5.4.2. Polymeerimatriisikomposiitit

Polymeerimatriisia sisältäville komposiittimateriaaleille on ominaista alhainen tiheys (1200 ... 1900 kg / m 3 ), alhainen loviherkkyys, lämmön- ja sähkönjohtavuus, korkea väsymys ja ominaislujuus, prosessoitavuus, radioläpinäkyvyys (useita materiaaleja) jne. Polymeerimatriiseina komposiitteille käytetään lämpökovettuvia (pääasiassa) ja termoplastisia polymeerejä ja täyteaineita - mitä tahansa edellä mainituista.

Materiaalit, jotka perustuvat termoplastisiin polymeereihin erilaisia ​​dispergoituja täyteaineita (talkki, grafiitti, metallioksidit, kerrostetut kiinteät voiteluaineet, metallijauheet, erillinen lasikuitu jne.) käytetään kevyesti ja keskiraskasta kuormitettujen kone- ja laiteosien, runko-osien, hammaspyörien ja ketjupyörien valmistukseen, laakerit ja tiivisteet, käyttöhihnat, säiliöt jne.

Kestomuovikomposiiteista lasitäytteiset materiaalit ovat yleisimmin käytettyjä. Täyteaineena käytetään kuituja, joiden halkaisija on 9 ... 13 mikronia alkalivapaasta alumiiniborosilikaattilasista, lyhyitä (pituus 0,1 ... 1 mikronia) ja pitkiä (3 ... 12 mm pitkä) täyttöasteella. 10 ... 40 % polymeerimassasta. Valmistetaan lasitäytteisiä muoveja, jotka perustuvat polyamideihin, polykarbonaattiin, polypropeeniin ja muihin kestomuoviin. Kestomuovien täyttäminen lasikuidulla lisää polymeerien lujuusominaisuuksia ja lämmönkestävyyttä, vähentää virumista 1,5 ... 2 kertaa, vähentää lämpölaajenemista 2 ... 7 kertaa, lisää kestävyyttä ja kulutuskestävyyttä. Kiinteiden kerrosvoiteluaineiden, kuten grafiitin, molybdeenidisulfidin, boorinitridin jne. lisääminen komposiitteihin vähentää polymeerien kitkakerrointa ja lisää niiden kulutuskestävyyttä.

Kestomuoviin perustuvien komposiittien lujuus saavuttaa 150 ... 160 MPa riittävän suurella iskulujuudella (KCU = 8 ... 60 J/m2).

Lämpökovettuviin muoveihin perustuvat komposiittimateriaalit Ne perustuvat polymeereihin, jotka kovettuvat kuumennettaessa tai kovettimien vaikutuksesta muodostaen kolmiulotteisen polymeerirakenteen.Fenoli-formaldehydi-, urea-formaldehydi-, melamiini-formaldehydi-, organopii- ja muihin hartseihin pohjautuvat komposiitit ovat kuumentamalla kovetettuja. Toinen tyyppi sisältää polysiloksaaneihin, epoksihartseihin ja tyydyttymättömiin polyestereihin perustuvat komposiitit.

Lämpökovettuville muoveille, toisin kuin kestomuoveille, on ominaista täydellinen kylmävirtauksen puuttuminen, niillä on huomattavasti suurempi lämmönkestävyys, ne ovat liukenemattomia ja niissä on lievä turpoaminen. Niillä on ominaisuuksien pysyvyys lämmönkestävyyslämpötilaan asti, kyky kestää pitkäaikaista kuormitusta lämpötiloissa -60 - +200 ... 300 ° C, riippuen polymeerityypistä, ja niillä on hyvät dielektriset ominaisuudet. Mutta nämä materiaalit ovat teknisesti vähemmän kehittyneitä kuin kestomuovit.

Epoksihartseilla on paras tarttuvuus täyteaineeseen. Kovettuneet epoksihartsit kestävät alkaleja, hapettavia aineita ja useimpia orgaanisia happoja. Niihin perustuvilla komposiiteilla on kuitenkin alhaiset mekaaniset ominaisuudet, ne kestävät lämpöä 200 °C asti, ja lisäksi nämä hartsit ovat myrkyllisiä.

Organopii- ja polyimidisideainepohjaisilla komposiiteilla on korkein lämmönkestävyys (jopa 280 ... 350 °C).

Epoksihartsien ja tyydyttymättömien polyesterien käyttö mahdollistaa materiaalien saamisen, jotka pystyvät kovettumaan huoneenlämmössä (kylmäkovetus), mikä on erittäin tärkeää suurikokoisten tuotteiden valmistuksessa.

Komposiittimateriaalit dispergoidut täyteaineet joita käytetään orgaanisten (puujauho, selluloosa) ja mineraalien (kvartsi, talkki, kiille, metallioksidit, kiinteät kerrosvoiteluaineet, mukaan lukien grafiitti, molybdeenidisulfidi, boorinitridi) jauheina, joilla on isotrooppiset ominaisuudet, alhainen mekaaninen lujuus ja iskunkestävyys .

Kuten kuitupitoiset vahvistusmateriaalit käytetään puuvillarouvia, narulankoja, asbestikuitua, lasikuitua. Vastaavasti näitä materiaaleja kutsutaan kuiduiksi, johtokuiduiksi, asbestikuiduiksi, lasikuiduiksi.

kuidut - muovit, jotka perustuvat fenoli-formaldehydihartsilla kyllästettyihin puuvillalinttereihin. Materiaalien iskulujuus on suurempi (jopa 10 kJ/m 2 ) verrattuna puristusjauheisiin, mutta niiden juoksevuus on huomattavasti pienempi, mikä ei mahdollista ohutseinäisten osien saamista. Kuiduilla on alhaiset dielektriset ominaisuudet, ne ovat epävakaita trooppiselle ilmastolle ja niillä on anisotrooppisia ominaisuuksia. Niitä käytetään yleisten teknisten tuotteiden valmistukseen, joilla on lisääntynyt tärinän- ja iskukuormituksen kestävyys, taivutus- ja vääntötyöskentely, esimerkiksi hihnapyörät, laipat, kahvat, kannet jne.

Asbestikuituja - komposiitit, jotka sisältävät kuitupitoista mineraalia - asbestia, jotka jakautuvat ohuiksi kuiduiksi, joiden halkaisija on enintään 0,5 mikronia. Sideaineena käytetään fenoli-formaldehydi- ja organopiihartseja. Niillä on suuri iskunkestävyys ja lämmönkestävyys 200 °C asti, ne kestävät happamia ympäristöjä ja niillä on hyvät kitkaominaisuudet. Niitä käytetään pääasiassa jarrulaitteiden materiaaleina (jarrupalat, päällysteet, kytkinlevyt).

Fenoli-formaldehydipohjaisia ​​asbestikuituja käytetään korkean lujuuden kestävien osien valmistukseen sähkötarkoituksiin (sähköpaneelit, korkea- ja pienjännitekeräimet) ja organopiipolymeereihin pohjautuviin osiin, jotka toimivat pitkään. 200 °C:n lämpötiloissa (materiaali K-41-5) ja suuritehoisten kontaktorien, riviliittimien (KMK-218) valokaarikammioihin. Uusimmat materiaalit ovat trooppisia kestäviä. faoliitti - asb-kuitua, joka saadaan kyllästämällä asb-kuidut fenoli-formaldehydihartsilla ja valssaamalla seos, käytetään haponkestävien putkien ja säiliöiden valmistukseen.

Lasikuitu ovat muovit, jotka sisältävät lasikuitua täyteaineena. Käytetään lasikuituja, joiden halkaisija on 5 ... 20 mikronia, erittäin lujia, joiden vetolujuus  V = 600 ... 3800 MPa ja korkeamoduuli (VM-1, VMP, M-11), joiden  V = 3900 ... 4700 MPa ja kimmokerroin 110 GPa asti. Käytetään eripituisia kuituja, lankoja, nippuja, mikä määrää suurelta osin lasikuidun iskulujuuden. Mitä ohuempi kuitu, sitä vähemmän siinä on vikoja ja sitä suurempi lujuus.

Lasikuidun mekaaniset ominaisuudet riippuvat lasikuidun koostumuksesta, määrästä ja pituudesta, sideaineen tyypistä, lasikuidun ja sideaineen rajapinnassa tapahtuvista fysikaalisista ja kemiallisista prosesseista sekä käsittelymenetelmästä. Esimerkiksi lasikuidun korvaaminen E-lasista (alkaliton alumiinisilikaatti) S-lasikuidulla (lämmönkestävä korkealujuus) epoksisideaineessa voi lisätä komposiitin lujuutta 40 %.

Lasikuidun kostuvuuden parantamiseksi sideaineella vähennetään rajapinnalla syntyviä jännityksiä, lisätään kuidun ja sideaineen välistä adheesiota, kuitujen viimeistely (käsittely) yhdisteillä, jotka sisältävät erilaisia ​​reaktiivisia ryhmiä (vinyyli, metakryyli, fenyyli, amino) ja iminoryhmät jne.) käytetään. Jännitysten vähentämistä sideaineen rajakerroksessa kuidun kanssa, kutistumisen ja huokoisuuden vähenemistä, lämmönkestävyyden lisääntymistä helpottaa jauhemaisten täyteaineiden lisääminen sideaineeseen, erityisesti kovettuneen sideaineen jauhe.

Lasikuitu jaetaan: kietoutunut kuitumainen, rakeinen ja hienojakoinen puristusmasso.

Sekavaa lasikuitua saatu kyllästämällä 40 ... 70 mm pituisia kuitusegmenttejä, mitä seuraa repäisy ja kuivaus liuottimen poistamiseksi (esimerkiksi AG-4V). Näiden materiaalien haittana on sideaineen epätasainen jakautuminen, suurempi mekaanisten ominaisuuksien leviäminen ja pienempi juoksevuus muihin lasikuituihin verrattuna.

Rakeista lasikuitua(esiseokset) saatu kyllästämällä kiertymättömiä lasikuituja ja lasinippuja, mitä seuraa kuivaaminen ja leikkaaminen 5, 10, 20 ja 30 mm pituisiksi rakeiksi. Rakeen halkaisija 0,5 ... 8 mm. Materiaalilla on hyvä juoksevuus ja juoksevuus, parempi mekaanisten ominaisuuksien vakaus. Tähän materiaaliluokkaan kuuluu annostelulasikuitu DSV.

Hienot lasikuitupuristimet valmistetaan sekoittamalla murskattuja lasikuituja, joiden pituus on enintään 1,5 mm sideaineella, minkä jälkeen rakeistetaan (rakeet kooltaan 3 ... 6 mm). Valmistetaan myös "lasilastuja", joissa on jopa 10 ... 50 mm pitkiä rakeita kyllästetystä lasikuitujätteestä.

Enintään 6 mm:n kokoisilla rakeilla rakeistettu lasikuitu käsitellään ruiskuvalulla. Hienoja lasikuituja voidaan käsitellä ruiskuvalulla, ja metalliliittimillä varustettujen tuotteiden valmistuksessa - ruiskuvalu. Lasikuitu, jonka raepituus on 10 mm, käsitellään valamalla ja suorapuristamalla, ja raepituudella 20 ja 30 mm - vain suorapuristamalla.

Lasikuidusta valmistetaan rungon osia, suojusten elementtejä, eristeitä, pistoliittimiä, antennivaivoja jne. -60 - +200 °С lämpötiloissa käytettävät tuotteet valmistetaan anilja alkalivapaasta alja lämpötila-alueelle -60 ... +100 °С pohjalta epoksihartsit.

Organopiihartseihin perustuvia lasikuituja käytetään 400 °C:n lämpötilaan asti ja kvartsi- tai piidioksidikuitua käyttäen lyhyen aikaa ja korkeammissa lämpötiloissa. Lämmönsuojaosissa käytetään silikakuitupohjaisia ​​lasikuituja ja fenoli-formaldehydihartseja.

Perustuu lasimattoihin ja tyydyttymättömiin polyesterihartseihin, prepregit, joita käytetään suurikokoisten osien valmistukseen (rungot, veneet, laitteiden rungon osat jne.). Orientoitujen kuitujen käyttö mahdollistaa lasikuitujen, joiden mekaaniset ominaisuudet ovat parantuneet. Esimerkiksi orientoidulla lasikuidulla AG-4C on:  V = 200 ... 400 MPa, KCU = 100 kJ / m 2; kun taas AG-4V perustuu sotkeutuneeseen kuituun:  V = 80 MPa, KCU = 25 kJ / m 2.

Orgaaniset kuidut ovat polymeerisideainepohjaisia ​​komposiittimateriaaleja, joissa orgaanisten polymeerien kuidut (polyamidi, lavsaani, nitroni, vinoli jne.) toimivat täyteaineena. Näistä kuiduista valmistettuja valjaita, kankaita ja mattoja käytetään myös vahvistamiseen. Sideaineina käytetään lämpökovettuvia hartseja (epoksi, fenoli-formaldehydi, polyimidi jne.).

Polymeeristen side- ja täyteaineiden käyttö, joilla on samanlaiset lämpöfysikaaliset ominaisuudet, sekä sellaisten, jotka kykenevät diffuusioon ja kemialliseen vuorovaikutukseen niiden välillä, tarjoaa komposiiteille mekaanisten ominaisuuksien stabiilisuuden, korkean ominaislujuuden ja iskunkestävyyden, kemiallisen kestävyyden, lämpöiskun kestävyyden, trooppisen ilmakehä ja hankaus. Useimpien organokuitujen sallittu käyttölämpötila on 100 ... 150 ° C, ja polyimidisideaineen ja lämmönkestävien kuitujen perusteella - jopa 200 ... 300 ° C. Näiden materiaalien haittoja ovat alhainen puristuslujuus ja viruminen.

Lujien komposiittien saamiseksi käytetään aromaattisiin polyamideihin perustuvia kuituja (aramidikuidut SVM, Terlon, Kevlar), joilla on korkeat mekaaniset ominaisuudet, lämpöstabiilisuus laajalla lämpötila-alueella, hyvät dielektriset ja väsymisominaisuudet. Ominaislujuuden suhteen nämä kuidut ovat toiseksi vain boori- ja hiilikuitujen jälkeen.

Boori kuidut - komposiittimateriaalit polymeerimatriisilla, jotka on täytetty boorikuiduilla. Niillä on hyvät mekaaniset ominaisuudet, alhainen viruminen, korkea lämmön- ja sähkönjohtavuus, orgaanisten liuottimien, polttoaineiden ja voiteluaineiden, radioaktiivisen säteilyn ja syklisten vaihtokuormien kestävyys.

Boorikuituja valmistetaan kemiallisesti kerrostamalla booria BCl 3 +H 2 -kaasuseoksesta volframifilamentille lämpötilassa ~1130°C. Lämmönkestävyyden lisäämiseksi kuidut päällystetään piikarbidilla, joka myös kerrostuu höyry-kaasufaasista argon- ja vetyympäristössä. Tällaisia ​​kuituja kutsutaan borsikiksi. Boorikuitujen sideaineena käytetään modifioituja epoksihartseja ja polyimidejä. Boorikuidut KMB-3, KMB-Zk varmistavat tuotteiden suorituskyvyn 100 °C:n lämpötiloissa, KMB-1 ja KMB-1k 200 °C:n lämpötiloissa ja KMB-2k 300 °C:n lämpötiloissa. Prosessoinnin valmistettavuuden parantamiseksi käytetään komposiitteja, jotka sisältävät boorikuitua ja lasikuitua.

Boorikuituja käytetään lento- ja avaruustekniikassa erilaisten profiilien, paneelien, kompressoriosien jne. valmistukseen.

Hiilikuituja (CFRP) - komposiittimateriaalit, jotka perustuvat polymeerisideaineeseen ja hiilikuituihin. Hiilikuiduille on ominaista korkea lämmönkestävyys; ominaislujuus, kemikaalien ja sään kestävyys, alhainen lineaarinen lämpölaajenemiskerroin.

Käytetään kahden tyyppisiä kuituja: hiilikuituja ja grafitoituja. Lähtöaineena käytetään viskoosi- tai polyakryylinitriilikuituja (PAN), kivi- ja maaöljypiikkejä, joille tehdään erityislämpökäsittely. Korkean lämpötilan prosessointiprosessissa ei-hapettavassa ympäristössä tapahtuu siirtymä orgaanisista kuiduista hiilikuituihin. Hiiletys suoritetaan lämpötilassa 900 ... 2000 °C ja grafitointi - jopa 3000 °C:n lämpötiloissa. Mekaanisten ominaisuuksien mukaan hiilikuidut jaetaan korkeamoduulisiksi ja lujiksi. Sideaineina käytetään lämpökovettuvia polymeerejä: epoksia, fenoli-formaldehydiä, epoksifenolihartseja, polyimidejä jne. sekä hiilimatriiseja.

Hiilikuiduilla on hyvät mekaaniset ominaisuudet, staattinen ja dynaaminen kestävyys, veden- ja kemikaalinkestävyys jne.

Epoksi-anilino-formaldehydisideainepohjaiset hiilikuidut (KMU-3, KMU-Zl) toimivat jopa 100 °C lämpötiloissa, epoksifenolilla (KMU-1l, KMU-ly) 200 °C asti, polyimidillä ( KMU-2, KMU-2l) 300 °C asti, hiilimatriisilla enintään 450 °C ilmassa ja 2200 °C inertissä ilmakehässä.

Hiilikuituja käytetään ilmailun ja rakettien rakenneosien, antennien, laivojen, autojen ja urheiluvälineiden valmistukseen.

Kerrostetut komposiittimateriaalit niissä on arkkitäyteaineet (kankaat, paperi, viilu jne.), jotka on kyllästetty ja liimattu yhteen polymeerisideaineella. Näillä materiaaleilla on anisotrooppisia ominaisuuksia. Kuituvahvistinelementteinä käytetään eri luonteeltaan lujia kuituja sisältäviä kankaita: puuvillaa, lasi-asfalttikankaita, luomukankaita, hiilikankaita, orgaanisia lasikankaita, boori-orgaanisia lasikankaita. Kankaat eroavat toisistaan ​​loimen ja kuteen kuitusuhteella, kudostyypillä, mikä vaikuttaa niiden mekaanisiin ominaisuuksiin. Laminoidut komposiitit valmistetaan levyjen, putkien, aihioiden muodossa.

Getinaks - muovi, joka perustuu modifioituihin fenoli-, aminoformaldehydi- ja ureahartseihin sekä eri paperilajeihin.

Organogenetinaks valmistetaan paperin pohjalta synteettisistä kuiduista, useimmiten aromaattisista polyamideista ja polyvinyylialkoholista. Sideaineina käytetään polyimidejä, fenoli-formaldehydiä, epoksihartseja ja muita. Verrattuna getinaksiin, niillä on suurempi vastustuskyky aggressiivisissa ympäristöissä ja mekaanisten ja dielektristen ominaisuuksien stabiilisuus korkeissa lämpötiloissa.

Tekstioliitti - polymeerisideaineisiin ja puuvillakankaisiin perustuva laminoitu muovi. Materiaalilla on korkeat mekaaniset ominaisuudet, tärinänkestävyys. Päätarkoituksen mukaan tekstioliitit jaetaan rakenteellisiin, sähköisiin, grafiittipehmusteisiin ja taipuisiin pehmusteisiin.

Rakenteellisia tekstoliittilaatuja PTK, PT, PTM käytetään hammaspyörien, liukulaakerien valmistukseen, jotka toimivat enintään 90 °C:n kitkavyöhykkeen lämpötiloissa, valssaamoissa, turbiineissa, pumpuissa jne. Sitä valmistetaan levyinä, joissa on paksuus 0,5-8 mm ja levyt, joiden paksuus on 8-13 mm.

Sähköteknistä tekstoliittia käytetään sähköeristeenä ympäristöissä, joissa käyttölämpötila on -65 - +165°C ja kosteus jopa 65 %. Se valmistetaan levyjen muodossa, joiden paksuus on 0,5 - 50 mm, laatuluokat A, B, G, VCh. Sähkölujuus muuntajaöljyssä 8 kV/mm asti. Luokka A - parannetuilla sähköominaisuuksilla käytettäväksi muuntajaöljyssä ja ilmassa teollisella taajuudella 50 Hz. Luokka B - parannetuilla sähköisillä ominaisuuksilla käytettäväksi ilmassa 50 Hz:n taajuudella. Luokka G - ominaisuuksiltaan ja käyttöalueeltaan samanlainen kuin luokka A, mutta laajennetut vääntymä- ja paksuustoleranssit. HF-luokka - käytettäväksi ilmassa korkeilla taajuuksilla (jopa 10 6 Hz).

Grafiittiteksoliittia käytetään valssauslaitteiden laakereiden valmistukseen, ja sitä valmistetaan levyinä, joiden paksuus on 1 ... 50 mm, pituus enintään 1400 mm ja leveys enintään 1000 mm.

Taipuisaa tiivisteteksoliittia käytetään tiivisteiden ja eristystiivisteiden valmistukseen konekokoonpanoissa, jotka ovat alttiina öljyille, kerosiinille, bensiinille. Ne valmistetaan levyinä, joiden paksuus on 0,2 ... 3,0 mm.

AT asbesti-teksoliitit ja asbogetinaks täyteaineina on vastaavasti asbestikangasta tai asbestipaperia (jopa 60 %) ja sideaineena fenoli-formaldehydi- ja melamiini-formaldehydihartseja, pii-orgaanisia polymeerejä, jotka määrittävät sallitun käyttölämpötilan.

Melamiini-formaldehydipohjaiset materiaalit mahdollistavat tuotteiden käytön 200 °C:n lämpötiloissa, fenoli-formaldehydillä - 250 °C:seen asti ja organospiiin jopa 300 °C:ssa pitkäaikaisen käytön aikana. Lyhyen ajan lämpötila voi nousta 3000 °C:seen. Asbestiteksoliitteja käytetään pääasiassa jarrupalojen, jarrupäällysteiden valmistukseen sekä lämmöneristys- ja lämpösuojamateriaalina.

Lasikuitu valmistetaan lasikankaiden ja erilaisten polymeerisideaineiden pohjalta. Fenoliformaldehydihartseilla (KAST, KAST-V, KAST-R) ne ovat lämmönkestävämpiä kuin PTK-teksoliitti, mutta heikommat tärinänkestoltaan. Organopiihartseilla (STK, SK-9F, SK-9A) niillä on korkea lämmön- ja pakkaskestävyys, korkea kemiallinen kestävyys, ne eivät aiheuta sen kanssa kosketuksissa olevan metallin korroosiota. Lasikuitua käytetään pääasiassa suurikokoisissa radiotekniikan tuotteissa.

Suuri iskulujuus KCU jopa 600 kJ / m 2, tilapäinen kestävyys jopa 1000 MPa lasikuitu anisotrooppiset materiaalit, vahvistettu lasiviilulla (SVAM). Ominaisjäykkyyden suhteen nämä materiaalit eivät ole huonompia kuin metallit, ja ominaislujuuden suhteen ne ovat 2 ... 3 kertaa parempia kuin ne.

