5.4.2. Komposit matriks polimer

Bahan komposit dengan matriks polimer dicirikan oleh ketumpatan rendah (1200 ... 1900 kg/m 3), kepekaan rendah kepada torehan, kekonduksian haba dan elektrik, keletihan yang tinggi dan kekuatan spesifik, kebolehprosesan, ketelusan radio (sebilangan bahan), dll. Sebagai polimer Matriks untuk komposit menggunakan kedua-dua termoset (terutamanya) dan polimer termoplastik, dan pengisi - mana-mana di atas.

Bahan berasaskan polimer termoplastik dengan pengisi tersebar pelbagai sifat (talc, grafit, oksida logam, pelincir pepejal berlapis, serbuk logam, gentian kaca diskret, dsb.) digunakan untuk pembuatan bahagian mesin dan peranti yang dimuatkan ringan dan sederhana, bahagian perumahan, gear dan sproket , galas dan pengedap, tali pinggang pemacu, bekas, dsb.

Di antara komposit termoplastik, bahan berisi kaca adalah yang paling banyak digunakan. Sebagai pengisi, gentian dengan diameter 9 ... 13 mikron daripada kaca aluminoborosilikat bebas alkali digunakan, pendek (0.1 ... 1 mikron panjang) dan panjang (3 ... 12 mm panjang) dengan tahap pengisian 10 ... 40% daripada jisim polimer. Plastik berisi kaca berasaskan poliamida, polikarbonat, polipropilena dan termoplastik lain dihasilkan. Mengisi termoplastik dengan gentian kaca meningkatkan ciri kekuatan polimer dan rintangan haba, mengurangkan rayapan sebanyak 1.5 ... 2 kali, mengurangkan pengembangan haba sebanyak 2 ... 7 kali, meningkatkan had ketahanan dan rintangan haus. Pengenalan pelincir berlapis pepejal, seperti grafit, molibdenum disulfida, boron nitrida, dll., ke dalam komposit mengurangkan pekali geseran polimer dan meningkatkan rintangan hausnya.

Kekuatan komposit berasaskan termoplastik mencapai 150 ... 160 MPa dengan kekuatan hentaman yang agak tinggi (KCU = 8 ... 60 J/m 2).

Bahan komposit berasaskan plastik termoset dicipta berdasarkan polimer yang mengeras apabila dipanaskan atau di bawah pengaruh pengeras untuk membentuk struktur polimer tiga dimensi. Komposit yang boleh dirawat haba termasuk komposit berasaskan fenol-formaldehid, urea dan melamin-formaldehid, organosilikon dan resin lain. Jenis kedua termasuk komposit berasaskan polysiloxane, resin epoksi dan poliester tak tepu.

Plastik termoset, tidak seperti termoplastik, dicirikan oleh kekurangan aliran sejuk sepenuhnya, mempunyai rintangan haba yang jauh lebih besar, tidak larut, dan mempunyai pembengkakan yang tidak ketara. Mereka mempamerkan kestabilan sifat sehingga suhu rintangan haba, keupayaan untuk menahan beban jangka panjang pada suhu dari -60 hingga +200 ... 300 °C bergantung kepada jenis polimer, dan mempunyai sifat dielektrik yang baik. Tetapi bahan-bahan ini kurang maju dari segi teknologi daripada termoplastik.

Resin epoksi mempunyai lekatan terbesar pada pengisi. Resin epoksi yang diawet adalah tahan terhadap alkali, agen pengoksidaan, dan kebanyakan asid organik. Walau bagaimanapun, komposit berdasarkan mereka mempunyai sifat mekanikal yang rendah, mempunyai rintangan haba sehingga 200 ° C, dan resin ini adalah toksik.

Komposit berdasarkan pengikat silikon-organik dan polimida mempunyai rintangan haba yang paling besar (sehingga 280 ... 350 ° C).

Penggunaan resin epoksi dan poliester tak tepu memungkinkan untuk mendapatkan bahan yang boleh menyembuhkan pada suhu bilik (cold cure), yang sangat penting dalam pembuatan produk bersaiz besar.

Bahan komposit dengan pengisi tersebar serbuk bahan organik (tepung kayu, selulosa) dan mineral (kuarza, talc, mika, oksida logam, pelincir berlapis pepejal, termasuk grafit, molibdenum disulfida, boron nitrida) digunakan; ia mempunyai sifat isotropik dan kekuatan mekanikal dan kekuatan hentaman yang rendah.

Sebagai bahan penguat gentian Tunda kapas, benang kord, gentian asbestos dan gentian kaca digunakan. Sehubungan itu, bahan-bahan ini dipanggil gentian kaca, gentian kaca kord, gentian kaca asbestos, gentian kaca.

gentian kaca - plastik berasaskan benang kapas yang diresapi dengan resin fenol-formaldehid. Bahan tersebut telah meningkatkan kekuatan hentaman berbanding serbuk penekan (sehingga 10 kJ/m2), tetapi mempunyai kecairan yang jauh lebih rendah, yang tidak membenarkan pengeluaran bahagian berdinding nipis. Gentian kaca mempunyai sifat dielektrik yang rendah, tidak stabil kepada iklim tropika, dan mempunyai sifat anisotropik. Ia digunakan untuk pembuatan produk untuk tujuan teknikal umum dengan peningkatan rintangan kepada getaran dan beban kejutan, tertakluk kepada lenturan dan kilasan, contohnya, takal tali pinggang, bebibir, pemegang, penutup, dll.

Gentian asbestos - komposit yang mengandungi mineral berserabut - asbestos, yang berpecah menjadi gentian nipis dengan diameter sehingga 0.5 mikron. Resin fenol-formaldehid dan organosilikon digunakan sebagai pengikat. Mereka mempunyai kekuatan impak yang tinggi dan rintangan haba sehingga 200 °C, tahan kepada persekitaran berasid, dan mempunyai sifat geseran yang baik. Ia digunakan terutamanya sebagai bahan untuk peranti brek (pad brek, pelapik, cakera klac).

