5.4.2. Polymer Matrix Composites

Kompositmaterialer med en polymermatrix er kendetegnet ved lav densitet (1200 ... 1900 kg/m 3), lav notch-følsomhed, termisk og elektrisk ledningsevne, høj træthed og specifik styrke, bearbejdelighed, radiotransparens (en række materialer) osv. Som polymer anvendes matricer til kompositter som termohærdende (hovedsageligt) og termoplastiske polymerer og fyldstoffer - nogen af ​​ovenstående.

Materialer baseret på termoplastiske polymerer med spredte fyldstoffer af forskellig art (talkum, grafit, metaloxider, lagdelte faste smøremidler, metalpulvere, diskret glasfiber osv.) anvendes til fremstilling af let- og mellembelastede maskin- og apparatdele, kropsdele, tandhjul og tandhjul, lejer og tætninger, drivremme, beholdere mv.

Blandt termoplastiske kompositter er glasfyldte materialer de mest udbredte. Som fyldstof anvendes fibre med en diameter på 9 ... 13 mikron fra alkalifrit aluminiumborosilikatglas, korte (0,1 ... 1 mikron lange) og lange (3 ... 12 mm lange) med en fyldningsgrad på 10 ... 40 % af polymermassen. Der produceres glasfyldt plast baseret på polyamider, polycarbonat, polypropylen og andre termoplaster. Fyldning af termoplast med glasfiber øger polymerernes styrkeegenskaber og varmebestandighed, reducerer krybning med 1,5 ... 2 gange, reducerer termisk ekspansion med 2 ... 7 gange, øger udholdenhedsgrænse og slidstyrke. Indførelsen af ​​faste lag smøremidler i kompositter, såsom grafit, molybdændisulfid, bornitrid, osv., reducerer friktionskoefficienten for polymerer og øger deres slidstyrke.

Styrken af ​​kompositter baseret på termoplast når 150 ... 160 MPa med en tilstrækkelig høj slagstyrke (KCU = 8 ... 60 J/m2).

Kompositmaterialer baseret på termohærdende plast er baseret på polymerer, der hærder ved opvarmning eller under påvirkning af hærdere for at danne en tredimensionel polymerstruktur.Kompositter baseret på phenol-formaldehyd, urea-formaldehyd, melamin-formaldehyd, organosilicium og andre harpikser er blandt dem, der hærdes ved opvarmning. Den anden type omfatter kompositter baseret på polysiloxaner, epoxyharpikser og umættede polyestere.

Termohærdende plast er i modsætning til termoplast kendetegnet ved fuldstændig fravær af kold flow, har væsentlig større varmebestandighed, er uopløselige og har en let hævelse. De udviser stabilitet af egenskaber op til temperaturen af ​​varmebestandighed, evnen til at modstå langvarige belastninger ved temperaturer fra -60 til +200 ... 300 ° C, afhængigt af typen af ​​polymer, og har gode dielektriske egenskaber. Men disse materialer er mindre teknologisk avancerede end termoplast.

Epoxyharpikser har den største vedhæftning til fyldstoffet. Hærdede epoxyharpikser er modstandsdygtige over for alkalier, oxidationsmidler og de fleste organiske syrer. Imidlertid har kompositter baseret på dem lave mekaniske egenskaber, har varmebestandighed op til 200 °C, desuden er disse harpikser giftige.

Kompositter baseret på organosilicium og polyimidbindemidler har den højeste varmebestandighed (op til 280 ... 350 °C).

Anvendelsen af ​​epoxyharpikser og umættede polyestere gør det muligt at opnå materialer, der er i stand til at hærde ved stuetemperatur (koldhærdning), hvilket er meget vigtigt ved fremstilling af store produkter.

Kompositmaterialer med dispergerede fyldstoffer som anvendes som pulvere af organiske (træmel, cellulose) og mineralske (kvarts, talkum, glimmer, metaloxider, faste lag smøremidler, herunder grafit, molybdændisulfid, bornitrid) stoffer, har isotrope egenskaber, lav mekanisk styrke og slagstyrke .

Som fibrøse forstærkende materialer Der anvendes bomuldsslæb, snore, asbestfiber, glasfiber. Derfor kaldes disse materialer fibre, snorefibre, asbestfibre, glasfibre.

fibre - plast baseret på bomuldslinters imprægneret med phenol-formaldehyd harpiks. Materialerne har en øget slagstyrke (op til 10 kJ/m 2 ) sammenlignet med pressepulvere, men de har væsentligt lavere fluiditet, hvilket ikke tillader opnåelse af tyndvæggede dele. Fibre har lave dielektriske egenskaber, er ustabile over for tropiske klimaer og har anisotrope egenskaber. De bruges til fremstilling af generelle tekniske produkter med øget modstandsdygtighed over for vibrationer og stødbelastninger, arbejder i bøjning og torsion, for eksempel remskiver, flanger, håndtag, dæksler mv.

Asbestfibre - kompositter indeholdende et fibrøst mineral - asbest, spaltning i tynde fibre med en diameter på op til 0,5 mikron. Phenol-formaldehyd og organosiliciumharpikser anvendes som bindemiddel. De har høj slagstyrke og varmebestandighed op til 200 °C, er modstandsdygtige over for sure miljøer og har gode friktionsegenskaber. De bruges hovedsageligt som materialer til bremseanordninger (bremseklodser, belægninger, koblingsskiver).

Phenol-formaldehyd-baserede asbestfibre anvendes til fremstilling af højstyrke varmebestandige dele til elektriske formål (elpaneler, høj- og lavspændingskollektorer) og baseret på organosiliciumpolymerer - til dele, der fungerer i lang tid ved temperaturer op til 200 ° C (materiale K-41-5) og til lysbuekamre af højeffektkontaktorer, klemrækker (KMK-218). De nyeste materialer er tropiske resistente. Faolite - asb-fibre, opnået ved imprægnering af asb-fibre med phenol-formaldehyd-harpiks, efterfulgt af rulning af blandingen, anvendes til fremstilling af syrefaste rør og beholdere.

Glasfiber er plast, der indeholder glasfiber som fyldstof. Der anvendes glasfibre med en diameter på 5 ... 20 mikron, højstyrke med en trækstyrke  V = 600 ... 3800 MPa og højmodulus (VM-1, VMP, M-11), med  V = 3900 ... 4700 MPa og et elasticitetsmodul ved strækning op til 110 GPa. Der anvendes fibre, tråde, bundter af forskellig længde, hvilket i høj grad bestemmer slagstyrken af ​​glasfiber. Jo tyndere fiberen er, jo færre fejl er den og jo højere styrke.

Glasfibres mekaniske egenskaber afhænger af glasfibrenes sammensætning, mængde og længde, typen af ​​bindemiddel, fysiske og kemiske processer, der finder sted i grænsefladen mellem glasfiber og bindemiddel, og forarbejdningsmetoden. For eksempel kan udskiftning af glasfiber fra E-glas (alkalifrit aluminosilikat) med S-glasfiber (varmebestandig højstyrke) i et epoxybindemiddel øge styrken af ​​kompositten med 40%.

For at forbedre fugtigheden af ​​glasfiber med et bindemiddel, reducere spændingerne, der opstår ved grænsefladen, øge vedhæftningen mellem fiberen og bindemidlet, dressing (behandling) af fibre med forbindelser indeholdende forskellige reaktive grupper (vinyl, methacryl, phenyl, amino). og iminogrupper osv.) anvendes. Reduktion af spændinger i bindemidlets grænselag med fiberen, reduktion af krympning og porøsitet, forøgelse af varmebestandigheden lettes ved at indføre pulverformige fyldstoffer i bindemidlet, især pulveret af det hærdede bindemiddel.

Glasfiber opdeles i: sammenfiltrede fiberholdige, granulerede og fint spredte pressemasser.

Sammenfiltret glasfiber opnået ved imprægnering af fibersegmenter 40 ... 70 mm lange, efterfulgt af fnug og tørring for at fjerne opløsningsmidlet (f.eks. AG-4V). Ulempen ved disse materialer er den ujævne fordeling af bindemidlet, en større spredning af mekaniske egenskaber og mindre fluiditet sammenlignet med andre glasfiber.

Granulært glasfiber(forblandinger) opnået ved imprægnering af ikke-snoede glasfibre og glasbundter, efterfulgt af tørring og skæring i granulat 5, 10, 20 og 30 mm lange. Granulat diameter 0,5 ... 8 mm. Materialet har god flydeevne og fluiditet, større stabilitet af mekaniske egenskaber. Denne kategori af materialer omfatter dosering af glasfiber DSV.

Fine glasfiberpresser fremstilles ved at blande knuste glasfibre op til 1,5 mm lange med et bindemiddel, efterfulgt af granulering (granulat 3 ... 6 mm i størrelse). Producerede også "glasspåner" med granulat op til 10 ... 50 mm lange fra imprægneret glasfiberaffald.

Glasfiber granuleret med granulat op til 6 mm i størrelse behandles ved sprøjtestøbning. Fine glasfibre kan forarbejdes ved sprøjtestøbning og ved fremstilling af produkter med metalbeslag - sprøjtestøbning. Glasfiber med en kornlængde på 10 mm forarbejdes ved støbning og direkte presning, og med en kornlængde på 20 og 30 mm - kun ved direkte presning.

Glasfiber bruges til fremstilling af kropsdele, elementer af skjolde, isolatorer, stikforbindelser, antennebeklædninger osv. Produkter, der drives ved temperaturer fra -60 til +200 °C er fremstillet på basis af anilin-phenol-formaldehyd-harpikser og alkalifri aluminiumborosilikatglasfiber, og til temperaturområdet - 60 ... +100 °C på basis af epoxyharpikser.

Glasfibre baseret på organosiliciumharpikser drives op til en temperatur på 400 °C og med brug af kvarts- eller silicafibre i kort tid og ved højere temperaturer. Til varmeafskærmende dele anvendes glasfibre baseret på silicafiber og phenol-formaldehydharpikser.

Baseret på glasmåtter og umættet polyesterharpiks, prepregs, som bruges til fremstilling af store dele (kroppe, både, kropsdele af enheder osv.). Anvendelsen af ​​orienterede fibre gør det muligt at opnå glasfibre med forbedrede mekaniske egenskaber. For eksempel har orienteret glasfiber AG-4C:  V = 200 ... 400 MPa, KCU = 100 kJ / m 2; mens for AG-4V baseret på sammenfiltrede fibre:  V = 80 MPa, KCU = 25 kJ / m 2.

Organiske fibre er kompositmaterialer baseret på polymerbindemidler, hvor fibre af organiske polymerer (polyamid, lavsan, nitron, vinol osv.) tjener som fyldstof. Seler, stoffer og måtter fra disse fibre bruges også til forstærkning. Termohærdende harpikser (epoxy, phenol-formaldehyd, polyimid osv.) anvendes som bindemidler.

Brugen af ​​polymerbindemidler og fyldstoffer med lignende termofysiske egenskaber, såvel som dem, der er i stand til diffusion og kemisk interaktion mellem dem, giver kompositter stabiliteten af ​​mekaniske egenskaber, høj specifik styrke og slagstyrke, kemisk resistens, modstandsdygtighed over for termisk stød, tropisk atmosfære og slid. Den tilladte driftstemperatur for de fleste organofibre er 100 ... 150 ° C, og på basis af et polyimidbindemiddel og varmebestandige fibre - op til 200 ... 300 ° C. Ulemperne ved disse materialer omfatter lav trykstyrke og krybning.

For at opnå højstyrkekompositter anvendes fibre baseret på aromatiske polyamider (aramidfibre SVM, Terlon, Kevlar), som har høje mekaniske egenskaber, termisk stabilitet i et bredt temperaturområde, gode dielektriske og træthedsegenskaber. Med hensyn til specifik styrke er disse fibre kun næst efter bor og kulfibre.

Borfibre - kompositmaterialer på en polymermatrix fyldt med borfibre. De har gode mekaniske egenskaber, lav krybning, høj termisk og elektrisk ledningsevne, modstandsdygtighed over for organiske opløsningsmidler, brændstoffer og smøremidler, radioaktiv stråling og cykliske vekslende belastninger.

Borfibre fremstilles ved kemisk aflejring af bor fra en BCl3+H2-gasblanding på et wolframfilament ved en temperatur på ~1130°C. For at øge varmebestandigheden er fibrene belagt med siliciumcarbid, som også aflejres fra damp-gasfasen i et argon- og brintmiljø. Sådanne fibre kaldes borsik. Som bindemiddel til borfibre anvendes modificerede epoxyharpikser og polyimider. Borfibrene KMB-3, KMB-Zk sikrer produkternes ydeevne ved temperaturer op til 100 °C, KMB-1 og KMB-1k op til 200 °C og KMB-2k op til 300 °C. For at forbedre fremstillingsevnen af ​​forarbejdning anvendes kompositter indeholdende en blanding af borfiber med glasfiber.

Borfibre anvendes i luftfarts- og rumteknologi til fremstilling af forskellige profiler, paneler, kompressordele mv.

Kulfibre (CFRP) - kompositmaterialer baseret på et polymerbindemiddel og kulfibre. Kulfibre er kendetegnet ved høj varmebestandighed; specifik styrke, kemisk og vejrbestandighed, lav termisk lineær ekspansionskoefficient.

Der anvendes to typer fibre: forkullede og grafitiserede. Som udgangsmateriale anvendes viskose- eller polyacrylonitril (PAN)-fibre, sten- og petroleumsbeg, som udsættes for særlig varmebehandling. I processen med højtemperaturbehandling i et ikke-oxiderende miljø sker der en overgang fra organiske fibre til kulfibre. Karbonisering udføres ved en temperatur på 900 ... 2000 °C, og grafitisering - ved temperaturer op til 3000 °C. Ifølge mekaniske egenskaber er kulfibre opdelt i højmodul og højstyrke. Termohærdende polymerer anvendes som bindemidler: epoxy, phenol-formaldehyd, epoxy-phenolharpikser, polyimider osv., samt kulstofmatricer.

Kulfibre har gode mekaniske egenskaber, statisk og dynamisk udholdenhed, vand- og kemikalieresistens mv.

Carbofibre baseret på epoxy-anilino-formaldehyd-bindemiddel (KMU-3, KMU-Zl) kan bruges ved temperaturer op til 100 °C, på epoxy-phenol (KMU-1l, KMU-ly) op til 200 °C, på polyimid ( KMU-2, KMU-2l) op til 300 °C, på en kulstofmatrix op til 450 °C i luft og op til 2200 °C i en inert atmosfære.

Carbofibre bruges til fremstilling af strukturelle dele til luftfart og raket, antenner, skibe, biler og sportsudstyr.

Lagdelte kompositmaterialer have pladefyldstoffer (stoffer, papir, finer osv.), imprægneret og bundet sammen med et polymerbindemiddel. Disse materialer har anisotrope egenskaber. Som fibrøse forstærkende elementer anvendes stoffer baseret på højstyrkefibre af forskellig art: bomuld, glas-asfaltstoffer, organiske stoffer, kulstofstoffer, organiske glasstoffer, bororganiske glasstoffer. Stoffer adskiller sig fra hinanden i forholdet mellem fibre i kæde og skud, i typen af ​​vævning, hvilket påvirker deres mekaniske egenskaber. Laminerede kompositter fremstilles i form af plader, rør, emner.

Getinax - plast baseret på modificeret phenol-, aminoformaldehyd- og urinstofharpikser og forskellige papirkvaliteter.

Organogetinaks er lavet på basis af papir fra syntetiske fibre, oftest af aromatiske polyamider og polyvinylalkohol. Polyimider, phenol-formaldehyd, epoxyharpikser og andre bruges som bindemidler. Sammenlignet med getinaks har de en højere modstand i aggressive miljøer og stabiliteten af ​​mekaniske og dielektriske egenskaber ved forhøjede temperaturer.

Tekstolit - lamineret plast baseret på polymerbindemidler og bomuldsstoffer. Materialet har høje mekaniske egenskaber, modstandsdygtighed over for vibrationer. Afhængigt af hovedformålet er tekstoliter opdelt i strukturel, elektrisk, grafit, fleksibel polstring.

Strukturelle tekstolitkvaliteter PTK, PT, PTM bruges til fremstilling af gear, glidelejer, der arbejder ved temperaturer i friktionszonen, der ikke er højere end 90 ° C, i valseværker, turbiner, pumper osv. Det fremstilles i form af plader med en tykkelse på 0,5 til 8 mm og plader med en tykkelse på 8 til 13 mm.

Elektroteknisk tekstolit anvendes som et elektrisk isoleringsmateriale i miljøer med driftstemperaturer fra minus 65 til +165°C og luftfugtighed op til 65%. Det fremstilles i form af plader med en tykkelse på 0,5 til 50 mm kvaliteter A, B, G, VCh. Elektrisk styrke i transformerolie op til 8 kV/mm. Grad A - med forbedrede elektriske egenskaber til drift i transformerolie og i luft ved en industriel frekvens på 50 Hz. Klasse B - med forbedrede elektriske egenskaber til drift i luft ved en frekvens på 50 Hz. Klasse G - ligner grad A med hensyn til egenskaber og anvendelsesområde, men med udvidede tolerancer for vridning og tykkelse. HF-kvalitet - til drift i luft ved høje frekvenser (op til 10 6 Hz).

Grafittekstolit bruges til fremstilling af lejer til rulleudstyr og produceres i form af plader med en tykkelse på 1 ... 50 mm, en længde på op til 1400 mm og en bredde på op til 1000 mm.

Fleksibel pakningstekstolit bruges til fremstilling af tætnings- og isolerende pakninger i maskinsamlinger, der udsættes for olier, petroleum, benzin. De produceres i form af plader med en tykkelse på 0,2 ... 3,0 mm.

PÅ asbest-tekstoliter og asbogetinaks som fyldstoffer er henholdsvis asbeststof eller asbestpapir (op til 60%) indeholdt, og som bindemiddel - phenol-formaldehyd- og melamin-formaldehyd-harpikser, silicium-organiske polymerer, som bestemmer den tilladte driftstemperatur.

Materialer baseret på melamin-formaldehyd tillader drift af produkter ved temperaturer op til 200 °C, på phenol-formaldehyd - op til 250 °C og på organosilicium op til 300 °C under langvarig drift. I kort tid kan temperaturen nå 3000 °C. Asbest-tekstoliter anvendes hovedsageligt til fremstilling af bremseklodser, bremsebelægninger, som varmeisolerende og varmeafskærmende materialer.

Glas fiber er lavet på basis af glasstoffer og forskellige polymerbindemidler. På phenol-formaldehyd-harpikser (KAST, KAST-V, KAST-R) er de mere varmebestandige end PTK-tekstolit, men dårligere i vibrationsbestandighed. På organosiliciumharpikser (STK, SK-9F, SK-9A) har de høj varme- og frostbestandighed, høj kemisk resistens, forårsager ikke korrosion af metallet i kontakt med det. Glasfiber bruges hovedsageligt til store radiotekniske produkter.

Høj slagstyrke KCU op til 600 kJ / m 2, midlertidig modstand op til 1000 MPa glasfiber anisotrope materialer, forstærket med glasfiner (SVAM). Med hensyn til specifik stivhed er disse materialer ikke ringere end metaller, og med hensyn til specifik styrke er de 2 ... 3 gange bedre end dem.

Gasfyldt plast kan også tilskrives klassen af ​​kompositter, da deres struktur er et system bestående af faste og gasformige faser. De er opdelt i to grupper: skumplast og skumplast. Styrofoam har en cellulær struktur, hvori porerne er isoleret fra hinanden af ​​et polymerlag. Poroplaster har et åbent porøst system, og de gasformige eller flydende produkter, der er til stede i dem, kommunikerer med hinanden og miljøet.