Kaasulla täytetyt muovit voidaan lukea myös komposiittien luokkaan, koska niiden rakenne on kiinteästä ja kaasumaisesta faasista koostuva järjestelmä. Ne on jaettu kahteen ryhmään: vaahtomuovit ja vaahtomuovit. Styroksi niillä on solurakenne, jonka huokoset on eristetty toisistaan ​​polymeerikerroksella. Poroplastit on avoin huokoinen järjestelmä ja niissä olevat kaasumaiset tai nestemäiset tuotteet kommunikoivat keskenään ja ympäristön kanssa.

Styroksi valmistettu termoplastisten polymeerien (polystyreeni, polyvinyylikloridi, polyuretaani) ja lämpökovettuvien hartsien (fenoliformaldehydi, fenolikumi, organopii, epoksi, urea) pohjalta. Huokoisen rakenteen saamiseksi useimmissa tapauksissa polymeerisideaineeseen lisätään kaasua muodostavia komponentteja, ns puhallusaineet. On kuitenkin olemassa myös itsevaahtoutuvia materiaaleja, esimerkiksi polyeetteriuretaanivaahtoa, polyepoksivaahtoa. Kestomuovihartseihin perustuvat vaahtomuovit ovat teknisesti edistyneempiä ja joustavampia, mutta niiden käyttölämpötila-alue on -60 - +60 °C.

Poroplastit saadaan pääasiassa mekaanisesti vaahdottamalla koostumuksia, esimerkiksi paineilmalla tai käyttämällä erityisiä vaahdotusaineita. Vaahdotetun massan kovettumisen aikana solujen seinämistä kuivaus- ja kovettumisprosessin aikana poistuva liuotin tuhoaa ne. Huokosten läpi voidaan saada täyttämällä koostumukset vesiliukoisilla aineilla. Puristuksen ja kovettamisen jälkeen tuote upotetaan kuumaan veteen, jossa liukenevat aineet huuhtoutuvat pois.

Vaahtomuoveja käytetään iskunvaimentimien, pehmeiden istuinten, sienien, suodattimien valmistukseen, tärinänvaimennus- ja äänieristystiivisteinä ilmanvaihtokoneissa, äänenvaimentimissa, kypärän ja kypärän tiivisteissä jne. Niiden tiheys on 25 ... 500 kg / m 3.

Metallipolymeerirunkomateriaalit ovat komposiittimateriaaleja, joissa kantajapohja on kolmiulotteinen metalliverkko ja kehysten välinen ontelo on täytetty erilaisia ​​toiminnallisia komponentteja sisältävällä polymeerikoostumuksella (kuva 5.11).

Riisi. 5.11 Metallipolymeerirunkomateriaalin (a) ja MPC-materiaalin (b) rakenne:

1 - metallihiukkaset, 2 - polymeeri, 3 - kiinteä voiteluaine, 4 - pyrolyyttinen grafiitti

Koneteollisuudessa käyttökohteita ovat metallikeraamiseen runkoon perustuvat metallipolymeeriset itsevoitelevat materiaalit ja erilaisia ​​kuivia voiteluaineita (grafiitti, molybdeenidisulfidi, kadmiumjodidi jne.) sisältävät polymeerisideaineet. Tällaisia ​​materiaaleja käytetään liukulaakerien, vierintälaakerien häkkien, männänrenkaiden jne. valmistukseen.

Metallikeraamisen kehyksen saamiseksi käytetään tinapronssin, ruostumattoman teräksen ja lasikeramiikan jauheita. Kehyksen väliset ontelot täytetään PTFE-4D:llä kyllästämällä PTFE:n 50-prosenttisella vesisuspensiolla tai PTFE-4D:n ja lyijyn seoksella. Ruostumattomista teräsjauheista valmistettu keraami-metalli-kitkamateriaali MPK sisältää pyrografiittia ja fluoroplastia-4:a.

Sen valmistustekniikka on seuraava: metallijauheet puristetaan ja sintrataan kehykseen, jonka huokoisuus on 20 ... 70%. Sitten erityisessä kammiossa huokosten läpi johdetaan hiiltä sisältävää kaasua lämpötilassa, joka varmistaa kaasun pyrolyysin ja grafiitin laskeutumisen rungon seinille, kunnes noin 3/4 huokostilavuudesta on täytetty, minkä jälkeen tuote tyhjiökyllästetään toistuvasti fluoroplasti-4-suspensiolla samanaikaisesti lämpökäsittelyn kanssa.

Tämän tyyppiset itsevoitelevat materiaalit ovat tehokkaita jopa 250 °C lämpötiloissa.

On erittäin lupaavaa käyttää teippikehyksen itsevoitelevia materiaaleja, jotka ovat metallipohja (teippi), jolle leivotaan kerros huokoista metallikeraamista kehystä. Kehyksen huokoset on täytetty fluoroplast-4-pohjaisilla koostumuksilla ja kiinteillä voiteluaineilla.

Nauhamateriaalit ovat teknisesti erittäin kehittyneitä, mahdollistavat liukulaakereiden (valssattujen) ja vuorausten valmistuksen minkä tahansa kokoisena) mahdollistavat toiminnan ilman voitelua jopa 280 °C:n lämpötiloissa korkeissa paineissa (jopa 200 ... 300 MPa) ja liukunopeuksilla. Metallisen pohjateipin ja pronssisen huokoisen rungon käyttö varmistaa hyvän lämmönpoiston kitkavyöhykkeeltä ja fluoroplast-4 huokosissa ja pinnalla sijaitsevilla kiinteillä voiteluaineilla varmistaa alhaisen kitkakertoimen ja kitkaparien korkean kulutuskestävyyden. Ulkomailla nauhamateriaaleja, kuten DU, DP, DQ, käytetään laajalti.

Yksi runkonauhamateriaalien haitoista on pinnan sisäänajokerroksen pieni paksuus (10 ... 20 µm), mikä sulkee pois mahdollisuuden työstää laakereita sen jälkeen, kun ne on asennettu koteloon.

On tehokasta käyttää rungon itsevoitelevia materiaaleja, joiden runko on sintrattu metallikuiduista tai -verkoista ja matriisina käytetään erilaisia ​​polymeerikoostumuksia sekä hiiligrafiittipohjaisia ​​materiaaleja ja metalloituja hiiligrafiittikankaita, jotka on kyllästetty polymeerisideaineet kiinteillä voiteluaineilla.

Tällä hetkellä sitä käytetään laajalti komposiittipuumateriaalit, jotka ovat vahvistavia puumateriaaleja (täyteaineita), jotka on yhdistetty matriisiin (yleensä polymeeriseen) erityisten lisäaineiden avulla. Joissakin tapauksissa niitä kutsutaan puumuoveiksi tai KDPM:ksi (komposiittipuupolymeerimateriaalit).

Lastulevyt - suurikokoiset tuotteet, jotka valmistetaan kuumatasopuristamalla sideaineeseen sekoitettuja puuhiukkasia. GOST 10632-89:n mukaan levyt valmistetaan kooissa 2440x1220; 2750x1500; 3500x1750; 3660x1830; 5500x2440 mm, paksuus 10-25 mm, hiottu ja hiomaton. Levy on jaettu kolmeen luokkaan tarkoituksen mukaan: P-1 (P-1M monikerroksinen ja P-1T kolmikerros)- valmistaa koteloita, paneeleja ja muita radio- ja instrumenttivalmistuksen osia, huonekaluja ja rakennuselementtejä. Vuorattu lämpökovettuviin ja termoplastisiin polymeereihin, maaleihin ja lakkoihin perustuvilla kalvoilla; P-2 (P-2T ja P-20 yksikerroksinen, jaettu ryhmiin A ja B) - valmistaa laitekoteloita, koneita, säiliöitä ja säiliöitä (paitsi ruoka), telineitä, huonekaluelementtejä ja rakennusrakenteita. Levitä viilulla vuorattu, koristepaperi - laminoitu muovi ja ilman päällystettä; P-3 (P-ET)- pakettiautojen koriosat, auton väliseinät, rakennusten kantavien rakenteiden elementit. Pinnan laadun mukaan levyt jaetaan kiillotettuihin (1 ja II luokka) ja kiillottamattomiin (I ja II luokka).

Puukuitulevyt (GOST 4598-86) jaetaan tiheydestä riippuen pehmeään (M), puolikovaan (PT), kovaan (T) ja superkovaan (ST) ja taivutuslujuudesta riippuen seitsemään luokkaan: M. -4, M-12, M-20, PT-100, T-350, T-400 ja ST-500, joissa numerot osoittavat levyjen murtolujuuden vähimmäisarvon taivutuksessa kgf / cm 2. Levyn paksuus 2,5; 3,2; 4; 5; 6; 8:12; 16 ja 25mm, leveys 1220-1830mm ja pituus 1200-5500mm. Suunniteltu käytettäväksi kosteudelta suojatuissa tuotteissa ja rakenteissa.

Puulaminoitu muovi (lastulevy) - kuumapuristetut monikerroksiset viilulevyt, jotka on kyllästetty erilaisten puulajien synteettisillä hartseilla. Lastulevyille on ominaista korkea lujuus ja kulutuskestävyys, alhainen kitkakerroin ja hyvä sisäänajo.

Lastulevy 1 - 15 mm paksut valmistetaan suorakaiteen muotoisina levyinä, 15 - 60 mm paksuina - levyinä. Kokonaisista viilulevyistä pituussuunnassa liimattuja levyjä ja laattoja kutsutaan kiinteiksi ja useista komposiitteiksi (jossa on jonkin verran alentuneita ominaisuuksia). Kiinteät levyt valmistetaan 950 mm leveinä ja 700, 1150 ja 1500 mm ja 1200x1500 mm pituisina; komposiitti 2400x950, 4800x1200, 5000x1200 mm; kiinteät laatat: 750x750, 950x700 (1150, 1500); 1200x1200 (1500), yhdistelmälevyjä valmistetaan samankokoisina kuin yhdistelmälevyjä. GOST 13913-78 ja GOST 20366-75 mukaan lastulevy on jaettu 11 luokkaan.

Numeroon lupaavia komponentteja ja osia KDPM:ltä voidaan syyttää:

hihnakuljettimien rullat;

vierintälaakerikotelot;

Sälekaihdin- ja käytävän kannet, luukut;

pyörien ja rullien keskiosat (pyörän keskipisteet terässidoksilla);

kaapelilohkot nostureille, telphereille, ketjunostimille jne.;

hihnapyörät, ketjupyörät, vaihteet, jotka on asennettu akseleille avaimettomilla nivelillä;

painot, vastapainot, vaimentimet, vauhtipyörät, joiden sisäosa on puristettua metallilastua ja ulkoosa on valmistettu KDPM:stä;

paneelit autojen, linja-autojen, vaunujen, erilaisten koneiden hyttien jne. sisäverhoukseen;

pneumaattisten ja hydraulisten sylinterien männät;

ikkunankehykset;

Polyuretaanivaahdosta valmistettujen osien kehykset;

taivutetut profiilit ja viilulevyt;

sandwich-paneelit, joiden ulkolevyt on valmistettu vanerista, kuitulevystä, lastulevystä, DSG1:stä, lastulevystä tai metallista (teräs, alumiini) ja keskiosa on valmistettu vaahtomuovista puutäytteillä;

vaahtomuovista valmistetut puutäyteaineosat rakenne- ja lämmöneristystarkoituksiin (esim. autojen kattojen kiinnitysosat, autojen lämpö-, melu- ja tärinäeristykset, dieselveturit, jääkaapit ja autotallin ovet, putkien lämmöneristys kanavattomalla asennuksella , jne.);

säiliöt (kaasusäiliöt, vastaanottimet jne.).

liukulaakerit, jotka toimivat selektiivisessä siirtotilassa;

KDPM:n lupaaviksi pidetyt käyttöalueet eivät tietenkään väitä olevan täydellisiä, eivät kata kaikkia mahdollisia käyttöalueita, ja niitä voidaan laajentaa merkittävästi.

Ymmärtääksesi oikein, mistä tässä artikkelissa on kyse, sinun on ensin määritettävä oikein lause - termoplastiset komposiittimateriaalit (T.K.M.), eikä sitä missään tapauksessa pidä sekoittaa yhdisteeseen, koska puhumme täysin erilaisista materiaaleista. Joten mikä on termoplastinen komposiittimateriaali (komposiitti)? on heterogeeninen monivaiheinen materiaali kahdesta tai useammasta komponentista, jossa on selkeä rajapinta niiden välillä ja laadullisesti uusia ominaisuuksia säilyttäen samalla kunkin komponentin kemiallisen identiteetin. Se koostuu muovipohjasta (matriisista), joka toimii sideaineena, ja erilaisten komponenttien sulkemista jauheiden, kuitujen jne. muodossa (täyteaine). Matriisi varmistaa materiaalin lujuuden, jännitysten siirtymisen ja jakautumisen täyteaineen välillä, määrittää komposiitin tiiviyden, lämmön, kosteuden, palo- ja kemiallisen kestävyyden, sen teknologiset sekä lämpöfysikaaliset, sähkö- ja radiotekniset ominaisuudet. Optimaalinen toiminnallisten ja teknisten ominaisuuksien yhdistelmä on suunnattu säätelemään matriisin ja täyteaineen ominaisuuksia ja sisältöä, vuorovaikutuksessa niiden välillä faasirajalla, täyteaineen suunnassa. Useiden matriisien (polymatriisikomposiitit) tai erityyppisten täyteaineiden (hybridikomposiitit) käyttö laajentaa mahdollisuuksia komposiittien ominaisuuksien säätelyyn. Polymeerien peruslaatuja käytetään termoplastisten komposiittimateriaalien matriisina. Nykyaikainen valikoima termoplastisia peruspolymeerejä, riippuen niiden kimmo-lujuusominaisuuksien ja muodonmuutoslämmönkestävyyden tasosta, jaetaan ehdollisesti kolmeen ryhmään.

Molekyylirakenteen mukaan kestomuovit jaetaan kahteen ryhmään - amorfisiin ja kiteisiin. Toisen ryhmän polymeerit ovat rakenteellisten ominaisuuksien vuoksi eniten kiinnostavia valmistajille, jotka voivat tarjota korkeamman tason fysikaalisia ja mekaanisia ominaisuuksia ja parempaa kemiallista kestävyyttä.

Kestomuovien maailman tuotannon määrä (vuonna 1990 - 86 miljoonaa tonnia, vuonna 2000 - 150 miljoonaa tonnia, vuonna 2010 ennusteiden mukaan - 258 miljoonaa tonnia) ylittää merkittävästi kestomuovien maailman tuotannon määrän. Täyteaineina voidaan käyttää kiinteitä täyteaineita jauheiden muodossa, eripituisia kuituja, kudos- ja kuitukangasrakenteita, jotka on muodostettu erilaisista kemiallisista kuiduista. Suoritettavista toiminnoista riippuen täyteaineet jaetaan kolmeen ryhmään:

inertti- bariitti, dolomiitti, luonnonliitu, marmori jne. Niiden käyttö johtuu halusta alentaa lopputuotteen kustannuksia, kun materiaalin ominaisuuksien jonkinlainen heikkeneminen on hyväksyttävää;

Aktiivinen- perustuu pääasiassa luonnonsilikaatteihin - wollastoniitti, kaoliini, kiille, talkki. Niiden parantuneet teknologiset ominaisuudet määräytyvät ”luonnollisista tekijöistä: hiukkasten muoto, niiden anisotropian taso, hiukkasten pinnan kemia suhteessa polymeereihin;

Toiminnallinen tai pintamuokattu. Tiedetään, että komposiittimateriaalien laadun ja kilpailukyvyn parantamiseksi on tärkeää muokata täyteaineiden pintaa toiminnallisesti orgaanisilla ja/tai epäorgaanisilla yhdisteillä, jotka mahdollistavat täyteaineelle lisäominaisuuksien, jotka parantavat tai optimoivat tärkeitä parametreja. termoplastisesta muovista. Se on kolmas täyteaineryhmä, joka on lupaavin termoplastisten komposiittimateriaalien valmistuksessa.

Edellä olevan yhteydessä täyteaineesta tulee erityisominaisuuksien kantaja, joka mahdollistaa vastaavien teknisten lisäaineiden täydentämisen, korvaamisen tai tallentamisen. Täyteaineiden käyttö polymeereissä mahdollistaa tuotteiden ominaisuuksien hallinnan laajimmissa käyttökohteissa.

Termoplastiset komposiittimateriaalit voidaan jakaa ehdollisesti seuraaviin ryhmiin lopputuotteen vaadittujen ominaisuuksien ja laajuuden mukaan:

Täytetyt - niillä on lisääntyneet lujuusominaisuudet mineraalitäyteaineiden käyttöönoton ansiosta - jäykkyys, lujuus, kutistumiskestävyys;

Hidas palaminen - niillä on lisääntynyt palonkestävyys ja ne eivät tue palamista ilman ulkoista liekinlähdettä erityisten lisäaineiden - palonestoaineiden - käyttöönoton vuoksi;

Liima - niillä on lisääntyneet tarttumisominaisuudet polymeeri-polymeeri-, polymeeri-metalli-järjestelmissä jne. modifioimalla sellaisia ​​kopolymeerejä kuin:i, eteeni-etyyliakrylaattikopolymeeri;

Pakkasenkestävä - niillä on lisääntynyt alhaisten lämpötilojen kestävyys mineraalitäyteaineiden ja elastomeerien käyttöönoton ansiosta;

Silloitettu - niillä on lisääntynyt lämmönkestävyys, lujuus ja jäykkyys polymeerin säteilyn tai kemiallisen silloittumisen vuoksi;

Polymatrix - niillä on lisäominaisuuksia, jotka eroavat peruslaaduista eri polymeerilaatujen sekoittumisen vuoksi;

Hybridi - niillä on laajennetut vaihtoehdot komposiitin ominaisuuksien säätämiseen erilaisten täyteaineiden käyttöönoton vuoksi.

Yksi nykyaikaisen materiaalitieteen johtavista ongelmista on uuden sukupolven termoplastisten komposiittimateriaalien luominen, joka tyydyttäisi valmistajien ja kuluttajien melko ristiriitaiset vaatimukset.

Sanasto.

Muovit (muovit, muovit)- rakennemateriaalit, jotka sisältävät polymeeriä, joka on viskoosissa tilassa tuotteen muodostuksen aikana ja lasimaisessa tilassa toiminnan aikana. Muovit jaetaan kestomuoviin ja kestomuoviin riippuen syistä, jotka johtuvat tuotteiden valun aikana tapahtuvasta siirtymisestä viskoosista lasimaiseen tilaan.

Polymeerit- suurimolekyyliset yhdisteet, joiden molekyylit (makromolekyylit) koostuvat suuresta määrästä toistuvia ryhmiä tai monomeeriyksiköitä, jotka ovat yhteydessä toisiinsa kemiallisilla sidoksilla.

Kestomuovit- polymeeriset materiaalit, jotka mahdollistavat moninkertaisen siirtymisen viskoosiseen tilaan kuumennettaessa.

kestomuovit, lämpökovettuvat muovit- polymeerimateriaalit, jotka muuttuvat kuumennettaessa tai kovettimien vaikutuksesta sulamattomaan ja liukenemattomaan tilaan.

Elastomeerit- polymeerit ja niihin perustuvat materiaalit. Niillä on erittäin elastisia ominaisuuksia laajalla käyttölämpötila-alueella. Tyypillisiä elastomeerejä ovat kumit ja kumit.

Polymeeriyhdisteet- lämpökovettuviin oligomeereihin (epoksi- ja polyesterihartsit, nestemäiset silikonikumit) tai monomeereihin (metakrylaatit, polyuretaanien synteesin lähtöaineet) perustuvat koostumukset, jotka on tarkoitettu sähkö-, radio- ja elektroniikkalaitteiden johtavien piirien ja osien eristämiseen. Perusvaatimukset yhdisteille: ei haihtuvia aineita; riittävän korkea elinkelpoisuus; alhainen viskositeetti.

Polymeerien lämmönkestävyys- kyky ylläpitää kovuutta (eli ei pehmentää) lämpötilan noustessa. Lämmönkestävyyden kvantitatiivinen indikaattori näissä tapauksissa on lämpötila, jossa näytteen muodonmuutos vakiokuormituksen olosuhteissa ei ylitä tiettyä arvoa.

"TERMOPUOVIMATRIIKSIIN JA LYHYT HIILIKUITUIHIN PERUSTUVA KOMPOSIITTIMATERIAALI FENOMENOLOGINEN MALLI Mashtakov A.P., Melikhov K.V., Manyak..."

TERMOPLASTISEEN MATRIIKSIIN JA LYHYHEISIIN HIILIKUITUIHIN PERUSTUVA KOMPOSIITTIMATERIAALI FENOMENOLOGINEN MALLI

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

JSC NPP Radar MMS,

Pietari, Venäjä

Lyhyillä hiilikuiduilla vahvistetusta kestomuovimatriisista koostuvan komposiittimateriaalin mekaanisia ominaisuuksia on tutkittu kokeellisesti. Ominaisuudet saatiin näytteistä, jotka oli leikattu ruiskupuristetuista levyistä sarjasta yksiakselisia vetokokeita. Levyn ruiskuvaluprosessi mallinnettiin äärellisen tilavuuden menetelmällä. Tässä tapauksessa ratkaistiin polymeerisulan liikeyhtälöjärjestelmä viskoosina newtonilaisena nesteenä, jota täydennettiin Folger-Tucker-yhtälöllä kuitujen orientaatiotensorien määrittämiseksi matriisissa. Materiaalin analyyttisen mallin rakentamiseen käytettiin kaksivaiheista homogenisointikaaviota: ensin määritettiin Mori-Tanaka-kaavion tehokkaat ominaisuudet tietyn muodon yksittäiselle sisällyttämiselle ja sitten laskettujen komponenttien perusteella. orientaatiotensorin, edustavan tilavuuden koko kennon teholliset ominaisuudet määritettiin Voit-kaavion avulla. Kuitujen oletettiin olevan elastinen isotrooppinen, matriisin oletettiin olevan elastinen-plastinen Mises-kriteerin ja isotrooppisen, potenssilain vahvistavan lain (J2-malli). Murtumismalliksi valittiin "ensimmäinen pseudo-rae"-murtomalli Tsai-Hill -lujuuskriteerillä. Matriisin ja kuitujen ominaisuudet sekä epäonnistumiskriteerin parametrit valittiin iteratiivisesti perustuen kolmen tyyppisen näytteen lasketun ja kokeellisen venymäkäyrän parhaan yhteensopivuuden ehtoon pienimmän neliösumman menetelmällä. Esitetyt tulokset venymäkäyrien vertailun muodossa osoittavat tyydyttävän yhteensopivuuden kokeen kanssa sekä elastisella että joustamattomalla alueella.

S. T. Chung ja T. H. Won. Kuituorientaation numeerinen simulointi lyhytkuituvahvisteisten termoplastien ruiskuvalussa. ENGINEERING AND SCIENCE, HUHTIKUU 1995 1995, Voi. 35, NO. 7.-s. 604-618.

B. E. VerWeyst, C. L. Tucker III, P. H. Foss_, J. F. O'Gara. Kuitujen suuntaus 3-D-ruiskupuristetuissa ominaisuuksissa: ennustaminen ja kokeilu / International Polymer Processing, 18. kesäkuuta 1999.

Mori T, Tanaka K. Keskimääräinen jännitys matriisissa ja keskimääräinen elastinen energia materiaalien, joissa on väärin sovitettuja sulkeumia. Acta Metall 1973; 21:571-574.

