ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Матрица из "Химическое сопротивление стеклопластиков" Агрегирование отдельных высокопрочных стеклянных волокон в монолитный материал осуществляется при помощи полимерной матрицы. Для стеклопластиков используется большая группа различных связующих. Выбор полимерного связующего, с одной стороны, регламентируется характером изделия, его габаритами, требованиями к физико-механическим, диэлектрическим и сорбционным показателям, а с другой-температурносиловыми и концентрационными условиями эксплуатации. Для изготовления армированных пластиков используют реактопласты эпоксидные, полиэфирные, фенолоальдегидные, кремнийорганические и другие смолы-и термопласты полиэтилен, полипропилен, полиамиды. Армированные пластики с термопластичными матрицами в настоящей работе не рассматриваются. [c.12] Матрица практически не несет механической нагрузки (кроме случая межслойного сдвига), ее роль состоит в обеспечении одновременности работы волокон, перераспределении напряжений при разрыве отдельных волокон и защите их от воздействия среды она определяет многие свойства стеклопластика (теплостойкость, ползучесть, диэлектрические свойства и др.). Основные требования к матрице состоят в следующем хорошая смачивающая способность по отношению к стекловолокну высокая адгезия к стекловолокну определенная деформируемость относительное удлинение при разрыве должно обеспечить монолитность материала при нагружении минимальная усадка при отверждении высокая химическая стойкость жизнеспособность, обеспечивающая нормальный ход технологического процесса. [c.12] Пластические массы часто содержат наполнитель (в реактопластах практически всегда), который используют для придания материалу определенных свойств. При введении, например, хлопчатобумажного волокна связующее пропитывает его, проникая в структуру. При введении стеклянного волокна связующее лишь обволакивает волокно, и крайне желательно, чтобы оно легло сплошной пленкой. Различие во взаимодействии смолы и хлопчатобумажного и стеклянного волокон хорошо видно на рис. 1.4 [3]. При плохой смачиваемости связующее не может вьшолнить ни одной из перечисленных выше функций. [c.12] При объемном содержании стекловолокна 70% и диаметре волокна 10 мкм минимальная толщина пленки в случае гексагональной структуры элементарной ячейки будет чуть больше 10 мкм. Хорошая смачивающая способность связующего по отношению к стеклу является необходимым, но еще недостаточным условием обеспечения совместной работы в поле механических сил. Волокна и смола будут представлять монолитную систему лишь в том случае, если между ними имеется прочная связь, которая может иметь механическую, фрикционную, адгезионную или химическую природу. [c.13] Различие деформативных и теплофизических характеристик наполнителя и полимерной матрицы обусловливает появление остаточных микронапряжений, усугубляющихся неоптимальностью процессов отверждения, наличием температурного градиента между отдельными частями изделия. Часть микронапряжений снимается термообработкой, часть релакснрует, однако напряжения, возникающие в результате различия коэффициентов линейного термического расширения стекла и смолы (приблизительно в 40-50 раз), остаются. Поэтому прочность связи на границе раздела компонентов должна превышать величину остаточных растягивающих микронапряжений. [c.13] В работе [4] подробно изучены остаточные микронапряжения-определены все четыре компоненты напряженного состояния-растягивающие ах, 3. и сжимающие о2 (табл. 1.1). [c.13] Остаточные микронапряжения имеют наибольшую величину на границе раздела стекло-связующее в местах наименьшей толщины матрицы внутри элементарной ячейки для Стх и со стороны свободного контура для 2 и Растягивающее главное нормальное напряжение 01 совпадает с тангенциальным напряжением и может способствовать возникновению трещин разрыва, параллельных оси стекловолокна. Максимальное касательное напряжение способствует отслоению связующего от стекла. Осевое растягивающее напряжение ад может вызвать образование сетки микротрещин в связующем, перпендикулярной оси стекловолокна. Густота этой сетки определяется диаметром стекловолокна и типом связующего. [c.13] При неоптимальном технологическом процессе изготовления изделия растягивающие микронапряжения могут существенно влиять на работоспособность стеклопластика, приводя к развитию микротрещин в полимерной матрице, что в свою очередь сказывается на механизме массопереноса и химическом сопротивлении