Керамические волокна получают из оксидов металлов (алюминия, циркония, бериллия). Эти волокна не отличаются очень высокой удельной прочностью, их главное достоинство – высокая термостойкость (1400 – 1650 °С). Кроме того, они имеют очень высокую химстойкость и стойкость к окислению. Поэтому ими усиливают пластмассы для изготовления химической аппаратуры, тормозных и фрикционных изделий, узлов двигателей.
Углеродные волокна также являются весьма дорогими ($40 – $200 за кг). Их получают медленной карбонизацией углеводородных волокон в инертной атмосфере. Чаще всего для этого используют волокна из полиакрилонитрила. Благодаря низкой плотности углеродные волокна по удельной прочности и удельному модулю упругости превосходят большинство других волокон. Это свойство является очень важным для различных летательных аппаратов, что определило их широкое использование в авиакосмической и ракетной технике.
Для упрочнения полимеров широко используют волокна из органических полимеров. Наибольшее распространение получили волокна из ароматических полиамидов (арамидные волокна). Эти волокна получают вытягиванием расплава полимера, вытекающего из фильер. За счет большой молекулярной массы полимера и высокой степени вытяжки удается получать высокомодульные и высокопрочные органические волокна. Стоимость этих волокон находится в пределах $ 20 – 25 за 1 кг. Благодаря низкой плотности эти волокна во многих областях вытесняют сейчас стеклянные волокна. Недостатком ПКМ с арамидными волокнами являются более низкие значения ?р и Е в направлении поперечном оси ориентации волокон, чем у ПКМ со стеклянными волокнами.
Из природных коротких волокон нашли применение волластонитовые и асбестовые волокна. Волластонит – это игольчатый силикат кальция. Его добывают шахтным способом, а затем измельчают и просеивают. Характеристическое отношение l/D невысокое и равно 15.
Из асбестов используют хризотиловый асбест, который представляет собой сильно гидратированный силикат магния. Асбест добывают обычным способом, распушают на мельницах и затем отделяют от пустой породы. Хризолитовый асбест имеет следующие свойства: ?р = 2,1 ГПа, Е = 160 ГПа, плотность = 2500 кг/м3, диаметр фибрилл 16 – 30 нм. Различные марки асбеста отличаются длиной волокна. Асбест в виде волокнистого порошка широко используется для наполнения различных реактопластов и термопластов.
Синтетические коротковолокнистые наполнители получают путем выращивания нитевидных монокристаллов из различных соединений (оксидов, карбидов, нитридов и др.). Диаметр кристаллов различен и колеблется от сотен нанометров до 30 мкм. Их характеристическое отношение составляет 500 – 5000. Такие наполнители получили название “усы”. Эти монокристаллы из-за совершенства строения обладают очень высокими механическими свойствами. Например, нитевидные монокристаллы карбида кремния имеют ?р = 30 ГПа и Е = 690 ГПа. Благодаря таким свойствам нитевидные монокристаллы являются очень перспективными наполнителями термопластичных и термореактивных полимеров.

Опубликовано в Основы наполнения полимеров волокнами