R. Christensen. Johdatus komposiittien mekaniikkaan / R. Christensen. – M.: Mir, 1982. – 334 s.

S. Kammoun, I. Doghri, L. Adam, G. Robert, L. Delannay. Ensimmäinen pseudo-raevauriomalli joustamattomille komposiiteille, joissa on väärin kohdistetut lyhyet kuidut. Komposiitit: Osa A 42 (2011) 1892–1902.

J. M. Kaiser, M. Stommel. Lyhytkuituvahvisteisten polymeerien lujuusennuste. Journal of Plastics Technology 8 (2012) 3, 278-300.

Samanlaisia ​​teoksia:

"Sopimus nro _ palvelujen tarjoamisesta moottoriajoneuvon vapaaehtoista vakuuttamista varten vahingon, varkauden tai varkauden varalta (CASCO), Moskova "" 201_g. Liittovaltion budjettilaitos of Science Institute ... "

”YHTEENVETO1. Tietoja itsestäsi1. Sukunimi Abai2. Nimi Raushan3. Toinen nimi Madiyarizy4. Syntymäaika ja -paikka 12/01/1994 Karagandan alue Karagandan kaupunki 5. Kansalaisuus Kazakstanin 6. Sukupuoli Nainen7. Siviilisääty Ei naimisissa8. Kotiosoite Karaganda, Prikanal ... "

"ILMOITUS MUUTOKSET 26.1.2017 PÄIVÄTTY SÄHKÖHUUTOKAUPPA N:o 163/А/АВР ILMOITUKSEEN SEKÄ ILMAKOMPONENTTIKORJAUSJÄRJESTELMÄN SÄHKÖHUUTOKAUPPATOIMINNAN SUORITUSTEN DOKUMENTAATIOON. tai) restaurointi (korjaus) ja (tai) entisöinti (korjaus) ja (tai) entisöinti (korjaus) »

"Valko-Venäjän Karting Federationin julkinen liitto" KARTTI-AUTOJEN LUOKITUS JA TEKNISET VAATIMUKSET Tuli voimaan 1. maaliskuuta 2012 Hyväksytty BFC:n pöytäkirjan neuvostossa 25. helmikuuta 2012 Minsk 20 ... "

""Ammattimaailmassa"Tavoite: opiskelijoiden ammatillisen suuntautumisen muodostaminen laajentamalla heidän ymmärrystään rakennusalan ammateista, tutustuminen Venäjän federaation presidentin ja hallituksen arvovaltaa koskeviin ohjelmiin ja aloitteisiin ... "

"Ihmisoikeusneuvoston 30. istunto Esityslistan kohta 5 Ihmisoikeuselimet ja -mekanismit Avoimen hallitustenvälisen työryhmän raportti luonnoksesta YK:n julistukseksi talonpoikien ja muiden maaseudulla työskentelevien oikeuksista Puheenjohtaja..."

"Voittoa tavoittelematon kumppanuus Itsesääntelyorganisaatio "Alueellinen muotoilijoiden liitto" (NP SRO "ROP") Pöytäkirja nro 128 voittoa tavoittelemattoman kumppanuuden "Alueellinen suunnittelijoiden liitto" itsesääntelyjärjestön neuvoston kokouksesta 22. marraskuuta 2013 Paikka ... "

«Roil Platinum, Bensiinijärjestelmän puhdistusaine "Roil Platinum™ Metal Conditioner" Pakkaus: 500 ml, 4 l. Käyttötarkoitus: Ajan myötä moottorisi kuluu kitkasta. Roil Platinum™ Metal Conditioner voi pidentää ajoneuvosi moottorin käyttöikää ja tehoa, vähentää korjauskustannuksia vähentämällä..."

«UDK 621.921 HIOMATUOTOJEN VALINTA TYÖKALUJEN KULUMISEN HUOMIOON V.V. Borisov1, I.D. Ibatullin1, D.R. Zagidullina2 1 Samara State Technical University 2 Bashkir State University

"VENÄJÄN FEDERAATIOIN OPETUS- JA TIETEEN MINISTERIÖ liittovaltion autonominen korkeakoulu" KANSALLINEN TUTKIMUS TOMSKIN AMMATTIKORKEAKOULU YLIOPISTO "HYVÄKSY varajäsen. Kybernetics for Academic Affairs -instituutin johtaja S.A. Gaivoronsky "_" VUODEN 2015 TYÖOHJELMA KURIIN "KONSULTOINTI AUTOMAATTISESSA ..."

2017 www.sivusto - "Ilmainen sähköinen kirjasto - sähköiset asiakirjat"

Tämän sivuston materiaalit on lähetetty tarkistettavaksi, kaikki oikeudet kuuluvat niiden tekijöille.
Jos et hyväksy materiaalisi julkaisemista tälle sivustolle, kirjoita meille, poistamme sen 1-2 arkipäivän kuluessa.

"Polymeerikomposiittien määritelmät ja luokitus Komposiittimateriaalit ovat materiaaleja, jotka on saatu kahdesta tai useammasta komponentista ja ..."

-- [ Sivu 1 ] --

AIHE 1. POLYMEERIN MÄÄRITELMÄT JA LUOKITUS

KOMPOSIITTIT. OSIEN VUOROVAIKUTUKSEN MEKANISMI

Nykyaikaa voidaan kutsua polymeerien ja komposiittimateriaalien vuosisadaksi.

Polymeerikomposiittien määritelmät ja luokitus

Komposiittimateriaalit ovat materiaaleja, jotka on valmistettu kahdesta tai useammasta komponentista ja

koostuu kahdesta tai useammasta vaiheesta. Yksi komponentti (matriisi) muodostaa jatkuvan

vaihe, toinen on täyteaine. Komposiittimateriaalit ovat heterogeenisiä järjestelmiä, ja ne voidaan jakaa kolmeen pääluokkaan:

1. Matriisijärjestelmät, jotka koostuvat jatkuvasta faasista (matriisi) ja dispergoidusta faasista (erilliset hiukkaset).

2. Kuitupitoisia täyteaineita sisältävät koostumukset.

3. Koostumukset, joissa on kahden tai useamman jatkuvan faasin läpitunkeutuva rakenne.

Heterogeenisten polymeerikoostumusten edut homogeenisiin polymeereihin verrattuna:

1. lisääntynyt jäykkyys, lujuus, mittojen vakaus.

2. lisääntynyt tuhotyö ja iskunkestävyys.

3. lisääntynyt lämmönkestävyys.

4. alennettu kaasun ja höyryn läpäisevyys.

5. säädettävät sähköiset ominaisuudet.

6. alhaisemmat kustannukset.

On mahdotonta saavuttaa kaikkien näiden ominaisuuksien yhdistelmää yhdessä koostumuksessa. Lisäksi etujen saavuttamiseen liittyy usein ei-toivottujen ominaisuuksien ilmaantuminen (virtausvaikeudet, siten muovautuminen, joidenkin fysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksien huononeminen).

Koostumusten ominaisuuksien laaja vaihtelu voidaan saavuttaa vain muuttamalla faasien välistä morfologiaa ja tartuntavoimaa.

Jotta ulkoinen vaikutus siirtyisi tasaisesti matriisin läpi ja jakautuisi kaikkiin täyteaineen hiukkasiin, tarvitaan vahvaa adheesiota matriisin ja täyteaineen rajapinnassa, mikä saavutetaan adsorption tai kemiallisen vuorovaikutuksen kautta.

Sellaisen sidoksen olemassaolo epäsopimattomien komponenttien välillä heterogeenisissä muoveissa erottaa ne mekaanisista sekoituksista.

Matriisi voi olla metallia, keramiikkaa, hiiltä. Täyteaine esitetään hiukkasten ja kuitujen muodossa, joilla on huomattavasti paremmat fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet kuin matriisilla.

Hiukkasia kutsutaan yleisesti hiukkasmaiseksi täyteaineeksi, ne ovat muodoltaan epämääräisiä, kuutiomaisia, pallomaisia ​​tai hilseileviä, ja niiden koko vaihtelee mm:n murto-osista mikroni- ja nanomittakaavan arvoihin.

Inertti täyteaine ei käytännössä muuta koostumuksen ominaisuuksia.

Aktiivinen täyteaine muuttaa merkittävästi koostumuksen ominaisuuksia. Esimerkiksi kuiduilla on elastisuuslujuusominaisuudet, jotka ovat kaksi suuruusluokkaa suurempia kuin matriisin ominaisuudet. Ne voivat olla jatkuvia tai lyhyitä. Ohuiden kuitujen halkaisija on 5-15 mikronia, paksu (boori tai piikarbidi) - 60-100 mikronia. Lyhyiden kuitujen pituus on 1-2 - 20-50 mm.

Komposiittien nimi vastaa kuitujen luonnetta: lasi-, hiili-, organo-, boori-muovit jne. Hybridivaihtoehdoille - lasi-hiilimuovit, organoboroplastit jne.

Kuitujen suuntaus määrittää siirtymisen täytemuovista lujitemuoviin. Se on järjestelmä orientoituja kuituja, joita polymeerimatriisi pitää yhdessä. Muoveihin kuuluvat materiaalit, joiden välttämätön komponentti on mikä tahansa polymeeri, joka on muovisessa tai viskoosisessa tilassa tuotteiden muovauksen aikana ja lasimaisessa tai kiteisessä tilassa käytön aikana. Muovit voivat olla homogeenisia tai heterogeenisia. Muovit jaetaan kestomuoviin ja kestomuoviin.

Yhdistelmäluokitus:

1. Matriisin luonteen mukaan:

lämpökovettuva kestomuovi.

hybridi.

Lämpökovettuva matriisi - matriisi, joka saadaan kovettamalla epoksia, eetteriä, imidiä, organopiitä ja muita oligomeerejä komposiittien valmistusprosessissa.

Termoplastinen matriisi - matriisi, joka sulatetaan täyteaineen kyllästämiseksi ja jäähdytetään sitten. Näitä ovat PE, PP, polyareenisulfonit, sulfidit, ketonit.

Hybridimatriisissa voidaan yhdistää kertamuovi- ja kestomuovikomponentteja.

2. Täyteaineen luonteen ja muodon mukaan.

Orgaaniset ja epäorgaaniset aineet, jotka ovat luonnollista tai keinotekoista alkuperää. Täyteaineen kimmomoduuli voi olla pienempi tai suurempi kuin sideaineen kimmomoduuli. Matalamoduuliset täyteaineet, joita käytetään yleensä elastomeereinä, vähentämättä polymeerin lämmönkestävyyttä ja kovuutta, lisäävät materiaalin kestävyyttä vaihteleville ja iskukuormituksille, mutta lisäävät sen lämpölaajenemiskerrointa ja vähentävät muodonmuutoskestävyyttä. Mitä suurempi täyteaineen kimmomoduuli ja täyttöaste on, sitä suurempi on materiaalin muodonmuutoskestävyys.

Dispersiotäytteiset komposiitit, Materiaalit, jotka perustuvat lyhyisiin ja jatkuviin kuituihin.

Hiukkasten kemiallinen luonne on monipuolinen: liitu, kiille, metallioksidit, lasipallot, hiili noen tai fullereenin muodossa, aerosiili-, lasi- tai savihiutaleet, kumimaiset sulkeumat jne.

Lujitekuidut - lasi, orgaaninen, hiili jne. Tunnetaan myös erittäin lämmönkestäviä boori- ja piikarbidikuituja, joita käytetään useammin metallien lujittamiseen.

3. Polymeerikomposiittien rakenteen mukaan Matriisi - dispergoituihin ja lyhyisiin kuituhiukkasiin perustuville materiaaleille, kerroksellinen (kaksiulotteinen) ja tilavuusvahvisteisille muoveille, jotka perustuvat kudottuihin ja kuitukangasmateriaaleihin.

Gradienttimateriaalit vaihtelevalla rakenteella.

4. Täyteaineen suuntausasteen mukaan materiaalin anisotropia:

Komposiitit, joissa on satunnainen hiukkasten ja kuitujen järjestely, joilla on isotrooppinen rakenne, komposiitit, joilla on yksisuuntainen kuitusuuntaus, jossa on selvä anisotropia, 90°, komposiitit, joissa on risti, ortotrooppinen orientaatio (0, tietyllä anisotropialla, komposiitit vinolla kuitujen suuntaus eri kulmissa kuin 90°, komposiitit, joissa on viuhkarakenne, joka koostuu kerroksista, joilla on erilaiset kuitusuuntaukset.

5. Materiaalien ja tuotteiden valmistusmenetelmien mukaan:

yksivaiheiset menetelmät - suulakepuristus ja "märkä" käämitys, pultruusio (aveys), tyhjömuovaus, kaksivaiheiset menetelmät suuntaamattomien (esiseokset) tai orientoitujen (prepregien) kuitumateriaalien (puolivalmisteiden) esivalmistukseen, jotka on kyllästetty sideaine, jota seuraa materiaalin (laminaatin) muovaus "kuivilla" käämitysmenetelmillä, puristamalla, autoklaavimuovauksella.

6. Komponenttien lukumäärän mukaan:

kaksikomponenttinen, kolmikomponenttinen PCM, joka yhdistää dispergoituja hiukkasia ja lyhyitä kuituja, polykuituhybridi PCM, yhdistelee kuituja, joilla on samanlainen (lasi-organoplastinen) tai merkittävästi erilainen (lasi-hiilikuitu) muodonmuutoskyky, polymatriisirakenteet esim. yhdistelmän perusteella lämpökovettuvista ja termoplastisista sideaineista.

7. Täyteainesisällön tilavuuden mukaan:

ei-orientoituneella rakenteella - täyteaineen pitoisuus on 30-40% -, orientoidulla rakenteella - 50-75%, erittäin ja erittäin täytettyjä organokuituja - 75-95% -.

8. Toimintojen mukaan:

yksitoiminen (rakenteellinen), monitoiminen, itsediagnostiikkaan kykenevä (älykäs), monitoiminen, itsediagnostiikkaan ja itsesopeutumiseen kykenevä (älykäs).

Komposiittimuovien suunnittelussa on kaksi vaihetta (katso taulukko):

1-laskenta - analyyttinen, 2 - kokeellinen - teknologinen.

1 - sisältää: annettujen kuormitusolosuhteiden analyysin ja tarvittavien ominaisuuksien omaavan muovin valmistusmenetelmän määrityksen. Komposiittimateriaalien mekaniikasta otettuja esityksiä ja kaavoja käytetään:

a) Fenomenologinen lähestymistapa perustuu elastisuus-, virumisteorian jne. yhtälöiden soveltamiseen. anisotrooppisille materiaaleille b) - koostumuksen mekaanisten ominaisuuksien riippuvuuksien määrittäminen täyteainehiukkasten koosta, komponenttien mekaanisista ominaisuuksista, tilavuuspitoisuudesta jne. Näitä riippuvuuksia analysoidaan mikroskooppisella, makroskooppisella ja välitasolla. . Mikrotaso - rakenteellisen heterogeenisyyden taso, joka on oikeassa suhteessa täyteaineelementtien poikittaismittoihin - täyteainehiukkasten halkaisija tai vahvistuskerroksen paksuus.

Taulukko Komposiittimuovien vaadittavat mekaaniset ominaisuudet Komponenttien valinta ja niiden valinta Vahvistuskaavion suhde koostumuksessa

–  –  –

Muoto Kokosuhde PCM-komponenttien vuorovaikutuksen mekanismi Tarkastellaan jännityksen siirtymisen mekanismia matriisista täyteaineeseen sen konfiguraation mukaan.

Yksinkertaisimmassa tapauksessa, kun polymeeri vahvistetaan yksisuuntaisilla jatkuvilla kuiduilla ja venytetään niiden orientaatiosuunnassa, komponenttien muodonmuutos on sama ja niissä syntyvät jännitykset ovat verrannollisia kuitujen kimmomoduuliin ja matriisi. Jos samassa mallissa kuidut ovat erillisiä, niin jännitysjakauma osoittautuu epähomogeeniseksi kuidun pituudella. Kuidun päissä ei ole jännitystä, mutta kuitumatriisin rajalla on tangentiaalisia jännityksiä, jotka ottavat kuidun vähitellen mukaan työhön. Vetojännitysten kasvu kuidussa jatkuu, kunnes ne saavuttavat jatkuvassa kuidussa havaitun keskimääräisen jännitystason. Näin ollen pituutta, jolla tämä tapahtuu, kutsutaan "tehottomaksi". Jännityksen kasvaessa "tehoton" pituus kasvaa ja saavuttaa maksimiarvonsa kuidun lujuutta vastaavalla jännityksellä. Tässä tapauksessa "tehotonta" pituutta kutsutaan "kriittiseksi" I:ksi. Se on tärkeä ominaisuus komposiittien vuorovaikutuksessa ja se voidaan laskea Kellyn kaavalla lcr/dvol = vol/2mat (1), jossa dvol ja vol ovat kuidun halkaisija ja lujuus; matto - matriisin myötöraja tai järjestelmän liimauslujuus.

Riippuen kuitujen lujuudesta ja polymeerimatriisin tyypistä, suhde lcr/dvol voi vaihdella välillä 10 - 200; dvol 10 um, lcr = 0,15-2,0 mm.

Yllä olevasta päättelystä seuraa, että siirtyessä jatkuvista kuiduista erillisiin kuituihin osa kunkin kuidun pituudesta ei havaitse täyttä kuormaa. Mitä lyhyempi vahvistuskuitu, sitä vähemmän tehokas se on. Kohdassa l lcr matriisi ei voi missään olosuhteissa siirtää kuituun riittävää jännitystä tuhoamaan sen. Tästä seuraa, että lyhyiden kuitujen vahvistuskyky (polymeerin kimmo-lujuusominaisuuksien kasvu) on erittäin alhainen. Varsinkin kun otetaan huomioon kuitujen suunta, joka ei ole ihanteellinen sellaisissa materiaaleissa.

Lyhyisiin kuituihin perustuvien materiaalien rakenne on melko kaoottinen. Lyhytkuituisten täyteaineiden edun määrää mahdollisuus materiaalien nopeaan käsittelyyn tuotteiksi. Valu- tai suulakepuristusprosessin aikana tapahtuu kuitenkin kuitujen lisätuhoa, jonka pituus yleensä pienenee 0,1-1 mm:iin.

Vaihdettaessa dispergoituun jauhemaiseen täyteaineeseen jännityksen siirtymisen mahdollisuus matriisista täyteaineeseen vähenee niin paljon, että sen osuus komposiitin lujuuden kasvussa alkaa kilpailla tuloksena olevan matriisin lujuuden heikkenemisen kanssa. korostaa epätasaisuutta ja vikojen kehittymistä. Tästä johtuen tällaisen komposiitin lujuus ei yleensä kasva matriisin lujuuteen verrattuna (joskus jopa hieman pienentynyt).

Kun viskoosia kestomuovia täytetään jäykillä täyteaineilla yli 20 %, havaitaan siirtymä muovivirtauksesta hauraaseen murtumaan. Tässä tapauksessa iskunkestävyys, tuhotyö vähenee merkittävästi. Kimmomoduuli kasvaa täyteaineen määrän kasvaessa, mutta samalla kuormituksen aikana ilmaantuvien halkeamien, "pseudohuokosten" koko ja lukumäärä, kun matriisi irtoaa hajaantuneista hiukkasista saavutettaessa jännityksiä vastaavia jännityksiä. lisää järjestelmän tartuntavoimaa. Teoreettiset ja kokeelliset tutkimukset osoittavat, että pienentämällä täyteainehiukkasten kokoa ja levittämällä niiden halkaisijoita on mahdollista vähentää merkittävästi suurten vikojen ilmaantumisen todennäköisyyttä.

Pääasiallinen syy kovettumiseen on halkeamien kasvusuunnan muutos, kun ne joutuvat kosketuksiin täyteaineen kiinteiden hiukkasten kanssa. Todennäköisin halkeaman kasvusuunta on kohtisuorassa kohdistetun voiman suuntaan nähden. Jos täyteainehiukkanen sijaitsee tähän suuntaan, halkeaman tulee muuttaa suuntaansa tangentiaalisesti hiukkasen pintaan nähden. Siksi, jos hiukkaset ovat kuitujen muodossa ja ovat pitkänomaisia ​​vaikuttavan voiman suunnassa. Halkeamien leviäminen täyteainehiukkasia pitkin on suljettu pois.

Käytettäessä pyöreän poikkileikkauksen omaavaa monoliittikuitua mekaaniset ominaisuudet saavuttavat maksiminsa yleensä arvossa 2 = 0,65 - 0,7. Tarkkuusmenetelmiä käytettäessä profiloitujen kuitujen asettamiseksi on mahdollista nostaa 2 arvoon 0,85, jonka jälkeen koostumusten lujuus alkaa riippua enemmän kuituja sitovan rajapinnan tartuntavoimasta kuin kuidun lujuudesta.

Samalla täyttöasteella (2 = 0,7) ja kimmomoduulisuhteella (E2/E1 = 21) kolmioprofiilikuituisen muovin jäykkyys poikittaissuunnassa ylittää pyöreäprofiilisen kuidun muovin jäykkyyden 1,5 kertaa.

Monoliittisen kuidun korvaaminen ontolla mahdollistaa tuotteiden ominaislujuuden ja jäykkyyden lisäämisen jyrkästi puristuksessa ja taivutuksessa, koska hitausmomentti kasvaa samalla kuitumassalla.

Onttoja kuituja ei ole tehokasta käyttää vetokoostumuksissa profiloitujen kuitujen heikon lujuuden vuoksi. Leikkauksessa on parempi käyttää profiloituja kuituja.

Toinen suunta hiukkasilla täytettyjen polymeerien luomisessa on niiden muuntaminen kumihiukkasilla haurauden vähentämiseksi ja iskunkestävyyden lisäämiseksi.

Positiivisia tuloksia on saatu iskunkestävästä polystyreenistä, epoksista ja muista matriiseista. Materiaalien kovettumismekanismi on ilmeisesti hyvin monimutkainen, mutta päärooli on kumihiukkasten aiheuttama halkeamien kehittymisen estäminen. Monet kirjoittajat huomauttavat, että on tarkoituksenmukaista luoda siirtymäkerros, joka tarttuu hyvin matriisipolymeeri- ja kumifaasiin lujuuden lisäämiseksi.

Palataan yksisuuntaiseen komposiittiin, joka perustuu jatkuviin kuituihin, ja tarkastellaan sen tuhoamisen mikromekaanisia malleja. Alkukuiduilla on erittäin korkeat lujuusominaisuudet, kymmenen kertaa suuremmat kuin bulkkinäytteiden lujuus. Esimerkiksi bulkkilasin lujuus on 50-70 MPa ja kuitujen muodossa - 2,5-3,0 GPa; samanlainen kuva on orgaanisilla ja hiilikuiduilla, joiden lujuus on 4–6 GPa. Tämä ero selittyy joko mittakertoimen vaikutuksella (kuidun pinnan koko määrää mahdollisen vian koon) tai orgaanisille kuiduille hyvin ominaisella orientaatiovaikutuksella.

Alkukuituja testattaessa havaitaan suuri kokeellisten lujuusarvojen hajonta. Siksi yleensä testataan vähintään 50 näytettä, joista löydetään keskiarvo ja sen varianssi.