Gentian asbestos berasaskan fenol-formaldehid digunakan untuk penghasilan bahagian tahan haba berkekuatan tinggi untuk tujuan elektrik (panel elektrik, pengumpul voltan tinggi dan rendah), dan berasaskan polimer organosilikon - untuk bahagian yang beroperasi dalam tempoh yang lama. masa pada suhu sehingga 200 ° C (bahan K-41-5) dan untuk ruang penindasan arka penyentuh kuasa tinggi, blok terminal (KMK-218). Bahan terkini adalah tahan tropika. Faolite - gentian asbestos, yang diperoleh dengan meresapi gentian asbestos dengan resin fenol-formaldehid, diikuti dengan menggulung campuran, digunakan untuk pembuatan paip dan bekas tahan asid.

gentian kaca ialah plastik yang mengandungi gentian kaca sebagai pengisi. Gentian kaca dengan diameter 5 ... 20 mikron digunakan, kekuatan tinggi dengan rintangan sementara B = 600 ... 3800 MPa dan modulus tinggi (VM-1, VMP, M-11), mempunyai B = 3900 ... 4700 MPa dan modulus anjal pada kekuatan tegangan sehingga 110 GPa. Gentian, benang dan berkas dengan panjang yang berbeza digunakan, yang sebahagian besarnya menentukan kekuatan impak gentian kaca. Semakin nipis serat, semakin kurang cacatnya dan semakin tinggi kekuatannya.

Sifat mekanikal gentian kaca bergantung pada komposisi, kuantiti dan panjang gentian kaca, jenis pengikat, proses fizikal dan kimia yang berlaku pada antara muka pengikat gentian kaca, dan kaedah pemprosesan. Sebagai contoh, menggantikan gentian kaca daripada kaca E (aluminosilikat bebas alkali) dengan gentian kaca S (kekuatan tinggi kalis haba) dalam pengikat epoksi boleh meningkatkan kekuatan komposit sebanyak 40%.

Untuk meningkatkan kebolehbasahan gentian kaca dengan pengikat, mengurangkan tegasan yang timbul pada antara muka, dan meningkatkan lekatan antara gentian dan pengikat, gentian dirawat (dirawat) dengan sebatian yang mengandungi pelbagai kumpulan reaktif (vinil, metakrilik, fenil, amino). dan kumpulan imino, dsb.). Mengurangkan tekanan dalam lapisan pengikat yang bersempadan dengan gentian, mengurangkan pengecutan dan keliangan, dan meningkatkan rintangan haba difasilitasi oleh pengenalan pengisi serbuk ke dalam pengikat, khususnya, serbuk pengikat yang telah diawet.

Gentian kaca terbahagi kepada: jisim akhbar berserat berserabut, berbutir dan bertaburan halus.

Gentian kaca gentian terjerat diperoleh melalui impregnasi kepingan gentian 40 ... 70 mm panjang, diikuti dengan mengebulkan dan mengeringkan untuk mengeluarkan pelarut (contohnya, AG-4V). Kelemahan bahan ini ialah taburan pengikat yang tidak sekata, variasi yang lebih besar dalam sifat mekanikal dan kecairan yang lebih rendah berbanding gentian kaca lain.

Gentian kaca berbutir(pracampuran) diperolehi dengan impregnasi gentian kaca yang tidak dipilin dan helai kaca, diikuti dengan pengeringan dan pemotongan ke dalam butiran 5, 10, 20 dan 30 mm panjang. Diameter butiran ialah 0.5 ... 8 mm. Bahan ini mempunyai kebolehliran dan kecairan yang baik, kestabilan sifat mekanikal yang lebih besar. Kategori bahan ini termasuk dos gentian kaca DSV.

Bahan penekan gentian kaca yang halus dibuat dengan mencampurkan gentian kaca yang dihancurkan sehingga 1.5 mm panjang dengan pengikat, diikuti dengan granulasi (butiran berukuran 3 ... 6 mm). "Serpih kaca" dengan butiran sehingga 10 ... 50 mm panjang daripada sisa gentian kaca yang diresapi juga dihasilkan.

Kaca gentian berbutir dengan butiran sehingga saiz 6 mm diproses dengan pengacuan suntikan. Gentian kaca halus boleh diproses dengan pengacuan suntikan, dan dalam pembuatan produk dengan tetulang logam - pengacuan suntikan. Gentian kaca dengan panjang butiran 10 mm diproses dengan suntikan dan menekan terus, dan dengan panjang butiran 20 dan 30 mm - hanya dengan menekan langsung.

Bahagian badan, elemen perisai, penebat, penyambung plag, radar antena, dsb. diperbuat daripada gentian kaca. Produk yang dikendalikan pada suhu dari -60 hingga +200 °C dibuat berdasarkan resin aniline-fenol-formaldehid dan gentian kaca aluminoborosilikat bebas alkali, dan untuk julat suhu - 60...+100 °C berdasarkan resin epoksi.

Gentian kaca berasaskan resin organosilikon digunakan sehingga suhu 400 °C, dan dengan penggunaan gentian kuarza atau silika untuk masa yang singkat dan pada suhu yang lebih tinggi. Untuk bahagian pelindung haba, gentian kaca berasaskan gentian silika dan resin fenol-formaldehid digunakan.

Berdasarkan tikar kaca dan resin poliester tak tepu, prepregs, yang digunakan untuk pembuatan bahagian bersaiz besar (badan, bot, bahagian badan instrumen, dll.). Penggunaan gentian berorientasikan memungkinkan untuk mendapatkan gentian kaca dengan sifat mekanikal yang lebih baik. Contohnya, gentian kaca berorientasikan AG-4S mempunyai: B = 200 ... 400 MPa, KCU = 100 kJ/m 2 ; manakala untuk AG-4B berasaskan gentian kusut: B = 80 MPa, KCU = 25 kJ/m 2.

Organofibers adalah bahan komposit berasaskan pengikat polimer, di mana pengisinya adalah gentian polimer organik (poliamida, lavsan, nitron, vinol, dll.). Untuk tetulang, helai, fabrik dan tikar yang diperbuat daripada gentian ini juga digunakan. Resin termoset (epoksi, fenol-formaldehid, polimida, dll.) digunakan sebagai pengikat.

Penggunaan pengikat dan pengisi polimer dengan ciri termofizik yang sama, serta yang mampu penyebaran dan interaksi kimia di antara mereka, memberikan komposit dengan kestabilan sifat mekanikal, kekuatan spesifik tinggi dan kekuatan hentaman, rintangan kimia, ketahanan terhadap kejutan haba, suasana tropika , dan lelasan. Suhu operasi yang dibenarkan bagi kebanyakan gentian organ ialah 100 ... 150 °C, dan yang berasaskan pengikat polimida dan gentian tahan haba - sehingga 200 ... 300 °C. Kelemahan bahan ini termasuk kekuatan mampatan dan rayapan yang rendah.