стеклопластика. [c.14] Под влиянием сорбированной среды остаточные микронапряжения релаксируют. На рис. 1.5 представлены интерференционные картины исходного и вьщержанного в нефти или дистиллированной воде материала. На снимках четко прослеживается изменение интерференционных полос, причем наиболее размытая картина получается после воздействия дистиллированной воды, что свидетельствует о резком снижении остаточных микронапряжений [6, 7]. Изменение главных растягивающих (СТ1) и сжимающих (стг) микронапряжений под воздействием жидких сред в интервале 293-353 К имеет идентичный полиэкстремальный характер (рис. 1.6), свидетельствующий о протекании в объеме стеклопластика сложных физико-химических процессов. Наблюдаемый характер кривых обусловлен, видимо, развитием в течение первых 120-180 ч с начала взаимодействия стеклопластика с жидкой средой двух конкурирующих процессов-пластификации и структурирования. При дальнейшем контакте материала со средой происходит монотонное снижение обеих компонент остаточных микронапряжений до постоянного значения. [c.14] Существенную роль в релаксации напряжений играют свойства жидкой среды. Так, вода понижает ах на 94% и Стз на 78%, а высокосернистая нефть-соответственно на 33 и 25%. Это различие, по-видимому, связано со способностью молекул воды разрывать водородные связи и присоединяться по месту разрыва, понижая напряженность пространственной сетки полимерной матрицы. Более существенная релаксация растягивающих микронапряжений по сравнению с сжимающими связана, вероятно, с тем, что при набухании матрицы она увеличивается в объеме, что в какой-то степени компенсирует релаксацию сжимающего радиального микронапряжения. [c.14] Весьма существенное значение при изготовлении крупногабаритных изделий методом контактного формования имеет время жизни, или жизнеспособность связующего после введения отверждающей системы. При отверждении смолы сначала происходит постепенное нарастание вязкости (желатинизация) вплоть до образования геля, а затем смола переходит в твердое состояние. Для качественной пропитки наполнителя необходима низкая вязкость связующего. Поэтому очень важно, чтобы вязкость практически не менялась в течение всего времени изготовления изделия или (при непрерывньк процессах) оставалась стабильной определенное минимальное время. [c.15] Полиэфирные смолы. Полиэфирные смолы широко применяют в производстве стеклопластиков объем их потребления составляет 60% от общего объема потребления смол для коррозионно-стойких стеклопластиковых изделий [1]. [c.15] Ненасыщенные полиэфирные смолы представляют собой олигомерные соединения, содержащие группы —СН=СН—, которые при взаимодействии с мономерами образуют сетчатую структуру. [c.15] Отверждение полиэфиров производят в присутствии инициирующей системы, в которую входят инициатор и ускоритель. Под действием ускорителя инициатор распадается на свободные радикалы, вызывающие рост цепи и сшивание ви-нильных звеньев полиэфира аналогичными звеньями мономера. Отверждение ненасыщенных полиэфирных смол может протекать при атмосферном давлении и различных температурах 283-.303 К (холодное), 303-363 К (среднетемпературное) и выше 363 К (горячее). В качестве сшивающего мономера при отверждении чаще всего используют стирол, хотя в последнее время в промышленности стеклопластиков находит применение новый тип связующих на основе олигоэфиров, которые могут быть использованы в виде сополимеров с полиэфирмалеинатами. [c.15] Возможность отверждения при невысоких температурах, отсутствие газообразных продуктов позволяют использовать ненасыщенные полиэфиры для изготовления крупногабаритных изделий. [c.15] Наиболее слабым звеном в ненасыщенных полиэфирных смолах, лимитирующим их химическое сопротивление, является сложноэфирная группа, по которой происходит деструкция цепи под действием различных химических агентов. Для повышения химической стойкости полиэфирных смол в их состав вводят звенья, экранирующие сложноэфирную группу и создающие стерические затруднения, снижающие скорость реакций гидролиза. Свойства отечественных полиэфирных связующих наиболее полно рассмотрены в работе [8]. [c.16] Основными видами химически стойких смол являются изофталевые, винил-эфирные, хлорированные и бисфенольные. Стеклопластики на основе изофталевых (терефталевых) полиэфирных смол, например ПН-19, обладают высокими физикомеханическими показателями, однако в жидких средах верхний температурный предел их эксплуатации не превьппает 323-343 К. [c.16] Вернуться к основной статье