Heikon lenkin hypoteesin perusteella Weibull sai seuraavan yhtälön näytteen tuhoutumistodennäköisyydelle Р() jännityksen alaisena ja näytteen pituudella L:

Р() = 1 – exp(–L), (2)

joiden vakiot määritetään kokeellisesti saadusta peruskuitujen lujuusjakaumasta. Parametri P kuvaa näytteiden viallisuutta.

Kerroinarvot vaihtelevat välillä 3-5 normaalille ja 10-12 "ehjälle" lasikuidulle.

Todellisuudessa harvoin käsitellään peruskuitua, yleensä monista kuiduista koostuvaa nippua. Danielsin teoreettisten käsitysten mukaan sitoutumattomien kuitujen nipun lujuuden väheneminen härän keskimääräiseen lujuuteen verrattuna määräytyy niiden lujuuden hajoamisesta. Kuormitusprosessissa, kun minkä tahansa kuidun vetolujuus saavutetaan, se katkeaa eikä osallistu enää työhön.

Voima jakautuu uudelleen kokonaisille kuiduille, prosessi jatkuu siihen hetkeen, kun suurin osa ja sitten kaikki langan kuidut (nippu) tuhoutuvat lumivyörymäisesti. Kun =10, langan n lujuus on noin 80 % peruskuidun keskimääräisestä lujuudesta.

Langan kuormituskaavion analyysi - mahdollistaa koko asteittaisen kuidun katkeamisen prosessin jäljittämisen. Se mahdollistaa myös joidenkin langan vikojen tunnistamisen, erityisesti kuitujen pituuseron (erilainen jännitys), mikä lisää niiden tuhoutumisen epäsamanaikaisuutta. Kuitujen vuorovaikutus (sidos), joka johtuu kierteestä tai osittaisesta sitoutumisesta, ilmenee kaavioiden luonteessa

– joista tulee lineaarisempia. Sitoutumattoman kuitukimmun Weibull-kertoimen tulisi pysyä samana kuin peruskuiduilla: Niiden sidosten tapauksessa se pyrkii kasvamaan.

Polymeerimatriisi, joka sitoo palkin yhdeksi kokonaisuudeksi - mikromuoviksi - johtaa sen lujuuden kasvuun. Tässä tapauksessa lujuus ei käytännössä riipu näytteen pituudesta (= 30–50), mikä viittaa murtumismekanismin muutokseen. Tosiasia on, että jostain paikasta repeytynyt kuitu ei lakkaa havaitsemasta kuormaa, kuten langassa, vaan toimii edelleen samalla jännitystasolla kuin vierekkäisissä kuiduissa. Tämä tapahtuu etäisyydellä lcr murtumapaikasta mekanismin mukaisesti, jota tarkasteltiin edellä lyhyisiin kuituihin perustuville materiaaleille.

Gurlandin ja Rosenin kehittämän tilastollisen lujuusteorian mukaan yksisuuntaisen komposiitin vetomurto tapahtuu murtumien kertymisen kautta, murskaamalla kuituja polymeerimatriisiin. Tässä tapauksessa komposiitissa olevien kuitujen tr teoreettinen lujuus on yhtä suuri kuin "kriittisen" pituuden lcr sitoutumattoman kuitukimmun lujuus.

tr = (lkre)–1/ Käytännössä kuitujen murskausprosessia ei voida suorittaa loppuun. Sen katkaisee yleensä päähalkeaman ilmaantuminen ja kehittyminen, joka johtuu ylijännityksistä alueella, johon kerääntyy eniten vikoja, tai kuitu-sideaineen rajapinnassa tapahtuva delaminaatio. Tämä mekanismi mahdollistaa korkeimpien lujuusarvojen saamisen, koska se liittyy energian hajaantumiseen suurten vapaiden pintojen muodostamiseksi. Tämän perusteella, kun pohditaan kysymystä kuitujen lujuuden toteuttamisesta komposiitissa, on suositeltavaa verrata wc:n kokeellisia arvoja lujuuteen tr, joka voisi olla kuidunmurskausmekanismin toteutuksessa:

Kp = ox / tr, missä Kp on lujuuden toteutumiskerroin.

Sen todelliset arvot saavuttavat 60-80 % yksisuuntaisista lasi-, organo- ja hiilivahvistetuista supervahvista kuituihin perustuvista muoveista.

Samanlaista lähestymistapaa on ehdotettu myös lasivahvisteisten muovien lujuuden toteutumisen tutkimiseksi pituussuuntaisessa puristuksessa.

Tällä hetkellä harkitaan kahta päävaihtoehtoa vikamekanismille:

Kuitujen lommahduksesta johtuva tuhoutuminen elastisella pohjalla;

Materiaalin kerrostuminen leikkausjännitysten vaikutuksesta.

Pääasiallinen ensimmäisen murtumismallin tarkastelusta johtuva riippuvuus liittyy materiaalin tszh puristuslujuuteen matriisin Gm leikkausmoduuliin ja sen tilavuussisältöön m:

tszh = Gm / Vm Tämän kaavan mukaan suoritetut laskelmat antavat erittäin korkeat tszh:n teoreettiset arvot. Esimerkiksi leikkausmoduulilla Gm = 1-1,5 GPa, tyypillinen epoksihartseille ja m = 30%, puristuslujuus tszh voisi olla 3-5 GPa, kun taas todellisilla materiaaleilla se ei ylitä 1,5 GPa .

Voidaan väittää, että kaikissa tapauksissa lasivahvisteisten muovien lujuuden HOA:n puristuessa ja leikkausleikkauksen välillä on yhteys:

tszh =K shift, mikä osoittaa, että toinen mekanismi on vallitseva. Tämä selittyy näytteiden rakenteen virheillä ja testauksen aikana syntyvällä epähomogeenisella jännityskentällä. Erityiset menetelmät yksisuuntaisen lasikuidun valmistukseen ja tutkimukseen mahdollistivat TCF:n nostamisen arvoon 2-3 GPa, eli suurelta osin oli mahdollista toteuttaa kuidun nurjahdusmekanismi nostaen lujuuden toteutumiskerrointa arvosta 30-40 60-70 %:iin.

Organoplastia puristettaessa tapahtuu hajoamista pitkin leikkaustasoa, joka on suunnattu 45°:n kulmaan kuidun akseliin nähden, mikä on tyypillistä muovikuiduille.

Samanlainen mekanismi näyttää tapahtuvan hiilimuoveille, vaikka tässä tapauksessa se on yhdistetty leikkauselementtiin.

Komposiittien tuhoutumismekanismien moninaisuus mahdollistaa kysymyksen sideaineen ominaisuuksien optimoinnista. Esimerkiksi materiaalin vetolujuuden lisäämiseksi kuituja pitkin on tarpeen vähentää "kriittistä" pituutta, joka saavutetaan lisäämällä matriisin jäykkyyttä. Toisaalta tämä johtaa jännityspitoisuuden lisääntymiseen ja päähalkeaman kasvuun. Näiden mekanismien kilpailua havaitaan komposiitin lujuuden äärimmäisenä riippuvuutena sideaineen myötörajasta, jota muutetaan lämpötilaa, testausnopeutta tai pehmittävien lisäaineiden lisäämisellä.

Kussakin tapauksessa optimi on:

se riippuu kuitujen luonteesta, olemassa olevista teknisistä jännityksistä ja vioista. Ristiriitaiset vaatimukset sideaineelle kovenevat, kun otetaan huomioon sen valmistettavuus, lämmönkestävyys, kyky absorboida dynaamisia vaikutuksia (iskulujuus) jne. Komposiittimateriaalien heikoin kohta on niiden alhainen lujuus ja leikkausmuodonmuuttuvuus. Siksi teknologiset ja toiminnalliset jännitykset johtavat usein materiaalin halkeilemiseen.

Komposiitin halkeilukestävyydelle on yleensä tunnusomaista ominaismurtolujuus Gc, eli uuden pinnan muodostuksen aikana haihtunut energia. Mitä suurempi ominaismurtolujuus on, sitä suurempi on komposiitin kestävyys delaminoitumista vastaan. Lamien välinen viskositeetti kasvaa matriisin muodonmuutoskyvyn, kuidun ja matriisin välisen adheesion ja kuitujen välisen sidoksen (VCB) paksuuden kasvaessa.

Epoksimatriisien muuntaminen kumeilla ei johtanut materiaalien ominaisuuksien merkittävään paranemiseen. Ehkä tämä johtuu siitä, että kuitujen välisen tilan koko rajoittaa komposiitin plastisuusvyöhykettä. Paljon suurempi vaikutus havaitaan käytettäessä termoplastisia matriiseja, esimerkiksi polyesterikatkokuitua, jonka muotoutuvuus on 80-100%. Tässä tapauksessa Gc:n arvot kasvavat lähes suuruusluokkaa.

Polymeerikomposiittien mikromekaaniset mallit mahdollistavat analyyttisten riippuvuuksien paljastamisen, jotka osoittavat kuitujen, matriisin ominaisuuksien, niiden adhesiivisen vuorovaikutuksen, materiaalirakenteen ja murtumismekanismien vaikutuksen yksisuuntaisen kerroksen makroskooppisiin kimmo-lujuusominaisuuksiin. Ne kuvaavat parhaiten komposiitin kimmo- ja vetolujuuden rajaa. Siinä tapauksessa, että kuitujen ja matriisin muodonmuutokset ovat samat, tapahtuu seuraavat additiiviset suhteet, jotka osoittavat kunkin komponentin osuuden suhteessa sen tilavuussisältöön Ek = Evv + Emm

–  –  –

Näitä yhtälöitä kutsutaan "sekoitussäännöksi".

Koska polymeerimatriisin osuus ei yleensä ylitä 2–5%, se voidaan jättää huomiotta:

Ек () = Евв ja к ()= вв Jännitteen alaisena olevan komposiitin venymä poikittaissuunnassa muodostuu kuitujen ja sideaineen muodonmuutoksesta. Kimmomoduuli E() voidaan laskea kaavalla 1/ Ek() = v/Ev + m/Em. On otettava huomioon, että itse kuitujen kimmomoduuli poikittaissuunnassa on sama kuin kimmomoduuli joustavuus pituussuunnassa vain isotrooppisille lasi- ja boorikuiduille. Hiili- ja orgaanisilla kuiduilla poikittaismoduuli on huomattavasti pienempi kuin pituussuuntainen. Samanlainen riippuvuus tapahtuu yksisuuntaisen komposiitin leikkausmoduulille kuitujen "tasossa".

Komposiittien lujuus poikittaisessa vedossa-puristuksessa ja leikkausvoimassa riippuu monista tekijöistä, ensisijaisesti matriisin ominaisuuksista, liimavuorovaikutuksesta, materiaalin rakenteesta - huokosten ja muiden vikojen esiintymisestä. Analyyttisillä riippuvuuksilla voi tässä tapauksessa olla vain korrelaatioluonne. On yleisesti hyväksyttyä, että vahvistaminen vähentää komposiitin lujuutta poikittaissuunnassa noin 2 kertaa homogeenisen matriisin lujuuteen verrattuna.

Komposiittien elastisuusominaisuudet Lujuus ja jäykkyys ovat minkä tahansa materiaalin tärkeimmät ominaisuudet. Kun näytettä kuormitetaan jännityksellä tai puristamalla, siihen syntyy normaaleja jännityksiä ja vastaavia venymiä, jotka lisääntyvät, kunnes materiaali tuhoutuu.

Lopullista (maksimi) jännitystä kutsutaan sen vahvuudeksi. Lineaarisilla elastisilla materiaaleilla on suora suhde jännityksen ja venymän välillä Hooken laki = E. Suhteellisuuskerroin kuvaa materiaalin jäykkyyttä ja sitä kutsutaan kimmomoduuliksi eli Youngin moduuliksi E.

Tämä laki toteutuu myös silloin, kun näyte kuormitetaan leikkausjännityksellä (tangentiaalilla) ja muodonmuutoksilla, joita esiintyy esimerkiksi vääntymisen aikana.

Suhteellisuuskerrointa tässä tapauksessa kutsutaan leikkausmoduuliksi G: =.G.

Kun materiaalia venytetään, samanaikaisesti venymisen kanssa, sen poikittaismitat pienenevät, jolle on tunnusomaista Poissonin suhde, joka muodostaa suhteen näytteen x = µ y:n venymien välille.

Isotrooppisten materiaalien elastisuusominaisuudet kuvataan hyvin kahdella vakiolla E ja G, joiden välinen suhde vastaa yhtälöä G = E/2(l + µ).

Yllä olevat suhteet kuvaavat hyvin isotrooppisia materiaaleja, joiden ominaisuudet ovat samat kaikkiin suuntiin. Näitä ovat esimerkiksi hiukkasilla täytetyt polymeerit sekä komposiitit, jotka perustuvat kaoottisen rakenteen lyhyisiin tai jatkuviin kuituihin. (Kuitumateriaaleille on aina olemassa tietty orientaatioaste, joka määräytyy teknisten tekijöiden vaikutuksesta.) Mitä tahansa rakennetta kuormitettaessa materiaalin jännitys-venymätila muuttuu useimmiten epähomogeeniseksi. Tässä tapauksessa on mahdollista tunnistaa tärkeimmät (maksimi) jännitykset, jotka voivat aiheuttaa sen tuhoutumisen. Esimerkiksi putkessa, joka on sisäisen tai ulkoisen paineen alaisena, vannejännitykset ovat kaksinkertaiset aksiaalisiin jännityksiin verrattuna, eli puolet isotrooppisen materiaalin paksuudesta on tehotonta aksiaalisten jännitysten kannalta. Jännityskentän epähomogeenisuus voi myös olla huomattavasti suurempi. Kuoreilla, joissa on avoin uloskäynti (aseet, kranaatinheittimien piiput), säteittäisten ja aksiaalisten jännitysten suhde saavuttaa 8-10 tai enemmän. Näissä tapauksissa tulee hyödyntää kuitumateriaalien huomattavaa kykyä, joka voidaan orientoida matriisissa pääkäyttöjännitysten jakautumisen mukaisesti.

Harkitse esimerkkiä yksisuuntaisesta kerroksesta. Yksisuuntainen kerros on isotrooppinen suunnassa, joka on kohtisuorassa kuidun suuntausakseliin x nähden. yksi.

–  –  –

Kuituja pitkin kulkevan yksisuuntaisen kerroksen vetolujuus voi vaihdella välillä 1,0 - 2,5 GPa riippuen kuitujen lujuustasosta, sideaineen tyypistä ja pitoisuudesta. Tässä tapauksessa lujuus poikittaissuunnassa ei ylitä 50-80 MPa, ts. anisotropiakerroin on 20-30.

Pienellä kuormituksen suunnan poikkeamalla kuitujen orientaatiosuunnasta ei ole juuri mitään vaikutusta komposiitin vetolujuuteen. Tästä syystä kuitujen jonkinlainen suuntaamattomuus (3-5°) sallitaan erityisellä levittimellä tai käämitysvälin lisäämisellä materiaalin poikittaislujuuden lisäämiseksi. Puristuksen tapauksessa tätä ei voida hyväksyä, koska se edistää leikkausjännitysten kehittymistä, jotka määräävät materiaalin puristuslujuuden.

Yksisuuntainen komposiitti on monimutkaisen rakenteen perusta, joka syntyy yhdistämällä yksittäisiä kerroksia rakenne-elementin suorituskykyvaatimusten mukaisesti. Valmistusmenetelmät: tyhjiö- tai autoklaavimuovaus, puristus, kelaus.

Tarkastellaan edelleen teoreettisia malleja monimutkaisen rakenteen kerroskomposiittien muodonmuutos- ja tuhoutumisprosessien kuvaamiseksi. Perinteisesti laskentamenetelmien kehittämisessä voidaan erottaa kaksi päälähestymistapaa: fenomenologinen ja rakenteellinen. Fenomenologisessa lähestymistavassa komposiittimateriaalia pidetään homogeenisena anisotrooppisena väliaineena, jonka malli perustuu kokeellisesti saatuun tietoon. Valittu lujuuskriteeri koskee koko materiaalia kokonaisuutena. Fenomenologisten mallien etuna on laskennan yksinkertaisuus. Kuitenkin materiaaleille, joilla on monimutkainen vahvistuskaavio, on määritettävä monia empiirisiä kertoimia, mikä vaatii suuren määrän kokeita. Lisäksi fenomenologiset mallit eivät ota huomioon murtuman aikana tapahtuvia rakenteellisia prosesseja: halkeilua, mikroskooppista jne.

Täyteainehiukkasten optimaalisen koon määrittäminen Hiukkaspinnan eri osissa (mikrohiutaleissa tai mikrokuiduissa) esiintyvä jännitys riippuu etäisyydestä r vastaavasta pinta-alasta = – o(1 –)/ 2r, missä on Poissonin suhde.

Lujuus hienojakoisen täyteaineen ominaispinnan kasvaessa kasvaa tiettyyn maksimiin riippuen koostumuksen komponenttien luonteesta.

Jatkuvien kuitujen optimaalinen halkaisija d venyvässä ortotrooppisessa muovissa tietyllä kuitujen välisellä etäisyydellä määritetään yhtälöllä d (1/2 - 1), jossa 1, 2 ovat side- ja täytekuitujen suhteellisia katkeamisvenymiä, vastaavasti.

Täyteainehiukkasten muodon valinta Hiukkasten muoto vaikuttaa muovin hajoamismekanismiin. Tuotteiden koko ja muoto sekä käsittelytekniikka otetaan huomioon.

Pienen paksuuden ja monimutkaisen konfiguraation omaavien tuotteiden tapauksessa etusija annetaan erittäin dispergoituneille täyteaineille (jauheille), koska ne jakautuvat helposti sideaineeseen säilyttäen alkuperäisen jakautumisen tuotteen muovauksen aikana.

Erittäin dispergoituneiden täyteaineiden käyttö vähentää tuotteiden tuhoutumisen todennäköisyyttä ja delaminaatiota myöhemmän koneistuksen aikana.

Kiinteät sulkeumat venytetyssä näytteessä vähentävät jännitystä sideaineen kosketusvyöhykkeellä täyteaineen kanssa, mutta itse pallomaisessa hiukkasessa jännitys ylittää

1,5 kertaa jännite siitä etäällä olevilla sideainevyöhykkeillä, ts. täyteaine vie suurimman osan kuormasta.

Täyteaineen vaikutus kasvaa, jos hiukkaset ovat muodoltaan ellipsoidisia ja ne ovat muodonmuutosakselin suunnassa.

Komponenttien valinta optimaalisella mekaanisten ominaisuuksien suhteella Olosuhteet: tartuntavuorovaikutus on suurempi kuin sideaineen koheesio, molemmat komponentit toimivat yhdessä tuhoutumiseen asti, ihanteellisesti täyteaineen ja sideaineen elastisuus.

Optimaalisen täyttöasteen määrittäminen Edes lujitekuiduilla ei aina ole muovia vahvistavaa vaikutusta. Jos sideaineen ja lujitteen muodonmuutosominaisuuksien suhde yksisuuntaisessa muovissa täyttää ehdon св, niin kuitujen kriittiseen tilavuuspitoisuuteen (в, cr) asti jopa lineaarinen vetolujuuden lasku = с(1 – в) havaitaan.

Sideaineen murtumishetkellä tapahtuneen vähäisen muodonmuutoksen vuoksi, joka on yhtä suuri kuin c, kuitujen havaitsema jännitys on liian pieni kompensoimaan polymeerimatriisin lujuuden heikkenemistä. Vain v, cr:stä alkaen lujitetun kuidun kokonaislujuus voi kompensoida matriisin lujuuden heikkenemistä ja muovin lujuus alkaa kasvaa.

Jokaiselle muoville on tunnusomaista oma b, kr, joka valitulle polymeerisideaineelle on sitä pienempi, mitä vahvempia vahvikekuidut ovat, ja valitulla kuitutyypillä se kasvaa sideaineen c lujuuden kasvaessa.

Suurin täyttöaste v,max vastaa ihanteellisesti sellaista kuitujen pakkaustiheyttä, jossa ne koskettavat toisiaan pitkin sylinterimäisten pintojen generaattoreita. Suurin pakkaustiheys saavutetaan eri täyttöasteilla.

OOO w,max = 0,785, kuusikulmainen OOO w,max = 0,907 Tetragonaalinen OOO l,max = 0,907 Tetragonaalinen OOO l,max = 0,907 Tetragonaalinen OOO l,max = 0,924.

Optimaalinen aste on pienempi kuin suurin yksi in,opt 0,846/(1 + min/D)2, missä min on pienin mahdollinen kuitujen välinen etäisyys.

Polymeerikomposiittimateriaalien (PCM) rakenteen ja ominaisuuksien ominaisuudet.

PCM korkealla kuitupitoisuudella. Komposiittien fysikaalis-mekaaniset ominaisuudet riippuvat olennaisesti komponenttien suhteellisesta pitoisuudesta. Seossäännön mukaan mitä suurempi kuitupitoisuus on, mitä suurempi niiden tiivistys on, sitä korkeampi (ceteris paribus) tulisi olla komposiittien kimmokerroin ja lujuus. Materiaalin härkäkuitujen massapitoisuuden laskenta perustuu niiden määrään näytteessä, joka määritetään teknisistä näkökohdista (lineaaritiheys, kangaskerrosten lukumäärä tai käämitysparametrit). Lasikuidun osalta voit käyttää sideaineen polttomenetelmää. On olemassa suhde ox + sv = 1.

Teoreettisesti suurin mahdollinen halkaisijaltaan olevien kuitujen pitoisuus tiheimmällä kuusikulmaisella pakkauksella on 90,8 tilavuusprosenttia. Kun otetaan huomioon kuitujen halkaisijoiden todellinen hajonta (10 %), tämä arvo laskee noin 83 prosenttiin. Monissa tutkimuksissa kuitupitoisuutta tilavuus = 0,65 pidetään optimaalisena. Tämä arvo ei ilmeisesti kuvaa sideainekalvojen paksuutta (ne ovat erilaisia), vaan kuiturunkoa, joka muodostuu materiaalin muodostuksen aikana jollakin menetelmällä. Voimatekijöiden vaikutus (jännitys käämityksen aikana ja puristuspaine) on tässä tapauksessa tehoton, koska se johtaa vain kuitujen tuhoutumiseen.

Todellinen tapa lisätä komposiittien kimmo-lujuusominaisuuksia lisäämällä kuitupitoisuutta on tiivistää niiden pinoaminen prepregissä, kunnes niiden asema komposiittirakenteessa on kiinteä. Sideaineen viskositeettia pienentämällä ja voimatekijöiden vaikutusta lisäämällä pystyttiin nostamaan lasi- ja orgaanisten kuitujen pitoisuutta yksisuuntaisessa komposiitissa jopa 78 tilavuusprosenttiin. Samalla sen elastisuus-lujuusominaisuudet paranivat vastaavasti. Kuitujen pitoisuus ei teoriassa riipu niiden halkaisijasta, mutta käytännössä tällä on suuri merkitys. Hiilikuitujen, joiden halkaisija on puolet lasi- tai orgaanisten kuitujen halkaisijaltaan, oli mahdollista nostaa niiden hiilikuitupitoisuutta vain 65 %:iin, koska kitkaa on vaikeampi voittaa sellaisessa järjestelmässä ja poistaa ylimääräistä sideainetta.