Untuk mendapatkan komposit berkekuatan tinggi, gentian berasaskan poliamida aromatik (gentian aramid SVM, terlon, Kevlar) digunakan, yang mempunyai sifat mekanikal yang tinggi, kestabilan terma pada julat suhu yang luas, dan sifat dielektrik dan keletihan yang baik. Dari segi kekuatan khusus, gentian ini adalah yang kedua selepas boron dan karbon.

Gentian boron - bahan komposit pada matriks polimer, diisi dengan gentian boron. Mereka mempunyai sifat mekanikal yang baik, rayapan rendah, kekonduksian haba dan elektrik yang tinggi, rintangan kepada pelarut organik, bahan api dan pelincir, sinaran radioaktif, dan beban berselang-seli kitaran.

Gentian boron dihasilkan melalui pemendapan kimia boron daripada campuran gas BCl 3 +H 2 ke filamen tungsten pada suhu ~1130°C. Untuk meningkatkan rintangan haba, gentian disalut dengan silikon karbida, juga dimendapkan daripada fasa wap-gas dalam persekitaran argon dan hidrogen. Serat sedemikian dipanggil borsik. Resin epoksi dan polimida yang diubah suai digunakan sebagai pengikat untuk gentian boron. Gentian boron KMB-3, KMB-Zk memastikan prestasi produk pada suhu sehingga 100 °C, KMB-1 dan KMB-1k sehingga 200 °C, dan KMB-2k sehingga 300 °C. Untuk meningkatkan kebolehprosesan pemprosesan, komposit yang mengandungi campuran gentian boron dan gentian kaca digunakan.

Gentian boron digunakan dalam teknologi penerbangan dan ruang angkasa untuk pembuatan pelbagai profil, panel, bahagian pemampat, dll.

Gentian karbon (plastik gentian karbon) - bahan komposit berasaskan pengikat polimer dan gentian karbon. Gentian karbon mempunyai rintangan haba yang tinggi; kekuatan khusus, rintangan kimia dan cuaca, pekali pengembangan linear haba yang rendah.

Dua jenis gentian digunakan: berkarbonat dan bergrafit. Bahan permulaan ialah gentian viscose atau polyacrylonitrile (PAN), padang batu dan petroleum, yang tertakluk kepada rawatan haba khas. Semasa pemprosesan suhu tinggi dalam persekitaran bukan pengoksidaan, peralihan daripada gentian organik kepada karbon berlaku. Karbonisasi dijalankan pada suhu 900 ... 2000 °C, dan grafitisasi - pada suhu sehingga 3000 °C. Berdasarkan sifat mekanikalnya, gentian karbon dibahagikan kepada modulus tinggi dan kekuatan tinggi. Polimer termoset digunakan sebagai pengikat: epoksi, fenol-formaldehid, resin epoksi-fenolik, polimida, dsb., serta matriks karbon.

Gentian karbon mempunyai sifat mekanikal yang baik, ketahanan statik dan dinamik, rintangan air dan kimia, dsb.

Gentian karbon dengan pengikat epoksi-anilino-formaldehid (KMU-3, KMU-Zl) beroperasi pada suhu sehingga 100 °C, dengan epoksi-fenolik (KMU-1l, KMU-ly) sehingga 200 °C, dengan polimida (KMU- 2, KMU-2l) sehingga 300 °C, pada matriks karbon sehingga 450 °C di udara dan sehingga 2200 °C dalam persekitaran lengai.

Gentian karbon digunakan untuk pembuatan bahagian struktur untuk pesawat dan roket, antena, kapal, kereta, dan peralatan sukan.

Bahan komposit berlapis mempunyai pengisi kepingan (kain, kertas, venir, dll.), diresapi dan diikat bersama dengan pengikat polimer. Bahan-bahan ini mempunyai sifat anisotropik. Fabrik berasaskan gentian berkekuatan tinggi pelbagai sifat digunakan sebagai elemen penguat gentian: kapas, fabrik kaca-asbestos, fabrik organo, fabrik karbon, fabrik kaca organo, fabrik kaca organoboron. Fabrik berbeza dalam nisbah gentian dalam ledingan dan pakan dan dalam jenis tenunan, yang mempengaruhi sifat mekanikalnya. Komposit berlapis dihasilkan dalam bentuk kepingan, paip, dan kosong.

Getinax - plastik berasaskan resin fenolik, amino-formaldehid dan urea yang diubah suai dan pelbagai jenis kertas.

Organogetinax diperbuat daripada kertas daripada gentian sintetik, selalunya daripada poliamida aromatik dan polivinil alkohol. Polimida, fenol-formaldehid, resin epoksi dan lain-lain digunakan sebagai pengikat. Berbanding dengan getinak, ia mempunyai rintangan yang lebih tinggi dalam persekitaran yang agresif dan kestabilan sifat mekanikal dan dielektrik pada suhu tinggi.

Textolite - plastik berlamina berasaskan pengikat polimer dan fabrik kapas. Bahan ini mempunyai sifat mekanikal yang tinggi dan ketahanan terhadap getaran. Bergantung kepada tujuan utama, teksolit dibahagikan kepada struktur, elektrik, grafit, dan gasket fleksibel.

Gred textolite struktur PTK, PT, PTM digunakan untuk pembuatan gear, galas gelongsor yang beroperasi pada suhu di zon geseran tidak melebihi 90 ° C, dalam kilang penggelek, turbin, pam, dll. Tersedia dalam bentuk kepingan dengan ketebalan 0.5 hingga 8 mm dan papak dengan ketebalan 8 hingga 13 mm.

Textolite elektrik digunakan sebagai bahan penebat elektrik dalam persekitaran dengan suhu operasi dari minus 65 hingga +165°C dan kelembapan sehingga 65%. Ia dihasilkan dalam bentuk kepingan dengan ketebalan 0.5 hingga 50 mm, gred A, B, G, VC. Kekuatan elektrik dalam minyak pengubah adalah sehingga 8 kV/mm. Gred A - dengan sifat elektrik yang lebih baik untuk operasi dalam minyak pengubah dan udara pada frekuensi industri 50 Hz. Gred B - dengan sifat elektrik yang lebih baik untuk operasi di udara pada frekuensi 50 Hz. Gred G adalah serupa dalam sifat dan kawasan penggunaan kepada gred A, tetapi dengan toleransi lanjutan untuk meledingkan dan ketebalan. Gred HF - untuk operasi di udara pada frekuensi tinggi (sehingga 10 6 Hz).