Styrofoam opnået på basis af termoplastiske polymerer (polystyren, polyvinylchlorid, polyurethan) og termohærdende harpikser (phenol-formaldehyd, phenol-gummi, organosilicium, epoxy, urinstof). For at opnå en porøs struktur indføres i de fleste tilfælde gasdannende komponenter i polymerbindemidlet, kaldet blæsemidler. Der findes dog også selvskummende materialer, for eksempel polyetherurethanskum, polyepoxyskum. Skumplast baseret på termoplastiske harpikser er mere teknologisk avancerede og fleksible, men temperaturområdet for deres drift er fra -60 til +60 °C.

Poroplaster opnås hovedsageligt ved mekanisk opskumning af sammensætningerne, for eksempel med trykluft eller ved anvendelse af specielle opskumningsmidler. Under hærdningen af ​​den opskummede masse ødelægger opløsningsmidlet, der fjernes fra cellernes vægge under tørre- og hærdningsprocessen, dem. Gennemgående porer kan opnås ved at fylde sammensætningerne med vandopløselige stoffer. Efter presning og hærdning af produktet nedsænkes det i opvarmet vand, hvori opløselige stoffer vaskes ud.

Skumplast anvendes til fremstilling af støddæmpere, bløde sæder, svampe, filtre, som vibrationsdæmpende og lydisolerede pakninger i ventilationsanlæg, lyddæmpere, pakninger i hjelme og hjelme mv. Deres massefylde er 25 ... 500 kg / m 3.

Metal-polymer rammematerialer er kompositmaterialer, hvor bærerbunden er et tredimensionelt metalnet, og mellemrammehulrummet er fyldt med en polymersammensætning indeholdende forskellige funktionelle komponenter (fig. 5.11).

Ris. 5.11. Strukturen af ​​metal-polymer rammematerialet (a) og MPC-materialet (b):

1 - metalpartikler, 2 - polymer, 3 - fast smøremiddel, 4 - pyrolytisk grafit

I maskinteknik har metal-polymer selvsmørende materialer baseret på en metal-keramisk ramme og polymerbindere indeholdende forskellige tørre smøremidler (grafit, molybdændisulfid, cadmiumiodid osv.) fundet anvendelse. Sådanne materialer bruges til fremstilling af glidelejer, rullelejebure, stempelringe osv.

For at opnå en metalkeramisk ramme bruges pulver af tinbronze, rustfrit stål, glaskeramik. Mellemrammehulrum fyldes med PTFE-4D ved imprægnering med en 50% vandig suspension af PTFE eller en blanding af PTFE-4D med bly. Keramisk-metal antifriktionsmateriale MPK, fremstillet på basis af rustfrit stålpulver, indeholder pyrografit og fluoroplast-4.

Teknologien til dens produktion er som følger: metalpulver presses og sintres i en ramme med en porøsitet på 20 ... 70%. Derefter ledes kulholdig gas gennem porerne i et særligt kammer ved en temperatur, der sikrer gaspyrolyse og grafitaflejring på rammevæggene, indtil ca. 3/4 af porevolumenet er fyldt, hvorefter produktet gentagne gange vakuumimprægneres med en fluoroplastic-4 suspension med samtidig varmebehandling.

Selvsmørende materialer af den givne type er effektive ved temperaturer op til 250 °C.

Det er meget lovende at bruge taperamme selvsmørende materialer, som er en metalbase (tape), hvorpå der bages et lag af en porøs metalkeramisk ramme. Rammens porer er fyldt med sammensætninger baseret på fluoroplast-4 og faste smøremidler.

Tape materialer er meget teknologisk avancerede, tillader fremstilling af glidelejer (rullede) og foringer af enhver størrelse) tillader drift uden smøring ved temperaturer op til 280 ° C ved høje tryk (op til 200 ... 300 MPa) og glidehastigheder. Brugen af ​​et metalbasebånd og en porøs bronzeramme giver god varmeafledning fra friktionszonen, og fluoroplast-4 med faste smøremidler placeret i porerne og på overfladen sikrer en lav friktionskoefficient og høj slidstyrke af friktionspar. I udlandet er tapematerialer som DU, DP, DQ meget brugt.

En af ulemperne ved rammetapematerialer er den lille tykkelse af overfladeindløbslaget (10 ... 20 µm), hvilket udelukker muligheden for at bearbejde lejerne, efter at de er monteret i huset.

Det er effektivt at bruge selvsmørende rammematerialer, hvis ramme er sintret af metalfibre eller masker, og forskellige polymersammensætninger anvendes som en matrix, samt materialer baseret på carbon-grafit og metalliserede carbon-grafit-stoffer imprægneret med polymerbindere med faste smøremidler.

På nuværende tidspunkt er det meget brugt sammensatte træmaterialer, som er forstærkende træmaterialer (fyldstoffer), kombineret i en matrix (normalt polymer) med introduktion af specielle additiver. I nogle tilfælde kaldes de træplast eller KDPM (kompositt træ polymermaterialer).

Spånplader - store produkter fremstillet ved varm fladpresning af træpartikler blandet med et bindemiddel. Ifølge GOST 10632-89 produceres plader i størrelser 2440x1220; 2750x1500; 3500x1750; 3660 x 1830; 5500x2440 mm, tykkelse fra 10 til 25 mm, slebet og ikke slebet. I overensstemmelse med formålet med pladen er opdelt i tre kvaliteter: P-1 (P-1M flerlags og P-1T trelags)- fremstilling af kabinetter, paneler og andre dele til radio- og instrumentfremstilling, møbler og konstruktionselementer. Foret med film baseret på termohærdende og termoplastiske polymerer, maling og lak; P-2 (P-2T og P-20 enkeltlag, opdelt i gruppe A og B) - fremstilling af etuier, maskiner, beholdere og beholdere (undtagen fødevarer), stativer, møbler og bygningskonstruktioner. Påfør foret med finer, dekorativt papir - lamineret plast og uden beklædning; P-3 (P-ET)- Karosseridele til varevogne, bilskillevægge, elementer i bygningsbærende konstruktioner. Afhængigt af kvaliteten af ​​overfladen er pladerne opdelt i polerede (1 og II kvaliteter) og upolerede (I og II kvaliteter).

Træfiberplader (GOST 4598-86), afhængigt af densiteten, er de opdelt i blød (M), halvhård (PT), hård (T) og superhård (ST) og, afhængig af bøjningsstyrken, i syv kvaliteter: M -4, M- 12, M-20, PT-100, T-350, T-400 og ST-500, hvor tallene angiver minimumsværdien af ​​pladernes brudstyrke ved bøjning i kgf/cm 2. Pladetykkelse 2,5; 3,2; fire; 5; 6; 8:12; 16 og 25 mm, bredde fra 1220 til 1830 mm og længde fra 1200 til 5500 mm. Designet til brug i produkter og strukturer beskyttet mod fugt.

Trælamineret plast (spånplader) - varmpressede flerlags finerplader imprægneret med syntetisk harpiks af forskellige træsorter. Spånplader er kendetegnet ved høj styrke og slidstyrke, lav friktionskoefficient og god indkøring.

Spånplade fra 1 til 15 mm tykke er lavet i form af rektangulære plader, fra 15 til 60 mm tykke - i form af plader. Plader og plader limet af hele finerplader langs længden kaldes solide, og fra flere - komposit (med noget reducerede egenskaber). Massive plader fremstilles med en bredde på 950 mm og en længde på 700, 1150 og 1500 mm og 1200x1500 mm; komposit 2400x950, 4800x1200, 5000x1200 mm; solide plader: 750x750, 950x700 (1150, 1500); 1200x1200 (1500), sammensatte plader produceres i samme størrelser som sammensatte plader. I overensstemmelse med GOST 13913-78 og GOST 20366-75 er spånplader opdelt i 11 kvaliteter.

Til nummeret lovende komponenter og dele fra KDPM kan tilskrives:

ruller af båndtransportører;

rullelejehuse;

blind- og passageafdækninger, luger;

centrale dele af hjul og ruller (hjulcentre med bandager lavet af stål);

kabelblokke til kraner, telfer, kædetaljer mv.;

remskiver, tandhjul, tandhjul monteret på aksler med nøgleløse led;

vægte, modvægte, dæmpere, svinghjul med en indre del lavet af komprimerede metalspåner og en ydre del lavet af KDPM;

paneler til den indvendige beklædning af biler, busser, vogne, kabiner af forskellige maskiner osv.;

stempler af pneumatiske og hydrauliske cylindre;

vinduesrammer;

rammer til dele fremstillet af polyurethanskum;

bøjet limede profiler og finerpaneler;

sandwichpaneler med ydre plader lavet af krydsfiner, fiberplader, spånplader, DSG1, spånplader eller metal (stål, aluminium) og en central del lavet af skumplast med træfyldstoffer;

dele fremstillet af skumplast med træfyldstoffer til strukturelle og varmeisolerende formål (f.eks. fastgørelsesdele til lofter på biler, varme-, støj- og vibrationsisolering af biler, diesellokomotiver, køleskabe og garageporte, termisk isolering af rør med kanalløs lægning , etc.);

reservoirer (gastanke, modtagere osv.).

glidelejer, der arbejder i selektiv overførselstilstand;

Selvfølgelig hævder de betragtede lovende anvendelsesområder for KDPM ikke at være fuldstændige, udtømmer ikke alle mulige anvendelsesområder og kan udvides betydeligt.

For korrekt at forstå, hvad denne artikel handler om, skal du først korrekt definere udtrykket - termoplastiske kompositmaterialer (T.K.M.), og under ingen omstændigheder forveksles med en forbindelse, da vi taler om helt forskellige materialer. Så hvad er et termoplastisk kompositmateriale (komposit)? er et heterogent flerfaset materiale af to eller flere komponenter med en klar grænseflade mellem dem og kvalitativt nye egenskaber, samtidig med at den kemiske identitet af hver komponent bevares. Den består af en plastbase (matrix), der tjener som bindemiddel, og indeslutninger af forskellige komponenter i form af pulvere, fibre osv. (fyldstof). Matrixen sikrer materialets soliditet, overførsel og fordeling af spændinger mellem fyldstoffet, bestemmer komposittens tæthed, varme, fugt, brand- og kemiske modstand, dets teknologiske samt termofysiske, elektriske og radiotekniske egenskaber. Den optimale kombination af operationelle og teknologiske egenskaber er rettet mod at regulere egenskaberne og indholdet af matrixen og fyldstoffet, der interagerer mellem dem ved fasegrænsen, orienteringen af ​​fyldstoffet. Anvendelsen af ​​flere matricer (polymatrix-kompositter) eller fyldstoffer af forskellig art (hybridkompositter) udvider mulighederne for at kontrollere kompositternes egenskaber. Grundlæggende kvaliteter af polymerer bruges som en matrix af termoplastiske kompositmaterialer. Det moderne udvalg af grundlæggende termoplastiske polymerer, afhængigt af niveauet af deres elastiske styrkeegenskaber og deformationsvarmebestandighed, er betinget opdelt i tre grupper.

Ifølge den molekylære struktur er termoplast opdelt i to grupper - amorf og krystallinsk. På grund af de strukturelle egenskaber er polymerer i den anden gruppe af største interesse for producenterne, som kan tilbyde et højere niveau af fysiske og mekaniske egenskaber og større kemisk resistens.

Mængden af ​​verdensproduktion af termoplast (i 1990 - 86 millioner tons, i 2000 - 150 millioner tons, i 2010, ifølge prognoser - 258 millioner tons) overstiger betydeligt mængden af ​​verdensproduktion af termoplast. Som fyldstoffer kan der anvendes faste fyldstoffer i form af pulvere, fibre af forskellig længde, vævede og ikke-vævede strukturer dannet af fibre af forskellig kemisk natur. Afhængigt af de udførte funktioner er fyldstoffer opdelt i tre grupper:

inert- baryt, dolomit, naturligt kridt, marmor osv. Deres brug skyldes ønsket om at reducere omkostningerne ved det endelige produkt, når en vis forringelse af materialets egenskaber er acceptabel;

Aktiv- hovedsageligt baseret på naturlige silikater - wollastonit, kaolin, glimmer, talkum. Deres forbedrede teknologiske egenskaber bestemmes "af naturlige faktorer: partiklernes form, niveauet af deres anisotropi, kemien af ​​partiklernes overflade i forhold til polymerer;

Funktionaliseret eller overflademodificeret. Det er kendt, at for at forbedre kvaliteten og konkurrenceevnen af ​​kompositmaterialer, er det vigtigt at funktionelt modificere overfladen af ​​fyldstoffer med organiske og/eller uorganiske forbindelser, som gør det muligt at give fyldstoffet yderligere egenskaber, der forbedrer eller optimerer det vigtige. termoplastens parametre. Det er den tredje gruppe af fyldstoffer, der er mest lovende til fremstilling af termoplastiske kompositmaterialer.

I forbindelse med det foregående bliver fyldstoffet en bærer af særlige egenskaber, som gør det muligt at supplere, erstatte eller gemme de tilsvarende teknologiske tilsætningsstoffer. Brugen af ​​fyldstoffer i polymerer giver dig mulighed for at kontrollere produkternes egenskaber i det bredeste udvalg af applikationer.

Termoplastiske kompositmaterialer kan betinget opdeles i følgende grupper afhængigt af de krævede kvaliteter for det endelige produkt og omfang:

Fyldt - har øgede styrkeegenskaber på grund af indførelsen af ​​mineralske fyldstoffer - stivhed, styrke, krympebestandighed;

Langsomt brændende - har øget brandmodstand og understøtter ikke forbrænding uden en ekstern flammekilde på grund af indførelsen af ​​specielle tilsætningsstoffer - flammehæmmere;

Klæbemiddel - har øgede klæbeegenskaber i polymer-polymer, polymer-metalsystemer mv. ved at modificere sådanne copolymerer som: ethylenvinylacetatcopolymer, ethylenethylacrylatcopolymer;

Frostbestandig - har øget modstand mod lave temperaturer på grund af indførelsen af ​​mineralske fyldstoffer og elastomerer;

Tværbundet - har øget varmebestandighed, styrke og stivhed på grund af stråling eller kemisk tværbinding af polymeren;

Polymatrix - har yderligere egenskaber, der er forskellige fra basiskvaliteterne på grund af blandingen af ​​forskellige kvaliteter af polymerer;

Hybrid - har udvidede muligheder for at regulere komposittens egenskaber på grund af indførelsen af ​​fyldstoffer af forskellig art.

Et af de førende problemer i moderne materialevidenskab er skabelsen af ​​en ny generation af termoplastiske kompositmaterialer, der ville tilfredsstille de ret modstridende krav fra producenter og forbrugere.

Ordbog.

Plast (plast, plast)- strukturelle materialer, der indeholder en polymer, som er i en viskøs tilstand under dannelsen af ​​produktet og i en glasagtig tilstand under dets drift. Afhængigt af årsagen til overgangen fra en viskøs til en glasagtig tilstand, der opstår under støbning af produkter, opdeles plast i termoplast og termoplast.

Polymerer- højmolekylære forbindelser, hvis molekyler (makromolekyler) består af et stort antal gentagne grupper, eller monomere enheder, forbundet med kemiske bindinger.

Termoplast- polymere materialer, der tillader flere overgange til en viskøs tilstand ved opvarmning.

termoplast, termohærdende plast- polymere materialer, når de opvarmes eller under påvirkning af hærdere, bliver til en usmeltelig og uopløselig tilstand.

Elastomerer- polymerer og materialer baseret på dem. Besidder meget elastiske egenskaber i en bred vifte af temperaturer under deres drift. Typiske elastomerer er gummier og gummier.

Polymerforbindelser- sammensætninger baseret på termohærdende oligomerer (epoxy- og polyesterharpikser, flydende organiske siliciumgummier) eller monomerer (methacrylater, udgangsmaterialer til syntese af polyurethaner) beregnet til isolering af ledende kredsløb og dele i elektrisk, radioteknisk og elektronisk udstyr. Grundlæggende krav til forbindelser: fravær af flygtige stoffer; tilstrækkelig høj levedygtighed; lav viskositet.

Varmebestandighed af polymerer- evnen til at opretholde hårdhed (det vil sige ikke blødgøre) med stigende temperatur. Den kvantitative indikator for varmemodstand i disse tilfælde er den temperatur, ved hvilken deformationen af ​​prøven under betingelser med konstant belastning ikke overstiger en vis værdi.

"FÆNOMENOLOGISK MODEL AF ET KOMPOSITMATERIALE BASERT PÅ DEN TERMOPLASTISKE MATRIX OG KORTE KULFIBER Mashtakov A.P., Melikhov K.V., Manyak..."

FÆNOMENOLOGISK MODEL AF ET KOMPOSITMATERIALE BASEREDE PÅ EN TERMOPLASTISK MATRIX OG KORTE KULFIBRE

Mashtakov A.P., Melikhov K.V., Manyak I.S.

JSC NPP Radar MMS,

St. Petersborg, Rusland

De mekaniske egenskaber af et kompositmateriale bestående af en termoplastisk matrix forstærket med korte kulfibre er eksperimentelt undersøgt. Karakteristika blev opnået på prøver skåret fra sprøjtestøbte plader fra en række enaksede træktests. Processen med sprøjtestøbning af pladen blev modelleret ved metoden med endeligt volumen. I dette tilfælde blev systemet med bevægelsesligninger for polymersmelten som en viskøs newtonsk væske løst, suppleret med Folger-Tucker-ligningen til bestemmelse af orienteringstensorerne af fibre i matrixen. For at bygge en analytisk model af materialet blev der brugt et to-trins homogeniseringsskema: først blev de effektive egenskaber for en enkelt inklusion af en given form bestemt ved hjælp af Mori-Tanaka-skemaet, derefter baseret på de beregnede komponenter af orienteringen tensor, blev de effektive karakteristika for hele cellen af ​​et repræsentativt volumen bestemt ved hjælp af Voit-skemaet. Fibrene blev antaget at være elastisk isotrope, matrixen blev antaget at være elastisk-plastisk med Mises-kriteriet og en isotrop, magtlovsforstærkende lov (J2-model). Som brudmodel blev "first pseudo-grain" brudmodel med Tsai-Hill styrkekriteriet valgt. Matrixens og fibrenes egenskaber, såvel som parametrene for fejlkriteriet, blev udvalgt iterativt baseret på betingelsen om den bedste overensstemmelse mellem de beregnede og eksperimentelle tøjningskurver for tre typer prøver ved brug af mindste kvadraters metode. De præsenterede resultater i form af en sammenligning af tøjningskurverne indikerer en tilfredsstillende overensstemmelse med forsøget i både det elastiske og uelastiske område REFERENCER

S. T. Chung og T. H. Won. Numerisk simulering af fiberorientering i sprøjtestøbning af kortfiberforstærket termoplast. ENGINEERING AND SCIENCE, MIDT APRIL 1995, Vol. 35, NR. 7.-s. 604-618.

B. E. VerWeyst, C. L. Tucker III, P. H. Foss_, J. F. O'Gara. Fiberorientering i 3-D sprøjtestøbte funktioner: forudsigelse og eksperiment/ International Polymer Processing, 18. juni 1999.

Mori T, Tanaka K. Gennemsnitlig spænding i matrix og gennemsnitlig elastisk energi af materialer med fejltilpassede indeslutninger. Acta Metall 1973; 21:571-574.