Orgaanisia CBM-kuituja käytettäessä on mahdollista saada erittäin lujitettuja organomuoveja, joiden kuitupitoisuus on jopa 90-95 %. Tämä saavutetaan kuitujen peruuttamattomasta lämpömuodonmuutoksesta niiden akseliin nähden kohtisuorassa suunnassa, mikä johtaa kuitujen poikkileikkauksen muutokseen pyöreästä mielivaltaisen muotoiseen poikkileikkaukseen johtuen kosketuksesta viereisten kuitujen kanssa. SVM:n kuitujen välinen vuorovaikutus saadaan aikaan joko sideaineen ohuimpien, luultavasti osittain kuitujen sisällä sijaitsevien kerrosten kautta tai kuitujen komponenttien keskinäisen diffuusion aikana muodostuvalla autoheesiivisella sidoksella.

Rengasnäytteiden kimmomoduuli ja lujuus muuttuvat lineaarisesti lähes koko kuitujen tilavuuden kasvun alueella, mikä osoittaa, että "sekoitusten sääntö" täyttyy.

Komposiitin kimmo-lujuusominaisuuksia lisäävä vaikutus (20-40 %) on niin merkittävä, että se kompensoi merkittävästi joissain tapauksissa havaittujen materiaalien leikkaus- ja poikittaisominaisuuksien heikkenemistä sekä niiden veden imeytymisen lisääntymistä.

Elementissä, joihin ei kohdistu leikkauskuormitusta, tulee käyttää voimakkaasti ja erittäin lujitettuja komposiitteja. Säänkestävyyden parantamiseksi rakenteen ulkokerrokset voidaan valmistaa komposiiteista, joissa on normaali tai korkea sideainepitoisuus.

HYBRIDI JA GRADIENTI VAHVISTETTU MUOVIT (HAP) KANSSA

SÄÄDETTÄVÄT MEKAANISET OMINAISUUDET

Tällaisten materiaalien mekaaninen käyttäytyminen jännityksen, puristuksen, taivutuksen ja leikkauksen alaisena noudattaa pohjimmiltaan additiivisuusperiaatetta, eli "seosten sääntöä".

HAP:n tutkimuksessa havaitaan erilainen säännönmukaisuuksien luonne yhdistämällä kuituja, joilla on erilainen muodonmuutoskyky. Hiili-lasi-, hiili-orgaaninen-, boorilasi- ja boori-organoplastia venytettäessä kuitujen tuhoutuminen ei tapahdu samanaikaisesti.

Komposiitin rajoittava muodonmuutos määräytyy tässä tapauksessa pääasiassa niiden kuitujen muodonmuutosten perusteella, joiden tilavuuspitoisuus vallitsee.

Merkitään suuren moduulin kuidut indeksillä "1", matalamoduuliset kuidut indeksillä "2".

Suurella kuitupitoisuudella, joilla on korkea kimmokerroin (ja pieni murtovenymä 1), komposiitin lujuus lasketaan kaavalla k1 = 1(ECBb + E11 + E22). kimmokerroin, komposiitin lujuus lasketaan kaavalla + E22) Kolmikomponenttisten materiaalien hajoamismekanismi muuttuu saavutettaessa eri kimmokerroin µcr kuitujen tietty kriittinen suhde, jossa eri murtovenymillä omaavien kuitujen tuhoutuminen tapahtuu yhtä todennäköistä, ts. k1 =.

k2. Jättäen huomioimatta matriisin vahvuuden, saamme suhteen 1 E11 + 1E22 = 2 E22, jonka muuntamisen jälkeen meillä on:

1/ 2 = k = E2(2 – 1)/ 1 E1 Koska 2 = 1 – 1, niin µkr2 = k/(1 + k).

Hiilikuituvahvisteisille muoville voidaan ottaa E1 = 250 GPa, E2 = 95 GPa, 1 = 0,8%, 2 = 3,5%, sitten k = 0,3; µcr1 = 23 % tai µcr2 = 77 %.

Kriittisen tilavuuden käsite pätee myös yhteen kuitutyyppiin perustuville komposiiteille. Se luonnehtii siirtymistä sideaineen tuhoutumisesta kuitujen tuhoutumiseen.

Niiden elastisten ominaisuuksien suuresta erosta johtuen µcr on hyvin pieni ja muodostaa 0,1-0,5 % kuiduista.

Tarkastellaan hiilikuituvahvisteisten muovien muodonmuutoskäyriä, joissa on eri moduulipitoisuuksia. Alkuosassa I muodonmuutoskäyrät ovat lineaarisia, hiili- ja lasikuidut deformoituvat yhdessä, kimmomoduuli koostuu kahdesta komponentista ja vastaa additiivisia esityksiä. Näytteet, jotka sisältävät enemmän kuin kriittisen määrän hiilikuituja, tuhoutuvat 0,7-0,9 %:n muodonmuutoksella. Hiilikuituvahvisteisten muovien muodonmuutoskäyrien epälineaarista osuutta II, jossa hiilikuitupitoisuus on pienempi kuin kriittinen, voidaan pitää "pseudoplastisuus"-osona, joka johtuu hiilikuitujen asteittaisesta murskautumisesta lasikuitumatriisissa, mikä varmistaa materiaalin eheyden. Epälineaarinen osa II päättyy noin 2 %:n jännitykseen. Seuraavaksi havaitaan lähes lineaarinen leikkaus III, jossa kimmomoduuli vastaa lasikuitujen osuutta komposiitissa ja lopullista jännitystä.

– lasikuitujen murtovenymä 2 3-3,5 %.

Kun näyte ladataan uudelleen, kaavio on täysin lineaarinen ja vastaa alkuperäisen käyrän kolmatta osaa. Samanaikaisesti kuitujen murskaamista tapahtuu ilmeisesti vielä kahden tai kolmen kuormitus-purkujakson aikana, koska vasta tämän jälkeen vahvistetaan sähkövastuksen jatkuva korrelaatioriippuvuus näytteen muodonmuutoksesta.

HAP:n vetolujuuden riippuvuudelle eri kimmokerroin kuitujen suhteesta on ominaista käyrä, jonka minimi vastaa kuitujen kriittistä suhdetta.

Puristustestattujen materiaalien kaaviot - ja lujuusriippuvuudet ovat lähes lineaarisia. Matalalujuudet (puristus) orgaaniset ja hiilikuidut, jotka ovat lasi- tai boori-muovimatriisissa, eivät välttämättä menetä stabiilisuutta muodonmuutoksissa ja siten 2-3 kertaa suuremmissa jännityksissä kuin tavanomaisissa orgaanisissa ja hiilimuoveissa. Monet kirjoittajat kutsuvat näitä vaikutuksia, samoin kuin hiilikuitujen muodonmuutoskyvyn lisääntymistä lasikuitumatriisissa jännityksen alaisena.

Eri tyyppisiä kuituja sekoitetaan yhdessä kerroksessa tai vaihtoehtoisissa kerroksissa.

Alla on muutamia esimerkkejä rationaalisimmasta HAP-moduulin kuitujen yhdistelmästä:

lasin ja orgaanisten kuitujen yhdistelmä mahdollistaa toisaalta materiaalien saamisen, joilla on suurempi puristus- ja leikkauslujuus (verrattuna organoplastisiin muoviin), toisaalta lisätä hybridijärjestelmän ominaispiirteitä jännityksessä (verrattuna lasikuitu);

Lasin ja hiilikuitujen yhdistelmään perustuvalla HAP:lla on korkeampi kimmokerroin verrattuna lasikuituun, säilyttäen samalla materiaalien lujuuden erityisominaisuudet puristuksessa ja hieman pienentyneessä jännityksessä; näytteiden tuhoaminen lisääntyy;

Boorikuitujen lisääminen lasivahvisteisiin muoveihin voi merkittävästi lisätä niiden kimmokerrointa säilyttäen (tai lisäämällä) materiaalien puristuslujuutta.

Yksi HAP:n lajikkeista on gradientti-PCM, jonka rakenne ja ominaisuudet ovat spatiaalisesti epähomogeenisia. Tasainen, hallittu muutos PCM:n kimmo-lujuusominaisuuksissa joissakin tapauksissa mahdollistaa yhtenäisen jännityskentän luomisen. Esimerkiksi kuormitettaessa homogeenisia PCM-kuoria sisäisellä tai ulkoisella paineella rakenteen paksuuden kasvaessa havaitaan niiden tehokkaiden kimmo-lujuusominaisuuksien merkittävä väheneminen. Vain paineväliaineen vieressä olevat kerrokset ovat täysin kuormitettuja. Tietystä paksuudesta alkaen PCM lakkaa käytännössä ottamasta lisäkuormaa, eikä kuoren paksuuden lisääminen ole järkevää. Teoriassa tämä ilmiö voidaan välttää, jos käytetään vaihtelevan (paksuuden kasvun) kimmomoduulin PCM:ää.

Tässä tapauksessa materiaalin paino- ja kokoominaisuudet paranevat 1,5-2 kertaa.

Käytännössä tämä vaihtoehto voidaan toteuttaa esimerkiksi käärimällä PCM-kuori kerroksittain lisäämällä asteittain (laskennan mukaan) hiilikuitujen määrää lasiin verrattuna. Samanlaisia ​​ongelmia (ja niiden ratkaisuja) kohdataan myös luotaessa supervauhtipyöriä tai suurella nopeudella pyöriviä roottorin suojuksia. Erilaisen kuitupitoisuuden omaavien kerrosten sijainnin vaihtelu mahdollistaa materiaalien leikkaus-, tärinä- ja väsymislujuuden, veden- ja säänkestävyyden lisäämisen.

Gradienttirakennekomposiitit laajentavat merkittävästi PCM:n mahdollisuuksia.

Melkein kaikilla "luonnollisilla rakenteilla" on tällainen rakenne (kasvien rungot ja varret, kasvien ja eläinten suojaavat neulat, lintujen nokat ja höyhenet ja monet muut esimerkit). On selvää, että tässä asiassa on vahva jäljessä luonnosta ja keinotekoisesti luotujen tuotteiden suorituskyvyn parantamiseen on valtava varaus.

"Älylliset" komposiitit XX vuosisadan lopussa. materiaalitieteessä on ilmestynyt uusi termi - "älykäs"

materiaaleja. Hyväksytty "älykkään" materiaalin käsite määrittelee sen rakennemateriaaliksi, joka kykenee itsediagnostiikkaan ja itsesopeutumiseen. Näiden materiaalien tulee kyetä tunnistamaan syntyvä tilanne (aistitoiminto), analysoimaan sitä ja tekemään päätös (prosessoritoiminto) sekä herättämään ja suorittamaan tarvittava reaktio (toteutustoiminto).

Tällä hetkellä ei ole olemassa komposiitteja, jotka täyttäisivät kaikki nämä vaatimukset. Nämä tehtävät voidaan kuitenkin ratkaista osittain (askel askeleelta) ensinnäkin - tehtävät luoda materiaaleja, jotka kertovat niiden tilasta, käyttökuormien lähestymisestä suurinta sallittua, halkeilua, kemiallista korroosiota, veden imeytymistä jne.

Tällaisten komposiittien anturielementtien päävaatimus on herkkyys mekaaniselle rasitukselle ja kyky jakautua koko tilavuuteen. Ihanteellinen anturi muuttaisi jännityksen sähköisiksi signaaleiksi. Tässä mielessä johtavat kuidut ovat lupaavia, joita voidaan lisätä komposiitteihin muodostumisen aikana. Näitä ovat konstantaani- tai nikromilanka, johtavat hiili- tai boorikuidut, polyvinylideenifluoridista valmistetut pietsosähköiset kalvot jne.

Polymeerikomposiittien viskoelastisten ominaisuuksien hallinta (defektoskooppi) suoritetaan akustisilla menetelmillä, joilla vahvistetaan äänen nopeuden ja sen absorptiokertoimen välinen suhde. Käytettäessä polymeerien magnetodielektrisiä ominaisuuksia PCM-diagnostiikassa on suositeltavaa lisätä dispergoituja (kolloidisia) magneettisten ja sähköä johtavien materiaalien hiukkasia, mukaan lukien raudan, kuparin, nikkelin, hiilinanohiukkasten (fullereenit ja nanoputket) ultrahienoja jauheita.

Toimi (adaptiivinen) mekanismien toimintaperiaate on muodonmuutos, joka syntyy minkä tahansa ilmiön seurauksena - kuumeneminen, sähköisen signaalin syöttäminen jne. Pietsosähköinen vaikutus, sähkö- ja magnetostriktio sekä muotomuistiefekti sopivat parhaiten materiaalin aktivoimiseen. . Nämä mekanismit varmistavat, että sähköinen signaali muunnetaan laukaistuksi muodonmuutokseksi. Suurin vaikutus havaitaan metalleille, joilla on muotomuisti. Titaanin ja nikkelin seos antaa muodonmuutoksia jopa 2 %. Toinen toimilaitteen tärkeä indikaattori on sen kimmomoduuli, joka määrittää mahdollisuuden luoda tietty jännitys-venymätila. Se on yleensä verrattavissa perusmateriaalin kimmomoduuliin.

"Älykkäiden" komposiittien valmistusprosessi vastaa pohjimmiltaan prosessia, jossa tuote saadaan perusmateriaalista. Tässä tapauksessa materiaaliin on lisättävä tiedot ja toimeenpanoelementit, mikä rikkoo sen rakennetta mahdollisimman vähän. On myös tarpeen kiinnittää huomiota sideaineen kovettumisen aikana tapahtuvien mikromekaanisten prosessien monimutkaisuuteen.

”Älykkäät” komposiitit ovat tietysti tulevaisuuden materiaalia, mutta ulkomailla (Yhdysvalloissa, Japanissa, Isossa-Britanniassa, Kanadassa) tehdään jo nyt intensiivistä tieteellistä ja teknistä työtä tällaisten materiaalien luomiseksi nykyaikaiseen teknologiaan, ensisijaisesti lentoliikenteeseen. , raketti ja avaruus jne. jne., sekä joukkotiedotusvälineille. Esimerkkejä "älykkäitä" materiaaleja käyttävistä malleista ovat F-15-siiven etureuna, segmenttiheijastin ja avaruusalusten kääntörakenteen toimilaitteet, ilma-alukset, joissa melua ja tärinää on vähennetty. Saksalaiset yritykset, jotka luovat moderneja tuulivoimageneraattoreita, tarkkailevat halkaisijaltaan jopa 100 m tai enemmän siipien kuntoa. Materiaalin sisään sijoitetut optiset kuidut mahdollistavat sen rakenteellisen eheyden tarkkailun ja teriin kohdistuvan kuormituksen arvioinnin, jotta ne pysyvät automaattisesti optimaalisella tasolla. Myös materiaalin delaminoitumisen mahdollisuus esimerkiksi salamaniskun seurauksena on hallinnassa.

Komposiittimuovien ominaisuuksien riippuvuus komponenttien vuorovaikutuksesta Rajapintavyöhykkeen komponenttien keskinäisen vaikutuksen määrää koostumuksen koostumus ja sen muodostumisolosuhteet. Harvinaisissa tapauksissa on mahdollista muodostaa toiminnallinen suhde mekaanisten ominaisuuksien ja vuorovaikutuksen välille.

Kun liimaus lisää adhesiivista lujuutta, tartuntavoiman ja vetojännityksen välillä on korrelaatio.

Kuitujärjestelyn valinta perustuu tietoihin voimakentän jakautumisesta ja kuormituksen luonteesta.

Komposiittimateriaaleista valmistettujen tuotteiden jäännösjännitykset vaikuttavat suorituskykyominaisuuksiin. Jäännösjännitys (mekaaninen, lämpö, ​​kutistuminen, diffuusio jne.) ymmärretään jännityksiksi, jotka ovat tasapainossa keskenään tuotteen tilavuudessa, ilmaantuneet siihen altistumisen seurauksena ulkoisille voima-, lämpö- ja muille kentille ja jotka ovat olemassa tuotteen tilavuudessa. tuote kentän päättymisen ja tilapäisten jännitysten häviämisen jälkeen. Tilapäinen lämpötila, kutistuminen, diffuusiojännitykset häviävät heti, kun lämpötila, kovettumissyvyys, kiteisyysaste tai imeytyneen aineen määrä ovat samat koko materiaalin tilavuudessa. Mekaaniset tilapäiset jännitykset katoavat ulkoisen kentän päättymisen jälkeen.

Jäännösjännitykset syntyvät muovatussa tuotteessa vain silloin, kun suurimmat tilapäiset jännitykset jossain tuotteen tilavuuden osassa ylittävät materiaalin myötörajan ja siinä tapahtuu normaalilämpötilassa peruuttamattomia muodonmuutoksia (muovia ja erittäin elastisia) tai Epätasainen muunnosaste (kovettuminen, kiteytyminen) materiaalin tilavuuden erilliset alueet saavat erilaisia ​​termoelastisia ominaisuuksia. Polymeerimatriisin ja täyteaineen termoelastisten ominaisuuksien ero johtaa myös jäännösjännitysten ilmaantumiseen.

Muovausprosessi suoritetaan korotetuissa lämpötiloissa ja paineissa.

Tästä johtuen esiintyy lämpötilagradientteja, jotka lisääntyvät entisestään, koska kovettuminen etenee yleensä eksotermisesti.

Jäähtymisen aikana pintakerroksissa syntyy merkittäviä lämpöjännitystä, joka voi johtaa ylimääräisten palautumattomien muodonmuutosten ilmaantumiseen ja aiheuttaa jäännösjännitysten lisääntymistä valmiissa tuotteissa.

Menetelmä jäännösjännitysten määrittämiseksi. liuotinmenetelmä.

Näyte käsitellään liuottimella, joka tunkeutuu polymeeriin ja lisää pintakerroksen jännitystä. Kun pintajännitys ylittää turpoavan kerroksen murtojännityksen, siihen muodostuu pienten halkeamien verkosto. Tässä tapauksessa lg = lgm + nlgores, missä res on jäännösjännitys (kg/cm2), m ja n ovat vakioarvoja.

Jännite sideaineen ja täyteaineen rajapinnassa.

Pääsyynä on polymeerimatriisin kutistuminen kovettumisen ja jäähdytyksen aikana, mikä eroaa merkittävästi liimasidoksella matriisiin kiinnitetyn täyteaineen lämpötilakutistumisesta. Kovetetun hartsin paine täyteaineeseen voidaan laskea yhtälöllä (1 2)TE 2 P=, (1 + 1) + (1 + 2)(E1 / E 2), jossa 1 ja 2 ovat lämpölaajenemiskertoimia, T on kovettumislämpötilan ja jäähdytyksen välinen ero, 1 ja 2 - Poissonin suhteet, E1 ja E2 - muodonmuutosmoduulit (1 - sideaine, 2 - täyteaine).

Jos materiaalissa esiintyvät jännitykset eivät ole symmetrisiä, ne voivat aiheuttaa muodon vääristymiä.

AIHE 2. TYYDYTTYMÄTTÖMÄT POLYESTERITARTSIT

Ajatuksen reaktiivisten polymeerien ja monomeerien yhdistelmästä ehdotti 1930-luvulla C. Ellis, joka havaitsi, että tyydyttymättömät polyesterihartsit, jotka saatiin antamalla glykolien reagoida maleiinihappoanhydridin kanssa, kovettuvat liukenemattomaksi kiinteäksi aineeksi, kun peroksidi-initiaattoria lisättiin. Ellis patentoi tämän löydön vuonna 1936.

Oligoeetterimaleinaatteja tuotetaan maleiinihappoanhydridin vuorovaikutuksella dihydristen alkoholien (etyleeniglykoli, dietyleeniglykoli, 1,2-propyleeniglykoli) kanssa samalla kun halutaan kontrolloida kaksoissidosten määrää tuloksena olevassa oligomeerissä ja saada lopullinen polymeeri, jolla on vaaditut ominaisuudet. , muut dikarboksyylihapot (adipiini-, isoftaali-, ftaalihappoanhydridi jne.). On huomattava, että oligomeerien synteesin aikana, joka suoritetaan kuumennettaessa 50 - 230 ° C:een, maleaattiyksiköt isomeroituvat osittain tai melkein täydellisesti fumaraattiyksiköiksi: Korkea laatu.

Ellis huomasi myöhemmin, että arvokkaampia tuotteita voitaisiin saada antamalla tyydyttymätön polyesterialkydihartsi reagoida monomeerien, kuten vinyyliasetaatin tai styreenin, kanssa. Monomeerien lisääminen vähentää merkittävästi hartsin viskositeettia, mikä helpottaa initiaattorin lisäämistä järjestelmään ja mahdollistaa kovetusprosessin tehokkaamman ja täydellisemmän. Tässä tapauksessa seoksen polymeroituminen on nopeampaa kuin jokainen komponentti erikseen.

Koska kovetus tapahtuu radikaalimekanismilla, initiaattoreita lisätään seokseen kovetuksen aikana, mikä toimii vapaiden radikaalien lähteenä ja käynnistää polymerointiketjureaktion. Peroksideista tai muista epästabiileista yhdisteistä, kuten atsoyhdisteistä, voi muodostua vapaita radikaaleja. Niiden hajoamisnopeuden lisäämiseksi koostumukseen lisätään lisäksi aktivaattoreita (promoottorit), Tyypillisiä kovettumisen initiaattoreita ovat bentsoyylihydroperoksidi ja kumeenihydroperoksidi.hapot. Ko-naftenaattia käytetään yleensä pkovetukseen 20–60 °C:ssa. 80 - 160 °C:ssa - bentsoyyliperoksidi, dikumyyli.

Happi on estäjä. Siksi vahamaisia ​​aineita lisätään. Alhaisen pehmenemislämpötilan ja pinta-aktiivisena aineena ne peittävät sideaineen pinnan ja suojaavat sitä hapen pääsyltä.

Joskus polymaleaattisideaineisiin lisätään palonestoaineita palonkestävyyden lisäämiseksi: Sb2O3, klooria ja fosforia sisältävät orgaaniset yhdisteet.

Styreenittömät polyesterikoostumukset saadaan korvaamalla styreeni vähemmän haihtuvilla (styreeni on haihtuvaa ja myrkyllistä) monomeereillä, kuten divinyylibentsoaatilla, vinyylitolueenilla, diallyyliftalaatilla.

Styreenin sijaan tr(THM-3) käytetään menestyksekkäästi aktiivisena laimennusaineena:

Huoneenlämmössä nestemäiset hartsit ovat stabiileja useita kuukausia ja jopa vuosia, mutta peroksidi-initiaattoria lisäämällä ne jähmettyvät muutamassa minuutissa. Kovettuminen tapahtuu additioreaktion ja kaksoissidosten muuttumisen seurauksena yksinkertaisiksi sidoksiksi; se ei muodosta sivutuotteita. Styreeniä käytetään yleisimmin additiomonomeerinä. Se on vuorovaikutuksessa polymeeriketjujen reaktiivisten kaksoissidosten kanssa silloittaen ne vahvaksi kolmiulotteiseksi rakenteeksi. Kovettumisreaktio tapahtuu lämmön vapautuessa, mikä puolestaan ​​edistää täydellisempää prosessia. On havaittu, että tavallisesti noin 90 % polymeerissä olevista kaksoissidoksista tulee reaktioon hartsin kovettumisen aikana.

