Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

АРМИРОВАННЫЕ ПЛАСТИКИ

Г а з о н а п о л н е н н ы е п л а с т м а с с ы - гетерогенные дисперсные системы, состоящие из твердой и газообразной фаз. Структура таких пластмасс образована твердым полимером - связующим, которое формирует стенки элементарных ячеек или пор с распределенной в них газовой фазой - наполнителем.

В зависимости от физической структуры газонаполненные пластмассы делятся на две группы:

1. Пенопласты - материалы с ячеистой структурой, в которых газообразные наполнители изолированы друг от друга и от окружающей среды тонкими слоями полимерного связующего.

2. Поропласты (губчатые материалы) с открытопористой структурой, вследствие чего газообразные включения свободно сообщаются друг с другом и с окружающей атмосферой.

Поропласты имеют большое водопоглощение и несколько худшие электроизоляционные свойства, но они лучше глушат звуки различных частот и обладают лучшими демпфирующими свойствами. Различают эластичные, полужесткие и жесткие пеноматериалы. Вспененные пластмассы получают в виде блоков или формованных деталей.

Полимерные связующие могут быть как термореактивными (феноло­фор­мальдегидные, эпоксидные, полиуретановые смолы), так и термопластичными (ПС, ПВХ, ПЭ и др.).

Наиболее широкое применение получили пенопласты. Образование пенистой структуры достигается: а) введением специальных газообразователей (парафоров), разлагающихся при нагревании; б) вспениванием жидкой смолы путем продувки воздухом, азотом; в) самовспениванием жидких компонентов, когда при их взаимодействии образуется твердая масса и одновременно выделяются газы.

Природа полимера мало влияет на диэлектрическую проницаемость пенопластов, но значительно сказывается на tg d. Диэлектрические показатели зависят также от природы других компонентов, входящих в композицию (поверхностно-активных веществ, газообразователей, пластификаторов, наполнителей и др.).

Пенопласты обладают обычно анизотропией механических свойств, обусловленной в основном вытянутой формой ячеек и ориентацией их стенок в направлении течения композиции при вспенивании. Степень анизотропии зависит от способа получения. Например, свободное вспенивание композиции приводит к образованию направленных ячеистых структур, а вспенивание в замкнутых объемах позволяет получать пенопласты с более изотропными свойствами.

Для повышения жесткости и прочности пенопласты армируют листовыми материалами (слоистыми пластиками, металлом), металлическими прутками, проволокой, сеткой, сотами.

Наиболее распространенными термопластичными пенопластами являются пенополистирол и пенополивинилхлорид, которые могут быть использованы при температурах ± 60⁰ С.

Термореактивные на основе ФФС пенопласты работают до температуры 120 - 160⁰ С.

Термостоек пенопласт К-40 на кремнийорганическом связующем, который выдерживает кратковременно температуру 300⁰ С.

Представителями самовспенивающихся материалов являются пенополиуретан и пенополиэпоксид.

Пенопласты используют как тепло- и звукоизоляционный материал. Пенополиуретаны и пенополиэпоксиды применяются для заливки деталей электронной аппаратуры. Они используются также в авиастроении.

Поропласты обладают повышенной звукопоглащаемостью (70 - 80%) на тех­ни­ческих частотах.

Контрольные вопросы

1. Основные требования к связующим на основе термореактивных смол.

2. Реакции получения фенолоформальдегидных смол (ФФС).

3. Свойства и применение фенолоформальдегидных смол.

4. Эпоксидные смолы. Структура, свойства и применение.

5. Полиэфирные смолы. Структура, свойства и применение.

6. Основные преимущества кремнийорганических пластмасс.

7. Что представляю собой газонаполненные пластики?

8. На какие группы, в зависимости от физической структуры, делятся газонаполненные пластмассы?

9. За счет чего достигается образование пенистой структуры в газонаполненных пластмассах?

10. Свойства и применение газонаполненных пластиков.