R. Christensen. Introduktion til kompositternes mekanik / R. Christensen. – M.: Mir, 1982. – 334 s.

S. Kammoun, I. Doghri, L. Adam, G. Robert, L. Delannay. Første pseudo-kornsvigt-model for uelastiske kompositter med forkert justerede korte fibre. Composites: Del A 42 (2011) 1892–1902.

J. M. Kaiser, M. Stommel. Styrkeforudsigelse af korte fiberforstærkede polymerer. Journal of Plastics Technology 8 (2012) 3, 278-300.

Lignende værker:

"Kontrakt nr. _ om levering af tjenester til frivillig forsikring af et motorkøretøj mod skade, tyveri eller tyveri (CASCO), Moskva "" 201_g. Federal State Budgetary Institution of Science Institute ... "

"RESUMÉ 1. Oplysninger om dig selv 1. Efternavn Abai2. Navn Raushan3. Mellemnavn Madiyarizy4. Fødselsdato og -sted 12/01/1994 Karaganda-regionen Karaganda by5. Nationalitet kasakhisk 6. Køn Kvinde 7. Civilstand Ikke gift8. Hjemmeadresse Karaganda, Prikanal ... "

“MEDDELELSE OM ÆNDRINGER I MEDDELELSEN OM DEN ELEKTRONISKE AUKTION NR. 163/А/АВР DATERT 26/01/2017 OG TIL DOKUMENTATIONEN OM DEN ELEKTRONISKE AUKTIONSUDFØRELSE AF ARBEJDER PÅ STØRRE REPARATIONER AF DEN FÆLLES EJENDOM (EN) eller) restaurering (reparation) og (eller) restaurering (reparation) »

"Public Association "Belarusian Karting Federation" KLASSIFIKATION OG TEKNISKE KRAV TIL RACINGBIL "KART" Trådte i kraft den 1. marts 2012 Godkendt af Rådet for BFC-protokollen af ​​25. februar 2012 Minsk 20 ... "

""I PROFESSIONERNES VERDEN"Mål: dannelse af en professionel orientering af studerende ved at udvide deres forståelse af byggefag, kendskab til programmer og initiativer fra præsidenten og regeringen i Den Russiske Føderation om prestige ... "

"Menneskerettighedsrådet 30. samling Dagsordenspunkt 5 Menneskerettighedsorganer og -mekanismer Rapport fra den åbne mellemstatslige arbejdsgruppe om udkastet til FN-erklæring om rettighederne for bønder og andre mennesker, der arbejder i landdistrikter, formand..."

"Non-profit partnerskab Selvregulerende organisation "Regional Association of Designers" (NP SRO "ROP") Referat nr. 128 fra mødet i Rådet for den selvregulerende organisation for det ikke-kommercielle partnerskab "Regional Association of Designers" 22. november 2013 Sted ... "

«Roil Platinum, Benzin System Cleaner "Roil Platinum™ Metal Conditioner" Pakning: 500 ml., 4 l. Formål: Over tid bliver din motor slidt af friktion. Roil Platinum™ Metal Conditioner kan forlænge levetiden og kraften af ​​dit køretøjs motor, reducere reparationsomkostningerne ved at reducere..."

«UDK 621.921 UDVALG AF SLIBEMÅDER UNDER HENSYN TIL VÆRKTØJSSLID V.V. Borisov1, I.D. Ibatullin1, D.R. Zagidullina2 1 Samara State Technical University 2 Bashkir State University

"UDDANNELSES- OG VIDENSKABSMINISTERIET AF DEN RUSSISKE FEDERATION forbundsstat autonome institution for videregående uddannelse" NATIONAL FORSKNING TOMSK POLYTECHNICAL UNIVERSITY "GODKENDELSE stedfortræder. Direktør for Institute of Cybernetics for Academic Affairs S.A. Gaivoronsky "_" 2015 ARBEJDSPROGRAM FOR DISCIPLINEN "RÅDGØRING I AUTOMATISK ..."

2017 www.site - "Gratis elektronisk bibliotek - elektroniske dokumenter"

Materialerne på dette websted er sendt til gennemgang, alle rettigheder tilhører deres forfattere.
Hvis du ikke er enig i, at dit materiale er lagt ud på denne side, bedes du skrive til os, vi fjerner det inden for 1-2 hverdage.

"Definitioner og klassificering af polymerkompositter Kompositmaterialer er materialer fremstillet af to eller flere komponenter og ..."

-- [ Side 1 ] --

EMNE 1. DEFINITIONER OG KLASSIFIKATION AF POLYMER

KOMPOSITTER. KOMPONENTERNES SAMLINGSMEKANISME

Den moderne æra kan kaldes århundredet for polymerer og kompositmaterialer.

Definitioner og klassificering af polymerkompositter

Kompositmaterialer er materialer fremstillet af to eller flere komponenter og

bestående af to eller flere faser. En komponent (matrix) danner en kontinuert

fase, den anden er fyldstoffet. Kompositmaterialer er heterogene systemer og kan opdeles i tre hovedklasser:

1. Matrixsystemer bestående af en kontinuert fase (matrix) og en dispergeret fase (diskrete partikler).

2. Sammensætninger med fibrøse fyldstoffer.

3. Sammensætninger med en gennemtrængende struktur af to eller flere kontinuerte faser.

Fordele ved heterogene polymersammensætninger i sammenligning med homogene polymerer:

1. øget stivhed, styrke, dimensionsstabilitet.

2. øget ødelæggelsesarbejde og slagstyrke.

3. øget varmemodstand.

4. reduceret gas- og damppermeabilitet.

5. justerbare elektriske egenskaber.

6. reducerede omkostninger.

Det er umuligt at opnå en kombination af alle disse egenskaber i en sammensætning. Derudover er opnåelsen af ​​fordele ofte ledsaget af udseendet af uønskede egenskaber (vanskeligheder ved flow, derfor støbning, forringelse af nogle fysiske og mekaniske egenskaber).

En bred variation i sammensætningernes egenskaber kan kun opnås ved at ændre morfologien og klæbestyrken mellem faserne.

For ensartet transmission af den ydre påvirkning gennem matrixen og dens fordeling til alle partikler af fyldstoffet kræves en stærk adhæsion ved matrix-fyldstof-grænsefladen, hvilket opnås gennem adsorption eller kemisk interaktion.

Eksistensen af ​​en sådan binding mellem uoverensstemmende komponenter i heterogen plast adskiller dem fra mekaniske blandinger.

Matrixen kan være metal, keramik, kulstof. Fyldstoffet præsenteres i form af partikler og fibre med væsentligt højere fysiske og mekaniske egenskaber end matrixen.

Partiklerne omtales almindeligvis som partikelfyldstof, de har en ubestemt, kubisk, sfærisk eller skællende form med størrelser fra brøkdele af en mm til mikron og værdier på nanoskala.

Det inerte fyldstof ændrer praktisk talt ikke sammensætningens egenskaber.

Det aktive fyldstof ændrer sammensætningens egenskaber væsentligt. For eksempel har fibre elastiske styrkeegenskaber, som er to størrelsesordener højere end matrixens egenskaber. De kan være kontinuerlige eller korte. Diameteren af ​​tynde fibre er 5-15 mikron, tyk (bor eller siliciumcarbid) - 60-100 mikron. Længden af ​​korte fibre er fra 1-2 til 20-50 mm.

Navnet på kompositterne svarer til fibrenes beskaffenhed: glas-, kulstof-, organo-, bor-plast osv. For hybride muligheder - glas-kulstof-plast, organoboroplast osv.

Fibrenes orientering bestemmer overgangen fra fyldt plast til armeret plast. Det er et system af orienterede fibre, der holdes sammen af ​​en polymermatrix. Plast omfatter materialer, hvis uundværlige komponent er en slags polymer, der er i en plastisk eller viskøs tilstand under støbning af produkter og i en glasagtig eller krystallinsk tilstand under drift. Plast kan være homogent eller heterogent. Plast er opdelt i termoplast og termoplast.

Sammensat klassifikation:

1. Efter matricens art:

termohærdende termoplast.

hybrid.

Termohærdende matrix - en matrix opnået ved at hærde epoxy, ether, imid, organosilicium og andre oligomerer i processen med fremstilling af kompositter.

Termoplastisk matrix - en matrix, der smeltes for at imprægnere fyldstoffet og derefter afkøles. Disse er PE, PP, polyarylensulfoner, sulfider, ketoner.

Hybridmatrixen kan kombinere termohærdende og termoplastiske komponenter.

2. Af fyldstoffets art og form.

Organiske og uorganiske stoffer af naturlig eller kunstig oprindelse. Fyldstoffets elasticitetsmodul kan være lavere eller højere end bindemidlets elasticitetsmodul. Fyldstoffer med lavt modul, som sædvanligvis anvendes som elastomerer, uden at reducere polymerens varmemodstand og hårdhed, giver materialet øget modstandsdygtighed over for vekslende og slagbelastninger, men øger dets termiske udvidelseskoefficient og reducerer deformationsmodstanden. Jo højere elasticitetsmodulet for fyldstoffet og fyldningsgraden er, jo større er materialets deformationsmodstand.

Dispersionsfyldte kompositter, Materialer baseret på korte og kontinuerlige fibre.

Partiklernes kemiske natur er forskelligartet: kridt, glimmer, metaloxider, glaskugler, kulstof i form af sod eller fullerener, aerosil-, glas- eller lerflager, gummilignende indeslutninger osv.

Forstærkende fibre - glas, organiske, kulstof osv. Der kendes også meget varmebestandige bor- og siliciumcarbidfibre, som oftere bruges til at forstærke metaller.

3. Ifølge strukturen af ​​polymerkompositter Matrix - til materialer baseret på dispergerede og korte fibrøse partikler, Lagdelt (todimensionel) og volumetrisk for forstærket plast baseret på vævede og ikke-vævede materialer.

Gradientmaterialer med variabel struktur.

4. Ifølge graden af ​​orientering af fyldstoffet, materialets anisotropi:

Kompositter med et tilfældigt arrangement af partikler og fibre, med en isotrop struktur, kompositter med en ensrettet fiberorientering, med en udtalt anisotropi, 90°), kompositter med en kryds, ortotropisk orientering (0, med en given anisotropi, kompositter med en skrå orientering af fibre i andre vinkler end 90°, kompositter med en viftestruktur bestående af lag med forskellige fiberorienteringer.

5. Ifølge metoderne til fremstilling af materialer og produkter:

et-trinsmetoder - ekstrudering og "våd" vikling, pultrudering (broaching), vakuumformning, to-trins metoder til forproduktion af ikke-orienterede (premixes) eller orienterede (prepregs) fibrøse materialer (halvfabrikata) imprægneret med en bindemiddel, efterfulgt af støbning af materialet (laminat) ved "tørre" viklingsmetoder , presning, autoklavestøbning.

6. Efter antallet af komponenter:

to-komponent, tre-komponent PCM'er, der kombinerer dispergerede partikler og korte fibre, polyfiber hybrid PCM'er, der kombinerer fibre med lignende (glas-organoplast) eller væsentligt forskellige (glas-carbon plast) deformerbarhed, polymatrix strukturer, for eksempel baseret på en kombination af termohærdende og termoplastiske bindemidler.

7. Efter volumen af ​​fyldstofindhold:

med en ikke-orienteret struktur - indholdet af fyldstoffet er 30-40% -, med en orienteret struktur - 50-75%, stærkt og ekstremt fyldte organofibre - 75-95% -.

8. Efter funktionalitet:

enkeltfunktionel (strukturel), multifunktionel, i stand til selvdiagnose (smart), multifunktionel, i stand til selvdiagnose og selvtilpasning (intelligent).

Ved design af kompositplast er der to trin (se tabel):

1-beregning - analytisk, 2 - eksperimentel - teknologisk.

1 - omfatter: analyse af de givne belastningsforhold og fastlæggelse af en metode til konstruktion af plast med de nødvendige egenskaber. Repræsentationer og formler taget fra mekanikken i kompositmaterialer bruges:

a) den fænomenologiske tilgang er baseret på anvendelsen af ​​ligningerne i teorien om elasticitet, krybning osv. for anisotrope materialer, b) - fastlæggelse af afhængigheden af ​​sammensætningens mekaniske egenskaber af størrelsen af ​​fyldstofpartiklerne, komponenternes mekaniske egenskaber, deres volumenindhold osv. Disse afhængigheder analyseres på mikroskopiske, makroskopiske og mellemliggende niveauer . Mikroniveau - niveauet af strukturel heterogenitet, svarende til de tværgående dimensioner af fyldstofelementerne - diameteren af ​​fyldstofpartiklerne eller tykkelsen af ​​det forstærkende lag.

Tabel Nødvendige mekaniske egenskaber for kompositplast Valg af komponenter og deres valg af armeringsskema forhold i sammensætningen

–  –  –

Form Størrelsesforhold Mekanisme af PCM-komponenters interaktion Lad os overveje mekanismen for spændingsoverførsel fra matrixen til fyldstoffet afhængigt af dens konfiguration.

I det enkleste tilfælde, når polymeren er forstærket med ensrettede kontinuerlige fibre og strækkes i retning af deres orientering, er deformationen af ​​komponenterne den samme, og de spændinger, der opstår i dem, er proportionale med fibrenes elasticitetsmodul og matrix. Hvis fibrene i samme model er diskrete, så viser spændingsfordelingen sig at være inhomogen langs fiberens længde. Der er ingen spænding i enderne af fiberen, men der er tangentielle spændinger ved fibermatrixgrænsen, som gradvist involverer fiberen i arbejde. Væksten af ​​trækspændinger i fiberen fortsætter, indtil de når det gennemsnitlige niveau af spændinger observeret i en kontinuerlig fiber. I overensstemmelse hermed kaldes længden, ved hvilken dette sker, "ineffektiv". Med stigende belastning vokser den "ineffektive" længde og når sin maksimale værdi ved en spænding svarende til fiberens styrke. I dette tilfælde kaldes den "ineffektive" længde "kritisk" I. Det er en vigtig egenskab ved vekselvirkningen mellem kompositter og kan beregnes ved hjælp af Kelly-formlen lcr/dvol = vol/2mat (1), hvor dvol og vol er fiberdiameter og styrke; mat - matrix flydestyrke eller klæbestyrke af systemet.

Afhængigt af styrken af ​​fibrene og typen af ​​polymermatrix kan forholdet lcr/dvol variere fra 10 til 200; ved dvol 10 µm, lcr = 0,15-2,0 mm.

Det følger af ovenstående ræsonnement, at i overgangen fra kontinuerlige til diskrete fibre vil en del af længden af ​​hver fiber ikke opfatte den fulde belastning. Jo kortere den forstærkende fiber er, jo mindre effektiv er den. Ved l lcr kan matrixen under ingen omstændigheder overføre til fiberen en tilstrækkelig spænding til at ødelægge den. Heraf følger, at korte fibres forstærkningsevne (en stigning i polymerens elastiske styrkeegenskaber) er meget lav. Især når man tænker på orienteringen af ​​fibrene, som i sådanne materialer ikke er ideel.

Strukturen af ​​materialer baseret på korte fibre er ret kaotisk. Fordelen ved kortfiberfyldstoffer bestemmes af muligheden for højhastighedsbehandling af materialer til produkter. Men under støbe- eller ekstruderingsprocessen forekommer yderligere ødelæggelse af fibrene, hvis længde normalt reduceres til 0,1-1 mm.

Når man skifter til et dispergeret pulveriseret fyldstof, er muligheden for spændingsoverførsel fra matrixen til fyldstoffet så reduceret, at dets bidrag til stigningen i styrken af ​​kompositten begynder at konkurrere med faldet i matrixens styrke på grund af den resulterende stressujævnheder og udvikling af defekter. På grund af dette øges styrken af ​​en sådan komposit normalt ikke sammenlignet med styrken af ​​matrixen (nogle gange endda lidt reduceret).

Ved fyldning af tyktflydende termoplast med stive fyldstoffer i en mængde på mere end 20% observeres en overgang fra plastisk flow til skørt brud. I dette tilfælde er der et betydeligt fald i slagstyrke, ødelæggelsesarbejde. Elasticitetsmodulet øges med en stigning i mængden af ​​fyldstof, men samtidig øges størrelsen og antallet af revner, "pseudoporer", der opstår under belastning, når matrixen skrælles af fra spredte partikler i det øjeblik, hvor de når spændinger svarende til systemets klæbestyrke, øges. Teoretiske og eksperimentelle undersøgelser viser, at ved at reducere størrelsen af ​​fyldstofpartiklerne og sprede deres diametre er det muligt at reducere sandsynligheden for store defekter markant.

Hovedårsagen til hærdning er en ændring i retningen af ​​revnevækst, når de kommer i kontakt med faste partikler af fyldstoffet. Den mest sandsynlige retning for revnevækst er vinkelret på retningen af ​​den påførte kraft. Hvis en fyldstofpartikel er placeret i denne retning, skal revnen ændre sin retning tangentielt til partiklens overflade. Derfor, hvis partiklerne er i form af fibre og er aflange i retning af den virkende kraft. Revneformering langs fyldstofpartiklerne er udelukket.

Ved anvendelse af en monolitisk fiber med et rundt tværsnit når de mekaniske egenskaber normalt et maksimum ved 2 = 0,65 - 0,7. Ved anvendelse af præcisionsmetoder til lægning af profilerede fibre er det muligt at øge 2 til 0,85, hvorefter styrken af ​​sammensætningerne begynder at afhænge mere af vedhæftningsstyrken ved den fiberbindende grænseflade end af fiberens styrke.

Ved samme fyldningsgrad (2 = 0,7) og forholdet mellem elasticitetsmoduler (E2/E1 = 21) overstiger stivheden af ​​plast med trekantede fibre i tværretningen stivheden af ​​plast med runde fibre med 1,5 gange.

Udskiftning af en monolitisk fiber med en hul gør det muligt kraftigt at øge den specifikke styrke og stivhed af produkter i kompression og bøjning, da inertimomentet stiger med den samme masse af fibre.

Det er ineffektivt at bruge hule fibre i træksammensætninger på grund af den lave styrke af profilerede fibre. Ved klipning er det bedre at bruge profilerede fibre.

En anden retning i skabelsen af ​​partikelfyldte polymerer er deres modifikation med gummipartikler for at reducere skørhed og øge slagfastheden.

Der er opnået positive resultater for høj slagkraft polystyren, epoxy og andre matricer. Mekanismen for hærdning af materialer er tilsyneladende meget kompleks, men hovedrollen er tildelt hæmningen af ​​revneudvikling af gummipartikler. Mange forfattere påpeger det hensigtsmæssige i at skabe et overgangslag med høj vedhæftning til matrixpolymeren og gummifasen for at øge styrken.

Lad os vende tilbage til en ensrettet komposit baseret på kontinuerlige fibre og overveje mikromekaniske modeller for dets ødelæggelse. Elementære fibre har meget høje styrkeegenskaber, ti gange større end styrken af ​​bulkprøver. For eksempel er styrken af ​​bulkglas 50-70 MPa, og i form af fibre - 2,5-3,0 GPa; et lignende billede ses for organiske fibre og kulfibre, hvis styrke når 4-6 GPa. Denne forskel forklares enten ved påvirkningen af ​​skalafaktoren (størrelsen af ​​fiberoverfladen bestemmer størrelsen af ​​en mulig defekt) eller ved orienteringseffekten, som er meget karakteristisk for organiske fibre.

Ved test af elementære fibre observeres en stor spredning af eksperimentelle styrkeværdier. Derfor testes normalt mindst 50 prøver, gennemsnitsværdien og dens varians findes.

