Эпоксидные полимеры и композиции - Чернин И.3.
Скачать (прямая ссылка):
Образование пор в армированных пластиках происходит так же, как и в компаундах (см. гл. 6), с той только разницей, что в случае волокнистого наполнителя сильно повышается роль капиллярных явлений и «защемленного» воздуха, который образуется при быстром продвижении фронта связующего при пропитке по крупным пустотам между нитями, когда связующее не успевает проникнуть в нить. При этом может сильно возрасти число мелких пор. Содержание «защемленного» воздуха зависит от соотношения скоростей продвижения фронта связующего и капиллярной пропитки нити. Поры образуются также из-за медленной и неравномерной капиллярной пропитки наполнителя. Число микропор, образующихся по этому механизму, может доходить до 107— 109 на 1 см3 [35]. Уменьшение угла смачивания волокна связующим в результате обработки силанами приводит к значительному уменьшению микропористости (см. рис. 8.1, кривая 3).
Микроструктура связующего в крупных включениях между нитями не отличается от структуры блочных эпоксидных полимеров. Однако структура связующего около поверхности волокна и особенно в тонких прослойках между волокнами заметно отличается. В этой области, и особенно в пристенном слое толщиной около 1 мкм, содержатся микропоры малых размеров, не видимые в оптический микроскоп. Следует иметь в виду, что такие поры распределены очень неравномерно и даже существуют области без пор. В эпоксидных пластиках эти области встречаются сравнительно редко, в то время как в пластиках,
|$ерждающихся с выделением летучих продуктов, практически граничная область имеет пористое строение. Состояние граничного слоя сильно зависит от состояния по-?хности наполнителя. Наименьшая дефектность наблюдается [стеклянных волокнах, с которых удален замасливатель, наи-1ьшая — на волокнах с парафиново-эмульсионным замасливаем. Однако даже в последнем случае на волокне не удается !аружить остатков слоя замаслнвателя, в то время как на тзующих других типов, например полиэфирных, этот слой хо-ю заметен. Это связано с тем, что замасливатель раство-гтся во многих эпоксидных связующих и переходит в гранич-[й слой, несколько ухудшая его структуру. Адгезия же при )м ухудшается незначительно, в то время как для полиэфир-|х связующих наблюдается заметное снижение адгезионной Точности. Если же слой текстильного аппрета остается на во-жне, адгезия сильно уменьшается и в случае эпоксидных смол. Следует отметить, что при сколе вдоль поверхности волокна наблюдается адгезионный отрыв, т. е. адгезионная прочность меньше прочности связующего.
Водопоглощение и водостойкость
Изделия из армированных пластиков при эксплуатации и )анении всегда подвергаются действию воды или ее паров. При гом физико-механические и другие свойства эпоксидных компо-Ьтов часто необратимо снижаются [44—49]. Основной причиной этого является ослабление адгезии на границе раздела эпок-|идная матрица — волокно [14, 45, 50, 51]. Кроме того, сорбция |оды отвержденным связующим, как показано в гл. 3, приводит к изменению его линейных размеров, что сказывается на распределении внутренних напряжений в наполненном пластике |14, 52, 53]. При сорбции воды увеличиваются тангенс утла диэлектрических потерь и диэлектрическая проницаемость стеклопластиков [54], а электрическая прочность, объемное и поверх-|остное электрическое сопротивление уменьшаются [46].
Исследование процессов проникновения воды в эпоксидные армированные пластики и их разрушение под действием повышенной влажности является одной из основных задач при их применении. Этому вопросу посвящено большое число работ, обобщенных в [40]. Поэтому мы остановимся здесь только на процессах, связанных с изменениями структуры эпоксидных пластиков под действием воды.
Рассмотрим вначале изменение поверхности наполнителя в эпоксидных пластиках под действием воды и ее паров. В большей степени изучена поверхность стеклянных волокон, на которых мы и остановимся подробнее. Помимо гидроксильиых групп чазной кислотности и координационно-ненасыщенных центров а поверхности стеклянных волокон находятся группы 81—О—Ыа другие группы, содержащие катионы металлов [10], которые
218
219
в присутствии воды легко гидролизуются с выделением свободной щелочи. Образующаяся щелочь может ускорять процесс коррозии волокна или растворяться в полимерном связующем что, как правило, оказывает на него отрицательное действие [11]. В тех случаях, когда до введения в пластик стеклянное волокно находилось в контакте с водой или влажным воздухом, на его поверхности может образоваться тонкая микропористая пленка, практически не содержащая легковымываемых элементов [12, 13, 15, 16]. Например, при экстрагировании алюмобо роспликатного стекла в воде в течение 30 сут потери массы со ставляют около 1,6 мг/м2; при этом рН экстратов достигает 9,^ [14]. Наличие на поверхности волокна слоя щелочного раствора приводит к повышению поверхностной проводимости волокна [16]. Из отечественного алюмоборосиликатного стекла биди-стиллированной водой за 5 сут извлекается до 0,016 мэкв/м2 щелочных веществ, а за 6 ч кипячения — до 0,23 мэкв/м2, причем за это время процесс не прекращается [47]. На поверхности стеклянного волокна [47] при этом появляются так называемые ямки травления. Нанесение на поверхность волокон слоев силановых аппретов или замасливателей замедляет разрушение волокна.