Textolite grafit digunakan untuk pembuatan galas untuk peralatan rolling dan dihasilkan dalam bentuk kepingan dengan ketebalan 1 ... 50 mm, panjang sehingga 1400 mm dan lebar sehingga 1000 mm.

Textolite spacer fleksibel digunakan untuk pengeluaran gasket pengedap dan penebat dalam komponen mesin yang terdedah kepada minyak, minyak tanah dan petrol. Dihasilkan dalam bentuk kepingan dengan ketebalan 0.2 ... 3.0 mm.

DALAM tekstil asbestos Dan asbogetinaxah sebagai pengisi ia mengandungi, masing-masing, fabrik asbestos atau kertas asbestos (sehingga 60%), dan sebagai pengikat - resin fenol-formaldehid dan melamin-formaldehid, polimer silikon-organik, yang menentukan suhu operasi yang dibenarkan.

Bahan berasaskan melamin-formaldehid membolehkan produk beroperasi pada suhu sehingga 200 °C, pada fenol-formaldehid sehingga 250 °C dan pada silikon sehingga 300 °C untuk operasi jangka panjang. Suhu boleh mencecah 3000 °C. Tekstil asbestos digunakan terutamanya untuk pembuatan pad brek, pelapik brek, dan sebagai bahan penebat haba dan pelindung haba.

Laminasi gentian kaca dibuat berdasarkan fabrik kaca dan pelbagai pengikat polimer. Berdasarkan resin fenol-formaldehid (KAST, KAST-V, KAST-R), mereka lebih tahan haba daripada textolite PTK, tetapi lebih teruk dalam rintangan getaran. Berdasarkan resin organosilicon (STK, SK-9F, SK-9A) mereka mempunyai rintangan haba dan fros yang tinggi, mempunyai rintangan kimia yang tinggi, dan tidak menyebabkan kakisan logam yang bersentuhan dengannya. Laminasi gentian kaca digunakan terutamanya untuk produk bersaiz besar untuk tujuan kejuruteraan radio.

Mereka mempunyai kekuatan impak tinggi KCU sehingga 600 kJ/m 2 dan kekuatan tegangan sehingga 1000 MPa. bahan anisotropik gentian kaca, diperkukuh dengan venir kaca (SVAM). Dari segi ketegaran khusus, bahan-bahan ini tidak kalah dengan logam, dan dari segi kekuatan khusus mereka adalah 2 ... 3 kali lebih tinggi daripada mereka.

Plastik berisi gas juga boleh dikelaskan sebagai komposit, kerana strukturnya adalah sistem yang terdiri daripada fasa pepejal dan gas. Mereka dibahagikan kepada dua kumpulan: plastik buih dan plastik buih. Plastik buih mempunyai struktur selular, liang-liangnya diasingkan antara satu sama lain oleh lapisan polimer. Plastik berliang mempunyai sistem berliang terbuka dan produk gas atau cecair yang terdapat di dalamnya berkomunikasi antara satu sama lain dan persekitaran.

Plastik buih diperolehi berdasarkan polimer termoplastik (polistirena, polivinil klorida, poliuretana) dan resin termoset (fenol-formaldehid, fenol-getah, organosilikon, epoksi, urea). Untuk mendapatkan struktur berliang, dalam kebanyakan kes, komponen pembentuk gas dipanggil peniup. Walau bagaimanapun, terdapat juga bahan berbuih sendiri, contohnya, busa poliester uretana, busa poliepoksi. Buih berasaskan resin termoplastik lebih maju dari segi teknologi dan elastik, tetapi julat suhu operasinya adalah dari -60 hingga +60 °C.

Plastik berliang diperoleh terutamanya dengan berbuih mekanikal komposisi, contohnya, dengan udara termampat atau menggunakan agen berbuih khas. Apabila jisim buih mengeras, pelarut, dikeluarkan dari dinding sel semasa pengeringan dan pengawetan, memusnahkannya. Melalui liang boleh diperolehi dengan mengisi komposisi dengan bahan larut air. Selepas menekan dan menyembuhkan produk, ia direndam dalam air yang dipanaskan, di mana bahan larut dibasuh.

Plastik berliang digunakan untuk pembuatan penyerap hentak, tempat duduk lembut, span, penapis, sebagai gasket kalis getaran dan kalis bunyi dalam unit pengudaraan, peredam, gasket dalam topi keras dan topi keledar, dsb. Ketumpatannya ialah 25 ... 500 kg/m 3.

Bahan rangka logam-polimer adalah bahan komposit di mana tapak sokongannya ialah jaringan logam tiga dimensi, dan rongga antara kerangka diisi dengan komposisi polimer yang mengandungi pelbagai komponen berfungsi (Rajah 5.11).

nasi. 5.11. Struktur bahan rangka logam-polimer (a) dan bahan MPC (b):

1 - zarah logam, 2 - polimer, 3 - pelincir pepejal, 4 - grafit pirolitik

Dalam kejuruteraan mekanikal, bahan pelincir diri logam-polimer berdasarkan rangka logam-seramik dan pengikat polimer yang mengandungi pelbagai pelincir kering (grafit, molibdenum disulfida, kadmium iodida, dll.) telah digunakan. Bahan sedemikian digunakan untuk pembuatan galas biasa, sangkar galas bergolek, gelang omboh, dsb.

Untuk mendapatkan bingkai logam-seramik, serbuk timah gangsa, keluli tahan karat, dan seramik kaca digunakan. Rongga antara kerangka diisi dengan fluoroplastik-4D melalui impregnasi dengan 50% ampaian akueus fluoroplastik atau campuran fluoroplastik-4D dengan plumbum. Bahan anti geseran logam-seramik MPC, dibuat berdasarkan serbuk keluli tahan karat, mengandungi pirografit dan fluoroplastik-4.

Teknologi untuk pengeluarannya adalah seperti berikut: bingkai dengan keliangan 20 ... 70% ditekan dan disinter daripada serbuk logam. Kemudian, dalam ruang khas, gas yang mengandungi karbon dialirkan melalui liang pada suhu yang memastikan pirolisis gas dan pemendapan grafit pada dinding rangka sehingga kira-kira 3/4 daripada isipadu liang diisi, selepas itu produk itu vakum berulang kali diresapi dengan suspensi fluoroplastik-4 dengan rawatan haba serentak.

Bahan pelincir sendiri dari jenis tertentu beroperasi pada suhu sehingga 250 °C.