Baseret på hypotesen om svagt led opnåede Weibull følgende ligning for sandsynligheden for ødelæggelse Р() af en prøve under stress og prøvelængde L:

Р() = 1 – exp(–L), (2)

hvis konstanter bestemmes ud fra den eksperimentelt opnåede styrkefordeling af elementære fibre. Parameteren P karakteriserer prøvernes defekthed.

Koefficientværdier varierer fra 3-5 for normal til 10-12 for "intakte" glasfibre.

I virkeligheden beskæftiger man sig sjældent med en elementær fiber, normalt med et bundt bestående af mange fibre. Ifølge Daniels teoretiske begreber bestemmes faldet i styrken af ​​et bundt af ubundne fibre sammenlignet med den gennemsnitlige styrke af okser af spredningen af ​​deres styrke. I belastningsprocessen, når trækstyrken af ​​enhver fiber er nået, går den i stykker og deltager ikke længere i arbejdet.

Kraften omfordeles til hele fibre, processen fortsætter indtil det øjeblik, hvor der sker en lavinelignende ødelæggelse af flertallet, og derefter alle fibrene i tråden (bundtet). Ved =10 er styrken af ​​tråden n ca. 80% af den gennemsnitlige styrke af den elementære fiber.

Analyse af trådbelastningsdiagrammet - gør det muligt at spore hele processen med gradvis fiberbrud. Det gør det også muligt at identificere nogle defekter i tråden, især forskellen i længde (forskellig spænding) af fibrene, hvilket øger ikke-samtidigheden af ​​deres ødelæggelse. Interaktion (bondage) af fibre, på grund af snoning eller delvis binding, manifesterer sig i karakteren af ​​diagrammerne

– som bliver mere lineære. Weibull-koefficienten for et ubundet bundt af fibre bør forblive den samme som for elementære fibre: I tilfælde af deres binding har den en tendens til at stige.

Polymermatrixen, der binder bjælken til en enkelt helhed - mikroplast - fører til en forøgelse af dens styrke. I dette tilfælde afhænger styrken praktisk talt ikke af prøvelængden (= 30-50), hvilket indikerer en ændring i brudmekanismen. Faktum er, at en fiber, der er revet et eller andet sted, ikke ophører med at opfatte belastningen, som i en tråd, men fortsætter med at arbejde på samme niveau af stress som i nabofibre. Dette sker i en afstand lcr fra frakturstedet i overensstemmelse med den mekanisme, der blev overvejet ovenfor for materialer baseret på korte fibre.

Ifølge den statistiske teori om styrke, der er udviklet af Gurland og Rosen, opstår træksvigt af en ensrettet komposit gennem akkumulering af brud, knusning af fibre i polymermatrixen. I dette tilfælde er den teoretiske styrke af fibrene tr i kompositten lig med styrken af ​​et ubundet bundt af fibre med den "kritiske" længde lcr.

tr = (lkre)–1/ I praksis kan processen med at knuse fibre ikke afsluttes. Det afbrydes sædvanligvis af udseendet og udviklingen af ​​en hovedrevne på grund af overspændinger i den sektion, hvor det største antal defekter akkumuleres, eller af delaminering ved fiber-bindemiddel-grænsefladen. Denne mekanisme gør det muligt at opnå de højeste styrkeværdier, da den er forbundet med energiafledning til dannelse af store frie overflader. Baseret på dette, når man overvejer spørgsmålet om at realisere styrken af ​​fibre i en komposit, er det tilrådeligt at sammenligne de eksperimentelle værdier af wc med styrken tr, som kunne være i implementeringen af ​​fiberknusningsmekanismen:

Kp = ox / tr, hvor Kp er koefficienten for styrkerealisering.

Dens reelle værdier når 60-80% for ensrettet glas-, organo- og kulstofforstærket plast baseret på superstærke fibre.

En lignende tilgang er også blevet foreslået til at studere realiseringen af ​​styrken af ​​glasforstærket plast under langsgående kompression.

I øjeblikket overvejes to hovedmuligheder for fejlmekanismer:

Ødelæggelse på grund af bøjning af fibre på en elastisk base;

Lagdeling af materialet fra påvirkningen af ​​forskydningsspændinger.

Den vigtigste afhængighed, der opstår ved overvejelsen af ​​den første brudmodel, relaterer trykstyrken af ​​materialet tszh til forskydningsmodulet af matrixen Gm og dets volumenindhold m:

tszh = Gm / Vm Beregninger udført i henhold til denne formel giver meget høje teoretiske værdier af tszh. For eksempel, med et forskydningsmodul Gm = 1-1,5 GPa, typisk for epoxyharpikser, og m = 30%, kan trykstyrken tszh være 3-5 GPa, mens den for rigtige materialer ikke overstiger 1,5 GPa.

Det kan argumenteres for, at der i alle tilfælde er en proportionalitet mellem styrken af ​​glasforstærket plast under kompression af HOA og forskydning:

tszh =K skift, hvilket indikerer, at den anden mekanisme er fremherskende. Dette kan forklares med defekter i strukturen af ​​prøverne og det inhomogene spændingsfelt, der opstår under testning. Særlige metoder til fremstilling og undersøgelse af ensrettet glasfiber gjorde det muligt at øge TCF til 2-3 GPa, det vil sige, at det i vid udstrækning var muligt at implementere mekanismen for fiberknækning, hvilket øgede styrkerealiseringskoefficienten fra 30- 40 til 60-70 %.

Når organoplast komprimeres, sker destruktion langs et forskydningsplan orienteret i en vinkel på 45° i forhold til fiberaksen, hvilket er typisk for plastfibre.

En lignende mekanisme ser ud til at finde sted for kulstofplast, selvom den i dette tilfælde er kombineret med et forskydningselement.

De mange forskellige mekanismer til ødelæggelse af kompositter giver os mulighed for at rejse spørgsmålet om optimering af bindemidlets egenskaber. For at øge materialets trækstyrke langs fibrene er det for eksempel nødvendigt at reducere den "kritiske" længde, hvilket opnås ved at øge matrixens stivhed. På den anden side fører dette til en stigning i spændingskoncentration og vækst af hovedrevnen. Konkurrencen mellem disse mekanismer observeres i form af en ekstrem afhængighed af komposittens styrke af bindemidlets flydespænding, som varieres ved at ændre temperaturen, testhastigheden eller indførelsen af ​​blødgørende additiver.

I hvert tilfælde er det optimale:

det afhænger af fibrenes art, tilstedeværelsen af ​​eksisterende teknologiske belastninger og defekter. De modstridende krav til bindemidlet forværres, når man tager hensyn til dets fremstillingsevne, varmebestandighed, evne til at optage dynamiske effekter (slagstyrke) osv. Det svageste punkt ved kompositmaterialer er deres lave styrke og forskydningsdeformerbarhed. Derfor fører teknologiske og operationelle belastninger ofte til materiale revner.

Revnemodstanden af ​​en komposit er sædvanligvis karakteriseret ved den specifikke brudsejhed Gc, dvs. den energi, der spredes under dannelsen af ​​en ny overflade. Jo højere den specifikke brudsejhed er, desto højere er kompositmaterialets modstandsdygtighed over for delaminering. Interlaminær viskositet øges med stigende matrixdeformerbarhed, fiber-til-matrix-adhæsion og fiber-til-fiber-binding (VCB) tykkelse.

Modifikationen af ​​epoxymatricer med gummier førte ikke til en væsentlig forbedring af materialernes egenskaber. Måske skyldes dette, at plasticitetszonen i kompositten er begrænset af størrelsen af ​​interfiberrummet. En meget større effekt observeres ved brug af termoplastiske matricer, for eksempel PSF, hvis deformerbarhed når 80-100%. I dette tilfælde stiger værdierne af Gc med næsten en størrelsesorden.

Mikromekaniske modeller af polymerkompositter gør det muligt at afsløre analytiske afhængigheder, der viser indflydelsen af ​​egenskaberne af fibre, matrix, deres adhæsive interaktion, materialestruktur og brudmekanismer på de makroskopiske elastiske styrkeegenskaber af et ensrettet lag. De beskriver mest vellykket det begrænsende elasticitetsmodul og trækstyrke af kompositten. I det tilfælde, hvor deformationerne af fibrene og matrixen er ens, finder følgende additive relationer sted, som viser bidraget fra hver komponent i forhold til dens volumenindhold Ek = Evv + Emm

–  –  –

Disse ligninger kaldes "blandingsreglen".

Da bidraget fra polymermatrixen normalt ikke overstiger 2-5%, kan det ignoreres:

Ек () = Евв og к ()= вв Forlængelsen af ​​kompositten under spænding i tværretningen er sammensat af deformationen af ​​fibrene og bindemidlet. Elasticitetsmodulet E() kan beregnes med formlen 1/ Eк() = v/Ev + m/Em Det skal tages i betragtning, at selve fibrenes elasticitetsmodul i tværretningen falder sammen med modulet af elasticitet i længderetningen kun for isotrope glas- og borfibre. For kulstof og organiske fibre er tværmodulet væsentligt lavere end det langsgående. En lignende afhængighed finder sted for forskydningsmodulet af en ensrettet komposit "i planet" af fibrene.

Styrken af ​​kompositter i tværgående træk-kompression og forskydning afhænger af mange faktorer, primært af matrixens egenskaber, klæbende interaktion, materialestruktur - tilstedeværelsen af ​​porer og andre defekter. Analytiske afhængigheder kan i dette tilfælde kun have en korrelationskarakter. Det er generelt accepteret, at forstærkning reducerer styrken af ​​kompositten i den tværgående (tværgående) retning med ca. 2 gange sammenlignet med styrken af ​​en homogen matrix.

Elastiske styrkeegenskaber for kompositter Styrke og stivhed er de vigtigste egenskaber ved ethvert materiale. Når en prøve belastes ved spænding eller kompression, opstår der normale spændinger og tilsvarende belastninger i den, som øges, indtil materialet ødelægges.

Den ultimative (maksimale) stress kaldes dens styrke. For lineære elastiske materialer er der en direkte proportionalitet mellem spænding og belastning Hookes lov = E. Proportionalitetskoefficienten karakteriserer materialets stivhed og betegnes som elasticitetsmodulet eller Youngs modul E.

Denne lov er også opfyldt, når prøven belastes med forskydnings- (tangentielle) spændinger og deformationer, der for eksempel opstår under torsion.

Proportionalitetskoefficienten kaldes i dette tilfælde forskydningsmodulet G: =.G.

Når et materiale strækkes, samtidig med forlængelse, reduceres dets tværgående dimensioner, hvilket er karakteriseret ved Poissons forhold, som etablerer et forhold mellem spændinger langs x og på tværs af y af prøven: x = µ y.

De elastiske egenskaber af isotrope materialer er godt beskrevet af to konstanter E og G, hvor sammenhængen mellem disse svarer til ligningen G = E/2(l + µ).

Ovenstående relationer beskriver godt isotrope materialer, hvis egenskaber er de samme i alle retninger. Disse omfatter partikelfyldte polymerer såvel som kompositter baseret på korte eller kontinuerlige fibre med en kaotisk struktur. (For fibrøse materialer er der altid en vis grad af orientering, bestemt af teknologiske faktorers indflydelse.) Ved belastning af enhver struktur bliver materialets spændings-belastningstilstand oftest inhomogen. I dette tilfælde er det muligt at identificere de vigtigste (maksimale) spændinger, der kan forårsage dens ødelæggelse. For eksempel, i tilfælde af et rør under indvendigt eller udvendigt tryk, er bøjlespændingerne det dobbelte af de aksiale spændinger, det vil sige, at halvdelen af ​​tykkelsen af ​​et isotropt materiale er ineffektiv med hensyn til aksiale spændinger. Inhomogeniteten af ​​stressfeltet kan også være væsentligt højere. For granater med åben udgang (kanoner, granatkasterløb) når forholdet mellem radiale og aksiale spændinger 8-10 eller mere. I disse tilfælde bør man drage fordel af den bemærkelsesværdige evne af fibrøse materialer, som kan orienteres i matrixen i overensstemmelse med fordelingen af ​​de vigtigste driftsspændinger.

Overvej eksemplet med et ensrettet lag. Det ensrettede lag er isotropt i retningen vinkelret på fiberorienteringsaksen x. en.

–  –  –

Trækstyrken af ​​det ensrettede lag langs fibrene kan variere fra 1,0 til 2,5 GPa afhængigt af fibrenes styrkeniveau, typen og indholdet af bindemidlet. I dette tilfælde overstiger styrken i den tværgående retning ikke 50-80 MPa, dvs. anisotropi-koefficienten er 20-30.

En lille afvigelse af belastningsretningen fra fibrenes orienteringsretning har næsten ingen effekt på komposittens trækstyrke. Derfor er en vis fejlorientering af fibrene (3-5°) tilladt, skabt af en speciel spreder eller en forøgelse af viklingsstigningen for at øge materialets tværgående styrke. I tilfælde af kompression er dette uacceptabelt, da det bidrager til udviklingen af ​​forskydningsspændinger, der bestemmer materialets trykstyrke.

En ensrettet komposit er grundlaget for en kompleks struktur, der skabes ved at kombinere individuelle lag i overensstemmelse med konstruktionselementets ydeevnekrav. Fremstillingsmetoder: vakuum- eller autoklavestøbning, presning, vikling.

Lad os yderligere overveje teoretiske modeller til beskrivelse af processerne med deformation og ødelæggelse af lagdelte kompositter af en kompleks struktur. Konventionelt kan der skelnes mellem to hovedtilgange i udviklingen af ​​beregningsmetoder: fænomenologisk og strukturel. I den fænomenologiske tilgang betragtes et kompositmateriale som et homogent anisotropt medium, hvis model er baseret på eksperimentelt opnåede data. Det valgte styrkekriterium gælder for hele materialet som helhed. Fordelen ved fænomenologiske modeller er enkelheden af ​​beregninger. Men for materialer med et komplekst forstærkningsskema er det nødvendigt at bestemme mange empiriske koefficienter, hvilket kræver et stort antal eksperimenter. Derudover tager fænomenologiske modeller ikke højde for strukturelle processer under brud: revner, mikroknæk osv.

Bestemmelse af fyldstofpartiklernes optimale størrelse Spændingen, der opstår på forskellige dele af partiklernes overflade (mikroflager eller mikrofibre) afhænger af afstanden r fra det tilsvarende overfladeareal = – о(1 –)/ 2r, hvor er Poissons forhold .

Styrken med en stigning i den specifikke overflade af det fint dispergerede fyldstof stiger til et vist maksimum, afhængigt af arten af ​​komponenterne i sammensætningen.

Den optimale diameter d af kontinuerte fibre i en strækbar ortotrop plast i en given afstand mellem fibrene bestemmes af ligningen d (1/2 - 1), hvor 1, 2 er de relative brudforlængelser af bindemiddel- og fyldfibrene, henholdsvis.

Valget af fyldstofpartikelform. Partiklernes form påvirker mekanismen for plastisk nedbrydning. Der tages hensyn til produkternes størrelse og form, forarbejdningsteknologi.

I tilfælde af produkter med lille tykkelse og kompleks konfiguration foretrækkes stærkt dispergerede fyldstoffer (pulvere), da de let fordeles i bindemidlet, hvilket bevarer den oprindelige fordeling under støbningen af ​​produktet.

Brugen af ​​stærkt dispergerede fyldstoffer reducerer sandsynligheden for ødelæggelse, delaminering af produkter under efterfølgende bearbejdning.

Faste indeslutninger i den strakte prøve reducerer spændingen i bindemidlets kontaktzone med fyldstoffet, men i selve den sfæriske partikel overstiger spændingen

1,5 gange spændingen i de derfra fjerntliggende bindezoner, dvs. fyldstof tager hovedparten af ​​lasten.

Påvirkningen af ​​fyldstoffet øges, hvis partiklerne har en ellipseformet form og er orienteret i retning af deformationsaksen.

Udvælgelse af komponenter med det optimale forhold mellem mekaniske egenskaber Betingelser: klæbende vekselvirkning er større end bindemidlets sammenhæng, begge komponenter arbejder sammen indtil ødelæggelse, ideelt elastisk opførsel af fyldstof og bindemiddel.

Bestemmelse af den optimale fyldningsgrad Selv forstærkende fibre har ikke altid en forstærkende effekt på plast. Hvis forholdet mellem deformationskarakteristika for bindemidlet og forstærkning i en ensrettet plast opfylder betingelsen св, så op til det kritiske volumetriske indhold af fibre (в, cr), endda et lineært fald i trækstyrke = с(1 – в) er observeret.

På grund af den lille deformation af bindemidlet ved brud, lig med c, er spændingen, som fibrene opfatter, for lille til at kompensere for faldet i polymermatrixens styrke. Kun fra v, cr kan den samlede styrke af den forstærkede fiber kompensere for faldet i styrken af ​​matrixen, og plastens styrke begynder at stige.

Hver plast er kendetegnet ved sit eget b, kr, som for det valgte polymerbindemiddel er jo mindre, jo stærkere forstærkningsfibrene er, og med den valgte type fibre stiger det med en forøgelse af bindemidlets styrke c.

Den maksimale fyldningsgrad v,max svarer ideelt til en sådan pakningstæthed af fibrene, ved hvilken de berører hinanden langs generatricerne af cylindriske overflader. Den maksimale pakningstæthed opnås ved forskellige fyldningsgrader.

OOO w,max = 0,785, hexagonal OOO w,max= 0,907 Tetragonal OOO w,max = 0,907 Tetragonal OOO w,max = 0,907 Tetragonal OOO w,max = 0,924.

Den optimale grad er mindre end den maksimale i,opt 0,846/(1 + min/D)2, hvor min er den mindst mulige afstand mellem fibrene.

Funktioner af strukturen og egenskaberne af polymerkompositmaterialer (PCM).

PCM med højt fiberindhold. De fysisk-mekaniske egenskaber af kompositter afhænger i det væsentlige af det relative indhold af komponenterne. Ifølge "blandingsreglen", jo højere indhold af fibre, jo højere tæthed af deres pakning, jo højere (ceteris paribus) bør elasticitetsmodulet og styrken af ​​kompositterne være. Beregningen af ​​masseindholdet af oksefibre i materialet er baseret på deres mængde i prøven, som bestemmes ud fra teknologiske overvejelser (lineær tæthed, antal stoflag eller viklingsparametre). Til glasfiber kan du bruge bindemiddelbrændingsmetoden. Der er et forhold ox + sv = 1.

Teoretisk set er det maksimalt mulige indhold af fibre med samme diameter med den tætteste sekskantede pakning 90,8 % efter volumen. Under hensyntagen til den reelle spredning af fiberdiametre (10%) falder denne værdi til omkring 83%. I mange undersøgelser anses fiberindholdet vol = 0,65 for at være optimalt. Denne værdi karakteriserer tilsyneladende ikke tykkelsen af ​​bindemiddelfilmene (de er forskellige), men det fibrøse skelet, der dannes under dannelsen af ​​materialet ved en eller anden metode. Virkningen af ​​kraftfaktorer (spænding under vikling og pressetryk) er i dette tilfælde ineffektiv, da det kun vil føre til ødelæggelse af fibrene.

Den rigtige måde at øge kompositmaterialernes elastiske styrkeegenskaber ved at øge indholdet af fibre er at komprimere deres stabling i prepreg, indtil deres position i kompositstrukturen er fikseret. Ved at reducere bindemidlets viskositet og øge påvirkningen af ​​kraftfaktorer var det muligt at øge indholdet af glas og organiske fibre i en ensrettet komposit op til 78 volumen%. Samtidig steg dens elastiske styrkeegenskaber tilsvarende. Teoretisk er indholdet af fibre ikke afhængig af deres diameter, men i praksis er dette af stor betydning. I tilfælde af kulfibre med en diameter, der er to gange mindre sammenlignet med glas eller organiske fibre, var det muligt kun at øge deres indhold i kulfiber til 65 %, da det er vanskeligere at overvinde friktion i et sådant system og fjerne overskydende bindemiddel .

