Эпоксидные полимеры и композиции - Чернин И.3.
Скачать (прямая ссылка):
*« к, —конструкционные; ПЭЛ —повышенной эластичности; ЭИ —электроизоляционные; ХС— химически стойкие; . ПГ—пониженной горючести.
ТС —теплостойкие;
Микротрещины появляются в них только после термостарения в то время как пластики на основе фенольных, кремнийоргани-ческйх и других связующих растрескиваются уже после изготовления.
Кроме того, практически только эпоксидные связующие могут обеспечить монолитность при больших степенях наполнения, необходимых для получения высокопрочных ориентированных пластиков.
Поскольку модули упругости наполнителя и матрицы сильно различаются, для обеспечения монолитности пластика необходимы полимерные матрицы, значения предельных удлинений которых значительно превышают среднее удлинение композиционного материала при сохранении достаточных значений прочности. Особое значение имеет прочность при сдвиге, так как именно малая прочность при сдвиге между слоями является одним из основных недостатков армированных пластиков. При этом предполагается, что адгезионная прочность превосходит прочность полимера, т. е. разрушения по границе раздела не происходит. Напряжения и деформации для квадратичной и гексагональной укладки волокон [1, 6, 22—26] являются функцией отношения модулей наполнителя и матрицы и плотности упаковки волокон. Если считать, что полимерная матрица и наполнитель подчиняются закону Гука, то при объемной доле волокна от 0,6 до 0,75 отношение предельных удлинений изменяется от 5 до 15 [26]. Если же учитывать нелинейное вязко-упругое поведение полимерной матрицы, то это отношение еще больше возрастает. Увеличение предельной деформации связующего за счет снижения его модуля упругости и прочности, как это происходит при пластификации, не приводит к повышению прочности пластика, так как прн уменьшении модуля упругости матрицы ее предельное удлинение, необходимое для сохранения монолитности, возрастает. Таким образом «идеальное» связующее должно обладать большим удлинением при высоких значениях модуля упругости и прочности, особенно при сдвиге. В работе [22] приведен расчет показателей такого «идеального» связующего, наполненного {у\ = 0,7) бесщелочным стеклом и высокомодульным стеклом ВМ-1 (табл. 8.1). Ни одно из известных эпоксидных связующих не отвечает ПОЛНОСТЬЮ приведенным в таблице требованиям [22], однако они могут служить отправной точкой для сравнения различных эпоксидных композиций.
В табл. 8.2 приведены данные о механических свойствах промышленных эпоксидных связующих, применяемых в СССР. Как видно из этой таблицы, их характеристики значительно ниже приведенных в табл. 8.1, что приводит к неполному использованию прочности волокна и необходимости снижения содержания наполнителя. В табл. 8.3 даны характеристики некоторых новых высокопрочных эпоксидных связующих, свойства которых уже в большей степени приближаются к свойст-
212
Таблица 8.3. Состав и свойства новых эпоксидных связующих
[22, с. 135)
Состав связующих о , МПа МПа V <°
Смесь эпоксидно-аминной и эпоксидно-резор- 140 5,8 5,0
циновой смол, отверждаемая диамино-
дифеиилсульфонами
Эпоксидно-резорцииовая смола, модифициро- 130 5,0 7,5
ванная изоцианатами
Эпоксидно-аминиая смола, модифицирован- 125 5,5 3,0
ная изоцианатами
Смесь эпоксидно-резорциновой, эпоксидно- 120 4,3 5,0
пентаэритритной и бромсодержащей диано-
вой смол
вам «идеальных» связующих (табл. 8.1). Для органических волокон, обладающих меньшим модулем упругости, легче подобрать «оптимальное» связующее.
Общей особенностью всех волокон, используемых в композитах, является их малый диаметр [2]. Главной причиной использования волокон малого диаметра является способность многих материалов проявлять в таком виде чрезвычайно высокую прочность, что связано с «масштабным эффектом». Поэтому все современные армированные пластики независимо от их состава содержат волокна диаметром не более 0,1 мм. Кроме того, малый диаметр волокна необходим для получения достаточно большой боковой поверхности, на которой происходит передача нагрузки от сравнительно непрочной и нежесткой матрицы к волокну, так как при большом диаметре сил адгезии недостаточно для передачи нагрузки между волокнами. Основные свойства наиболее перспективных неорганических волокон приведены в табл. 8.4. Как видно нз этой таблицы, стеклянные волокна обладают сравнительно небольшим модулем, в то время как остальные волокна можно считать высокомодульными. В настоящее время на практике применяют стеклянные, борные и углеродные волокна, причем последние обладают наибольшей удельной жесткостью вследствие высокой плотности.
Таблица 8.4. Свойства неорганических волокон [2]
Материал р, кг/м3 а-10-6, к-1 Теплопроводность-Ш5' Вт/(м-К) В. МПа ор, МПа
Е-стекло (алюмобороси- 2 540 5,0 0,006 74 800 3 570
ликатное) 87 300 4 570
5-стекло 2 580 4,0 —
Углерод 1 900 — — 387 000 2 140
Бор 2 500 8,3 — 387 000 2 860
А!203 ¦ 4 600 8,7 0,24 456 000 8 500
3 200 4,8 5,1 493 000 9 900
213
Таблица 8.5. Свойства синтетических волокон [3]
Материал р, кг/м3 Начальный модуль при растяжении.Ю-3, МПа Температура начала деструкции, °С V10"2-МПа Водопог-ЛОщенне, %