Oligoeetteriakrylaatteja saadaan moniarvoisten alkoholien, tyydyttyneiden alifaattisten dikarboksyylihappojen ja akryylisarjan tyydyttymättömien alifaattisten happojen polykondensaatiolla. Näiden oligomeerien synteesiin käytetään yleensä dihydrisiä alkoholeja (glykoleja). Oligoeetteriakrylaatit ovat nestemäisiä tai matalassa lämpötilassa sulavia aineita, joiden molekyylipaino on 300-5000. Polymeroituessaan radikaalipolymeroinnin initiaattoreiden läsnä ollessa ne muuttuvat sulautumattomiksi ja liukenemattomiksi kolmiulotteisiksi polymeereiksi, jotka alkuperäisen oligomeerin kemiallisesta rakenteesta riippuen ovat kiinteitä lasimaisia ​​tai elastisia materiaaleja. Oligoeetteriakrylaatit pystyvät kopolymeroitumaan erilaisten monomeerien (styreeni, metyylimetakrylaatti jne.) sekä polyeetterimaleinaattien kanssa.

Oligoeetteriakrylaatteilla on tietty etu oligoeetterimaleinaatteihin verrattuna: ne pystyvät homopolymeroitumaan, mikä mahdollistaa lakkojen ja muiden niihin perustuvien koostumusten valmistamisen ilman haihtuvien ja myrkyllisten tyydyttymättömien monomeerien käyttöä.

Alalla oligoeetteriakrylaatit kovetetaan radikaalipolymeroinnilla tai kopolymeroinnilla; tilavuuskutistuminen kovettumisen aikana on 4-10 %.

50-120 °C:n lämpötilassa kovettamisen (kuumakovettuminen) initiaattoreita ovat bentsoyyliperoksidit, dikumyyli jne. Huoneenlämpötilassa kovettamiseen (kylmäkovettumiseen) käytetään binäärisysteemejä (esim. bentsoyyliperoksidi + dimetyylianiliini; kumeenihydroperoksidi + naftenaatti tai kobolttilinoleaatti).

Oligoeterakrylaattien kovettuminen voidaan käynnistää myös valolla, korkean energian säteilyllä (-säteet, nopeat elektronit) ja ionisilla polymerointikatalyyteillä.

Epoksiakrylaattioligomeerejä voidaan pitää eräänlaisina oligoeetteriakrylaatteina. Saatu terminaalisia epoksiryhmiä sisältävien oligomeerien vuorovaikutuksella metakryyli- tai akryylihappojen kanssa.

Allyylialkoholiesteriesipolymeerejä valmistetaan polymeroimalla allyylialkoholiestereitä ja ftaali- tai isoftaalihappoja. Harvemmin käytettyjä ovat diallyylimaleinaatti, dietyleeniglykoli-bis-allyylikarbonaatti tai triallyylisyanuraatti.

Polymerointi suoritetaan monomeeriväliaineessa saostamalla esipolymeeri metanolilla tai ohuessa monomeerikerroksessa tislaamalla sen ylimäärä tietyssä reaktion vaiheessa tyhjössä.

Reaktio pysäytetään ennen geeliytymisen alkamista, ts. jopa 25 %:n konversio kaikista monomeerin kaksoissidoksista. Molekyylipaino 6000, pehmenemispiste ~60o C.

Esipolymeereillä on pitkä käyttöaika n.o. ja korkea kovettumisnopeus 135 - 160 °C:ssa dikumyyliperoksidin tai tert-butyyliperbentsoaatin läsnä ollessa. Esipolymeerejä käytetään useammin prepregien ja esiseosten valmistuksessa, joiden viskositeetti on alennettu ja jotka täyttävät muotit alhaisella paineella.

Polyesterihartseja käytetään monenlaisissa tuotteissa, kuten veneissä, rakennuspaneeleissa, autojen ja lentokoneiden osissa, onkivavoissa ja golfmailoissa. Noin 80 % Yhdysvalloissa valmistetuista polyesterihartseista käytetään vahvistavien täyteaineiden, pääasiassa lasikuitujen, kanssa.

Vahvistamattomia polyesterihartseja käytetään nappien, huonekalujen, tekomarmorin ja vartalokitin valmistuksessa.

Toisin kuin useimmat muut muovit, jotka koostuvat yhdestä aineosasta, polyesterihartsit sisältävät usein useita komponentteja (hartsi, initiaattori, täyteaine ja aktivaattori). Komponenttien kemiallinen luonne ja suhde voivat vaihdella, minkä ansiosta voit saada suuren määrän erilaisia ​​polyesterihartseja.

Maleiinihappoanhydridiä käytetään reaktiivisten kaksoissidosten lähteenä useille tyydyttymättömille polyesterihartseille. Kun se on vuorovaikutuksessa glykolien kanssa (yleensä käytetään propyleeniglykolia), muodostuu lineaarisia polyesteriketjuja, joiden molekyylipaino on 1000 ... 3000. Huolimatta etyleeniglykolin alhaisemmista kustannuksista verrattuna propyleeniglykolin hintaan, ensimmäistä käytetään vain hankkia useita erikoishartseja. Tämä johtuu etyleeniglykolipohjaisten polyesterien huonosta yhteensopivuudesta styreenin kanssa. Esteröintiprosessin aikana maleiinihappoanhydridin cis-konfiguraatio muuttuu fumaaritrans-rakenteeksi. Tämä on hyödyllistä johtuen fumaarifragmentin kaksoissidosten suuremmasta reaktiivisuudesta reaktiossa styreenin kanssa. Siten korkea trans-isomeroitumisaste on tärkeä tekijä reaktiivisten polyesterihartsien tuotannossa. Huolimatta korkeasta maleiinianhydridin isomeroitumisasteesta, joka saavuttaa yli 90 %, kalliimpaa fumaarihappoa käytetään polyesterihartsien saamiseksi, joilla on lisääntynyt reaktiivisuus.

Muita diaksiaalisia happoja tai anhydridejä, kuten adipiini- ja isoftaalihappoja tai ftaalihappoanhydridiä, lisätään usein emäsreagenssiin muuttamaan hartsin lopullisia ominaisuuksia ja säätelemään kaksoissidosten määrää.

Tyypillinen polyesterihartsirakenne on annettu alla (jossa R on modifioivan kaksiemäksisen hapon tai anhydridin alkyyli- tai aryyliryhmä):

O O CH3 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 edullisia polyesterihartseja käytetään laajasti erilaisten tuotteiden valmistukseen.

Tyydyttymättömien polyesterihartsien tyypit Polyesterihartsien ominaisuuksien laaja valikoima tekee niistä soveltuvia käytettäväksi erilaisissa sovelluksissa. Alla on yhteenveto seitsemästä tietyntyyppisestä tyydyttymättömästä polyesterihartsista.

–  –  –

Tämän tyyppistä polyesterihartsia saadaan esteröimällä propyleeniglykoli ftaali- ja maleiinihappoanhydridien seoksella. Ftaali- ja maleiinihappoanhydridien suhde voi vaihdella välillä 2:1 - 1:2. Saatu polyesterialkydihartsi sekoitetaan styreenin kanssa suhteessa 2:1. Tämän tyyppisillä hartseilla on laaja käyttöalue: niitä käytetään kuormalavojen, veneiden, suihkuosien, telineiden, uima-altaiden ja vesisäiliöiden valmistukseen.

2. Elastinen polyesterihartsi

Jos ftaalihapon anhydridin sijasta käytetään lineaarisia kaksiemäksisiä happoja (esim. adipiini- tai sebasiinihappo), muodostuu paljon joustavampi ja pehmeämpi tyydyttymätön polyesterihartsi. Propyleeniglykolin sijasta käytetyt dietyleeniglykolit tai dipropyleeniglykolit antavat myös hartseille joustavuutta.

Tällaisten polyesterihartsien lisääminen yleiskäyttöisiin jäykiin hartseihin vähentää niiden haurautta ja tekee niistä helpompia käsitellä. Elastisia hartseja voidaan saada myös korvaamalla osa ftaalihappoanhydridistä yksiemäksisillä mäntyöljyhapoilla, jotka muodostavat joustavia ryhmiä polymeeriketjujen päihin. Tällaisia ​​hartseja käytetään usein koristemuovaukseen huonekaluteollisuudessa ja kuvakehysten valmistuksessa. Tätä varten selluloosatäyteaineet (esimerkiksi murskatut saksanpähkinänkuoret) lisätään elastisiin hartseihin ja valetaan silikonikumimuotteihin. Puukaiverrusten hieno jäljennös saadaan aikaan käyttämällä silikonikumimuotteja, jotka on valettu suoraan alkuperäisen kaiverruksen päälle.

3. Elastiset polyesterihartsit Tämän tyyppiset polyesterihartsit ovat jäykkien yleishartsien ja elastisten hartsien välissä. Niistä valmistetaan iskunkestäviä tuotteita, kuten palloja, törmäyskypäriä, aitoja, autojen ja lentokoneiden osia. Tällaisten hartsien saamiseksi käytetään isoftaalihappoa ftaalihapon anhydridin sijasta. Ensinnäkin saattamalla isoftaalihappo reagoimaan glykolin kanssa saadaan matalahappolukuinen polyesterihartsi. Lisää sitten maleiinihappoanhydridi ja jatka esteröintiä. Tämän seurauksena saadaan polyesteriketjuja, joissa on vallitseva tyydyttymättömien fragmenttien järjestely molekyylien päissä tai glykoli-isoftaalipolymeeristä koostuvien lohkojen välissä. Tämän tyyppisessä esteröinnissa ftaalihappoanhydridi on paljon vähemmän tehokas kuin isoftaalihappo, koska tuloksena oleva ftaalihapon monoesteri pyrkii palautumaan anhydridiksi korkeissa lämpötiloissa, joita käytetään korkean molekyylipainon polyesterihartsien valmistuksessa.

4. Polyesterihartsit, joiden kutistuminen on vähäistä

Lasikuituvahvisteista polyesteriä muovattaessa hartsin ja lasikuidun välinen kutistumisero aiheuttaa kuoppia tuotteen pinnalla. Vähäkutistuvien polyesterihartsien käyttö vähentää tätä vaikutusta, eivätkä näin saadut valutuotteet tarvitse lisähiontaa ennen maalausta, mikä on etu autojen osien ja kodinkoneiden valmistuksessa.

Alhaisen kutistumisen omaavat polyesterihartsit sisältävät termoplastisia komponentteja (polystyreeniä tai polymetyylimetakrylaattia), jotka ovat vain osittain liuenneet alkuperäiseen koostumukseen. Kovetuksen aikana, johon liittyy järjestelmän faasitilan muutos, muodostuu mikrohuokosia, jotka kompensoivat polymeerihartsin tavanomaista kutistumista.

5. Säänkestävä polyesterihartsi

Tämän tyyppisen polyesterihartsin ei pitäisi muuttua keltaisiksi auringonvalolle altistuessaan, minkä vuoksi sen koostumukseen on lisätty ultravioletti (UV)-absorboijia. Styreeni voidaan korvata metyylimetakrylaatilla, mutta vain osittain, koska metyylimetakrylaatti ei ole hyvin vuorovaikutuksessa fumaarihapon, joka on osa polyesterihartsia, kaksoissidosten kanssa. Tämän tyyppisiä hartseja käytetään pinnoitteiden, ulkopaneelien ja kattoikkunoiden valmistuksessa.

6. Kemiallisesti kestävät polyesterihartsit Esteriryhmät hydrolysoituvat helposti alkalien vaikutuksesta, minkä seurauksena polyesterihartsien epästabiilisuus emäksien suhteen on niiden perustavanlaatuinen haittapuoli.

Alkuperäisen glykolin hiilirungon lisääntyminen johtaa hartsin esterisidosten osuuden vähenemiseen. Siten hartseilla, jotka sisältävät "bisglykolia" (bisfenoli A:n reaktiotuote propyleenioksidin kanssa) tai hydrattua bisfenoli A:ta, on huomattavasti pienempi määrä esterisidoksia kuin vastaavalla yleiskäyttöisellä hartsilla. Tällaisia ​​hartseja käytetään kemiallisten laitteiden osien valmistuksessa: vetokaapit tai -kaapit, kemialliset reaktorit ja astiat sekä putkistot.

7. Paloa hidastava polyesterihartsi

Lasikuituvahvisteiset polyesterihartsilistat ja -laminaatit ovat palavia, mutta niillä on suhteellisen hidas palamisnopeus. Hartsin syttymis- ja palamiskestävyyden lisääntyminen saavutetaan käyttämällä halogenoituja kaksiemäksisiä happoja ftaalihappoanhydridin sijasta, esimerkiksi tetrafluoroftaalihappoa, tetrabromiftaalihappoa ja "klorendia" (tuote heksakloorisyklopentadieenin lisäämisestä maleiinihappoanhydridiin, joka myös tunnetaan chaet-happona). Dibromiopentyyliglykolia voidaan myös käyttää.

Palonkestävyyden lisääminen saadaan aikaan lisäämällä hartsiin erilaisia ​​palonestoaineita, kuten fosforihappoestereitä ja antimonioksidia. Paloa hidastavia polyesterihartseja käytetään vetokaapissa, sähkökomponenteissa, rakennuspaneeleissa ja joidenkin laivaston alusten rungoissa.

Kuvatut seitsemän tyyppiä tyydyttymättömiä polyesterihartseja ovat teollisuudessa yleisimmin käytettyjä. On kuitenkin olemassa myös hartseja erikoistarkoituksiin. Esimerkiksi triallyyli-isosyanuraatin käyttö styreenin sijasta parantaa merkittävästi hartsien lämmönkestävyyttä. Korvaamalla styreeni vähemmän haihtuvalla diallyyliftalaatilla tai vinyylitolueenilla, monomeerihävikkiä polyesterihartsin käsittelyn aikana voidaan vähentää. Erikoishartsit voidaan kovettaa UV-säteilyllä lisäämällä valoherkkiä aineita, kuten bentsoiinia tai sen eettereitä.

Tyydyttymättömien polyesterihartsien valmistus Tyypillisesti eräprosesseja käytetään tyydyttymättömien polyesterihartsien valmistukseen. Tämä johtuu erilaisista lähtötuotteista, joita tarvitaan eri hartsien saamiseksi, koska prosessin jaksollisuus mahdollistaa nopean ja helpon siirtymisen muiden hartsien valmistukseen. Jatkuvia prosesseja käytetään yleensä yleiskäyttöisten hartsien laajamittaiseen tuotantoon.

Laitteiden valmistuksessa suositeltavin rakennusmateriaali on ruostumaton teräs, koska se kestää kemiallisesti polymeerihartseja ja muita polyesterihartsien valmistuksessa käytettyjä reagensseja.

Koska rauta- ja kupari-ionit estävät polyesterihartsien vapaiden radikaalien polymeroitumista, näitä materiaaleja ei käytetä reaktorien valmistukseen. Käytettäessä halogeenipitoisia materiaaleja lähtöaineena lasivuoratut reaktorit ovat edullisia.

Yleensä reaktoriin ladataan glykolia ja sitten lisätään ftaali- ja maleiinihappoanhydridejä. Tyypillisesti 5-10 % glykolin ylimäärää käytetään kompensoimaan haihtumisen ja sivureaktioiden aiheuttamia häviöitä. Ennen sekoittamista ja kuumennusta reaktorissa oleva ilma syrjäytetään inertillä kaasulla. Reaktion ensimmäinen vaihe - "puoliesterin" muodostuminen - tapahtuu spontaanisti suhteellisen alhaisessa lämpötilassa, minkä jälkeen reaktiomassaa kuumennetaan eetterin muodostumisen loppuunsaattamiseksi. Inertin kaasun virtausnopeutta reaktorin läpi voidaan lisätä kondensaatioreaktiossa syntyneen veden poistamiseksi. Veden poistamiseksi täydellisemmin reaktoriin palautetusta glykolista käytetään usein höyryllä lämmitettyä lämmönvaihdinta.

Esteröinnin viimeisessä vaiheessa reaktiomassan lämpötila nousee 190 - 220 °C:seen. Korkeampi lämpötila suosii maleaattien isomeroitumista fumaraateiksi, mutta aiheuttaa samalla sivureaktioita kaksoissidoksissa. On olemassa optimilämpötila, jossa fumaraatin osuus saavuttaa maksiminsa. Yleiskäyttöisille hartseille tämä tapahtuu 210 °C:ssa.

Esteröintiasteen säätelemiseksi määritetään reaktiomassan happamuus ja viskositeetti, ja kun vaaditut arvot saavutetaan, polyesteri pumpataan lopulliseen reaktoriin.

Tässä reaktorissa on jo tarvittava määrä styreeniä ja polyesterialkydihartsi liukenee siihen saapuessaan. Polymerointiprosessien poissulkemiseksi, joita voi tapahtua kuuman alkydihartsin joutuessa kosketuksiin styreenin kanssa, reaktiomassaan voidaan tässä vaiheessa lisätä lisäksi inhibiittoria. Joskus vaaditun lämpötilan ylläpitämiseksi reaktiomassa on jäähdytettävä. Prosessin päätyttyä tarkistetaan reaktiomassan ominaisuuksien vastaavuus teknisten vaatimusten kanssa. Täydellinen tuotantosykli kestää 10 - 20 tuntia Kuvattu menetelmä polyesterihartsien valmistamiseksi toteutetaan usein sulatusprosessina. Reagenssisulaa kuumennetaan, kunnes konversio saavuttaa vaaditun tason. Toisessa menetelmässä käytetään pientä määrää liuotinta (tolueenia tai ksyleeniä) esteröintiprosessin aikana vapautuneen veden poistamiseen atseotrooppisena seoksena.

Liuotin on enintään 8 % koko reaktiomassasta; se erotetaan vedestä dekantoimalla ja palautetaan uudelleen reaktoriin. Esteröintiprosessin päätyttyä jäljelle jäänyt liuotin tislataan pois reaktioseoksesta ensin ilmakehän paineessa ja sitten sen täydelliseksi poistamiseksi - tyhjiössä. Esteröinnin aikana saattaa esiintyä joitain sivureaktioita. Esimerkiksi glykolihydroksyyliryhmä voidaan lisätä maleiini- tai fumaariosan kaksoissidokseen haarautuneen polymeerin muodostamiseksi. On todettu, että noin 10 - 15 % tyydyttymättömän polymeerin kaksoissidoksista kuluu sivureaktioihin.

Yksinkertaisin jatkuva prosessi tyydyttymättömien polyesterihartsien valmistamiseksi on maleiini- ja ftaalihappoanhydridien seoksen reaktio propyleenioksidin kanssa.

Tämän ketjureaktion käynnistämiseen tarvitaan pieni määrä glykolia. Koska anhydridien reaktio epoksiryhmien kanssa tapahtuu suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa, maleaattikaksoissidokset eivät isomeroidu aktiivisempaan trans-konfiguraatioon. Tämän isomeroinnin suorittamiseksi, joka on välttämätön lisävuorovaikutukselle styreenin kanssa, tuloksena olevalle polymeerille on suoritettava lisälämmitys.

Polyesterihartsin jatkuva valmistus anhydrideistä ja glykoleista voidaan tehdä myös lämmitetyissä sekoitusreaktoreissa pumppaamalla hartsia peräkkäin reaktorien läpi eri lämpötiloissa.

Tyydyttymättömien polyesterihartsien kovettuminen Tyydyttymättömät polyesterihartsit kovetetaan lisäämällä initiaattoreita, jotka synnyttävät vapaita radikaaleja ja käynnistävät polymerointiketjureaktion.

Vapaita radikaaleja voidaan muodostaa peroksideista tai muista epästabiileista yhdisteistä, kuten atsoyhdisteistä. Nämä yhdisteet voidaan pilkkoa radikaalifragmenteiksi kuumennettaessa tai altistuessaan ultraviolettisäteilylle tai muulle korkean energian säteilylle. Yleensä polyesterihartsi sisältää inhibiittoria, joka on olennaisesti vapaiden radikaalien sieppaaja. Polymerointireaktio initiaattoreiden lisäämisellä alkaa vasta sen jälkeen, kun inhibiittorien vaikutus on voitettu. Tämä induktiojakso mahdollistaa initiaattorin sisältävän hartsin mekaanisen sekoittamisen lujiteaineen kanssa ja sen asettamisen kovettumiseen vaadittuun muotoon ennen polymerointireaktion alkamista. Hyviä polymeroinnin estäjiä ovat hydrokinoni ja sen johdannaiset sekä kvaternaariset ammoniumhalogenidit.

Useimmat peroksidi-initiaattorit hajoavat suhteellisen hitaasti joutuessaan polymeerimassaan. Niiden hajoamisnopeuden lisäämiseksi käytetään aktivaattoreita (promoottorit). Itse asiassa aktivaattorit ovat initiaattoreiden katalyyttejä.

Sekä initiaattori että aktivaattori ovat reaktiivisia yhdisteitä, joiden rajuun vuorovaikutukseen liittyy syttyminen tai jopa räjähdys. Nämä yhdisteet tulee lisätä hartsiin erikseen varmistaen ennen toisen lisäämistä, että ensimmäinen on täysin liuennut. Monet hartsit sisältävät valmiiksi lisätyn aktivaattorin.

Polyesterihartsin käyttäytyminen kovettumisen aikana määräytyy inhibiittorin, initiaattorin ja aktivaattorin vaikutusten suhteen.

Eteenin hiiliatomin substituentit voivat vaikuttaa kaksoissidoksen reaktiivisuuteen kahdella tavalla. Tilavaikutus johtuu siitä, että isot ryhmät suojaavat kaksoissidosta ja vähentävät toisen reaktiivisen ryhmän mahdollisuutta ottaa suotuisa asema hyökkäykselle, mikä vähentää koko yhdisteen reaktiivisuutta. Napaisuuden määrää substituenttiryhmän kyky vetää puoleensa tai luovuttaa elektroneja. Elektroneja luovuttavat ryhmät (kuten metyyli, fenyyli ja halogeeni) tekevät kaksoissidoksesta elektronegatiivisen. Niiden toiminta ilmenee styreenissä, vinyylitolueenissa ja klooratussa styreenissä.

Elektroneja poistavat ryhmät (kuten vinyyli tai karbonyyli) tekevät kaksoissidoksesta sähköpositiivisen. Tämä tapahtuu fumaarihappofragmenteissa polyesterihartsiketjuissa. Alkydihartsin styreeni- ja fumaarifragmenttien kaksoissidoksen vastakkainen polariteetti edistää niiden vuorovaikutusta ja polyesterihartsien kovettumista. Monomeerinen styreeni, joka on liikkuvampaa kuin tyydyttymättömän polyesterin pitkät polymeeriketjut, voidaan homopolymeroida. On kokeellisesti osoitettu, että styreenin ja polyesterin kaksoissidosten moolisuhde 2:1 on optimaalinen.

aloitteentekijät ja aktivaattorit

Käytettävissä on laaja valikoima initiaattori-inhibiittori-aktivaattorijärjestelmiä käytettäväksi polyesterihartsien valmistuksessa. Esimerkiksi yleiskäyttöinen hydrokinoni-inhiboitu hartsi voi kovettua hyvin nopeasti, kun aktiivista peroksidi-initiaattoria, kuten metyylietyyliketoniperoksidia, käytetään yhdessä aktivaattorin, kuten naftenaatin tai kobolttioktoaatin, kanssa. Toisessa tapauksessa käytetään paljon stabiilimpaa initiaattoria polyesterihartsin kovettamiseksi: tert-butyyliperbentsoaattia. Tämä mahdollistaa polyesterikoostumuksen täyttämisen kalsiumkarbonaatilla ja jauhetulla lasikuidulla. Tämä initiaattoria sisältävä ja muovattu seos on stabiili huoneenlämmössä kuukausia, mutta se voidaan kovettaa minuutissa kuumapuristamalla 140-160°C:ssa.