Ved anvendelse af CBM organiske fibre er det muligt at opnå højforstærket organoplast med et fiberindhold på op til 90-95%. Dette opnås på grund af den irreversible termiske deformation af fibrene i en retning vinkelret på deres akse, hvilket fører til en ændring i fibrenes tværsnit fra et rundt til et tværsnit af en vilkårlig form på grund af kontakt med nabofibre. Interaktionen mellem SVM-fibrene opnås enten gennem de tyndeste lag af bindemidlet, sandsynligvis delvist placeret inde i fibrene, eller ved autohæsiv binding dannet under den gensidige diffusion af fiberkomponenterne.

Elasticitetsmodulet og styrken af ​​ringprøverne ændres lineært i næsten hele området for stigning i volumenindholdet af fibre, hvilket indikerer, at "reglen for blandinger" er opfyldt.

Effekten af ​​at øge komposittens elastiske styrkeegenskaber (20-40%) er så betydelig, at den i nogle tilfælde opvejer faldet i forskydnings- og tværgående egenskaber af materialer, der observeres i nogle tilfælde, såvel som en stigning i deres vandabsorption.

Stærkt og ekstremt forstærkede kompositter bør anvendes i elementer, der ikke oplever forskydningsbelastninger. For at forbedre vejrbestandigheden kan de ydre lag af strukturen fremstilles af kompositter med et normalt eller højt bindemiddelindhold.

HYBRID OG GRADIENT FORSTÆRKET PLAST (HAP) MED

JUSTERBARE MEKANISKE EGENSKABER

Den mekaniske opførsel af sådanne materialer i spænding, kompression, bøjning og forskydning følger grundlæggende additivitetsprincippet, dvs. "reglen for blandinger".

En anden karakter af regelmæssighederne observeres i studiet af HAP, der kombinerer fibre med forskellig deformerbarhed. Ved strækning af carbon-glas-, carbon-organiske, bor-glas- og bor-organoplaster sker ødelæggelsen af ​​fibrene ikke samtidigt.

Den begrænsende deformation af kompositten bestemmes i dette tilfælde hovedsageligt af deformationen af ​​de fibre, hvis volumenindhold er fremherskende.

Lad os betegne højmodulfibre med indeks "1", lavmodulfibre med indeks "2".

Med et højt indhold af fibre med et højt elasticitetsmodul (og en lav begrænsende tøjning 1) beregnes styrken af ​​kompositten ved formlen k1 = 1(ECBb + E11 + E22) Med et højt indhold af fibre med en lav elasticitetsmodul, styrken af ​​kompositten beregnes ved formlen + E22) Destruktionsmekanismen for trekomponentmaterialer ændres ved opnåelse af et vist kritisk forhold mellem fibre med forskelligt modul µcr, hvor ødelæggelsen af ​​fibre med forskellige brudforlængelser er lige så sandsynligt, dvs. k1 =.

k2. Forsømmer vi styrken af ​​matrixen, opnår vi forholdet 1 E11 + 1E22 = 2 E22 efter transformationen, som vi har:

1/ 2 = k = E2(2 – 1)/ 1 E1 Da 2 = 1 – 1, så er µkr2 = k/(1 + k).

For kulfiberforstærket plast kan man tage E1 = 250 GPa, E2 = 95 GPa, 1=0,8%, 2=3,5%, derefter k=0,3; µcr1 = 23 % eller µcr2 = 77 %.

Begrebet kritisk volumen finder også sted for kompositter baseret på én type fiber. Det karakteriserer overgangen fra destruktion af bindemidlet til destruktion af fibrene.

På grund af den store forskel i deres elastiske egenskaber er µcr meget lille og udgør 0,1-0,5 % af fibrene.

Lad os overveje deformationskurverne af kulfiberforstærket plast med forskelligt indhold af matricer med forskelligt modul. I det indledende afsnit I er deformationskurverne lineære, kul- og glasfibre deformeres sammen, elasticitetsmodulet er sammensat af to komponenter og svarer til additive repræsentationer. Prøver, der indeholder mere end den kritiske mængde kulfibre, ødelægges ved en deformation på 0,7-0,9%. Ikke-lineært afsnit II om deformationskurverne af kulfiberarmeret plast, hvor indholdet af kulfibre er mindre end det kritiske, kan betragtes som et "pseudoplasticitets"-afsnit på grund af den gradvise knusning af kulfibre i glasfibermatrixen, hvilket sikrer materialets integritet. Ikke-lineær sektion II ender med en belastning på ca. 2%. Dernæst observeres et næsten lineært snit III, hvor elasticitetsmodulet svarer til andelen af ​​glasfibre i kompositten, og den ultimative tøjning

– ultimativ belastning af glasfibre 2 3-3,5%.

Når prøven genindlæses, er diagrammet fuldstændig lineært og svarer til det tredje afsnit af den oprindelige kurve. På samme tid forekommer fiberfragmentering tilsyneladende under yderligere to eller tre belastnings-aflastningscyklusser, da først efter dette er en konstant korrelationsafhængighed af den elektriske modstand på prøvens deformation etableret.

Afhængigheden af ​​HAP's trækstyrke af forholdet mellem fibre med forskelligt modul er karakteriseret ved en kurve med et minimum svarende til det kritiske forhold mellem fibre.

For materialer testet i kompression er diagrammerne - og styrkeafhængigheder næsten lineære. Lavstyrke (i kompression) organiske fibre og kulfiber, der er i en glas- eller bor-plastmatrix, mister muligvis ikke stabilitet under deformationer og derfor ved spændinger 2-3 gange større end i konventionel organisk plast og kulstof. Disse effekter, såvel som en stigning i deformerbarheden af ​​kulfibre i en glasfibermatrix under spænding, kaldes synergistiske af mange forfattere.

Fibre af forskellige typer blandes i ét lag eller skiftevis.

Nedenfor er et par eksempler på den mest rationelle kombination af fibre med forskelligt modul i HAP:

kombinationen af ​​glas og organiske fibre gør det muligt at opnå materialer på den ene side med højere tryk- og forskydningsstyrke (sammenlignet med organoplast), på den anden side for at øge hybridsystemets specifikke trækegenskaber (sammenlignet med glasfiber). );

HAP baseret på en kombination af glas- og kulfiber har et højere elasticitetsmodul sammenlignet med glasfiber, samtidig med at de specifikke egenskaber for styrken af ​​materialer ved kompression og let fald i spænding bevares; arbejdet med destruktion af prøver øges;

Tilsætning af borfibre til glasforstærket plast kan øge deres elasticitetsmodul betydeligt, samtidig med at materialernes trykstyrke opretholdes (eller øges).

En af varianterne af HAP er gradient PCM, hvis struktur og egenskaber er rumligt inhomogene. En jævn, kontrolleret ændring i PCM's elastiske styrkeegenskaber gør det i nogle tilfælde muligt at skabe et ensartet spændingsfelt. For eksempel, når man læser homogene PCM-skaller med internt eller eksternt tryk, med en stigning i tykkelsen af ​​strukturen, observeres et signifikant fald i deres effektive elastiske styrkeegenskaber. Kun de lag, der støder op til trykmediet, er fuldt belastede. Startende fra en vis tykkelse holder PCM praktisk talt op med at tage yderligere belastning, og at øge skaltykkelsen giver ikke mening. Teoretisk set kan dette fænomen undgås, hvis PCM med et variabelt (stigende tykkelse) elasticitetsmodul anvendes.

I dette tilfælde vil materialets vægt og størrelsesegenskaber blive forbedret med 1,5-2 gange.

I praksis kan denne mulighed implementeres, for eksempel ved at vikle en PCM-skal i lag, gradvist (ifølge beregningen) øge mængden af ​​kulfibre i forhold til glas. Lignende problemer (og deres løsninger) støder også på ved skabelsen af ​​supersvinghjul eller rotorkapper, der roterer med høj hastighed. Variering af placeringen af ​​lag med forskelligt fiberindhold gør det muligt at øge materialernes forskydnings-, vibrations- og udmattelsesstyrke, vand- og vejrbestandighed.

Gradient-strukturelle kompositter udvider mulighederne for PCM markant.

Næsten alle "naturlige strukturer" har en sådan struktur (stammer og stængler af planter, beskyttende nåle af planter og dyr, næb og fjer af fugle og mange andre eksempler). Det er indlysende, at der i denne sag er et stærkt halt bag naturen, og der er en enorm reserve til at forbedre ydeevnen af ​​kunstigt skabte produkter.

"Intellektuelle" kompositter I slutningen af ​​det XX århundrede. i materialevidenskab er der dukket et nyt begreb op - "intelligent"

materialer. Det accepterede begreb "intelligent" materiale definerer det som et strukturelt materiale, der er i stand til selvdiagnose og selvtilpasning. Disse materialer skal være i stand til at genkende den opståede situation (sansefunktion), analysere den og træffe en beslutning (processorfunktion), samt ophidse og udføre den nødvendige reaktion (eksekutiv funktion).

I øjeblikket er der ingen kompositter, der ville opfylde alle disse krav. Imidlertid kan disse opgaver delvist (trin for trin) løses, først og fremmest - opgaverne med at skabe materialer, der informerer om deres tilstand, om at nærme sig driftsbelastninger til det maksimalt tilladte, om revner, kemisk korrosion, vandabsorption osv.

Hovedkravet til sensorelementerne i sådanne kompositter er følsomhed over for mekanisk belastning og evnen til at blive fordelt over hele volumen. En ideel sensor ville konvertere belastning til elektriske signaler. I denne forstand er ledende fibre lovende, som kan indføres i kompositter under deres dannelse. Disse omfatter konstantan- eller nichromtråd, ledende kul- eller borfibre, piezoelektriske film lavet af polyvinylidenfluorid osv.

Kontrol af viskoelastiske egenskaber af polymerkompositter (defektoskopi) udføres ved hjælp af akustiske metoder, der fastlægger forholdet mellem lydens hastighed og dens absorptionskoefficient. Ved anvendelse af polymerers magneto-dielektriske egenskaber til PCM-diagnostik anbefales det at tilføje dispergerede (kolloide) partikler af magnetiske og elektrisk ledende materialer, herunder ultrafine pulvere af jern, kobber, nikkel, kulstofnanopartikler (fullerener og nanorør).

Driftsprincippet for aktiveringsmekanismerne (adaptive) er den deformation, der skabes som følge af ethvert fænomen - opvarmning, tilførsel af et elektrisk signal osv. Den piezoelektriske effekt, elektro- og magnetostriktion og formhukommelseseffekten er bedst egnede til at aktivere materiale. Disse mekanismer sikrer, at det elektriske signal omdannes til en udløst deformation. Den største effekt observeres for metaller med formhukommelse. En legering af titanium og nikkel giver deformation op til 2%. En anden vigtig indikator for aktuatoren er dens elasticitetsmodul, som bestemmer muligheden for at skabe en given stress-belastningstilstand. Det er normalt sammenligneligt med basismaterialets elasticitetsmodul.

Fremstillingsprocessen for "intelligente" kompositter svarer grundlæggende til processen med at opnå et produkt fra basismaterialet. I dette tilfælde er det nødvendigt at indføre information og udøvende elementer i materialet, hvilket minimalt krænker dets struktur. Det er også nødvendigt at være opmærksom på kompleksiteten af ​​de mikromekaniske processer, der opstår under hærdningen af ​​bindemidlet.

"Intelligente" kompositter er naturligvis fremtidens materiale, men der udføres allerede intensivt videnskabeligt og teknisk arbejde i udlandet (i USA, Japan, Storbritannien, Canada) for at skabe sådanne materialer til moderne teknologi, primært luftfart , raket og rum osv. osv., samt for massemedierne. Eksempler på designs, der bruger "smarte" materialer, omfatter forkanten af ​​F-15-vingen, segmentreflektoren og aktuatorerne af svingstrukturen på rumfartøjer, fly med reduceret støj og vibrationer. Tyske firmaer, der skaber moderne vindkraftgeneratorer, overvåger tilstanden af ​​vinger med en diameter på op til 100 m eller mere. Optiske fibre placeret inde i materialet gør det muligt at overvåge dets strukturelle integritet og evaluere de belastninger, der virker på bladene for automatisk at holde dem på et optimalt niveau. Muligheden for delaminering af materialet, for eksempel på grund af et lynnedslag, er også kontrolleret.

Afhængighed af egenskaberne af kompositplast på vekselvirkningen af ​​komponenter Den gensidige indflydelse af komponenterne i grænsefladezonen bestemmes af sammensætningens sammensætning og betingelserne for dens dannelse. I sjældne tilfælde er det muligt at etablere et funktionelt forhold mellem mekaniske egenskaber og interaktion.

Når limning øger klæbestyrken, er der en sammenhæng mellem klæbestyrke og trækspænding.

Valget af fiberarrangement er baseret på data om fordelingen af ​​kraftfeltet og belastningens art.

Restspændinger i produkter fremstillet af kompositmaterialer påvirker ydeevneegenskaberne. Restspændinger (mekanisk, termisk, krympning, diffusion osv.) forstås som spændinger, der er gensidigt afbalancerede i produktets volumen, optrådt i det som et resultat af udsættelse for ydre kraft, termiske og andre felter og eksisterer i produkt efter ophør af feltet og forsvinden af ​​midlertidige belastninger. Midlertidig temperatur, svind, diffusionsspændinger forsvinder, så snart temperaturen, hærdningsdybden, graden af ​​krystallinitet eller mængden af ​​absorberet stof er ens i hele materialets rumfang. Mekaniske midlertidige spændinger forsvinder efter afslutningen af ​​det eksterne felt.

Restspændinger opstår først i det støbte produkt, når de maksimale midlertidige spændinger i en del af produktvolumenet overstiger materialets flydespænding, og der opstår deformationer, der er irreversible ved almindelig temperatur (plastiske og højelastiske), eller på grund af en ulige grad af transformation (hærdning, krystallisation ) separate områder af materialets volumen vil erhverve forskellige termoelastiske egenskaber. Forskellen i de termoelastiske egenskaber af polymermatrixen og fyldstoffet fører også til forekomsten af ​​resterende spændinger.

Støbeprocessen udføres ved forhøjede temperaturer og tryk.

Som følge heraf opstår temperaturgradienter, som stiger endnu mere, da hærdning sædvanligvis forløber exotermisk.

Under afkøling opstår der betydelige termiske spændinger i overfladelagene, som kan føre til yderligere irreversible deformationer og forårsage en stigning i restspændinger i færdige produkter.

Metode til bestemmelse af restspændinger. opløsningsmiddel metode.

Prøven behandles med et opløsningsmiddel, der trænger ind i polymeren og øger spændingen af ​​overfladelaget. Når overfladespændingen overstiger kvældelagets brudspænding, vil der opstå et netværk af små revner i det. I dette tilfælde er lg = lgm + nlgores, hvor res er restspændingen (kg/cm2), m og n er konstante værdier.

Spænding ved grænsefladen mellem bindemidlet og fyldstoffet.

Hovedårsagen er krympningen af ​​polymermatrixen under hærdning og afkøling, som adskiller sig væsentligt fra temperaturkrympningen af ​​fyldstoffet, der er bundet til matrixen med en klæbende binding. Trykket af den hærdede harpiks på fyldstoffet kan beregnes ved ligningen (1 2)TE 2 P=, (1 + 1) + (1 + 2)(E1 / E 2), hvor 1 og 2 er termiske udvidelseskoefficienter, T er forskellen mellem hærdningstemperaturer og afkøling, 1 og 2 - Poissons forhold, E1 og E2 - deformationsmoduler (1 - bindemiddel, 2 - fyldstof).

Hvis de spændinger, der opstår i materialet, ikke er symmetriske, kan de forårsage formforvrængning.

TEMA 2. UMÆTTET POLYESTERHARPIKS

Ideen om en kombination af reaktive polymerer og monomerer blev foreslået af C. Ellis i 1930'erne, som opdagede, at umættede polyesterharpikser opnået ved at reagere glycoler med maleinsyreanhydrid hærdede til et uopløseligt fast materiale, når en peroxidinitiator blev tilsat. Ellis patenterede denne opdagelse i 1936.

Oligoethermaleinater fremstilles ved interaktion af maleinsyreanhydrid med divalente alkoholer (ethylenglycol, diethylenglycol, 1,2-propylenglycol), mens det for at kontrollere antallet af dobbeltbindinger i den resulterende oligomer og opnå den endelige polymer med den nødvendige egenskaber, andre dicarboxylsyrer (adipin, isophthalsyre, phthalsyreanhydrid osv.). Det skal bemærkes, at under syntesen af ​​oligomerer, som udføres ved opvarmning fra 50 til 230 ° C, er der en delvis eller næsten fuldstændig isomerisering af maleatenheder til fumarat-enheder: Høj kvalitet.

Ellis opdagede senere, at mere værdifulde produkter kunne opnås ved at reagere en umættet polyesteralkydharpiks med monomerer såsom vinylacetat eller styren. Indførelsen af ​​monomerer reducerer viskositeten af ​​harpiksen betydeligt, hvilket gør det nemmere at tilføje initiator til systemet og tillader hærdningsprocessen at være mere energisk og komplet. I dette tilfælde er polymerisationen af ​​blandingen hurtigere end hver komponent separat.

Da hærdning foregår ved en radikalmekanisme, indføres initiatorer i blandingen under hærdning, hvilket tjener som en kilde til frie radikaler og initierer en polymerisationskædereaktion. Frie radikaler kan dannes fra peroxider eller andre ustabile forbindelser såsom azoforbindelser. For at øge hastigheden af ​​deres nedbrydning indføres der yderligere aktivatorer (promotorer) i sammensætningen Typiske hærdningsinitiatorer er benzoylhydroperoxid og cumenhydroperoxidsyrer. Co-naphthenat bruges normalt til at hærde polymaleatstyrenbindemidler ved 20-60°C. Ved 80 - 160 ° C - benzoylperoxid, dicumyl.

Ilt er en hæmmer. Derfor indføres voksagtige stoffer. De har en lav blødgøringstemperatur og er et overfladeaktivt middel, og de dækker overfladen af ​​bindemidlet og beskytter det mod iltadgang.

Nogle gange indføres flammehæmmere i polymaleatbindemidler for at øge brandmodstanden: Sb2O3, klor- og fosforholdige organiske forbindelser.

Styrenfri polyestersammensætninger opnås ved at erstatte styren med mindre flygtige (styren er flygtige og giftig) monomerer, såsom divinylbenzoat, vinyltoluen, diallylphthalat.

I stedet for styren bruges triethylenglycoldimethacrylat (THM-3) med succes som et aktivt fortyndingsmiddel:

Ved stuetemperatur er flydende harpikser stabile i mange måneder og endda år, men med tilsætning af en peroxidinitiator størkner de på få minutter. Hærdning sker som et resultat af additionsreaktionen og omdannelsen af ​​dobbeltbindinger til simple; det danner ingen biprodukter. Styren er mest almindeligt anvendt som additionsmonomer. Det interagerer med de reaktive dobbeltbindinger af polymerkæder og tværbinder dem til en stærk tredimensionel struktur. Hærdningsreaktionen foregår med frigivelse af varme, hvilket igen bidrager til en mere komplet proces. Det har vist sig, at sædvanligvis indgår ca. 90% af dobbeltbindingerne i polymeren i reaktionen under hærdningen af ​​harpiksen.