Penggunaan bahan pelincir diri bingkai pita, yang merupakan tapak logam (pita) yang padanya lapisan bingkai logam-seramik berliang, adalah sangat menjanjikan. Liang-liang bingkai dipenuhi dengan komposisi berdasarkan fluoroplastik-4 dan pelincir pepejal.

Bahan pita sangat maju dari segi teknologi, membenarkan pengeluaran galas biasa (digulung masuk) dan galas apa-apa saiz) membenarkan operasi tanpa pelinciran pada suhu sehingga 280 °C pada tekanan tinggi (sehingga 200 ... 300 MPa) dan kelajuan gelongsor. Penggunaan pita asas logam dan bingkai berliang gangsa memastikan penyingkiran haba yang baik dari zon geseran, dan fluoroplastik-4 terletak di dalam liang dan di permukaan dengan pelincir pepejal memastikan pekali geseran yang rendah dan rintangan haus yang tinggi bagi pasangan geseran. Di luar negara, bahan pita seperti DU, DP, DQ digunakan secara meluas.

Salah satu kelemahan bahan pita bingkai ialah ketebalan kecil lapisan permukaan yang mengalir (10 ... 20 mikron), yang tidak termasuk kemungkinan pemprosesan mekanikal galas selepas pemasangannya di perumahan.

Adalah berkesan untuk menggunakan bahan pelincir diri bingkai, bingkai yang disinter daripada gentian logam atau jerat, dan pelbagai komposisi polimer digunakan sebagai matriks, serta bahan berasaskan karbon-grafit dan fabrik karbon-grafit berlogam yang diresapi dengan pengikat polimer dengan pelincir pepejal.

Pada masa ini digunakan secara meluas bahan kayu komposit, iaitu bahan kayu pengukuh (pengisi) digabungkan dalam matriks (biasanya polimer) dengan pengenalan bahan tambahan khas. Dalam sesetengah kes, ia dipanggil plastik kayu, atau KDPM (bahan polimer kayu komposit).

Papan partikel - produk bersaiz besar yang dihasilkan dengan menekan rata panas zarah kayu bercampur dengan pengikat. Menurut GOST 10632-89, papak dihasilkan dalam saiz 2440x1220; 2750x1500; 3500x1750; 3660x1830; 5500x2440 mm, ketebalan dari 10 hingga 25 mm, diampelas dan tidak diampelas. Selaras dengan tujuannya, papak dibahagikan kepada tiga jenama: P-1 (P-1M berbilang lapisan dan P-1T tiga lapisan)- menghasilkan bekas, panel dan bahagian lain dalam radio dan pembuatan instrumen, perabot dan elemen pembinaan. Ditutup dengan filem berdasarkan termoset dan polimer termoplastik, cat dan varnis; P-2 (P-2T dan P-20 satu lapisan, dibahagikan kepada kumpulan A dan B) - mengeluarkan perumahan peranti, mesin, bekas dan bekas (kecuali makanan), rak, elemen perabot dan struktur bangunan. Ia digunakan dilapisi dengan venir, plastik berlapis kertas hiasan dan tanpa venir; P-3 (P-ET)- bahagian badan van, sekatan kereta, elemen struktur menanggung beban bangunan. Berdasarkan kualiti permukaan, papak dibahagikan kepada digilap (gred 1 dan 2) dan tidak digilap (gred I dan II).

Papan gentian kayu (GOST 4598-86) bergantung kepada ketumpatan dibahagikan kepada lembut (M), separa keras (PT), keras (T) dan super-keras (ST) dan bergantung kepada kekuatan lentur - kepada tujuh gred: M-4 , M- 12, M-20, PT-100, T-350, T-400 dan ST-500, di mana nombor menunjukkan nilai minimum kekuatan tegangan papak semasa lenturan dalam kgf/cm 2. Ketebalan papak 2.5; 3.2; 4; 5; 6; 8:12; 16 dan 25mm, lebar dari 1220 hingga 1830 mm dan panjang dari 1200 hingga 5500 mm. Ditujukan untuk digunakan dalam produk dan struktur yang dilindungi daripada kelembapan.

Laminasi kayu (papan serpai) - kepingan venir berbilang lapisan yang ditekan panas daripada pelbagai jenis kayu yang diresapi dengan resin sintetik. Papan serpai dicirikan oleh kekuatan tinggi dan rintangan haus, pekali geseran yang rendah dan kebolehpakaian yang baik.

Papan serpai dengan ketebalan 1 hingga 15 mm mereka dihasilkan dalam bentuk kepingan segi empat tepat, dengan ketebalan 15 hingga 60 mm - dalam bentuk papak. Lembaran dan papak yang dilekatkan bersama dari keseluruhan kepingan venir sepanjang panjang dipanggil pepejal, dan dari beberapa - komposit (dengan sifat berkurangan sedikit). Lembaran pepejal dihasilkan dalam lebar 950 mm dan panjang 700, 1150 dan 1500 mm dan 1200x1500 mm; komposit 2400x950, 4800x1200, 5000x1200 mm; papak pepejal: 750x750, 950x700 (1150, 1500); 1200x1200 (1500), papak komposit dihasilkan dalam saiz yang sama seperti kepingan komposit. Selaras dengan GOST 13913-78 dan GOST 20366-75, papan serpai dibahagikan kepada 11 gred.

Kepada nombor perhimpunan dan bahagian yang menjanjikan daripada CDPM boleh dikaitkan:

penggelek penghantar tali pinggang;

perumah galas bergolek;

penutup buta dan melepasi, menetas;

bahagian tengah roda dan penggelek (pusat roda dengan tayar diperbuat daripada keluli);

blok kabel untuk kren, angkat, blok takal, dsb.;

takal, sproket, gear yang dipasang pada aci menggunakan sambungan tanpa kunci;

pemberat, pengimbang, peredam, roda tenaga dengan bahagian dalam yang diperbuat daripada pencukur logam termampat dan bahagian luar yang diperbuat daripada CDPM;

panel untuk lapisan dalaman kereta, bas, gerabak, kabin pelbagai mesin, dsb.;

omboh silinder pneumatik dan hidraulik;

bingkai tingkap;

bingkai untuk bahagian yang diperbuat daripada busa poliuretana;

profil terpaku bengkok dan panel venir;

panel sandwic dengan kepingan luar diperbuat daripada papan lapis, papan gentian, papan serpai, DSG1, DBSP atau logam (keluli, aluminium) dan bahagian tengah diperbuat daripada plastik buih dengan pengisi kayu;

bahagian yang diperbuat daripada plastik buih dengan pengisi kayu untuk tujuan penebat struktur dan haba (contohnya, bahagian untuk mengikat siling kereta, penebat haba, bunyi dan getaran kereta, lokomotif diesel, peti sejuk dan pintu garaj, penebat haba paip untuk pemasangan tanpa saluran, dsb. .);

takungan (tangki gas, penerima, dll.).

galas biasa beroperasi dalam mod pemindahan terpilih;

Sudah tentu, kawasan yang dianggap menjanjikan penggunaan CDPM tidak berpura-pura lengkap, tidak menghabiskan semua kawasan penggunaan yang mungkin dan boleh diperluaskan dengan ketara.

