Наполнители для полимерных композиционных материалов (стр. 7 )

** - отношение прочности КМ (кгс/мм2) к его плотности (кг/м3);

*** - отношение модуля упругости КМ к его плотности.

8.4. Органические волокна

В качестве органических наполнителей применяются следующие виды волокон: хлопковое, полиамидные (ПА), полиэфирные (ПЭ), полиакрилонитрильные (ПАН), вискозные (ВВ), поливинилспиртовые (ПВС) и другие.

Наполнители применяют в виде тканей, нетканых материалов, войлоков, матов, нитей и т. п.

Композиционные материалы на основе органических волокон называют органотекстолитами, органоволокнитами или органогетинаксами.

В качестве связующих применяют термореактивные и термопластичные полимеры (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полиамиды, полиметилметакрилат, полиимиды, фторопласты). Свойства волокон приведены в табл. 10.

Модули упругости и температурные коэффициенты линейного и объемного расширения органических наполнителей и полимерных связующих близки. Поэтому в таких материалах остаточные напряжения, возникающие при изготовлении изделий, в 4-6 раз ниже, чем, например, в стеклопластиках. Пористость отвержденных органопластиков не превыша

Таблица 10

Свойства волокон

Волокно	Плот-ность, кг/м3	Диаметр, мкм	Прочность при растяжении, МН/м2 (кгс/см2)	Модуль упругости, МН/см2 (кгс/см2)	Предельная температура эксплуатации, 0С
Хлопок	1600	17	350-770 ()	-	135
Вискозное	1500	10-40	560(5600)	2,8××103)	200
Полиакрилонит-рильное	1200	10-25	350(3500)	2,8××103)	230
Полиамидное	1140	10-40	840-(8400)	2,8××103)	250
Полиэфирное	1400	10-25	700(7000)	4,2××103)	250

ет 1-3%. Органопласты обладают хорошей ударной вязкостью и высокой устойчивостью к распространению трещин. Указанные особенности обеспечивают высокую стабильность механических свойств при резкой смене температур, а также при действии циклических и ударных нагрузок. Плотность органопластов »30% ниже плотности стеклопластов, поэтому по удельным прочностным характеристикам органопласты близки к стеклопластикам, а в некоторых случаях превосходят их, табл.11.

Однако органопласты имеют сравнительно низкую прочность при сжатии и высокую ползучесть под нагрузкой. Большинство их обеспечивает длительную работу конструкций при нагружении, величина которого составляет не более 20-30% от разрушающего (табл.11).

Таблица 11

Свойства органопластов

Показатели	Полиэтилен+руб-леное стекло-волокно	Полиэти-лен+руб-леное поливинилспиртовое волокно	Рубле-ное ПАН волокно +ФФС	Холст на основе огнезащищенного ПАН волокна+ эпоксидный компаунд К-153	Холст на основе огнезащищенного ВВ+ФФС марки СФ-342А
Плотность, кг/м3	1300	980	1190	1280	1210
Прочность, МПа, при:
растяжении	61	78	50-55	-	57-60
изгибе	77	60	110-130	70	110-115
Модуль упругости при растяжении, МПа	4000	3200	-	5900	-
Ударная вязкость, кДж/м2	17	40	25-35	17	27
Водопоглоще-ние, %, за 24 часа	-	-	0,7-1,2	0,2	1,2-2,1

Органопласты могут длительно эксплуатироваться при температуре 100-150оС.

Армированные органическими волокнами материалы обладают высокой устойчивостью в агрессивных средах и во влажном тропическом климате.

8. 5. Борные волокна

Стеклопластики успешно применяются в обшивках и обтекателях самолетов и других конструкциях, но в узлах, несущих нагрузку, не могут быть применены из-за недостаточной жесткости [13].

Таллей (фирма «Тексако эксперимент») в 1959 г. сообщил о получении высокопрочного высокомодульного борного волокна методом химического осаждения бора из газовой фазы Н2 и трихлорида (ВСl3) на вольфрамовую нить (Æ»10 мкм). В промышленных условиях получают волокна Æ-100, 140 и 200 мкм:

2ВСl3 + 3Н2 ® 2В + 6НСl.

Химическое равновесие препятствует однонаправленности этой реакции и приводит к тому, что только 2% ВСl3 разлагается с осаждением бора на основу. Непрореагировавший ВСl3 конденсируют при температуре –80оС, НСl отделяют от Н2, а водород либо выпускают в атмосферу, либо вновь включают в технологический цикл. Высококачественное волокно получают только при оптимальных параметрах в реакторе: температура ~13500С, эквимольное соотношение Н2 и ВСl3, длина реактора 2 м, а скорость получения борных волокон не превышает 907 г в неделю.

В стоимость 1 кг борного волокна вносят 135 долларов вольфрамовая проволока и 108 долларов трихлорид бора.

В результате осаждения образуется сердцевина из боратов вольфрама (WB, W2B2, WB) диаметром 15-17 мкм, вокруг которой располагается слой поликристаллического бора. Диаметр борных волокон 10-250 мкм.