Oligoetheracrylater opnås ved polykondensation af polyvalente alkoholer, mættede alifatiske dicarboxylsyrer og umættede alifatiske syrer af akrylserien. Til syntesen af ​​disse oligomerer anvendes sædvanligvis divalente alkoholer (glykoler). Oligoetheracrylater er flydende eller lavtsmeltende stoffer med en molekylvægt på 300-5000. Polymerisering i nærværelse af rbliver de til usmeltelige og uopløselige polymerer med en tredimensionel struktur, som, afhængigt af den kemiske struktur af den oprindelige oligomer, er faste glasagtige eller elastiske materialer. Oligoetheracrylater er i stand til at copolymerisere med forskellige monomerer (styren, methylmethacrylat osv.), såvel som med polyethermaleinater.

Oligoetheracrylater har en vis fordel i forhold til oligoethermaleinater: de er i stand til homopolymerisering, hvilket gør det muligt at fremstille lakker og andre sammensætninger baseret på dem uden brug af flygtige og giftige umættede monomerer.

Inden for teknikken hærdes oligoetheracrylater ved radikal polymerisation eller copolymerisation; volumetrisk krympning under hærdning er 4-10%.

Hærdningsinitiatorer ved 50-120 °C (varmhærdning) er benzoyl, dicumylperoxider osv. Til hærdning ved stuetemperatur (koldhærdning) anvendes binære systemer (f.eks. benzoylperoxid + dimethylanilin; cumenhydroperoxid + naphthenat eller cobaltlinoleat ).

Hærdning af oligoetheracrylater kan også initieres af lys, højenergistråling (stråler, hurtige elektroner) og ioniske polymerisationskatalysatorer.

Epoxyacrylat-oligomerer kan betragtes som en slags oligoetheracrylater. Opnået ved interaktion af oligomerer indeholdende terminale epoxygrupper med methacryl- eller akrylsyrer.

Allylalkoholesterpræpolymerer fremstilles ved polymerisation af allylalkoholestere og phthalsyre eller isophthalsyre. Mindre almindeligt anvendte er diallylmaleinat, diethylenglycol-bis-allylcarbonat eller triallylcyanurat.

Polymerisering udføres i et monomermedium ved at præcipitere præpolymeren med methanol eller i et tyndt lag af monomer med destillation af dets overskud på et givet trin af reaktionen i et vakuum.

Reaktionen standses før gelering begynder, dvs. op til 25 % omdannelse af alle dobbeltbindinger i monomeren. Molekylvægt 6000, blødgøringspunkt ~60o C.

Præpolymererne har en lang brugstid ved n.o. og høj hærdningshastighed ved 135-160°C i nærvær af dicumylperoxid eller tert-butylperbenzoat. Præpolymerer bruges oftere til fremstilling af prepregs og premixer, der har en reduceret viskositet og fylder forme ved lavt tryk.

Polyesterharpikser bruges i en bred vifte af produkter, herunder både, byggepaneler, bil- og flydele, fiskestænger og golfkøller. Cirka 80% af polyesterharpikser produceret i USA bruges med forstærkende fyldstoffer, hovedsageligt glasfiber.

Ikke-forstærket polyesterharpiks bruges til produktion af knapper, møbler, kunstmarmor og kropspartel.

I modsætning til de fleste andre plasttyper, som består af en enkelt ingrediens, indeholder polyesterharpikser ofte flere komponenter (harpiks, initiator, fyldstof og aktivator). Den kemiske natur og forholdet mellem komponenter kan variere, hvilket giver dig mulighed for at få et stort antal forskellige typer polyesterharpikser.

Maleinsyreanhydrid bruges som en kilde til reaktive dobbeltbindinger til et stort antal umættede polyesterharpikser. Når det interagerer med glycoler (normalt anvendes propylenglycol), dannes der lineære polyesterkæder med en molekylvægt på 1000 ... 3000. På trods af de lavere omkostninger ved ethylenglycol sammenlignet med prisen på propylenglycol, bruges førstnævnte kun til at få et par specielle harpikser. Dette skyldes den dårlige forenelighed af ethylenglycol-baserede polyestere med styren. Under esterificeringsprocessen omdannes cis-konfigurationen af ​​maleinsyreanhydrid til fumar-trans-strukturen. Dette er nyttigt på grund af den større reaktivitet af dobbeltbindingerne af fumarfragmentet i reaktionen med styren. En høj grad af trans-isomerisering er således en vigtig faktor i fremstillingen af ​​reaktive polyesterharpikser. På trods af den høje grad af maleinsyreanhydridisomerisering, som når mere end 90%, bruges dyrere fumarsyre til at opnå polyesterharpikser med øget reaktivitet.

Andre diaksiale syrer eller anhydrider, såsom adipin- og isophthalsyre eller phthalsyreanhydrid, tilsættes ofte til basisreagenset for at ændre harpiksens endelige egenskaber og kontrollere antallet af dobbeltbindinger.

En typisk polyesterharpiksstruktur er givet nedenfor (hvor R er alkyl- eller arylgruppen i den modificerende dibasiske syre eller anhydrid):

O O CH3 O O CH3 II II I II.11 I H [O-C-R-C-O-CH-CH2-O-C-CH=CH-C-O-CH-CH2]nOH lavpris polyesterharpikser bruges i vid udstrækning til at fremstille forskellige produkter.

Typer af umættede polyesterharpikser De mange forskellige egenskaber af polyesterharpikser gør dem velegnede til brug i en række forskellige applikationer. Nedenfor er en oversigt over syv specifikke typer umættede polyesterharpikser.

–  –  –

Denne type polyesterharpiks opnås ved esterificering af propylenglycol med en blanding af phthalsyre- og maleinsyreanhydrider. Forholdet mellem phthalsyre og maleinsyreanhydrider kan variere fra 2:1 til 1:2. Den resulterende polyesteralkydharpiks blandes med styren i forholdet 2:1. Harpikser af denne type har en bred vifte af anvendelser: de bruges til fremstilling af paller, både, bruserdele, stativer, swimmingpools og vandtanke.

2. Elastisk polyesterharpiks

Hvis lineære dibasiske syrer (f.eks. adipin eller talgsyre) anvendes i stedet for phthalsyreanhydrid, så dannes en meget mere elastisk og blød umættet polyesterharpiks. De diethylen- eller dipropylenglycoler, der anvendes i stedet for propylenglycol, giver også harpiksen elasticitet.

Tilsætningen af ​​sådanne polyesterharpikser til stive harpikser til almindelige formål reducerer deres skørhed og gør dem lettere at behandle. Elastiske harpikser kan også opnås ved at erstatte en del af phthalsyreanhydridet med tallolie monobasiske syrer, som skaber fleksible grupper i enderne af polymerkæder. Sådanne harpikser bruges ofte til dekorativ støbning i møbelindustrien og til fremstilling af billedrammer. For at gøre dette indføres cellulosefyldstoffer (for eksempel knuste valnøddeskaller) i elastiske harpikser og støbes i silikonegummiforme. Fin gengivelse af træudskæringer kan opnås ved at bruge silikonegummiforme støbt direkte på de originale udskæringer.

3. Elastiske polyesterharpikser Polyesterharpikser af denne type er mellemliggende mellem stive universalharpikser og elastiske. De bruges til at fremstille slagfaste produkter såsom bolde, styrthjelme, hegn, bil- og flydele. For at opnå sådanne harpikser anvendes isophthalsyre i stedet for phthalsyreanhydrid. For det første opnås en polyesterharpiks med lavt syretal ved at reagere isophthalsyre med glycol. Tilsæt derefter maleinsyreanhydrid og fortsæt esterificeringen. Som et resultat opnås polyesterkæder med et overvejende arrangement af umættede fragmenter ved enderne af molekyler eller mellem blokke bestående af en glycol-isophthalisk polymer. I denne type esterificering er phthalsyreanhydrid meget mindre effektivt end isophthalsyre, eftersom den resulterende phthalsyremonoester har tendens til at omdannes til anhydridet ved de høje temperaturer, der anvendes til fremstilling af polyesterharpikser med høj molekylvægt.

4. Polyesterharpikser med lavt svind

Ved støbning af glasfiberarmeret polyester resulterer forskellen i krympning mellem harpiks og glasfiber i gruber på overfladen af ​​produktet. Brugen af ​​lavkrympende polyesterharpikser reducerer denne effekt, og de således opnåede støbte produkter kræver ikke yderligere slibning før maling, hvilket er en fordel ved fremstilling af autodele og elektriske husholdningsapparater.

Polyesterharpikser med lav krympning omfatter termoplastiske komponenter (polystyren eller polymethylmethacrylat), som kun er delvist opløst i den oprindelige sammensætning. Under hærdning, ledsaget af en ændring i systemets fasetilstand, forekommer dannelsen af ​​mikrohulrum, der kompenserer for den sædvanlige krympning af polymerharpiksen.

5. Vejrbestandig polyesterharpiks

Denne type polyesterharpiks bør ikke blive gul, når den udsættes for sollys, hvortil der tilsættes ultraviolette (UV) absorbere til dens sammensætning. Styren kan erstattes af methylmethacrylat, men kun delvist, fordi methylmethacrylat ikke interagerer godt med dobbeltbindingerne af fumarsyre, som er en del af polyesterharpiksen. Harpikser af denne type bruges til fremstilling af belægninger, udvendige paneler og ovenlysvinduer.

6. Kemisk resistente polyesterharpikser Estergrupper hydrolyseres let af alkalier, hvilket resulterer i, at polyesterharpiksens ustabilitet over for alkalier er deres fundamentale ulempe.

En stigning i kulstofskelettet af den oprindelige glykol fører til et fald i andelen af ​​esterbindinger i harpiksen. Harpikser, der indeholder "bisglycol" (reaktionsproduktet af bisphenol A med propylenoxid) eller hydrogeneret bisphenol A har således et betydeligt lavere antal esterbindinger end den tilsvarende harpiks til almen brug. Sådanne harpikser bruges til fremstilling af kemiske udstyrsdele: stinkskabe eller skabe, kemiske reaktorer og beholdere og rørledninger.

7. Flammehæmmende polyesterharpiks

Glasfiberforstærkede polyesterharpikslister og laminater er brændbare, men har en relativt langsom forbrændingshastighed. En forøgelse af resinens modstand mod antændelse og forbrænding opnås ved at anvende halogenerede dibasiske syrer i stedet for phthalsyreanhydrid, for eksempel tetrafluorphthalsyre, tetrabromphthalsyre og "chlorendic" (produktet af tilsætning af hexachlorcyclopentadien til maleinsyreanhydrid, som også er kendt som chaet syre). Dibromoneopentylglycol kan også anvendes.

En yderligere forøgelse af brandmodstanden opnås ved at indføre forskellige flammehæmmere i harpiksen, såsom phosphorsyreestere og antimonoxid. Flammehæmmende polyesterharpikser bruges i stinkskabe, elektriske komponenter, bygningspaneler og skrogene på nogle typer flådefartøjer.

De syv beskrevne typer umættede polyesterharpikser er de mest almindeligt anvendte i industrien. Der findes dog også harpikser til specielle formål. For eksempel forbedrer brugen af ​​triallylisocyanurat i stedet for styren harpiksernes varmebestandighed betydeligt. Ved at erstatte styren med det mindre flygtige diallylphthalat eller vinyltoluen kan monomertab under polyesterharpiksbehandling reduceres. Specialharpikser kan hærdes med UV-stråling ved at inkorporere lysfølsomme midler såsom benzoin eller dets ethere.

Produktion af umættede polyesterharpikser Typisk anvendes batchprocesser til fremstilling af umættede polyesterharpikser. Dette skyldes de mange forskellige udgangsprodukter, der er nødvendige for at opnå forskellige harpikser, da processens periodicitet tillader en hurtig og nem overgang til produktion af andre harpikser. Kontinuerlige processer anvendes sædvanligvis til storskalaproduktion af harpikser til generelle formål.

Det foretrukne byggemateriale til fremstilling af udstyr er rustfrit stål på grund af dets kemiske modstandsdygtighed over for polymerharpikser og andre reagenser, der anvendes til fremstilling af polyesterharpikser.

Da jern- og kobberioner hæmmer den frie radikalpolymerisation af polyesterharpikser, bruges disse materialer ikke til fremstilling af reaktorer. Ved anvendelse af halogenholdige materialer som råmateriale foretrækkes glasforede reaktorer.

Normalt fyldes glykol i reaktoren, og derefter tilsættes phthalsyre og maleinsyreanhydrider. Typisk bruges et 5 til 10 % overskud af glykol til at kompensere for tab som følge af fordampning og sidereaktioner. Inden blanding og opvarmning fortrænges luften i reaktoren med en inert gas. Det første trin i reaktionen - dannelsen af ​​"halvester" - sker spontant ved en relativt lav temperatur, hvorefter reaktionsmassen opvarmes for at fuldende dannelsen af ​​etheren. Strømningshastigheden af ​​den inerte gas gennem reaktoren kan øges for at drive det vand, der genereres af kondensationsreaktionen, væk. For mere fuldstændigt at fjerne vand fra glykolen, der returneres til reaktoren, anvendes ofte en dampopvarmet varmeveksler.

Under det sidste trin af esterificeringen stiger temperaturen af ​​reaktionsmassen til 190 - 220 °C. En højere temperatur begunstiger isomeriseringen af ​​maleater til fumarater, men forårsager samtidig sidereaktioner ved dobbeltbindinger. Der er en optimal temperatur, ved hvilken andelen af ​​fumarat når sit maksimum. For almindelige harpikser sker dette ved 210°C.

For at kontrollere graden af ​​esterificering bestemmes surhedsgraden og viskositeten af ​​reaktionsmassen, og når de krævede værdier er nået, pumpes polyesteren ind i den endelige reaktor.

Den nødvendige mængde styren er allerede i denne reaktor, og polyesteralkydharpiksen opløses i den, efterhånden som den ankommer. For at udelukke enhver polymerisationsproces, der kan forekomme, når varm alkydharpiks er i kontakt med styren, kan der yderligere tilsættes en inhibitor til reaktionsmassen på dette trin. Nogle gange skal reaktionsmassen afkøles for at opretholde den nødvendige temperatur. Efter afslutningen af ​​processen kontrolleres overensstemmelsen af ​​reaktionsmassens egenskaber med de tekniske krav. En komplet produktionscyklus varer 10 - 20 timer.Den beskrevne metode til fremstilling af polyesterharpikser implementeres ofte som en smelteproces. Reaktantsmelten opvarmes, indtil omdannelsen når det krævede niveau. En anden metode bruger en lille mængde opløsningsmiddel (toluen eller xylen) til at fjerne det vand, der frigives under esterificeringsprocessen som en azeotrop blanding.

Opløsningsmidlet udgør ikke mere end 8% af hele reaktionsmassen; det adskilles fra vandet ved dekantering og returneres til reaktoren igen. Efter afslutningen af ​​esterificeringsprocessen afdestilleres det resterende opløsningsmiddel fra reaktionsblandingen, først ved atmosfærisk tryk og derefter til fuldstændig fjernelse - under vakuum. Under esterificering kan nogle bivirkninger forekomme. For eksempel kan glycolhydroxylgruppen sættes til dobbeltbindingen af ​​malein- eller fumar-delen til dannelse af en forgrenet polymer. Det er blevet fastslået, at omkring 10 - 15% af dobbeltbindingerne af den umættede polymer bruges på sidereaktioner.

Den enkleste kontinuerlige proces til fremstilling af umættede polyesterharpikser er reaktionen af ​​en blanding af malein- og phthalsyreanhydrider med propylenoxid.

En lille mængde glykol er påkrævet for at starte denne kædereaktion. Da reaktionen af ​​anhydrider med epoxygrupper sker ved relativt lave temperaturer, isomeriserer maleat-dobbeltbindingerne ikke til den mere aktive trans-konfiguration. For at udføre denne isomerisering, som er nødvendig for yderligere interaktion med styren, skal den resulterende polymer underkastes yderligere opvarmning.

Kontinuerlig produktion af polyesterharpiks fra anhydrider og glykoler kan også udføres i en række opvarmede omrørte reaktorer ved sekventielt at pumpe harpiksen gennem reaktorer ved forskellige temperaturer.

Hærdning af umættede polyesterharpikser Umættede polyesterharpikser hærdes ved at tilføje initiatorer, der genererer frie radikaler og initierer polymerisationskædereaktionen.

Frie radikaler kan dannes ud fra peroxider eller andre ustabile forbindelser såsom azoforbindelser. Disse forbindelser kan spaltes til radikale fragmenter, når de opvarmes eller udsættes for ultraviolet eller anden højenergistråling. Generelt indeholder polyesterharpiksen en inhibitor, som i det væsentlige er en fri radikal-fjerner. Polymerisationsreaktionen med introduktion af initiatorer begynder først, efter at virkningen af ​​inhibitorer er blevet overvundet. Denne induktionsperiode gør det muligt mekanisk at blande harpiksen indeholdende initiatoren med forstærkningsmidlet og placere den i den form, der kræves til hærdning, før polymerisationsreaktionen begynder. Gode ​​polymerisationshæmmere er hydroquinon og dets derivater samt kvaternære ammoniumhalogenider.

De fleste peroxidinitiatorer nedbrydes relativt langsomt, når de kommer ind i polymermassen. For at øge hastigheden af ​​deres nedbrydning anvendes aktivatorer (promotorer). Faktisk er aktivatorer katalysatorer for initiatorer.

Både initiatoren og aktivatoren er reaktive forbindelser, hvis voldsomme vekselvirkning er ledsaget af antændelse eller endda en eksplosion. Disse forbindelser skal tilsættes til harpiksen separat, og sørg for, før den anden tilføjes, at den første er fuldstændig opløst. Mange harpikser indeholder en forudtilsat aktivator.

Polyesterharpiksens opførsel under hærdning bestemmes af forholdet mellem påvirkningerne af inhibitoren, initiatoren og aktivatoren.

Substituenter på ethylencarbonatomet kan påvirke reaktiviteten af ​​dobbeltbindingen på to måder. Rumlig påvirkning skyldes det faktum, at voluminøse grupper skærmer dobbeltbindingen og reducerer muligheden for, at den anden reaktive gruppe indtager en gunstig position for angreb og derved reducerer reaktiviteten af ​​hele forbindelsen. Polaritet bestemmes af en substituentgruppes evne til at tiltrække eller donere elektroner. Elektrondonerende grupper (såsom methyl, phenyl og halogen) gør dobbeltbindingen elektronegativ. Det er deres virkning, der kommer til udtryk i styren, vinyltoluen og kloreret styren.

Elektrontiltrækkende grupper (såsom vinyl eller carbonyl) gør dobbeltbindingen elektropositiv. Dette sker i fumarsyrefragmenterne i polyesterharpikskæderne. Den modsatte polaritet af dobbeltbindingen i styren- og fumarfragmenter af alkydharpiks fremmer deres interaktion og hærdning af polyesterharpikser. Monomer styren, som er mere mobil end de lange polymere kæder af umættet polyester, kan homopolymeriseres. Det er eksperimentelt blevet fastslået, at molforholdet mellem styren og dobbeltbindinger af polyester 2:1 er optimalt.

igangsættere og aktivatorer

Der er en bred vifte af initiator-inhibitor-aktivator-systemer tilgængelige til brug i produktionen af ​​polyesterharpikser. For eksempel kan en hydroquinon-inhiberet harpiks til generelle formål hærde meget hurtigt, når en aktiv peroxidinitiator, såsom methylethylketonperoxid, anvendes i kombination med en aktivator, såsom naphthenat eller cobaltoctoat. I et andet tilfælde indføres en meget mere stabil initiator for at hærde polyesterharpiksen: tert-butylperbenzoat. Dette gør det muligt at fylde polyestersammensætningen med calciumcarbonat og formalet glasfiber. Denne initiatorholdige og støbte forbindelse er stabil ved stuetemperatur i flere måneder, men kan hærdes inden for et minut ved varmpresning ved 140-160°C.