АРМИРОВАННЫЕ ПЛАСТИКИ

Ведущее место среди композиционных материалов на базе синтетических полимеров занимают армированные пластики (АП), представляющие собой искусственные материалы и состоящие из двух фаз (компонентов) - полимерной матрицы и армирующего элемента.

АП получили широкое применение в современной технике благодаря исключительному сочетанию конструкционных и специальных свойств.

Матрицами для АП служат различные термореактивные и термопластичные полимеры. К полимерным связующим предъявляются, наряду с требованиями высоких механических характеристик, ряд специальных требований: технологичность, термостойкость, негорючесть и т.п. В состав связующих входят, как правило, различные модифицирующие добавки, обеспечивающие реализацию в композиционном материале требуемых технологических и эксплуатационных свойств: отвердители, растворители, катализаторы и др.

Армирующая фаза образуется обычно совокупностью непрерывных волокнистых армирующих элементов в виде элементарных волокон, комплексных нитей, жгутов, лент, тканей с различной текстурой, а также короткими (дискрет­ны­ми, штапельными) волокнами в составе штапельных тканей, матов, бумаги и т.п.

В зависимости от химической природы матрицы и армирующей фазы АП могут приобретать наименование по одному из компонентов:

- по матрице: фенопласты, эпоксипласты, имидопласты и т.п.;

- по волокнообразующему материалу: стекло-, угле-, органо-, базальто- и др. пластики.

По направленности свойств и схемам армирования различают изотропные и анизотропные

Типичные классификационные модели АП

По объему армирования АП классифицируются на низкоармированные, армированные, высоко- и предельно армированные.

По эксплуатационному назначению АП делятся на конструкционные, предназначенные для механического сопротивления эксплуатационным нагружениям и функциональные (электротехнические, магнитные, оптические, фрик­­­­ци­онные и антифрикционные, тепло-, звуко-, газоизоляционные и т.п.).

По уровню свойств АП делятся на низкопрочные, прочные, высоко- и сверхвысокопрочные; горючие, трудносгораемые и негорючие и т.д.

По способу переработки (технологический принцип) АП делятся на ли-тьевые и экструзионные; прессовочные и штамповочные, намоточные и пултрузионные.

Стеклопластики ( СП) - материалы на основе полимерной матрицы, упрочненной стеклянными наполнителями, главным образом стеклянными волокнами.

Стеклянные волокна (СВ) получаются из расплавленной стекломассы (температура 1200 - 1450°С) путем быстрого вытягивания струи из фильер до диаметра 3-100 мкм, длиной несколько десятков километров. После вытягивания волокна собирают в пучок и накрывают замасливателем, который соединяет элементарные волокна в первичную нить, предотвращает склеивание нитей, облегчает размотку и кручение нитей, защищает от истирания и разрушения во время текстильной переработки.

Стеклянные волокна различного химического состава обладают ценными свойствами - негорючестью, стойкостью к коррозии, высокой прочностью, сравнительно малой плотностью, высокими оптическими, диэлектрическими и теплофизическими свойствами.

Наибольшие……цилиндра.. И РИС 3,2, стр.119

Для получения СВ используют стекла различного состава: алюмоборосиликатные, натриево-кальциево-алюмоборосилатные, натриево-кальциевосиликатные, магнитоалюмосиликатные, на основе тугоплавких металлов или их соединений (кварцевые, высококремнеземные, алюмокремнеземные, алюмо­силикатные) и др.

В производстве СП наиболее широко применяют термореактивные смолы: фенолоформальдегидные, полиэфирные, полиимидные, кремнийорганические и др.

Термопластичные полимеры (ПА, ПП, ПС, ПЭ и др.), применяемые в производстве СП, обладают высокой вязкостью, что затрудняет пропитку стеклонаполнителей и получение композиций с высоким содержанием наполни­теля. В качестве наполнителей используют короткие (0,1-1,0 мм или 3-12 мм) волокна диаметром 9-19 мкм с содержанием от 10 до 50 массовых процентов.

Получение термореактивных СП, как правило, совмещают с процессом изготовления изделий (намоткой, послойной выкладки или напыления с последующим контактным, вакуумным, прессовым формованием).