Untuk memahami dengan betul apa yang dibincangkan dalam artikel ini, anda perlu terlebih dahulu menentukan frasa dengan betul - bahan komposit termoplastik (T.K.M.), dan jangan sekali-kali ia dikelirukan dengan sebatian, kerana kita bercakap tentang bahan yang sama sekali berbeza. Jadi, apakah bahan komposit termoplastik (komposit)? ialah bahan berbilang fasa heterogen daripada dua atau lebih komponen dengan antara muka yang jelas di antara mereka dan sifat baharu secara kualitatif sambil mengekalkan keperibadian kimia setiap komponen. Ia terdiri daripada asas plastik (matriks), yang berfungsi sebagai bahan pengikat, dan kemasukan pelbagai komponen dalam bentuk serbuk, gentian, dan lain-lain (pengisi). Matriks memastikan kekukuhan bahan, pemindahan dan pengagihan tegasan antara pengisi, menentukan ketat, haba, kelembapan, api dan rintangan kimia komposit, teknologinya, serta sifat kejuruteraan termofizik, elektrik dan radio. Gabungan optimum sifat operasi dan teknologi diarahkan oleh sifat dan kandungan matriks dan pengisi, berinteraksi antara mereka pada sempadan fasa, dan orientasi pengisi. Penggunaan beberapa matriks (komposit polimatriks) atau pengisi sifat yang berbeza (komposit hibrid) memperluaskan kemungkinan untuk mengawal sifat komposit. Gred asas polimer digunakan sebagai matriks bahan komposit termoplastik. Julat moden polimer termoplastik asas, bergantung pada tahap sifat kekuatan-anjal dan rintangan haba ubah bentuk, secara konvensional dibahagikan kepada tiga kumpulan.

Berdasarkan struktur molekulnya, termoplastik dibahagikan kepada dua kumpulan - amorfus dan kristal. Disebabkan oleh ciri-ciri strukturnya, polimer kumpulan kedua sangat diminati oleh pengeluar, yang boleh menawarkan tahap sifat fizikal dan mekanikal yang lebih tinggi dan rintangan kimia yang lebih tinggi.

Jumlah pengeluaran termoplastik dunia (pada tahun 1990 - 86 juta tan, pada tahun 2000 - 150 juta tan, pada tahun 2010, mengikut ramalan - 258 juta tan) jauh melebihi jumlah pengeluaran termoset dunia. Pengisi pepejal dalam bentuk serbuk, gentian pelbagai panjang, struktur tenunan dan bukan tenunan yang terbentuk daripada gentian pelbagai sifat kimia boleh digunakan sebagai pengisi. Bergantung pada fungsi yang mereka lakukan, pengisi dibahagikan kepada tiga kumpulan:

Lengai- barit, dolomit, kapur semula jadi, marmar, dll. Penggunaannya didorong oleh keinginan untuk mengurangkan kos produk akhir, apabila beberapa kemerosotan dalam sifat bahan boleh diterima;

Aktif- terutamanya berasaskan silikat semula jadi - wollastonite, kaolin, mika, talc. Sifat teknologi mereka yang lebih baik ditentukan oleh "faktor yang ditentukan secara semula jadi: bentuk zarah, tahap anisotropinya, kimia permukaan zarah berhubung dengan polimer;

Berfungsi atau diubah suai permukaan. Adalah diketahui bahawa untuk meningkatkan kualiti dan daya saing bahan komposit, adalah penting untuk mengubah suai permukaan pengisi secara fungsional dengan sebatian organik dan/atau tak organik, yang memungkinkan untuk memberikan sifat tambahan pengisi yang memperbaiki atau mengoptimumkan parameter penting bagi termoplastik. Ia adalah kumpulan pengisi ketiga yang paling menjanjikan untuk pengeluaran bahan komposit termoplastik.

Sehubungan dengan perkara di atas, pengisi menjadi pembawa sifat khas, yang membolehkan anda menambah, menggantikan atau menyimpan bahan tambahan teknologi yang sepadan. Penggunaan pengisi dalam polimer memungkinkan untuk mengawal sifat produk dalam pelbagai aplikasi.

Bahan komposit termoplastik boleh dibahagikan kepada kumpulan berikut bergantung pada kualiti yang diperlukan bagi produk akhir dan skop penggunaan:

Diisi - mempunyai ciri kekuatan yang meningkat kerana pengenalan pengisi mineral - ketegaran, kekuatan, ketahanan terhadap pengecutan;

Kemudahbakaran rendah - telah meningkatkan rintangan api dan tidak menyokong pembakaran tanpa sumber nyalaan luaran disebabkan oleh pengenalan bahan tambahan khas - kalis api;

Pelekat - telah meningkatkan sifat pelekat dalam polimer-polimer, sistem polimer-logam, dsb. disebabkan oleh pengubahsuaian kopolimer seperti: kopolimer etilena vinil asetat, kopolimer etilena etil akrilat;

Tahan fros - telah meningkatkan rintangan kepada suhu rendah kerana pengenalan pengisi mineral dan elastomer;

Pautan silang - telah meningkatkan rintangan haba, kekuatan dan ketegaran akibat sinaran atau pemautan silang kimia polimer;

Polymatrix - mempunyai sifat tambahan yang berbeza daripada jenama asas kerana pencampuran pelbagai jenama polimer;

Hibrid - telah mengembangkan keupayaan untuk mengawal sifat komposit kerana pengenalan pengisi pelbagai sifat.

Salah satu masalah utama sains bahan moden ialah penciptaan bahan komposit termoplastik generasi baharu yang akan memenuhi keperluan pengeluar dan pengguna yang agak bertentangan.

Kamus.

Plastik (plastik, plastik)- bahan struktur yang mengandungi polimer, yang semasa pembentukan produk berada dalam keadaan mengalir likat, dan semasa operasinya - dalam keadaan berkaca. Bergantung kepada sebab peralihan daripada aliran likat kepada keadaan berkaca yang berlaku semasa pengacuan produk, plastik dibahagikan kepada termoset dan termoplastik.