Valget af en passende initiator og mængden heraf afhænger af typen af ​​harpiks og dens hærdningstemperatur, den nødvendige tid for hele processen og tidspunktet for gelering. Da ingen af ​​de tilgængelige initiatorer normalt opfylder alle de nødvendige krav i sig selv, anvendes forskellige kombinationer af initiatorer og initiatorer med aktivatorer for at opnå de bedste resultater.

Ved termisk hærdning af polyesterharpikser er den mest almindeligt anvendte initiator benzoylperoxid (BP), som er ekstremt effektiv og nem at bruge. Det er letopløseligt i styren, kan opbevares i lang tid uden tab af aktivitet, er stabilt ved stuetemperatur og nedbrydes let ved forhøjet temperatur. Derudover forårsager BP en høj eksoterm toptemperatur, som bidrager til fuldstændig hærdning af harpiksen. Mængden af ​​BP, der indføres i harpiksen, varierer fra 0,5 til 2% afhængigt af typen af ​​harpiks og den anvendte monomer. Ved anvendelse af BP i form af en pasta (normalt i en blanding med 50% tricresylphosphat), stiger mængden af ​​den indførte initiator en smule (~1 - 3%).

Det er nogle gange ønskeligt (eller endda nødvendigt) at udføre harpikshærdningsprocessen fra start til slut ved lave temperaturer, således at den varme, der genereres under polymerisationen, spredes. Dette er især vigtigt ved vådlaminering, hvor brugen af ​​varme er vanskelig. I sådanne tilfælde bruges methylethylketonperoxid (MEKP) normalt som initiator. Selvom brugen af ​​PMEK ikke hærder harpiksen fuldstændigt ved stuetemperatur, får tilsætningen af ​​en aktivator (f.eks. koboltnaphthenat) harpiksen til at gelere og næsten hærde inden for et kort tidsrum.

TEMA 3. DIESTER-BASEREDE HARPIKS

VINYL KARBOKSYRE

Selvom forskellige DVA'er er blevet produceret i laboratoriemængder siden slutningen af ​​1950'erne, blev kommerciel produktion af disse harpikser først etableret i 1965 af Shell Chemical under handelsnavnet "epocrylharpikser". Disse harpikser blev identificeret som epoxymethacrylater og havde fremragende kemisk resistens, der oversteg den af ​​de bedste (på det tidspunkt) polyesterharpikser.

I 1966 lancerede Dow Chemical Derakan, en diester af vinylcarboxylsyrer og en række lignende belægningsharpikser. I 1977 begyndte firmaerne Interplastic og Reichhold Chemical produktionen af ​​DVK under navnet Coretsin og Korrolit

henholdsvis.

Harpiks egenskaber

Harpikser kan bruges både i ren form (dvs. uden fortyndingsmiddel) eller blandet med andre ingredienser. I sidstnævnte tilfælde kan harpiksen indeholde en reaktiv vinylholdig comonomer (styren, vinyltoluen, trimethylolpropantriacrylat) eller et ikke-reaktivt "fortyndingsmiddel" (methylethylketon, toluen). Som regel indeholder harpikser baseret på estere af methacrylsyre styren og anvendes til fremstilling af kemisk resistent glasfiberforstærket plast (GRP). Harpikser - derivater - af akrylsyre leveres ufortyndet, og de tilsvarende co-reagenser indføres direkte under fremstillingen af ​​belægninger og trykfarver hærdet under påvirkning af UV-stråling.

De fysiske egenskaber og anvendelser af DVK afhænger af typen af ​​endegrupper (methacryl eller akryl), af mængden og typen af ​​co-reagenser, samt af arten og molekylvægten af ​​de blokke, der udgør hovedkæden af ​​harpiks makromolekyler. Som et resultat af hærdning opnår styrenholdig DVKM-II høj modstandsdygtighed over for syrer, baser og opløsningsmidler. Akrylsyrederivater er mere følsomme over for hydrolyse end methacrylsyrederivater, og derfor anvendes de normalt ikke til fremstilling af kemisk resistente materialer. På grund af den høje reaktivitet af disse harpikser foretrækkes strålingshærdning.

Ufortyndet DVK er et fast eller voksagtigt stof. Derfor indføres både reaktive og inerte fortyndingsmidler i sammensætningen for at tilvejebringe den nødvendige viskositet til forarbejdning og for at øge deres reaktivitet.

Hoveddelen af ​​DVA makromolekyler består af epoxy oligomere blokke med forskellige molekylvægte. Jo højere molekylvægten af ​​sådanne blokke er, jo højere er harpiksens styrke og elasticitet, men jo lavere er varmebestandigheden og modstandsdygtigheden over for opløsningsmidler.

Sammenlignet med polyestere er DVC'er karakteriseret ved et lavere indhold af estergrupper og vinylfragmenter. Dette fører til en stigning i modstanden af ​​disse harpikser over for hydrolyse, såvel som til et fald i temperaturen af ​​eksotermtoppen. Harpikskrympning under hærdning reduceres. Ligesom polyestere har DVC'er en begrænset holdbarhed, hvilket sikres ved introduktion af polymerisationshæmmere ("fælder" af frie radikaler) under harpiksproduktionsprocessen.

Harpiksproduktion

DVK opnås ved at omsætte methacryl- eller akrylsyrer med en oligomer epoxyharpiks. Additionsreaktionen af ​​en syre til et epoxid (esterificering) er eksoterm. Som et resultat af denne reaktion dannes der frie hydroxylgrupper på den oligomere blok, men dannelsen af ​​biprodukter forekommer ikke (som f.eks. under polyesterificering, når der dannes vand). Efter afslutning af reaktionen eller under dens forløb tilsættes egnede fortyndingsmidler eller polymerisationsinhibitorer til reaktionsblandingen.

Epoxyharpikser, der bruges til fremstilling af DVA, kan være baseret på bisphenol A (i dette tilfælde opnås generel og varmebestandig DVA), på phenol-novolak-fragmenter (varmebestandig DVA) og også på en tetrabrom derivat af bisphenol A (brandhæmmende DVA). Ved opnåelse af DVK med akrylgrupper i enderne anvendes sædvanligvis oligomere epoxyblokke baseret på bisphenol A som polymeren i hovedkæden.

Hærdning

DVC indeholder ligesom umættede polyesterharpikser dobbeltbindinger, der reagerer for at danne tværbindinger, når de hærdes. Denne proces sker i nærvær af frie radikaler, som dannes som følge af kemiske, termiske eller strålingstransformationer. Hærdningsprocessen, der forløber i overensstemmelse med fri-radikalmekanismen, omfatter stadierne af initiering (induktionsperiode), vækst og kædeafbrydelse. Initiering er et hastighedsbegrænsende trin, hvorunder initiatoren undertrykker virkningen af ​​polymerisationsinhibitorer. Dette fører til, at reaktionen forløber langs dobbeltbindingerne af vinyletheren, som er en del af makromolekylerne, og dens co-reagens.

Støbning Halvfabrikata (prepregs) baseret på DVK til volumetrisk støbning eller til pladeplast bruges til direkte presning af fittings til rør, huse til husholdningsapparater, pumpehjul, pumper og bildele. Typisk indeholder disse prepregs omtrent lige store vægtdele harpiks, malet glasfiber og fyldstoffer. De omfatter også: en "skjult" initiator, pigmenter, anti-adhæsion smøremiddel og fortykningsmidler.

EMNE 4. POLYBUTADIENE HARPIKS

Polybutadienharpikser blev produceret omkring 1955 og brugt i Bud-type forbindelser på Injay Laboratories. Harpiksen, der blev brugt i disse forbindelser, bestod af en stor mængde flydende 1,2-polybutadien, nogle styren-butadien-copolymerer og addukter af de to harpikser. Siden da er lignende produkter blevet fremstillet af Richardson og Lithium. I 1968 begyndte de under mærkenavnet "Gistil" at producere polybutadien med et højt indhold af dobbeltbindinger og en lille mængde isocyanatgrupper i enderne af makromolekyler. En vis mængde peroxidinitiator blev indført i den.

Nu produceres denne harpiks af firmaerne "Dianachem" og "Nippon Souda" under handelsnavnet "Nisso-RV". Denne harpiks er en flydende ataktisk polybutadien med en molekylvægt på 1000 - 4000, hvoraf omkring 90% af dobbeltbindingerne er placeret i sidekæderne (vinylgrupper).

Der er tre typer af denne harpiks:

type B indeholder ikke terminale funktionelle grupper; type G indeholder hydroxylgrupper og type C - carboxylgrupper i begge ender af makromolekylerne. Andre polybutadienharpikser er nu tilgængelige under navnet "Ricone" fra Colorado Chemical Specialties. Dienitharpikser er en blanding af 1,2- og 1,4-polybuta-dnener (Dienit PD-702, PD-503) eller blandinger med monomerer-co-reagenser, såsom vinyltoluen (PM-520, PM-503) eller styren-butadien-oligomer (PDPD-753).

Industrielle typer af polybutadienharpikser er sædvanligvis en blanding af 1,2- og 1,4-polybutadiener med lav molekylvægt. Disse isomerer adskiller sig i positionen af ​​reaktionscentret involveret i polymerisationen. 1,2-polybutadien, hvor dobbeltbindingerne er placeret i sidekæderne, er mere reaktiv end 1,4-polymerer, hvor dobbeltbindingerne er i hovedkæden. Derfor hærder harpikser med et højt indhold af 1,2-polybutadien hurtigere og lettere, og harpikser med en betydelig andel af 1,4-polymer bruges normalt til at opnå højelastiske materialer.

For at være mere bekvemt at forarbejde 1,2-polybutadien (PBB) harpiks til kompositmaterialer, bør det opnås med en høj molekylvægt og en snæver molekylvægt (MW) fordeling. For at øge reaktiviteten af ​​harpiksen under forskellige kemiske transformationer indføres terminale funktionelle grupper (for eksempel hydroxyl, carboxyl eller isocyanat) i dets makromolekyler, og blandinger indeholdende polybutadien og reaktive monomerer, såsom styren og vinyltoluen, fremstilles også. . Terminale hydroxylgrupper tillader reaktioner med polyurethaner og carboxylgrupper med epoxygrupper. Isocyanat-terminerede PBB'er bruges hovedsageligt til fremstilling af elektrisk isolerende pottemasser.

Med et højt indhold af vinylgrupper (over 85%) hærdes polybutadienharpikser let i nærvær af peroxidinitiatorer. De reaktive terminale funktionelle grupper tillader harpiksen at stige i molekylvægt selv før hærdning. En stigning i MW forårsager et fald i flowet af harpiksen før tværbinding, hvilket forårsager gelatinering og fremkomsten af ​​stive polymerstrukturer.

Som et resultat opnås der også en mere bekvem teknologisk tid til behandling af harpiksen i reaktoren. Kædevæksttrinnet kan styres (over tid) for at opnå polymerer med forskellige egenskaber, fra væsker med høj viskositet til faste stoffer med høj MW. Evnen til at kædevækst er grundlaget for den udbredte anvendelse af polybutadienharpikser til fremstilling af pressesammensætninger, belægninger, klæbemidler, elektrisk isolerende pottemasser og termohærdende laminater. De nedenstående polybutadienderivater kan bruges både som modificeringsmidler til andre harpikser og til fremstilling af specielle laminater

–  –  –

Harpikshærdning Ligheden mellem hærdningsprocessen for polybutadienharpikser og hærdning af velkendte polyesterpolymerer ved hjælp af peroxidinitiatorer gør dem yderst anvendelige til kompositteknologi.

Hærdningen af ​​polymeren går gennem tre trin: lavtemperaturgelering, højtemperaturhærdning og termisk ringslutning. Ved lave temperaturer sker en stigning i harpiksens molekylvægt og viskositet.

Dette kan forårsage geldannelse og begynde at hærde. Højtemperaturhærdning starter ved 121°C, med dominerende reaktioner ved vinylgruppernes dobbeltbindinger. Under dette trin af processen dannes der faste produkter. Termisk ringslutning begynder ved en temperatur på ~232°C, og de resterende umættede fragmenter af polymersubstratet reagerer for at danne et tæt tværbundet netværk.

Nedenfor er typiske prepreg-behandlingstilstandsdata:

Støbetemperatur, °C

Tryk, MPa

Hærdningscyklus ved 77°C for 3,2 mm laminat, min |

Efterhærdningsperiode ................... Ingen kemisk struktur og egenskaber Polybutadienharpikser har fremragende elektriske egenskaber og kemisk modstandsdygtighed. Det høje indhold af kulbrinteindhold og det minimale indhold af aromatiske enheder er årsagen til de lave værdier af dielektrisk konstant og dæmpningsfaktor samt fremragende kemisk resistens. Det lave indhold af aromatiske fragmenter forklarer den høje lysbuemodstand, såvel som modstanden mod dannelsen af ​​ledende spor.

Disse egenskaber af polybutadienharpikser, der ligner polyethylens opførsel, er forbundet med disse polymerers modstand mod dannelsen af ​​kulstof under pyrolyse under højspænding. Fraværet af esterbindinger, som gør polyestere sårbare over for syrer og baser, forklarer hydrofobiciteten, såvel som polybutadienharpiksernes modstandsdygtighed over for syrer og baser.

Anvendelse af PBB-baserede CM'er På grund af den unikke kombination af fremragende elektriske egenskaber med kemisk modstand, er PBB-baserede CM'er blevet anvendt med succes i design af luftbårne radarantenneradomer. Til drift i frekvensbåndet, der overstiger K-båndet (10,9 - 36,0 GHz), blev der brugt forstærket epoxyglasforstærket plast, som utilstrækkeligt opfylder dette formål på grund af høje dielektriske konstanter (4,5 - 5,0).

Dette bliver tydeligt, hvis vi tager højde for, at vægtykkelsen af ​​kåben, som følger af ligningen nedenfor, er en funktion af den dielektriske konstant og driftsbølgelængden:

n 0 D=, 2(sin 2) 0,5 hvor d er vægtykkelsen af ​​antenneradomen; n - heltal 0 (n = 0 for en tynd væg; n - 1 for en væg med en tykkelse lig med halvbølgelængden); 0 - bølgelængde i frit rum; - den dielektriske konstant; - indfaldsvinkel.

Da radomens vægtykkelse skal være direkte proportional med den effektive bølgelængde, men omvendt proportional med dielektricitetskonstanten, skaber kombinationen af ​​samtidig forøgelse af frekvensen og anvendelse af en høj dielektrisk komposit et problem med vægtykkelsesmismatch, når der anvendes længere bølgelængder.

Hvis bølgelængden falder samtidigt, og materialets dielektriske konstant stiger, bliver det naturligvis muligt at reducere tykkelsen af ​​beklædningsvæggene. Imidlertid fører brugen af ​​tynde vægge til problemet med stødsvigt, som kan fremskyndes af alvorlig overfladeerosion af tynde lagstrukturer.

Et andet problem med højere dielektriske materialer er potentialet for variation i radomvægtykkelse, hvilket resulterer i højere produktionsomkostninger eller brug af yderligere materialer for at sikre nøjagtig "elektrisk" tykkelse. Ved brug af antenner på fly og skibe stilles der yderligere krav til CM, som radomerne er lavet af: De skal have stabile egenskaber i et bredt temperaturområde og under forhold med høj luftfugtighed. Strenge materialekrav forbundet med høje driftsfrekvenser og vanskelige miljøforhold opfyldes ikke let ved brug af konventionelle kompositmaterialer. Disse krav kan dog opfyldes mere fuldt ud, når der anvendes materialer baseret på polybutadiener.

Ved fremstilling af prepregs hærdes harpikser i nærværelse af en peroxidinitiator. På trods af den fremragende bearbejdelighed af denne CM og den lette hærdning, som afsluttes i ét trin på 2 timer ved en temperatur på 177 °C, begrænser dens lave mekaniske egenskaber i den tværgående retning dets anvendelse som et strukturelt materiale. Denne ulempe er muligvis forbundet med en høj tæthed af intermolekylære tværbindinger, hvilket ikke kun fører til skørhed, men også til lav vedhæftning af bindemidlet til kulfibre.

Ved opnåelse af polybutadien-lagplast til strukturelle formål anvendes forskellige forstærkende fibre: glas, kvarts og aramid ("Kevlar-49"). Kompositmaterialer forstærket med Kevlar-49 fiber med en volumenfraktion på 60% er velegnede til fremstilling af radarantenneradomer. For at forbedre nogle mekaniske egenskaber af materialet, især trækstyrken i den tværgående retning og interlaminar forskydning, skal klæbeegenskaberne og fugtbarheden af ​​Kevlar-49-fiberen forbedres.

Et yderligere krav ved brug af disse materialer til fremstilling af radarantenneradomer er lav fugtabsorption.

Opbevaring Polybutadienharpikser kræver ingen særlige opbevaringsbetingelser sammenlignet med de sædvanlige, der er forbundet med brugen af ​​flygtige, brandfarlige organiske opløsningsmidler såsom heptan eller toluen. Ved opbevaring ved temperaturer på 0, 20 eller 35 °C i 10 uger er der ingen mærkbar ændring i viskositet eller separation af opløsningen. Længere opbevaring ved temperaturer over 35°C bør dog undgås på grund af opløsningens tendens til at gelere.

EPOXIER Epoxyharpikser er et af de bedste bindemidler til en lang række fiberkompositter af følgende årsager:

God vedhæftning til et stort antal fyldstoffer, forstærkende komponenter og underlag;

En række tilgængelige epoxyharpikser og hærdningsmidler, som gør det muligt at opnå efterhærdning materialer med en bred kombination af egenskaber, der opfylder forskellige krav til teknologien;

Ingen frigivelse af vand eller flygtige stoffer under den kemiske proces og let krympning under hærdning;

Kemisk resistens og gode elektriske isolerende egenskaber.

Hovedbestanddelen af ​​epoxybindemidler er en blanding af oligomere produkter med epoxygrupper i slutenhederne (epoxyharpikser).

De modtages:

interaktionen af ​​epichlorhydrin med divalente (mindre ofte, polyvalente) alkoholer eller phenoler til dannelse af diglycidoxyethere CH2-CH-CH2Cl + HO-R-OH CH2-CH-CH2-O-R-(-O-CH2-CH(OH)-CH2 -O-ROO)-O-CH2-CH-CH2\/O eller CH2-CH-CH2Cl + H2N-C6H4-NH2 \/O eller CH2-CH-CH2Cl + HO-C6H4-C (CH3) 2-C6H4 -OH bisphenol A \/ O De mest almindelige harpikser er dem, der opnås fra epichlorhydrin og diphenylolpropan (bisphenol A) (harpikser af ED-typen) eller fra epichlorhydrin og methylolphenol polykondensationsprodukter (epoxyphenolharpikser EF, EN). For nylig er harpikser fra epichlorhydrin og anilin (EA-harpiks), diaminodiphenylmethan (EMDA) blevet brugt.

Anvendelse Epoxyharpikser anvendes til fremstilling af forskellige kompositmaterialer og konstruktionsdele. De bruges også som indkapslings- og tætningsmasser, pressepulvere og til fremstilling af klæbemidler.