Свойства волокон бора Æ»100 мкм: Gр = МПа, Gиз = МПа, удлинение – 0,6-1,0%. Большая прочность волокон при изгибе объясняется тем, что наибольшие напряжения при изгибе возникают в поверхностных слоях борной оболочки, граница же раздела, прилегающая к нейтральной оси, практически не нагружена, а именно она и является наиболее слабым местом в составе волокна.

Гетерогенная оболочка бора способствует возникновению высоких напряжений: сжатия в сердечнике и растяжения в оболочке. Это приводит к возникновению радиальных трещин в волокне вследствие больших остаточных напряжений, которые возрастают с увеличением диаметра волокна. Поэтому прочность волокон имеет большой разброс и коэффициент вариации колеблется в пределах 17-30%.

Для повышения жаростойкости борных волокон, в случае использования их для армирования металлических матриц, их покрывают карбидом кремния осаждением из парогазовой фазы в среде аргона и воздуха. Такие волокна называют борсиком.

Разрушение борных волокон и борсика происходит по дефектам на поверхности волокна.

Борные волокна, полученные на вольфраме, имеют высокую стоимость. Для снижения стоимости осаждение проводят на стеклоуглеродное волокно, вырабатываемое из пеков. Такое волокно имеет гладкую поверхность и Gр = 4000 МПа, а иногда ~5000 МПа.

Борные волокна применяют в производстве КМ на основе полимерной и алюминиевой матриц.

Борные волокна относятся к числу полупроводников, поэтому КМ на их основе характеризуются более высокими, по сравнению с ПКМ с органическими волокнами, тепло - и электропроводностью.

ЛИТЕРАТУРА

1.  Уайт Дж. Полиэтилен, полипропилен и другие полиолефины / Дж. Уайт, Д. Чой. СПб.: Профессия, 20с..

2.  Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология / под ред. Ал. Ал. Берлина. СПб.: Профессия, 20с.

3.  Саммерс Дж. ПВХ (поливинилхлорид). / Дж. Семмерс, Е. Уилки, Ч. Даниэл. СПб.: Профессия, 20с.

4.  Технология полимерных материалов / под ред. . СПб.: Профессия, 20с.

5.  Михайлин полимеры и полимерные материалы / . СПб.: Профессия, 20с.

6.  Варшавский волокна / . М.:, 20с.

7.  Наполнители для полимерных КМ: Справочное пособие/Пер. с англ; Под ред. . М.: Химия,19с.

8.  Перепелкин волокна и волокнистые полимерные композитф / . НОТ. 20с.

9.  Крыжановский выбор и идентификация пластмасс / . НОТ. 20с.

10.  Основы технологии переработки пластмасс/Под ред. , . М.: Химия.,19с..

11.  ЛИ Х. Справочное руководство по эпоксидным смолам / Х. Ли, К. Невилл. М.: Энергия, 19с.

12.  Физико-химические основы наполненных полимеров / . М.: Энергия, 19с.

13.  Армирующие химические волокна для КМ / под ред. Кудрявцева. М.: Химия, 19с.

14.  Артеменко для ПКМ: учебное пособие / , . Саратов. СГТУ, 19с.

15.  Фенольные смолы и материалы на их основе / А. Кноп, В. Шейб. М.: Химия, 19

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений…………………………………………….	3
Введение………………………………………………………...	4
1.Тенденции развития конструкционных материалов……….	5
2.Наполнение полимеров ……………………………………...	8
2.1.Определение ПКМ. Цели наполнения…………………….	8
2.2.Классификация наполнителей……………………………..	13
2.3.Требования к наполнителям……………………………….	14
2.4.Характеристики свойств дисперсных наполнителей…….	15
2.5.Виды дисперсных наполнителей………………………….	20
3.Реологические свойства наполненных полимеров…………	36
4.Деформационно-прочностные свойства наполненных материалов………………………………………………………………..	39
5.Прочность дисперсно-наполненных полимеров…………..	41
6.Общие особенности свойств дисперснонаполненных полимерных композиционных материалов…………………..	43
7.Физико-механические свойства армированных материалов………………………………………………………………………	47
7.1.Композиционные материалы с непрерывными волокнами……………………………………………………………………….	47
7.2.Композиционные материалы, армированные короткими волокнами……………………………………………………………..	50
8.Виды армирующих волокон…………………………….…..	54
8.1. Стекловолокна……………………………………………..	54
8.2. Базальтовые волокна………………………………………	57
8.3. Углеродные волокна……………………………………….	57
8.4. Органические волокна……………………………………..	62
8.5. Борные волокна……………………………………………	64
Литература………………………………………………………	66

Учебное издание

НАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ

КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Учебное пособие

по курсу «Химия и технология полимерных

композиционных материалов»

Панина

Подписано в печать. Формат 60 х 84 1/16

Бум. тип Усл.-печ. л. Уч.-изд. л. 1,4

Тираж 100 экз. Заказ С

Саратовский государственный технический университет

410054 7

Отпечатано в Издательстве СГТУ, 410054 7

Тел: , , Е-mail: *****@***ru