Углепластики (УП) содержат в качестве наполнителя углеродные волокна (УВ).

УП обладают высокой прочностью и жесткостью, низкой плотностью, химической инертностью, тепло- и электропроводностью, высокой усталостной прочностью, низким значением коэффициента линейного термического расширения, высокой радиационной стойкостью.

Углеродные волокна получают путем термической деструкции в инертной среде или вакууме органических волокон, волокон нефтяных и каменноугольных пеков, фенольных смол и других углеродсодержащих исходных веществ.

УВ получают только из волокнистых полимеров, не плавящихся при термообработке, обеспечивающих высокий выход углерода и необходимые механические и другие свойства.

Процесс получения УВ включает высокотемпературную обработку (кар­бо­­низацию и графитизацию) органических волокон. Карбонизация закан­чи­ва­ет­ся в интервале температур 900-2000°С (содержание углерода 80-99%), а гра­фи­тизация проводится при температурах до 3000°С (содержание углерода выше 99%). Для получения УВ высокого качества карбонизация и графи­тизация проводятся с одновременным вытягиванием волокна, что способствует совершенствованию структуры и повышению механических свойств УВ.

В производстве УП используются как термопластичные (полиимиды, полиамидоимиды и полисульфон), так и термореактивные (эпоксидные, феноль­ные, эпоксидно- анилинофенолоформальдегидные и др.) матрицы.

Свойства УП существенно зависят от степени армирования и для углеволокнитов оптимальное объемное содержание волокон - 60%, а для углетекстолитов - 52%.

Благодаря высокой устойчивости к действию химически агрессивных сред УП применяются для изготовления реакторов, трубопроводов, лопастей насосов, выхлопных труб и т.п.

Высокая радиационная стойкость позволяет применять УП в нейтронном оборудовании; низкий коэффициент термического расширения позволяет использовать в криогенной технике при изготовлении баллонов для хранения сжиженных газов; высокая биологическая и механическая совместимость углеродных волокон с тканями живого организма определяют перспективность их применения в медицинской технике.

Органопластики (ОП) - композиционные материалы на основе полимер­ных матриц, армированных химическими волокнами.

В зависимости от природы, структуры и уровня свойств волокнистого армирующего наполнителя ОП делятся на две группы:

1) органопластики на основе карбо- и гетероцепных волокон, характеризующихся сравнительно невысокими прочностными свойствами (полиамидные волокна, волокна полиакрилонитрила, поливинилового спирта, политетрафтор­этилена, полипропилена и др.)

2) высокопрочные высокомодульные ОП на основе предельно армированных волокон - арамидных и др.

В качестве полимерных матриц используются в основном модифицированные эпоксидные смолы, а в некоторых случаях полиэфирные, фенолоформальдегидные и др.

Высокие прочностные свойства при растяжении ОП позволяют исполь­зовать их при изготовлении деталей и узлов, испытывающих значительные растягивающие напряжения от воздействия высокого внутреннего давления (баллоны высокого давления, корпуса ракет и т.п.) или центробежные нагрузки (роторы, лопасти, маховики и т.п.).

Низкая плотность в сочетании с высокой прочностью и жесткостью при растяжении и сдвига, а также высокая стойкость к ударным и вибрационным нагрузкам позволяют использовать ОП в качестве тонких обшивок при изготовлении сотовых панелей, конструкций интерьера летательных аппаратов (панели пола, перегородки, потолочные и бортовые панели и др.).

Сравнительные свойства элементарных волокон, используемых в производстве армированных пластиков приведены в табл.1.

Т а б л и ц а 1

Свойства элементарных волокон

Контрольные вопросы

1. Резины. Основные ингредиенты резин.

2. Основные типы каучуков.

3. Классификация резин по назначению.

4. Армированные пластики. Состав. Свойства.

5. Способы получения стеклянных волокон.

6. Стеклопластики. Свойства. Области применения.

7. Способы получения углеродных волокон.

8. Углепластики. Свойства. Области применения.

9. Органопластики. Свойства. Области применения.