Epoxyharpikser er meget modstandsdygtige over for syrer, alkalier og fugt, deformeres ikke, når de opvarmes til høje temperaturer, har lav krympning og høj volumenmodstand. Epoxyharpikser kan ikke kun bruges til at beskytte materialer mod miljøpåvirkninger, men også til at lime dele sammen. I elektronikindustrien bruges epoxyharpikser for eksempel til indkapsling af svejsede moduler, støbning af transformator- og motorviklinger og også til tætning af elektriske kabelsamlinger.

Siden Anden Verdenskrig er epoxyharpikser blevet brugt til fremstilling af værktøj (f.eks. forme brugt til stempling af ark eller modeller til fremstilling af dele). Forstærkende fyldstoffer i form af partikler eller fibre indføres let i harpiksen, hvilket reducerer omkostningerne og øger dimensionsstabiliteten. Muligheden for at erstatte metaller med epoxyharpikser skyldes to faktorer: omkostningseffektivitet i produktionen og hastighed (uden store materialeomkostninger) af modifikation. Derudover bevarer disse harpikser deres form og dimensioner godt, har høje mekaniske egenskaber og lavt svind, hvilket gør det muligt at fremstille dele med små tolerancer fra dem.

Støbning Epoxy støbemasser (pulveragtige, delvist hærdede blandinger af harpiks og hærder, der flyder ved opvarmning) bruges til at fremstille alle former for strukturelle dele. Fyldstoffer og forstærkningsmidler indføres let i epoxyharpikser og danner en støbemasse. Epoxyharpikser giver lavt svind, god vedhæftning til fyldstoffer og forstærkningsmidler, kemisk stabilitet, gode rheologiske egenskaber.

Limning Af alle kendte polymermaterialer har epoxyharpikser den højeste klæbestyrke. De bruges til at imprægnere en række forskellige substrater med minimal krympning. Derfor kan disse harpikser bruges til at binde mange forskellige materialer. Derudover kan de hærdes ved forskellige temperaturer og med forskellige hastigheder, hvilket er meget vigtigt i den industrielle produktion af klæbemidler.

Fremstilling af fiberviklede CM'er og som laminater En af de vigtigste anvendelser af epoxyharpiks eller bindemiddel er i produktionen af ​​laminater og fiberviklede kompositter til fremstilling af strukturelle dele. Sådanne dele bruges i forskellige industrier, herunder flykonstruktion, rumfart og militært udstyr. Laminater bruges også i elektronikindustrien til fremstilling af printplader. Tanke og rør lavet af epoxykompositter er meget udbredt i den kemiske og petrokemiske industri.

Epoxyharpikser kan anvendes i en række forskellige processer: vådviklingsfibre eller "våde" dannende laminater, tørvikling eller lægningslag med præimprægnering af fibertråde, stoffer eller tape (i form af prepregs). Generelt er epoxyer dyrere end de fleste andre harpikser, men deres fremragende ydeevne gør dem ofte mere rentable i det lange løb.

Aminhærdning af harpiks Langt de fleste epoxyoligomerer er enten viskøse væsker eller lavtsmeltende faste stoffer, der er let opløselige i ketoner, ethere og toluen.

Epoxy oligomer hærdere er opdelt i to store grupper i henhold til virkningsmekanismen:

Tværbindende hærdere indeholder funktionelle grupper, der kemisk interagerer med de funktionelle grupper af epoxyoligomeren;

Katalytiske hærdere forårsager dannelsen af ​​en rumlig netværksstruktur ved polymerisation af epoxygrupper.

Tværbindende hærdere indeholder amino, carboxyl, anhydrid, isocyanat, hydroxyl og andre grupper i deres molekyler.

Hærdere af amintypen anvendes til hærdning i driftstemperaturområdet 0-150 °C. Som alifatiske aminer anvendes i vid udstrækning 1,6-hexamethylendiamin og polyethylenpolyaminer med den almene formel H2N(CH2CH2NH),CH2CH2NH2, hvor n = 1-4, med høj aktivitet selv ved en temperatur på 20 °C.

Som aromatiske aminer anvendes m-phenylendiamin, 4,4"-diaminodiphenylmethan, 4,4"-diaminodiphenylsulfon. Aromatiske aminer er mindre aktive end alifatiske, og de hærder ved temperaturer på 150 °C og derover.

Dicyandiamin er meget udbredt som hærder af amintypen.

Dicyandiamin reagerer praktisk talt ikke med epoxyoligomerer ved stuetemperatur, men hærder dem hurtigt ved forhøjede temperaturer (150 °C og derover).

For fuldstændig tværbinding af epoxyharpiksen skal forholdet mellem antallet af hydrogenatomer i hærderens aminogrupper og antallet af epoxygrupper i harpiksen være 1:1. Reaktionen mellem alifatiske aminer og epoxygrupper forløber ved stuetemperatur. I tilfælde af brug af skrappe aromatiske aminer er opvarmning nødvendig. Den kemiske binding mellem kulstof- og nitrogenatomer, der opstår, når harpiksen "tværbindes" med aminer, er modstandsdygtig over for de fleste uorganiske syrer og baser. Imidlertid er denne binding mindre stabil over for organiske syrer end de intermolekylære bindinger dannet af hærdere af andre klasser. Derudover er de elektriske isolerende egenskaber af "amino-hærdede" epoxyer ikke så gode som med andre hærdere. Måske skyldes dette polariteten af ​​hydroxylgrupperne dannet under hærdning.

Isocyanathærdere reagerer let med hydroxylgrupper af epoxyoligomerer selv i kulde (=20 °C). Ved høje hærdningstemperaturer (180-200 °C) er reaktionen af ​​isocyanatgruppen med epoxygruppen mulig med dannelsen af ​​en oxazolidoncyklus. Som isocyanater anvendes 2,4- og 2,6-toluendiisocyanater, hexamethylendiisocyanat og præpolymerer baseret på dem med terminale isocyanatgrupper.

Til hærdning af epoxyoligomerer anvendes phenol-formaldehyd-oligomerer af både novolak- og resoltyper i vid udstrækning. Novolacs hærder epoxyoligomerer ved at reagere phenoliske hydroxyler med epoxygrupper ved 150-180°C og i nærvær af katalysatorer (tertiære aminer) ved 80°C. I tilfælde af resoler reagerer resolernes hydroxymethylgrupper med de sekundære OH-grupper i epoxyoligomererne og kan desuden alkylere de aromatiske ringe i epoxyoligomererne.

Katalytiske hærdere katalyserer polymeriseringen af ​​epoxygrupper ved hjælp af kationiske og anioniske mekanismer.

Kationisk polymerisation initieres af Lewis-syrer - BF3, BF30(C2H5)2, SnCl4 osv.

Anionisk polymerisation initieres af alkalimetalhydroxider og alkoholater samt tertiære aminer såsom triethanolamin og 2,4,6-tris(dimethylaminomethyl)phenol.

Ved anionisk polymerisation i nærvær af tertiære aminer dannes det aktive sted ved co-reaktion af aminen, epoxystedet og alkoholen ifølge O OH-skemaet Alifatiske tertiære aminer er sædvanligvis koldhærdende hærdere. For nylig er imidazoler (især 2-ethyl-4-methylimidazol) med succes blevet anvendt som Lewis-base-type hærdere, hvilket giver øget varmebestandighed til polymerer.Opbevaring af aminhærdere giver sædvanligvis ikke særlige problemer. De kan dog forårsage hudirritation hos nogle mennesker og bør håndteres med forsigtighed.

Hærdningsharpikser med syreanhydrider Som syrehærdere har cykliske aldehyder af carboxylsyrer, såsom phthalsyre, maleinsyre, samt trimellitsyre (TMA), pyromellitsyre (PMA), benz(ABTC) fundet den største anvendelse. Hærdning med carboxylsyre anhydrider udføres ved 120-180 °C.

Opbevaring af disse hærdere kræver særlig omhu for at forhindre deres nedbrydning ved atmosfærisk fugt. For at sikre fuldstændig hærdning udføres reaktionen under opvarmning. Ofte tilsættes en lille mængde accelerator for at fremskynde hærdningsprocessen, som er ekstremt langsom. Der er også vandfri hærdere, som reagerer med harpiksen, når den opvarmes til over 200°C. Syreanhydrider reagerer med epoxyharpikser og danner estere. For at denne reaktion kan forekomme, kræves anhydridringåbning. En lille mængde protonholdige stoffer (f.eks. syrer, alkoholer, phenoler og vand) eller Lewis-baser fremmer ringåbning.

Estergruppen dannet som følge af hærdning er modstandsdygtig over for virkningen af ​​organiske og nogle uorganiske syrer, men ødelægges af alkalier. De resulterende materialer har større termisk stabilitet og bedre elektrisk isolerende egenskaber end ved brug af aminhærdere.

Lewis-syrekatalytisk hærdning Kun én af Lewis-syrerne, bortrifluorid, er meget udbredt som hærdningsmiddel til epoxyharpikser. Når den tilsættes i små mængder til ren epoxy, fungerer denne hærder som en katalysator for den kationiske homopolymerisation af harpiksen til polyether. Bortrifluorid forårsager en meget hurtig eksoterm polymerisation, der forekommer på få minutter. Derfor, når du hærder en stor mængde harpiks, for at opretholde stuetemperatur i massen, er det nødvendigt at blokere den ved hjælp af en speciel teknologi. Når det kombineres med monoethylamin (MEA) for at danne BF3-MEA-komplekset, omdannes bortrifluorid ved stuetemperatur til et latent hærdningsmiddel. Ved temperaturer over 90°C bliver den aktiv og forårsager hurtig hærdning af epoxyharpiksen, ledsaget af en kontrolleret frigivelse af varme. Ved modtagelse af prepregs, som ofte opbevares i uger før forarbejdning, er brugen af ​​en latent hærder helt afgørende.

Epoxyharpikser, der indeholder BF3-MEA-komplekset, anvendes i vid udstrækning til forsegling, til fremstilling af værktøj, laminater og viklingsprodukter.

En vis begrænsning her er den konstaterede ustabilitet af prepregs og hærdende sammensætninger indeholdende VG3MEA til virkningen af ​​fugt.

Acceleratorer Acceleratorer tilsættes harpiks- og hærderblandinger for at fremskynde reaktionen mellem dem. De introduceres i små ikke-støkiometriske mængder, som er udvalgt empirisk, styret af egenskaberne af det resulterende materiale. Nogle af de tertiære aminer - hærdningskatalysatorer - kan også være acceleratorer for en række systemer. Oftest bruges de til at øge hærdningshastigheden af ​​epoxyharpikser med syreanhydrider. Til dette formål anvendes tinoctanat, som er en Lewis-syre. I nogle tilfælde tillader det hærdning ved stuetemperatur.

Hærdede epoxyharpikser Nogle generaliseringer kan gøres vedrørende forholdet mellem den kemiske struktur og egenskaber af hærdede epoxyharpikser:

Jo flere aromatiske ringe, der indgår i sammensætningen af ​​epoxyharpiksen, desto højere er dens termiske stabilitet og kemiske modstand;

Ved anvendelse af aromatiske hærdere dannes der mere stive og holdbare materialer end ved alifatiske midler, dog reducerer den øgede stivhed af sådanne systemer den molekylære mobilitet og komplicerer derved interaktionen mellem de reaktive grupper, og hærdning udføres i dette tilfælde kl. forhøjede temperaturer;

Reduktion af tætheden af ​​intermolekylære "tværbindinger" kan føre til en stigning i materialets styrke på grund af en stigning i forlængelse ved brud;

Reduktion af tætheden af ​​"tværbindinger" kan også føre til et fald i harpikskrympning under hærdning;

Forøgelse af tætheden af ​​"tværbindinger" fører til en stigning i den kemiske modstand af det hærdede materiale;

En stigning i tætheden af ​​"tværbindinger" fører til en stigning i den termiske nedbrydningstemperatur (og glasovergangstemperaturen Tc), dog en for høj densitet af "tværbindinger"

reducerer bruddeformationen (øget skørhed);

Ved udskiftning af aromatiske fragmenter af molekyler med alifatiske eller cycloalifatiske, som ikke er ledsaget af en ændring i antallet af "tværbindinger" i systemet, øges elasticiteten og forlængelsen af ​​den hærdede harpiks;

Syreanhydridhærdede epoxyer klarer sig bedre ved sur brug end ved alkalisk brug.

På grund af det faktum, at epoxyharpikser er viskoelastiske materialer, afhænger deres egenskaber af både temperatur og testvarighed (hastighed, frekvens).

Egenskaber af epoxyharpiks hærdet ved specielle metoder.

Ved brug af specifikt hærdede epoxysystemer skal nogle begrænsninger tages i betragtning. For eksempel, i tilfælde af fremstilling af store dele, der er ubelejlige til opvarmning, og tykvæggede dele, hvor termiske spændinger bør være minimale, er det uhensigtsmæssigt at bruge systemer, der kræver højtemperaturhærdning. I disse tilfælde anvendes systemer med lavtemperaturhærdere. Disse sammensætninger omfatter epoxyharpikser hærdet ved indvirkning af alifatiske aminer. Hærdning af sådanne sammensætninger ved stuetemperatur resulterer i materialer med fremragende egenskaber, yderligere forbedret med lav varme. Disse harpikser kan naturligvis ikke bruges ved høje temperaturer.

Epoxyoligomerer og -polymerer anvendes inden for forskellige teknologiområder på grund af den vellykkede kombination af en simpel forarbejdningsteknologi med høje fysiske og mekaniske egenskaber, varmebestandighed, adhæsion til forskellige materialer, modstandsdygtighed over for forskellige medier og evnen til at hærde ved atmosfærisk tryk med lavt svind. Så de er meget udbredt i produktionen af ​​højstyrke strukturelle materialer, i raket- og rumteknologi, luftfart, skibsbygning, maskinteknik, elektroteknik, radioelektronik og instrumentfremstilling.

Epoxyoligomerer og polymerer er meget udbredt som matricer til fremstilling af kulstofplast, som er karakteriseret ved en kombination af høj styrke og stivhed med lav densitet, lav temperaturfriktionskoefficient, høj termisk og elektrisk ledningsevne, slidstyrke, modstandsdygtighed over for termisk og strålingseffekter. Koks- og pyrocarbon-epoxy-kulplast er modstandsdygtig over for termisk og termisk oxidativ nedbrydning, har høje styrkeegenskaber og har gode varmeafskærmende egenskaber.

Epoxyharpikser er gode matricer til fremstilling af glasfiber. Ud over glasfibre og glasstoffer anvendes kvartsfibre og -stoffer, borkulfibre, siliciumcarbid og andre uorganiske fibre.

For at opnå forstærket epoxyplast anvendes udover uorganiske fibre fibre fra organiske polymerer, især højstyrke syntetiske fibre fra poly-p-phenylenterephthalamid og andre aramider.

På grund af god vedhæftning til glas, er keramik, træ, plast, metaller, epoxyoligomerer og polymerer meget udbredt i produktionen af ​​klæbemidler, varm- og koldhærdende forbindelser.

Epoxyoligomerer bruges til at forsegle og indkapsle forskellige dele for at beskytte dem mod miljøet.

I elektroteknik bruges epoxyoligomerer til at fylde viklingerne af transformere og motorer, til at forsegle samlinger af elektriske kabler osv.

EMNE 6. VARMEbestandige HARPIKS

På trods af processen med termisk-oxidativ nedbrydning, som uundgåeligt forløber under disse betingelser, forløber nedbrydningen af ​​sådanne polymerer relativt langsomt. Derudover antages det, at de fragmenter, som disse polymerer nedbrydes i, er relativt stabile, hvilket øger materialets "levetid" ved forhøjede temperaturer.

Nøglepunktet for at opnå varmebestandige harpikser er syntesen af ​​polymerer, der indeholder et stort antal heteroaromatiske fragmenter. Disse fragmenter, der indeholder det mindste antal brintatomer, der er i stand til at blive oxideret, kan absorbere termisk energi. Desværre fører de samme elementer i den kemiske struktur, der bestemmer den termiske og oxidative stabilitet af sådanne harpikser, til alvorlige vanskeligheder og ofte endda til umuligheden af ​​deres forarbejdning til de ønskede produkter.

I 1960'erne blev en række heteroaromatiske polymerer syntetiseret, som ifølge termogravimetrisk analyse (TGA) havde god termisk og oxidativ stabilitet ved forhøjede temperaturer. Forsøg på at anvende disse polymerer som bindemidler til forbedrede kompositmaterialer har imidlertid enten været mislykkede eller ikke økonomisk levedygtige.

Derfor så fremtiden for varmebestandige polymerbindere meget vag og usikker ud i begyndelsen af ​​1970'erne. Det så ud til, at denne nyttige klasse af materialer ville forblive en "laboratoriekuriositet." Udviklingen af ​​polyimidpolymerers kemi i 1972-74. ikke blot genoplivet interessen for dem og forårsagede nye udviklinger inden for varmebestandige bindemidler, men gjorde det også muligt praktisk at realisere mange af de potentielle muligheder for disse bindemidler. I øjeblikket anvendes polyimidfibrøse kompositmaterialer som strukturelle materialer, der opererer ved en temperatur på omkring 300 °C eller tredimensionelt (rumligt mesh).

Den største ulempe ved kompositmaterialer baseret på polyimider med høj molekylvægt er deres høje porøsitet, hvilket kraftigt begrænser mulighederne for effektiv praktisk anvendelse af disse materialer under betingelser med samtidig udsættelse for høje mekaniske belastninger, høje temperaturer og en oxiderende atmosfære.

Derfor synes det mere hensigtsmæssigt at anvende de indledende smeltelige oligomere imider, der er i stand til at hærde ved polymerisationsreaktionen, eftersom polymerisation ikke ledsages af frigivelse af flygtige biprodukter, hvilket fører til høj porøsitet af de resulterende materialer. Af størst betydning er polymeriserbare oligomere imider indeholdende maleicimid- og endometved enderne af kæderne.

Disse krav opfyldes stort set af bismaleimyler opnået ved vekselvirkning mellem diaminer med forskellige strukturer og maleinsyreanhydrid. Dobbeltbindingen i bis-maleimider er elektronmangel på grund af nærheden til carbonylgrupperne i imidcyklussen; derfor polymeriserer bis-maleimider let, når de opvarmes over smeltepunktet, og danner tredimensionelle polymerer.

RETURNERBARE AFFALD FRA EN INDUSTRIEL VIRKSOMhed Affald genereres i løbet af den økonomiske aktivitet i næsten alle virksomheder. På grund af det faktum, at mængden af ​​affald direkte påvirker ... " FEDERAL AGENTUR FOR UDDANNELSE MOSKVA STATENS BYGGE UNIVERSITET PROGRAM FOR disciplin _Økonomisk evaluering af investeringer_ "ØKONOMI I DEN OFFENTLIGE SEKTOR" Det er vist, at problemet med interaktion mellem markedsmekanismer og stat regulering bør diskutere ... "kandidat for filosofiske videnskaber, junior forsker af afdelingen for sociologi og psykologi N ... "bidragydere, Dean Witter Finansministeriet, som modtager en kortsigtet Stanford-grad ... "N. V. Mikhailova Minsk State Højere..."

2017 www.site - "Gratis elektronisk bibliotek - diverse materialer"

Materialerne på dette websted er sendt til gennemgang, alle rettigheder tilhører deres forfattere.
Hvis du ikke er enig i, at dit materiale er udgivet på denne side, bedes du venligst skriv til os Vi fjerner det inden for 1-2 hverdage.