Sopivan initiaattorin ja sen määrän valinta riippuu hartsin tyypistä ja sen kovettumislämpötilasta, koko prosessille tarvittavasta ajasta ja geeliytymisajasta. Koska mikään saatavilla olevista initiaattoreista ei yleensä täytä kaikkia tarvittavia vaatimuksia yksinään, käytetään erilaisia ​​initiaattorien ja initiaattorien yhdistelmiä aktivaattoreiden kanssa parhaan tuloksen saavuttamiseksi.

Polyesterihartsien lämpökovetuksessa yleisimmin käytetty initiaattori on bentsoyyliperoksidi (BP), joka on erittäin tehokas ja helppokäyttöinen. Se liukenee helposti styreeniin, sitä voidaan säilyttää pitkään ilman aktiivisuuden menetystä, se on stabiili huoneenlämpötilassa ja hajoaa helposti korotetussa lämpötilassa. Lisäksi BP aiheuttaa korkean eksotermisen huippulämpötilan, mikä edistää hartsin täydellistä kovettumista. Hartsiin lisätyn BP:n määrä vaihtelee välillä 0,5 - 2 % riippuen hartsin tyypistä ja käytetystä monomeerista. Käytettäessä BP:tä tahnan muodossa (yleensä seoksessa, jossa on 50 % trikresyylifosfaattia), lisätyn initiaattorin määrä kasvaa hieman (~1 - 3 %).

Joskus on toivottavaa (tai jopa välttämätöntä) suorittaa hartsin kovetusprosessi alusta loppuun alhaisissa lämpötiloissa, jotta polymeroinnin aikana syntyvä lämpö haihtuu. Tämä on erityisen tärkeää märkälaminoinnissa, jossa lämmön käyttö on vaikeaa. Tällaisissa tapauksissa initiaattorina käytetään yleensä metyylietyyliketoniperoksidia (MEKP). Vaikka PMEK:n käyttö ei koveta hartsia täysin huoneenlämpötilassa, aktivaattorin (esim. kobolttinaftenaatin) lisääminen saa hartsin geeliytymään ja lähes kovettumisen lyhyessä ajassa.

AIHE 3. DIESTER-POHJAISET HARTSIT

VINYYLIKARBOKSIHAPPO

Vaikka erilaisia ​​DVA:ita on valmistettu laboratoriomäärissä 1950-luvun lopulta lähtien, Shell Chemical aloitti näiden hartsien kaupallisen tuotannon vasta vuonna 1965 kauppanimellä "epokryylihartsit". Nämä hartsit tunnistettiin epoksimetakrylaatteiksi ja niillä oli erinomainen kemiallinen kestävyys, joka ylitti parhaiden (silloin) polyesterihartsejen kestävyyden.

Vuonna 1966 Dow Chemical toi markkinoille Derakanin, vinyylikarboksyylihappojen diesterin ja joukon samanlaisia ​​pinnoitehartseja. Vuonna 1977 Interplastic ja Reichhold Chemical aloittivat DVK:n tuotannon nimellä Coretsin ja Korrolit.

vastaavasti.

Hartsin ominaisuudet

Hartseja voidaan käyttää sekä puhtaassa muodossa (eli ilman laimennusainetta) että sekoitettuna muihin ainesosiin. Jälkimmäisessä tapauksessa hartsi voi sisältää reaktiivista vinyylipitoista komonomeeriä (styreeni, vinyylitolueeni,) tai ei-reaktiivista "laimennusainetta" (metyylietyyliketoni, tolueeni). Pääsääntöisesti metakryylihapon estereisiin perustuvat hartsit sisältävät styreeniä ja niitä käytetään kemiallisesti kestävien lasikuituvahvisteisten muovien (GRP) valmistukseen. Akryylihapon hartsit - johdannaiset - toimitetaan laimentamattomina, ja vastaavat apureagenssit syötetään suoraan pinnoitteiden ja painovärien valmistuksen aikana, jotka kovetetaan UV-säteilyn vaikutuksesta.

DVK:n fysikaaliset ominaisuudet ja sovellukset riippuvat pääteryhmien tyypistä (metakryyli tai akryyli), lisäreagenssien määrästä ja tyypistä sekä hartsin pääketjun muodostavien lohkojen luonteesta ja molekyylipainosta. makromolekyylit. Kovetuksen seurauksena styreeniä sisältävä DVKM-II saavuttaa korkean kestävyyden happoja, emäksiä ja liuottimia vastaan. Akryylihappojohdannaiset ovat herkempiä hydrolyysille kuin metakryylihappojohdannaiset, joten niitä ei yleensä käytetä kemiallisesti kestävien materiaalien valmistuksessa. Näiden hartsien korkean reaktiivisuuden vuoksi säteilykovetus on edullinen.

Laimentamaton DVK on kiinteä tai vahamainen aine. Siksi koostumukseen lisätään sekä reaktiivisia että inerttejä laimentimia prosessoinnissa tarvittavan viskositeetin aikaansaamiseksi ja niiden reaktiivisuuden lisäämiseksi.

Suurin osa DVA-makromolekyyleistä koostuu epoksioligomeerisistä lohkoista, joilla on eri molekyylipainoja. Mitä suurempi tällaisten lohkojen molekyylipaino on, sitä suurempi on hartsin lujuus ja elastisuus, mutta sitä pienempi on lämmönkestävyys ja liuottimien kestävyys.

Polyestereihin verrattuna DVC:ille on ominaista pienempi esteriryhmien ja vinyylifragmenttien pitoisuus. Tämä johtaa näiden hartsien hydrolyysin vastustuskyvyn lisääntymiseen sekä eksotermisen piikin lämpötilan laskuun. Hartsin kutistuminen kovettumisen aikana vähenee. Kuten polyestereillä, myös DVC:llä on rajoitettu säilyvyysaika, joka varmistetaan polymeroinnin estäjien (vapaiden radikaalien "loukkujen") lisäämisellä hartsin valmistusprosessin aikana.

Hartsin tuotanto

DVK saadaan saattamalla metakryyli- tai akryylihappo reagoimaan oligomeerisen epoksihartsin kanssa. Hapon lisäysreaktio epoksidiin (esteröinti) on eksoterminen. Tämän reaktion seurauksena oligomeeriselle lohkolle muodostuu vapaita hydroksyyliryhmiä, mutta sivutuotteita ei muodostu (kuten esimerkiksi polyesteröinnin aikana, kun muodostuu vettä). Reaktion päätyttyä tai sen kulun aikana reaktioseokseen lisätään sopivia laimentimia tai polymeroitumisen estäjiä.

DVA:n valmistukseen käytettävät epoksihartsit voivat perustua bisfenoli A:han (tässä tapauksessa saadaan yleiskäyttöinen ja lämmönkestävä DVA), fenoli-novolakkafragmentteihin (lämmönkestävä DVK) ja myös tetrabromi. bisfenoli A:n johdannainen (palonkestävä DVK). Valmistettaessa DVK:ta, jonka päissä on akryyliryhmiä, pääketjupolymeerinä käytetään yleensä bisfenoli A:han perustuvia oligomeerisiä epoksilohkoja.

Kovetus

DVC, kuten tyydyttymättömät polyesterihartsit, sisältää kaksoissidoksia, jotka reagoivat muodostaen silloituksia kovettuessaan. Tämä prosessi tapahtuu vapaiden radikaalien läsnä ollessa, jotka muodostuvat kemiallisten, lämpö- tai säteilymuutosten seurauksena. Vapaaradikaalimekanismin mukaan etenevä kovetusprosessi sisältää aloitusvaiheet (induktiojakso), kasvun ja ketjun lopettamisen. Initiaatio on nopeutta rajoittava vaihe, jonka aikana initiaattori vaimentaa polymerisaation estäjien vaikutusta. Tämä johtaa siihen, että reaktio etenee makromolekyyleihin kuuluvan vinyylieetterin ja sen rinnakkaisreagenssin kaksoissidoksia pitkin.

Muovaus DVK-pohjaisia ​​puolivalmiita tuotteita (prepregit) tilavuusmuovaukseen tai levymuoviin käytetään putkien, kodinkoneiden koteloiden, juoksupyörien, pumppujen ja autonosien liitososien suorapuristuksessa. Tyypillisesti nämä prepregit sisältävät suunnilleen yhtä suuret paino-osat hartsia, lasikuitua ja täyteaineita. Ne sisältävät myös: "piilotetun" initiaattorin, pigmentit, tarttumista estävän voiteluaineen ja sakeuttamisaineet.

AIHE 4. POLYBUTADIeenihartsit

Polybutadieenihartseja valmistettiin noin vuonna 1955, ja niitä käytettiin Bud-tyyppisissä yhdisteissä Injay Laboratoriesissa. Näissä yhdisteissä käytetty hartsi koostui suuresta määrästä nestemäistä 1,2-polybutadieeniä, joistakin styreeni-butadieenikopolymeereistä ja näiden kahden hartsin additiotuotteista. Siitä lähtien vastaavat tuotteet ovat valmistaneet Richardson ja Lithium. Vuonna 1968 tuotenimellä "Gistil" he alkoivat tuottaa polybutadieeniä, jossa oli suuri kaksoissidospitoisuus ja pieni määrä isosyanaattiryhmiä makromolekyylien päissä. Siihen lisättiin tietty määrä peroksidi-initiaattoria.

Nyt tätä hartsia valmistavat yritykset "Dianachem" ja "Nippon Souda" kauppanimellä "Nisso-RV". Tämä hartsi on nestemäistä ataktista polybutadieeniä, jonka molekyylipaino on 1000 - 4000 ja jonka kaksoissidoksista noin 90 % sijaitsee sivuketjuissa (vinyyliryhmissä).

Tätä hartsia on kolme tyyppiä:

tyyppi B ei sisällä terminaalisia funktionaalisia ryhmiä; tyyppi G sisältää hydroksyyliryhmiä ja tyyppi C - karboksyyliryhmiä makromolekyylien molemmissa päissä. Muita polybutadieenihartseja on nyt saatavana nimellä "Ricone" Colorado Chemical Specialtiesilta. Dienit-hartsit ovat 1,2- ja 1,4-polybuta-dneenien seosta (Dienit PD-702, PD-503) tai seoksia lisäreagenssimonomeerien, kuten vinyylitolueenin (PM-520, PM-503) tai styreeni-butadieenioligomeeri (PDPD-753).

Teolliset polybutadieenihartsityypit ovat tavallisesti pienimolekyylipainoisten 1,2- ja 1,4-polybutadieenien seos. Nämä isomeerit eroavat polymerointiin osallistuvan reaktiokeskuksen sijainnista. 1,2-polybutadieeni, jonka kaksoissidokset sijaitsevat sivuketjuissa, on reaktiivisempi kuin 1,4-polymeerit, joissa kaksoissidokset ovat pääketjussa. Siksi hartseja, joissa on korkea 1,2-polybutadieenipitoisuus, kovettuvat nopeammin ja helpommin, ja hartseja, joissa on huomattava osuus 1,4-polymeeriä, käytetään yleensä erittäin elastisten materiaalien saamiseksi.

Jotta 1,2-polybutadieeni (PBB) -hartsin prosessointi komposiittimateriaaleiksi olisi helpompaa, se tulisi saada korkealla molekyylipainolla ja kapealla molekyylipainojakaumalla (MW). Hartsin reaktiivisuuden lisäämiseksi erilaisten kemiallisten muutosten aikana sen makromolekyyleihin viedään terminaalisia funktionaalisia ryhmiä (esim. hydroksyyli, karboksyyli tai isosyanaatti) ja valmistetaan myös seoksia, jotka sisältävät polybutadieeniä ja reaktiivisia monomeerejä, kuten styreeniä ja vinyylitolueenia. . Terminaaliset hydroksyyliryhmät mahdollistavat reaktiot polyuretaanien kanssa ja karboksyyliryhmät epoksiryhmien kanssa. Isosyanaattipäätteisiä PBB-yhdisteitä käytetään pääasiassa sähköä eristävien valssausyhdisteiden valmistukseen.

Korkean vinyyliryhmien (yli 85 %) pitoisuuden ansiosta polybutadieenihartsit kovettuvat helposti peroksidi-initiaattoreiden läsnä ollessa. Reaktiiviset terminaaliset funktionaaliset ryhmät mahdollistavat hartsin molekyylipainon kasvamisen jo ennen kovettumista. MW:n kasvu vähentää hartsin virtausta ennen silloitusta, mikä aiheuttaa gelatinoitumista ja jäykkien polymeerirakenteiden ilmaantumista.

Tämän seurauksena saavutetaan myös edullisempi teknologinen aika hartsin prosessoimiseksi reaktorissa. Ketjun kasvuvaihetta voidaan ohjata (ajassa) polymeereiden saamiseksi, joilla on erilaisia ​​ominaisuuksia, korkeaviskositeettisista nesteistä korkean MW kiintoaineisiin. Kyky ketjuttaa kasvu on perusta polybutadieenihartsien laajalle levinneisyydelle puristinkoostumusten, pinnoitteiden, liimojen, sähköä eristävien valuseosten ja lämpökovettuvien laminaattien valmistuksessa. Alla lueteltuja polybutadieenijohdannaisia ​​voidaan käyttää sekä muiden hartsien modifiointiaineina että erikoislaminaattien valmistuksessa

–  –  –

Hartsikovetus Polybutadieenihartsien kovetusprosessin samankaltaisuus tunnettujen polyesteripolymeerien kovettamisen kanssa peroksidiinitiaattoreilla tekee niistä erittäin hyödyllisiäsa.

Polymeerin kovettuminen kulkee kolmen vaiheen läpi: geeliytys matalassa lämpötilassa, kovetus korkeassa lämpötilassa ja lämpösyklisointi. Matalissa lämpötiloissa tapahtuu hartsin molekyylipainon ja viskositeetin kasvua.

Tämä voi aiheuttaa geeliytymistä ja kovettumisen alkamista. Korkean lämpötilan kovetus alkaa 121 °C:ssa, ja vinyyliryhmien kaksoissidoksissa tapahtuu hallitsevia reaktioita. Prosessin tässä vaiheessa muodostuu kiinteitä tuotteita. Terminen syklisaatio alkaa lämpötilassa -232 °C, ja polymeerisubstraatin jäljellä olevat tyydyttymättömät fragmentit reagoivat muodostaen tiheästi silloittuneen verkon.

Alla on tyypillisiä prepreg-käsittelytilan tietoja:

Muottilämpötila, °C

Paine, MPa

Kovetusjakso 77°C:ssa 3,2 mm laminaatille, min |

Jälkikovetusaika................... Ei kemiallista rakennetta ja ominaisuuksia Polybutadieenihartseilla on erinomaiset sähköominaisuudet ja kemiallinen kestävyys. Korkea hiilivetypitoisuus ja aromaattisten yksiköiden vähimmäispitoisuus ovat syynä alhaisiin dielektrisyysvakion ja vaimennuskertoimen arvoihin sekä erinomaiseen kemikaalien kestävyyteen. Alhainen aromaattisten fragmenttien pitoisuus selittää korkean kaaren vastustuskyvyn sekä vastustuskyvyn johtavien jälkien muodostumiselle.

Nämä polybutadieenihartsien ominaisuudet, jotka ovat samankaltaisia ​​kuin polyeteenin käyttäytyminen, liittyvät näiden polymeerien vastustuskykyyn hiilen muodostumista vastaan ​​pyrolyysin aikana korkeajännitteellä. Esterisidosten puuttuminen, jotka tekevät polyestereistä herkkiä hapoille ja emäksille, selittää polybutadieenihartsien hydrofobisuuden ja kestävyyden happoja ja emäksiä vastaan.

PBB-pohjaisten CM:ien käyttö Erinomaisten sähköisten ominaisuuksien ja kemiallisen kestävyyden ainutlaatuisen yhdistelmän ansiosta PBB-pohjaisia ​​CM:itä on käytetty menestyksekkäästi ilmatutka-antennien antennien suunnittelussa. K-kaistan (10,9 - 36,0 GHz) ylittävällä taajuuskaistalla toimimiseen käytettiin lujitettuja epoksilasivahvisteisia muoveja, jotka eivät täytä tätä tarkoitusta riittävästi korkeiden dielektrisyysvakioiden (4,5 - 5,0) vuoksi.

Tämä käy selväksi, jos otamme huomioon, että suojuksen seinämän paksuus, kuten alla olevasta yhtälöstä seuraa, on dielektrisyysvakion ja toiminta-aallonpituuden funktio:

n 0 D=, 2(sin 2) 0,5 missä d on antenniantennin seinämän paksuus; n - kokonaisluku 0 (n = 0 ohuelle seinälle; n - 1 seinälle, jonka paksuus on yhtä suuri kuin puoliaallon pituus); 0 - aallonpituus vapaassa tilassa; - dielektrisyysvakio; - tulokulma.

Koska tutkakuvun seinämän paksuuden on oltava suoraan verrannollinen teholliseen aallonpituuteen, mutta kääntäen verrannollinen dielektrisyysvakioon, samanaikaisesti taajuuden lisäämisen ja korkean dielektrisen komposiitin käytön yhdistelmä aiheuttaa seinämän paksuuden epäsopivuusongelman, kun käytetään pidempiä aallonpituuksia.

On selvää, että jos aallonpituus pienenee samanaikaisesti ja materiaalin dielektrisyysvakio kasvaa, on mahdollista vähentää vaippaseinien paksuutta. Ohuiden seinien käyttö johtaa kuitenkin törmäysvaurioon, jota voi kiihdyttää ohutkerrosrakenteiden voimakas pintaeroosio.

Toinen ongelma korkeampien dielektristen materiaalien kanssa on antennin seinämän paksuuden vaihtelu, mikä johtaa korkeampiin tuotantokustannuksiin tai lisämateriaalien käyttöön tarkan "sähköisen" paksuuden varmistamiseksi. Käytettäessä antenneja lentokoneissa ja laivoissa CM:lle, josta suojukset valmistetaan, asetetaan lisävaatimuksia: niillä on oltava vakaat ominaisuudet laajalla lämpötila-alueella ja korkean kosteuden olosuhteissa. Suuriin käyttötaajuuksiin ja vaikeisiin ympäristöolosuhteisiin liittyvät tiukat materiaalivaatimukset eivät ole helposti täytetty perinteisillä komposiittimateriaaleilla. Nämä vaatimukset voidaan kuitenkin täyttää paremmin käyttämällä polybutadieenipohjaisia ​​materiaaleja.

Prepregejä valmistettaessa hartsit kovetetaan peroksidi-initiaattorin läsnä ollessa. Huolimatta tämän CM:n erinomaisesta prosessoitavuudesta ja kovettumisen helppoudesta, joka valmistuu yhdessä vaiheessa 2 tunnissa 177 °C:n lämpötilassa, sen alhaiset mekaaniset ominaisuudet poikittaissuunnassa rajoittavat sen käyttöä rakennemateriaalina. Tämä haitta liittyy mahdollisesti molekyylien välisten ristisidosten suureen tiheyteen, joka ei johda pelkästään haurauteen, vaan myös sideaineen alhaiseen tarttumiseen hiilikuituihin.

Kun polybutadieenikerrosmuovia hankitaan rakenteellisiin tarkoituksiin, käytetään erilaisia ​​​​lujitekuituja: lasia, kvartsia ja aramidia ("Kevlar-49"). Kevlar-49-kuidulla vahvistetut komposiitit, joiden tilavuusosuus on 60 %, soveltuvat tutka-antennin suojakupujen valmistukseen. Joidenkin materiaalin mekaanisten ominaisuuksien, erityisesti poikittaissuunnan vetolujuuden ja kerrostenvälisen leikkauksen parantamiseksi, Kevlar-49-kuidun tarttuvuutta ja kostuvuutta on parannettava.

Lisävaatimuksena näitä materiaaleja käytettäessä tutka-antennin suojakupujen valmistuksessa on alhainen kosteuden absorptio.

Varastointi Polybutadieenihartsit eivät vaadi erityisiä säilytysolosuhteita verrattuna tavanomaisiin haihtuvien, syttyvien orgaanisten liuottimien, kuten heptaanin tai tolueenin, käyttöön. Säilytettäessä 0, 20 tai 35 °C lämpötiloissa 10 viikon ajan, liuoksen viskositeetissa tai erottumisessa ei ole havaittavissa muutoksia. Pidempää säilytystä yli 35 °C:n lämpötiloissa tulee kuitenkin välttää, koska liuos pyrkii geeliytymään.

EPOKSIET Epoksihartsit ovat yksi parhaista sideaineista monenlaisille kuitukomposiiteille seuraavista syistä:

Hyvä tarttuvuus useisiin täyteaineisiin, vahvistuskomponentteihin ja alustoihin;

Erilaisia ​​saatavilla olevia epoksihartseja ja kovetusaineita, joiden avulla voidaan saada jälkikovettuneita materiaaleja, joilla on laaja yhdistelmä ominaisuuksia ja jotka täyttävät erilaiset tekniikan vaatimukset;

Ei veden tai haihtuvien aineiden vapautumista kemiallisen prosessin aikana ja lievää kutistumista kovettumisen aikana;

Kemiallinen kestävyys ja hyvät sähköeristysominaisuudet.

Epoksisideaineiden pääkomponentti on oligomeeristen tuotteiden seos, joiden päätyyksiköissä on epoksiryhmiä (epoksihartsit).

Ne vastaanotetaan:

epikloorihydriinin vuorovaikutus kaksiarvoisten (harvemmin moniarvoisten) alkoholien tai fenolien kanssa, jolloin muodostuu diglysidioksieettereitä CH2-CH-CH2Cl + HO-R-OH CH2-CH-CH2-O-R-(-O-CH2-CH(OH)-CH2 -O-RO O)-O-CH2-CH-CH2 \ / O tai CH2-CH-CH2Cl + H2N-C6H4-NH2 \/ O tai CH2-CH-CH2Cl + HO-C6H4-C (CH3) 2-C6H4 -OH bisfenoli A \/ O Yleisimmät hartsit ovat ne, jotka saadaan epikloorihydriinistä ja difenyyliolipropaanista (bisfenoli A) (ED-tyyppiset hartsit) tai epikloorihydriinin ja metylolifenolin polykondensaatiotuotteista (epoksifenolihartsit EF, EN). Viime aikoina on käytetty hartseja epikloorihydriinistä ja aniliinista (EA-hartsi), diaminodifenyylimetaanista (EMDA).

Käyttökohteet Epoksihartseja käytetään erilaisten komposiittimateriaalien ja rakenneosien valmistuksessa. Niitä käytetään myös kapselointi- ja tiivistysaineina, puristusjauheina ja liimojen valmistuksessa.