Polimer- sebatian molekul tinggi, molekulnya (makromolekul) terdiri daripada sebilangan besar kumpulan berulang, atau unit monomer, yang saling berkaitan dengan ikatan kimia.

Termoplastik- bahan polimer yang membenarkan peralihan berulang kepada keadaan aliran likat apabila dipanaskan.

Plastik termoset, plastik termoset- bahan polimer yang, apabila dipanaskan atau di bawah pengaruh pengeras, menjadi boleh dimasukkan dan tidak larut.

Elastomer- polimer dan bahan berdasarkannya. Mempunyai sifat yang sangat kenyal pada julat suhu operasi yang luas. Elastomer biasa ialah getah dan getah.

Sebatian polimer- komposisi berdasarkan oligomer termoset (resin epoksi dan poliester, getah silikon cecair) atau monomer (metakrilat, bahan permulaan untuk sintesis poliuretana), bertujuan untuk penebat litar konduktif dan bahagian dalam peralatan elektrik, radio dan elektronik. Keperluan asas untuk sebatian: ketiadaan bahan meruap; daya maju yang cukup tinggi; kelikatan rendah.

Rintangan haba polimer- keupayaan untuk mengekalkan kekerasan (iaitu, tidak melembutkan) apabila suhu meningkat. Penunjuk kuantitatif rintangan haba dalam kes ini ialah suhu di mana ubah bentuk sampel di bawah keadaan beban malar tidak melebihi nilai tertentu.

“MODEL FENOMENOLOGI BAHAN KOMPOSIT BERDASARKAN MATRIKS TERMOPLASTIK DAN SERAT KARBON PENDEK Mashtakov A.P., Melikhov K.V., Manyak...”

MODEL FENOMENOLOGI BAHAN KOMPOSIT BERASASKAN MATRIKS TERMOPLASTIK DAN SERAT KARBON PENDEK

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

JSC NPP "Radar MMS",

St. Petersburg, Rusia

Ciri-ciri mekanikal bahan komposit yang terdiri daripada matriks termoplastik yang diperkukuh dengan gentian karbon pendek telah dikaji secara eksperimen. Ciri-ciri tersebut diperolehi pada sampel yang dipotong daripada plat acuan suntikan daripada satu siri eksperimen tegangan uniaxial. Proses pengacuan suntikan plat telah disimulasikan menggunakan kaedah isipadu terhingga. Pada masa yang sama, sistem persamaan gerakan polimer cair sebagai cecair Newtonian likat telah diselesaikan, ditambah dengan persamaan Folger-Tucker untuk menentukan tensor orientasi gentian dalam matriks. Untuk membina model analisis bahan, skema homogenisasi dua peringkat digunakan: pertama, ciri-ciri berkesan untuk kemasukan tunggal bentuk tertentu ditentukan menggunakan skema Mori-Tanaka, kemudian, berdasarkan komponen orientasi yang dikira. tensor, ciri-ciri berkesan keseluruhan sel volum perwakilan ditentukan menggunakan skema Voith. Gentian diandaikan sebagai isotropik kenyal, matriks diandaikan sebagai plastik-anjal dengan kriteria Mises dan hukum pengerasan kuasa isotropik (model J2). Model patah "pseudo-grain pertama" dengan kriteria kekuatan Tsai-Hill telah dipilih sebagai model patah. Ciri-ciri matriks dan gentian, serta parameter kriteria kegagalan, dipilih secara berulang berdasarkan keadaan persetujuan terbaik antara lengkung terikan yang dikira dan eksperimen untuk tiga jenis sampel menggunakan kaedah kuasa dua terkecil. Keputusan yang dibentangkan dalam bentuk perbandingan lengkung tegasan-terikan menunjukkan persetujuan yang memuaskan dengan eksperimen dalam kedua-dua kawasan anjal dan tidak anjal.

S. T. Chung dan T. H. Won. Simulasi Berangka bagi Orientasi Gentian dalam Pengacuan Suntikan Termoplastik Bertetulang Gentian Pendek. KEJURUTERAAN DAN SAINS, PERTENGAHAN APRIL 1995, Jld. 35, NO. 7. – hlm. 604-618.

B. E. VerWeyst, C. L. Tucker III, P. H. Foss_, J. F. O'Gara. Orientasi gentian dalam ciri acuan suntikan 3-D: ramalan dan eksperimen/ Pemprosesan Polimer Antarabangsa, 18 Jun 1999.

Mori T, Tanaka K. Purata tegasan dalam matriks dan purata tenaga kenyal bahan dengan kemasukan yang tidak sesuai. Acta Metall 1973; 21:571-574.

R. Christensen. Pengenalan kepada mekanik komposit / R. Christensen. – M.: Mir, 1982. – 334 hlm.

S. Kammoun, I. Doghri, L. Adam, G. Robert, L. Delannay. Model kegagalan pseudo-butir pertama untuk komposit tidak anjal dengan gentian pendek yang tidak sejajar. Komposit: Bahagian A 42 (2011) 1892–1902.

J. M. Kaiser, M. Stommel. Ramalan kekuatan polimer bertetulang gentian pendek. Jurnal Teknologi Plastik 8 (2012) 3, 278-300.

Kerja-kerja serupa:

"No. Kontrak _ untuk penyediaan perkhidmatan untuk insurans sukarela kenderaan bermotor terhadap kerosakan, kecurian atau kecurian (CASCO) Moscow "" 201_Institusi Sains Belanjawan Negara Persekutuan..."

“RESUME 1. Maklumat tentang diri anda 1. Nama keluarga Abay2. Nama Raushan3. Nama tengah Madiyaryzy4. Tarikh dan tempat lahir 12/01/1994 wilayah Karaganda Karaganda5. Warganegara Kazakhstan6. Jantina Perempuan7. Status perkahwinan Bujang8. Alamat rumah Karaganda, Prikanal...”

“NOTIS PERUBAHAN KEPADA NOTIS LELONG ELEKTRONIK No. 163/A/AVR BERTARIKH 26/01/2017 DAN KEPADA DOKUMENTASI MENGENAI PRESTASI LELONG ELEKTRONIK KERJA-KERJA BAGI PEMBAIKAN UTAMA HARTANAH SAMBUTAN PELBAGAI (APARTEMEN BERBILANG) dan (atau) pemulihan) kemalangan... »

"Persatuan Awam "Persekutuan Karting Belarus" KLASIFIKASI DAN KEPERLUAN TEKNIKAL UNTUK "KARTS" KERETA LUMBA Dimulakan pada 1 Mac 2012. Diluluskan oleh Lembaga BFK, protokol bertarikh 25 Februari 2012, Minsk 20..."

