Эпоксидные полимеры и композиции - Чернин И.3.
Скачать (прямая ссылка):
Как и в случае компаундов, наиболее распространенным и важным видом макроскопических дефектов в армированных пластиках является нарушение сплошности, проявляющееся в образовании пор и трещин. Появление трещин связано с внутренними напряжениями, описанными выше. Как и следует ожидать, трещины образуются прежде всего на границе раздела и по линии кратчайшего расстояния между волокнами. В наибольшей степени подвержены растрескиванию крупные включения связующего, причем в этом случае трещины развиваются на границе включения с волокном. В эпоксидных пластиках до нагру-жения трещины появляются довольно редко; как правило, их образование связано с неправильным выбором полимера или слишком высокой температурой отверждения. Однако после даже сравнительно небольшого термостарения, не приводящего к значительной потере прочности, может образоваться пространственная сетка трещин, в результате чего материал становится негерметичным, хотя общая доля объема, занимаемая трещинами, невелика и не может быть обнаружена обычными методами.
Образование трещин и потеря герметичности наблюдаются и после механического нагружения армированных материалов. Напряжение, при котором появляется такая система трещин, зависит от свойств связующего и для эпоксидных стеклотекстоли-тов на основе ткани сатинового переплетения может составлять от 10 до 80—85% от разрушающей нагрузки, причем эта величина сильно зависит от предельного удлинения связующего. Вероятно, для пластиков, работающих под давлением жидкости или газа, для характеристики механических свойств следует ввести понятие «предел растрескивания», т. е. напряжение, при котором в пластике образуется сетка мнкротрещпн. Отношение этой величины к разрушающему напряжению может характеризовать степень напряженности матрицы в материале. Склонность к растрескиванию возрастает с увеличением жесткости полимера и содержания наполнителя. Поэтому для получения пластиков электроизоляционного назначения, в которых механи-
210
ис. 8.1. Распределение пор по размерам для ^щДщ %
ипичпых эпоксидных пластиков, армирован- ----'-—
ных волокном диаметром 6—10 мкм:
/ — эпоксидный стеклотекстолит, полученный прессованием (общая пористость до 8—10%): 2 —-эпоксидный стеклотекстолит, полученный пропиткой под давлением (общая пористость 3 — 4%); 3 —эпоксидный стеклотекстолит, полученный пропиткой под давлением волокна, обработанного алкиламиносиланом (общая пористость*»3%); 4—намоточный пластик на некрученой нити (общая пористость около \%).
ческие свойства играют меньшую роль, следует применять сравнительно эластичные связующие и увеличивать их содержание.
Наибольшее влияние на свойства и | / | [ г армированных пластиков и их поведе- < 4 ю го м До?,мм ние в различных средах оказывают поры [19, 26—33]. Именно пористость в наибольшей степени изменяется при изменении технологии изготовления армированных материалов. Так как армирующий наполнитель образует жесткую пространственную сетку, размер и форма пор определяются структурой наполнителя и зависят главным образом от формы пространств между волокнами. Несмотря на сложную форму пор, их в первом приближении можно характеризовать средним размером /, который можно определить микроскопически [27—34].
На рис. 8.1 приведены кривые распределения пор по размерам, характерные для эпоксидных материалов различных типов. Для тканевых стеклотекстолитов (кривые /—3) характерна бимодальная кривая, причем максимум при больших значениях / соответствует порам между нитями, а максимум при малых значениях /—порам между элементарными волокнами внутри нитей. В зависимости от технологических параметров форма кривой распределения пор по размерам сильно изменяется. Например, при обычном прессовании пористость достигает 8—10%, и кривая имеет два максимума. В случае пропитки под давлением пористость заметно снижается (кривая 2), а при аппретировании волокна, улучшающем его смачивание при сохранении общей пористости на том же уровне, число мелких пор резко уменьшается (кривая 3). На кривых для намоточных пластиков с некручеными нитями появляется один размытый максимум (кривая 4). Положение максимума и общая пористость зависят от технологии изготовления пластика.
Как правило, поры в эпоксидных пластиках закрытые, т. е. не образуют непрерывной системы, связанной с поверхностью; поэтому эпоксидные пластики обладают высокой герметичностью, электрической прочностью и водостойкостью. Однако в тех случаях, когда в пластике после старения или механического нагружения образуется система трещин, герметичность нарушается и электрическая прочность резко снижается. Механи-
217
Рис. 8.2. Зависимость относительной прочности-при продольном сжатии эпоксидных композитов на основе алюмоборосиликатного стекла от пористости и3:
• — экспериментальные данные; сплошная кривая -расчетная для сферических пор; пунктирная —рас. четная для цилиндрических пор.
ческие свойства армированных пластиков также сильно зависят от пористости (рис. 8.2).
В работе [41] подробно исследо-" с 4 " 0 ^''"вано влияние пористости на свойства различных стеклотекстолитов и обнаружено значительное снижение прочности при увеличении пористости как в сухом, так л (что особенно заметно) во влажном состоянии. Поры влияют на механические свойства пластиков, так как они уменьшают эффективное сечение материала, являются концентраторами на» пряжений и делают часть волокон, расположенную около поры, механически неэффективными [19]. Неэффективные волокна играют заметную роль при относительно малой пористости [19]; при возрастании пористости это влияние уменьшается. Поры оказывают большое влияние также на прочность при сдвиге [19]. Электрические свойства, особенно во влажной среде, также зависят от содержания пор.