Epoksihartsit kestävät erittäin hyvin happoja, emäksiä ja kosteutta, eivät muotoile kuumennettaessa korkeisiin lämpötiloihin, niillä on alhainen kutistuvuus ja suuri tilavuusvastus. Epoksihartseja voidaan käyttää paitsi materiaalien suojaamiseen ympäristön vaikutuksilta, myös osien liimaamiseen yhteen. Esimerkiksi elektroniikkateollisuudessa epoksihartseja käytetään hitsattujen moduulien kapseloimiseen, muuntajan ja moottorin käämien valumiseen sekä sähkökaapeleiden liitosten tiivistämiseen.

Toisesta maailmansodasta lähtien epoksihartseja on käytetty työkalujen valmistukseen (esimerkiksi levyn leimaamiseen käytetyt muotit tai mallit osien valmistuksessa). Vahvistavia täyteaineita hiukkasten tai kuitujen muodossa lisätään helposti hartsiin, mikä vähentää sen kustannuksia ja lisää mittapysyvyyttä. Mahdollisuus korvata metallit epoksihartseilla johtuu kahdesta tekijästä: tuotannon kustannustehokkuudesta ja modifioinnin nopeudesta (ilman suuria materiaalikustannuksia). Lisäksi nämä hartsit säilyttävät muotonsa ja mitat hyvin, niillä on korkeat mekaaniset ominaisuudet ja alhainen kutistuvuus, minkä ansiosta niistä voidaan valmistaa osia pienillä toleransseilla.

Muovaus Epoksivaluseoksia (jauhemaisia, osittain kovettuneita hartsin ja kovettimen seoksia, jotka valuvat kuumennettaessa) käytetään kaikenlaisten rakenneosien valmistukseen. Täyteaineet ja lujiteaineet lisätään helposti epoksihartseihin muodostaen muovausmassan. Epoksihartsit tarjoavat alhaisen kutistumisen, hyvän tarttuvuuden täyte- ja lujiteaineisiin, kemiallisen stabiilisuuden ja hyvät reologiset ominaisuudet.

Liimaus Kaikista tunnetuista polymeerimateriaaleista epoksihartseilla on suurin tartuntalujuus. Niitä käytetään erilaisten alustojen kyllästämiseen minimaalisella kutistumalla. Siksi näitä hartseja voidaan käyttää monien erilaisten materiaalien sitomiseen. Lisäksi ne voidaan kovettaa eri lämpötiloissa ja eri nopeuksilla, mikä on erittäin tärkeää liimojen teollisessa tuotannossa.

Kuitukääreiden CM:ien ja laminaattien valmistus Yksi epoksihartsin tai sideaineen tärkeimmistä käyttökohteista on laminaattien ja kuitukäärettyjen komposiittien valmistus rakenneosien valmistukseen. Tällaisia ​​osia käytetään eri teollisuudenaloilla, mukaan lukien lentokoneiden rakentaminen, avaruus ja sotilaslaitteet. Laminaatteja käytetään myös elektroniikkateollisuudessa painettujen piirilevyjen valmistukseen. Epoksikomposiiteista valmistettuja säiliöitä ja putkia käytetään laajalti kemian- ja petrokemianteollisuudessa.

Epoksihartseja voidaan käyttää useissa eri prosesseissa: kuitujen märkäkäämitys tai "märkä" muodostavat laminaatit, kuivakäämitys tai kerrosten asettaminen kuitusäikeiden, kankaiden tai teippien esikyllästyksellä (prepregien muodossa). Yleensä epoksit ovat kalliimpia kuin useimmat muut hartsit, mutta niiden erinomaiset suorituskykyominaisuudet tekevät niistä usein kannattavampia pitkällä aikavälillä.

Hartsien amiinikovettuminen Suurin osa epoksioligomeereistä on joko viskooseja nesteitä tai matalassa lämpötilassa sulavia kiinteitä aineita, jotka liukenevat helposti ketoneihin, eettereihin ja tolueeniin.

Epoksioligomeerikovettimet jaetaan kahteen suureen ryhmään vaikutusmekanismin mukaan:

Silloittavat kovettimet sisältävät funktionaalisia ryhmiä, jotka ovat kemiallisesti vuorovaikutuksessa epoksioligomeerin funktionaalisten ryhmien kanssa;

Katalyyttiset kovettimet aiheuttavat avaruudellisen verkostorakenteen muodostumisen epoksiryhmien polymeroimalla.

Silloittuvat kovettimet sisältävät molekyyleissään amino-, karboksyyli-, anhydridi-, isosyanaatti-, hydroksyyli- ja muita ryhmiä.

Kovettamiseen käytetään amiinityyppisiä kovettimia käyttölämpötila-alueella 0-150 °C. Alifaattisina amiineina käytetään laajalti 1,6-heksametyleenidiamiinia ja polyeteenipolyamiineja, joilla on yleinen kaava H2N(CH2CH2NH),CH2CH2NH2, jossa n = 1-4 ja joilla on korkea aktiivisuus jopa 20 °C:n lämpötilassa.

Aromaattisina amiineina käytetään m-fenyleenidiamiinia, 4,4"-diaminodifenyylimetaania, 4,4"-diaminodifenyylisulfonia. Aromaattiset amiinit ovat vähemmän aktiivisia kuin alifaattiset, ja ne kovettuvat 150 °C:n ja sitä korkeammissa lämpötiloissa.

Disyandiamiinia käytetään laajalti amiinityyppisenä kovettimena.

Disyandiamiini ei käytännössä reagoi epoksioligomeerien kanssa huoneenlämmössä, mutta kovettaa ne nopeasti korkeissa lämpötiloissa (150 °C ja yli).

Epoksihartsin täydellisen silloittumisen kannalta kovettimen aminoryhmissä olevien vetyatomien lukumäärän ja hartsin epoksiryhmien lukumäärän välisen suhteen on oltava 1:1. Alifaattisten amiinien ja epoksiryhmien välinen reaktio etenee huoneenlämpötilassa. Jos käytetään voimakkaita aromaattisia amiineja, lämmitys on välttämätöntä. Kemiallinen sidos hiili- ja typpiatomien välillä, joka syntyy, kun hartsi "silloitetaan" amiinien kanssa, kestää useimpia epäorgaanisia happoja ja emäksiä. Tämä sidos on kuitenkin vähemmän stabiili orgaanisten happojen suhteen kuin muiden luokkien kovettimien muodostamat molekyylien väliset sidokset. Lisäksi "aminokovettuneiden" epoksien sähköeristysominaisuudet eivät ole yhtä hyviä kuin muiden kovetusaineiden. Ehkä tämä johtuu kovettumisen aikana muodostuneiden hydroksyyliryhmien polaarisuudesta.

Isosyanaattikovettimet reagoivat helposti epoksioligomeerien hydroksyyliryhmien kanssa myös kylmässä (=20 °C). Korkeissa kovettumislämpötiloissa (180-200 °C) isosyanaattiryhmän reaktio epoksiryhmän kanssa on mahdollista muodostaen oksatsolidonisyklin. Isosyanaatteina käytetään 2,4- ja 2,6-tolueenidi-isosyanaatteja, heksametyleenidi-isosyanaattia ja niihin perustuvia esipolymeerejä, joissa on terminaalisia isosyanaattiryhmiä.

Epoksioligomeerien kovettumiseen käytetään laajasti sekä novolakka- että resolityyppisiä fenoli-formaldehydioligomeerejä. Novolacit kovettavat epoksioligomeerejä antamalla fenolisen hydroksyylin reagoida epoksiryhmien kanssa 150-180 °C:ssa ja katalyyttien (tertiääristen amiinien) läsnä ollessa 80 °C:ssa. Resolien tapauksessa resolien hydroksimetyyliryhmät reagoivat epoksioligomeerien sekundaaristen OH-ryhmien kanssa ja voivat lisäksi alkyloida epoksioligomeerien aromaattisia renkaita.

Katalyyttiset kovettimet katalysoivat epoksiryhmien polymeroitumista kationisilla ja anionisilla mekanismeilla.

Kationisen polymeroinnin käynnistävät Lewis-hapot - BF3, BF30(C2H5)2, SnCl4 jne.

Anionisen polymeroinnin käynnistävät alkalimetallihydroksidit ja -alkoholaatit sekä tertiääriset amiinit, kuten trietanoliamiini ja 2,4,6-tris(dimetyyliaminometyyli)fenoli.

Anionisessa polymeroinnissa tertiääristen amiinien läsnä ollessa aktiivinen kohta muodostuu amiinin, epoksikohdan ja alkoholin yhteisreaktiossa O OH -kaavion mukaisesti.Alifaattiset tertiaariset amiinit ovat yleensä kylmäkovettuvia kovettimia. Viime aikoina Lewis-perustyyppisinä kovettimina on käytetty menestyksekkäästi imidatsoleja (erityisesti 2-etyyli-4-metyyli-imidatsolia), jotka lisäävät polymeereille lämmönkestävyyttä, amiinikovettimien varastointi ei yleensä aiheuta erityisiä ongelmia. Ne voivat kuitenkin aiheuttaa ihoärsytystä joillekin ihmisille, ja niitä tulee käsitellä varoen.

Hartsien kovettuminen happoanhydrideillä Happokovettimina karboksyylihappojen sykliset aldehydit, kuten ftaali-, maleiini-, sekä trimelliitti (TMA), pyromelliitti (PMA), bentsofeno(ABTC) ovat löytäneet eniten käyttöä. anhydridit suoritetaan 120-180 °C:ssa.

Näiden kovettimien varastointi vaatii erityistä huolellisuutta, jotta estetään niiden hajoaminen ilmakehän kosteuden vaikutuksesta. Täydellisen kovettumisen varmistamiseksi reaktio suoritetaan kuumentaen. Usein lisätään pieni määrä kiihdytintä nopeuttamaan kovettumisprosessia, joka on erittäin hidas. On myös vedettömiä kovettimia, jotka reagoivat hartsin kanssa kuumennettaessa yli 200 °C:seen. Happoanhydridit reagoivat epoksihartsien kanssa muodostaen estereitä. Tämän reaktion tapahtuminen edellyttää anhydridirenkaan avaamista. Pieni määrä protoneja sisältäviä aineita (esim. hapot, alkoholit, fenolit ja vesi) tai Lewis-emäksiä edistää renkaan avautumista.

Kovettumisen seurauksena muodostunut esteriryhmä kestää orgaanisten ja joidenkin epäorgaanisten happojen vaikutusta, mutta emäkset tuhoavat sen. Tuloksena olevilla materiaaleilla on parempi lämmönkestävyys ja paremmat sähköeristysominaisuudet kuin käytettäessä amiinikovettimia.

Lewis-happokatalyyttinen kovetus Vain yhtä Lewis-hapoista, booritrifluoridia, käytetään laajalti epoksihartsien kovetusaineena. Pieninä määrinä puhtaaseen epoksiin lisättynä tämä kovetin toimii katalyyttinä hartsin kationisessa homopolymeroinnissa polyeetteriksi. Booritrifluoridi aiheuttaa erittäin nopean eksotermisen polymeroitumisen, joka tapahtuu muutamassa minuutissa. Siksi kovetettaessa suurta määrää hartsia huoneen lämpötilan ylläpitämiseksi massassa se on estettävä erityisellä tekniikalla. Yhdistettynä monoetyyliamiinin (MEA) kanssa BF3-MEA-kompleksin muodostamiseksi booritrifluoridi muuttuu huoneenlämpötilassa piileväksi koveteeksi. Yli 90°C:n lämpötiloissa se aktivoituu ja saa aikaan epoksihartsin nopean kovettumisen, johon liittyy kontrolloitu lämmön vapautuminen. Kun vastaanotetaan prepregejä, joita säilytetään usein viikkoja ennen käsittelyä, latentin kovettimen käyttö on ehdottoman välttämätöntä.

BF3-MEA-kompleksia sisältäviä epoksihartseja käytetään laajalti tiivistämiseen, työkalujen, laminaattien ja käämitystuotteiden valmistukseen.

Jokin rajoitus tässä on VG3MEA:ta sisältävien prepregien ja kovetuskoostumusten havaittu epästabiilisuus kosteuden vaikutuksesta.

Kiihdyttimet Kiihdyttimiä lisätään hartsi- ja koveteseoksiin niiden välisen reaktion nopeuttamiseksi. Niitä lisätään pieninä ei-stoikiometrisinä määrinä, jotka valitaan empiirisesti tuloksena olevan materiaalin ominaisuuksien ohjaamana. Jotkut tertiääriset amiinit - kovetuskatalyytit - voivat myös toimia kiihdyttiminä useissa järjestelmissä. Useimmiten niitä käytetään lisäämään epoksihartsien kovettumisnopeutta happoanhydrideillä. Tähän tarkoitukseen käytetään tinaoktanaattia, joka on Lewis-happoa. Joissakin tapauksissa se mahdollistaa kovetuksen huoneenlämmössä.

Kovetetut epoksihartsit Voidaan tehdä joitain yleistyksiä kovettuneiden epoksihartsien kemiallisen rakenteen ja ominaisuuksien välisestä suhteesta:

Mitä enemmän aromaattisia renkaita on epoksihartsin koostumuksessa, sitä korkeampi on sen lämpöstabiilisuus ja kemiallinen kestävyys;

Aromaattisia kovettimia käytettäessä muodostuu jäykempiä ja kestävämpiä materiaaleja kuin alifaattisten aineiden tapauksessa, mutta tällaisten järjestelmien lisääntynyt jäykkyys vähentää molekyylien liikkuvuutta ja siten vaikeuttaa reaktiivisten ryhmien välistä vuorovaikutusta, ja kovetus suoritetaan tässä tapauksessa kohonneet lämpötilat;

Molekyylien välisten "ristilinkkien" tiheyden vähentäminen voi johtaa materiaalin lujuuden kasvuun, mikä johtuu murtovenymän lisääntymisestä;

"Ristisidosten" tiheyden vähentäminen voi myös johtaa hartsin kutistumisen vähenemiseen kovetuksen aikana;

"Ristisidosten" tiheyden lisääminen johtaa kovettuneen materiaalin kemiallisen kestävyyden kasvuun;

"Ristisidosten" tiheyden lisääntyminen johtaa termisen hajoamislämpötilan (ja lasittumislämpötilan Tc) nousuun, kuitenkin liian korkeaan "ristisidosten" tiheyteen.

vähentää murtuman muodonmuutosta (lisääntynyt hauraus);

Kun molekyylien aromaattiset fragmentit korvataan alifaattisilla tai sykloalifaattisilla fragmenteilla, joihin ei liity muutosta järjestelmän "ristisidosten" lukumäärässä, kovettuneen hartsin elastisuus ja venymä lisääntyvät;

Happoanhydridillä kovetetut epoksit toimivat paremmin happokäytössä kuin emäksisessä käytössä.

Koska epoksihartsit ovat viskoelastisia materiaaleja, niiden ominaisuudet riippuvat sekä lämpötilasta että testin kestosta (nopeus, taajuus).

Erikoismenetelmillä kovetettujen epoksihartsien ominaisuudet.

Erityisesti kovettuneita epoksijärjestelmiä käytettäessä on otettava huomioon joitain rajoituksia. Esimerkiksi valmistettaessa suuria osia, jotka ovat epämukavia lämmitettäväksi, ja paksuseinäisiä osia, joissa lämpöjännityksen tulisi olla minimaalinen, ei ole tarkoituksenmukaista käyttää järjestelmiä, jotka vaativat korkean lämpötilan kovetusta. Näissä tapauksissa käytetään järjestelmiä, joissa on alhaisen lämpötilan kovettimet. Nämä koostumukset sisältävät epoksihartseja, jotka on kovettunut alifaattisten amiinien vaikutuksesta. Tällaisten koostumusten kovettaminen huoneenlämpötilassa johtaa materiaaleihin, joilla on erinomaiset ominaisuudet ja joita parannetaan edelleen alhaisella lämmöllä. Näitä hartseja ei tietenkään voida käyttää korkeissa lämpötiloissa.

Epoksioligomeerejä ja -polymeerejä käytetään useilla tekniikan aloilla, koska yksinkertaisen jalostustekniikan onnistunut yhdistelmä, jolla on korkeat fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet, lämmönkestävyys, tarttuvuus eri materiaaleihin, kestävyys erilaisille väliaineille ja kyky kovettua ilmakehän paineessa. alhainen kutistuminen. Joten niitä käytetään laajasti lujien rakennemateriaalien tuotannossa, raketti- ja avaruusteknologiassa, ilmailussa, laivanrakennuksessa, koneenrakennuksessa, sähkötekniikassa, radioelektroniikassa ja instrumenttien valmistuksessa.

Epoksioligomeerejä ja -polymeereja käytetään laajalti matriiseina hiilimuovien valmistuksessa, joille on ominaista korkea lujuus ja jäykkyys sekä matala tiheys, alhainen lämpötila kitkakerroin, korkea lämmön- ja sähkönjohtavuus, kulutuskestävyys, lämmönkestävyys ja säteilyn vaikutuksia. Koksi- ja pyrohiiliepoksihiilimuovit kestävät lämpöä ja termistä oksidatiivista hajoamista, niillä on korkeat lujuusominaisuudet ja hyvät lämpösuojaominaisuudet.

Epoksihartsit ovat hyviä matriiseja lasikuitujen valmistukseen. Lasikuitujen ja lasikankaiden lisäksi käytetään kvartsikuituja ja -kankaita, boorihiilikuituja, piikarbidia ja muita epäorgaanisia kuituja.

Epäorgaanisten kuitujen lisäksi lujitettujen epoksimuovien valmistukseen käytetään orgaanisten polymeerien kuituja, erityisesti poly-p-fenyleenitereftalamidista ja muista aramideista valmistettuja lujia synteettisiä kuituja.

Keramiikkaa, puuta, muoveja, metalleja, epoksioligomeerejä ja polymeerejä käytetään laajasti liimojen, kuuma- ja kylmäkovetusyhdisteiden valmistuksessa hyvän tarttuvuuden ansiosta.

Epoksioligomeerejä käytetään eri osien sulkemiseen ja kapseloimiseen niiden suojaamiseksi ympäristöltä.

Sähkötekniikassa epoksioligomeereja käytetään muuntajien ja moottoreiden käämien täyttämiseen, sähkökaapeleiden liitosten tiivistämiseen jne.

AIHE 6. Lämmönkestävät hartsit

Huolimatta lämpöhapettavasta hajoamisprosessista, joka väistämättä etenee näissä olosuhteissa, tällaisten polymeerien hajoaminen etenee suhteellisen hitaasti. Lisäksi oletetaan, että fragmentit, joihin nämä polymeerit hajoavat, ovat suhteellisen stabiileja, mikä lisää materiaalin "ikää" korotetuissa lämpötiloissa.

Keskeinen kohta lämmönkestävien hartsien saamiseksi on polymeerien synteesi, jotka sisältävät suuren määrän heteroaromaattisia fragmentteja. Nämä fragmentit, jotka sisältävät vähimmäismäärän hapettuvia vetyatomeja, voivat absorboida lämpöenergiaa. Valitettavasti samat kemiallisen rakenteen elementit, jotka määräävät tällaisten hartsien lämpö- ja oksidatiivisen stabiilisuuden, johtavat vakaviin vaikeuksiin ja usein jopa mahdottomuuksiin käsitellä niitä halutuiksi tuotteiksi.

1960-luvulla syntetisoitiin useita heteroaromaattisia polymeerejä, joilla termogravimetrisen analyysin (TGA) mukaan oli hyvä lämpö- ja oksidatiivinen stabiilisuus korkeissa lämpötiloissa. Yritykset käyttää näitä polymeerejä parannettujen komposiittimateriaalien sideaineina ovat kuitenkin joko epäonnistuneet tai eivät ole taloudellisesti kannattavia.

Siksi 1970-luvun alussa lämmönkestävien polymeerisideaineiden tulevaisuus näytti hyvin epämääräiseltä ja epävarmalta. Näytti siltä, ​​että tämä hyödyllinen materiaaliluokka jää "laboratoriouteliaisuudeksi". Kuitenkin polyimidipolymeerien kemian kehitys 1972-74. paitsi herätti kiinnostusta niitä kohtaan ja aiheutti uutta kehitystä lämmönkestävien sideaineiden alalla, vaan mahdollisti myös näiden sideaineiden monien mahdollisten mahdollisuuksien käytännön toteuttamisen. Tällä hetkellä polyikäytetään rakennemateriaaleina, jotka toimivat noin 300 °C:n lämpötilassa. Riippuen imidiryhmien muodostavien orgaanisten radikaalien kemiallisesta rakenteesta oligoimidit jaetaan aromaattisiin, alifaattisiin ja alisyklisiin. ketjujen muoto - lineaariseksi tai kolmiulotteiseksi (tilaverkko).

Suurimolekyylipainoisiin polyimideihin perustuvien komposiittimateriaalien suurin haittapuoli on niiden korkea huokoisuus, mikä rajoittaa jyrkästi näiden materiaalien tehokkaan käytännön soveltamisen mahdollisuuksia olosuhteissa, joissa samanaikaisesti altistetaan suurille mekaanisille kuormituksille, korkeille lämpötiloille ja hapettavalle ilmakehille.

Siksi näyttää sopivammalta käyttää alkuperäisiä sulavia oligomeerisiä imidejä, jotka pystyvät kovettumaan polymerointireaktiolla, koska polymerointiin ei liity haihtuvien sivutuotteiden vapautumista, mikä johtaa tuloksena olevien materiaalien suureen huokoisuuteen. Suurin merkitys on polymeroituvilla oligomeerisillä imidillä, jotka sisältävät maleisimidi- jaryhmiä ketjujen päissä.

Nämä vaatimukset täyttävät suurelta osin bismaleimyylit, joita saadaan eri rakenteiden diamiinien ja maleiinihappoanhydridin vuorovaikutuksesta. Bis-maleimideissä oleva kaksoissidos on elektronivajainen johtuen imidisyklin karbonyyliryhmien läheisyydestä; siksi bis-maleimidit polymeroituvat helposti sulamispisteen yläpuolelle kuumennettaessa muodostaen kolmiulotteisia polymeerejä.

TEOLLISUUSYRITYSTEN PALAUTETTU JÄTTEET Lähes kaikkien yritysten taloudellisessa toiminnassa syntyy jätettä. Johtuen siitä, että jätteen määrä vaikuttaa suoraan ... " LIITTOVALTION KOULUTUSVIRASTO MOSKOVAN VALTION RAKENNUSYLIOPISTO Kurinalaohjelma _Investointien taloudellinen arviointi_ "JULKINEN SEKTORIN TALOUS" On osoitettu, että markkinamekanismien ja valtion välinen vuorovaikutusongelma Asetuksen tulisi keskustella ... "filosofisten tieteiden kandidaatti, nuorempi tutkija sosiologian ja psykologian laitoksella N ... "avustajien, Dean Witter, rahoituslaitos, jotka saavat lyhytaikaisen Stanfordin tutkinnon ... "N. V. Mikhailova Minskin osavaltion korkeakoulu..."

2017 www.sivusto - "Ilmainen sähköinen kirjasto - erilaisia ​​materiaaleja"

Tämän sivuston materiaalit on lähetetty tarkistettavaksi, kaikki oikeudet kuuluvat niiden tekijöille.
Jos et hyväksy materiaalisi julkaisemista tällä sivustolla, ole hyvä Kirjoittakaa meille Poistamme sen 1-2 arkipäivän kuluessa.