""DI DUNIA PROFESI" Matlamat: membangunkan orientasi profesional pelajar dengan mengembangkan pemahaman mereka tentang profesion pembinaan, membiasakan diri dengan program dan inisiatif Presiden dan Kerajaan Persekutuan Rusia mengenai prestij..."

“Majlis Hak Asasi Manusia sesi ketiga puluh Agenda item 5 Badan dan mekanisme hak asasi manusia Laporan Kumpulan Kerja Antara Kerajaan Terbuka mengenai Draf Deklarasi Pertubuhan Bangsa-Bangsa Bersatu mengenai Hak Petani dan Orang Lain yang Bekerja di Kawasan Luar Bandar Pengerusi...”

"Perkongsian bukan untung Organisasi kawal selia sendiri "Persatuan Pereka Serantau" (NP SRO "ROP") Minit No. 128 mesyuarat Majlis organisasi kawal selia sendiri perkongsian bukan untung "Persatuan Pereka Serantau" 22 November 2013 Tempat..."

"Roil Platinum, Pembersih sistem petrol "Roil Platinum™ Metal Conditioner" Borang keluaran: 500 ml., 4 l. Tujuan: Lama kelamaan, enjin anda haus akibat geseran. Perapi Logam Roil Platinum™ boleh memanjangkan hayat dan meningkatkan kuasa enjin kenderaan anda, mengurangkan kos pembaikan dengan mengurangkan..."

“UDC 621.921 PEMILIHAN MOD PENGISAR DIAMBIL KIRA PEMAKAIAN ALAT V.V. Borisov1, I.D. Ibatullin1, D.R. Zagidullina2 1Samara State Technical University 2Bashkir State University Metodologi untuk memilih mod untuk mengisar bahagian dengan mengambil kira kinematik..."

"KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN SAINS PERSEKUTUAN RUSIA Institusi Pengajian Tinggi Berautonomi Negeri Persekutuan" PENYELIDIKAN KEBANGSAAN UNIVERSITI POLITEKNIK TOMSK "DILULUSKAN Timbalan. Pengarah Institut Cybernetics untuk Hal Ehwal Akademik S.A. Gaivoronsky "_" 2015 PROGRAM KERJA DISIPLIN "PERUNDING AUTOMATIK..."

2017 www.site - "Perpustakaan elektronik percuma - dokumen elektronik"

Bahan-bahan di laman web ini disiarkan untuk tujuan maklumat sahaja, semua hak milik pengarangnya.
Jika anda tidak bersetuju bahawa bahan anda disiarkan di tapak ini, sila tulis kepada kami, kami akan mengalih keluarnya dalam masa 1-2 hari perniagaan.

“Takrifan dan klasifikasi komposit polimer Bahan komposit ialah bahan yang diperoleh daripada dua atau lebih komponen dan...”

-- [ Halaman 1 ] --

TOPIK 1. DEFINISI DAN KLASIFIKASI POLIMER

KOMPOSIT. MEKANISME INTERAKSI KOMPONEN

Era moden boleh dipanggil abad polimer dan bahan komposit.

Definisi dan klasifikasi komposit polimer

Bahan komposit ialah bahan yang diperoleh daripada dua atau lebih komponen dan

terdiri daripada dua atau lebih fasa. Satu komponen (matriks) membentuk berterusan

fasa, satu lagi adalah pengisi. Bahan komposit adalah sistem heterogen dan boleh dibahagikan kepada tiga kelas utama:

1. Sistem matriks yang terdiri daripada fasa selanjar (matriks) dan fasa tersebar (zarah diskret).

2. Komposisi dengan pengisi berserabut.

3. Komposisi yang mempunyai struktur interpenetrasi dua atau lebih fasa berterusan.

Kelebihan komposisi polimer heterogen berbanding polimer homogen:

1. peningkatan ketegaran, kekuatan, kestabilan dimensi.

2. peningkatan kerja pemusnahan dan kekuatan hentaman.

3. rintangan haba meningkat.

4. kebolehtelapan gas dan wap berkurangan.

5. Sifat elektrik boleh laras.

6. pengurangan kos.

Tidak mustahil untuk mencapai gabungan semua sifat ini dalam satu komposisi. Di samping itu, pencapaian kelebihan sering disertai dengan penampilan sifat yang tidak diingini (kesukaran dalam aliran, oleh itu, pengacuan, kemerosotan beberapa sifat fizikal dan mekanikal).

Variasi luas dalam sifat gubahan hanya boleh dicapai dengan mengubah morfologi dan kekuatan lekatan antara fasa.

Untuk menghantar pengaruh luaran secara seragam melalui matriks dan mengedarkannya kepada semua zarah pengisi, lekatan yang kuat pada antara muka pengisi matriks diperlukan, dicapai melalui penjerapan atau interaksi kimia.

Kewujudan lekatan sedemikian antara komponen yang tidak sepadan dalam plastik heterogen membezakannya daripada campuran mekanikal.

Matriks boleh menjadi logam, seramik, karbon. Pengisi dibentangkan dalam bentuk zarah dan gentian yang mempunyai sifat fizikal dan mekanikal yang jauh lebih tinggi daripada matriks.

Zarah biasanya dipanggil pengisi tersebar; ia mempunyai bentuk tak tentu, padu, sfera atau bersisik dengan saiz antara pecahan mm kepada nilai mikron dan skala nano.

Pengisi lengai secara praktikal tidak mengubah sifat komposisi.

Pengisi aktif mengubah sifat komposisi dengan ketara. Sebagai contoh, gentian mempunyai ciri-ciri kekuatan elastik iaitu dua urutan magnitud lebih tinggi daripada sifat matriks. Mereka boleh berterusan atau pendek. Diameter gentian nipis ialah 5-15 mikron, tebal (boron atau silikon karbida) - 60-100 mikron. Panjang gentian pendek adalah dari 1-2 hingga 20-50 mm.

Nama komposit sepadan dengan sifat gentian: kaca-, karbon-, organo-, plastik boron, dll. Untuk pilihan hibrid - plastik kaca-karbon, organoboroplastik, dsb.

Orientasi gentian menentukan peralihan daripada plastik berisi kepada plastik bertetulang. Ia adalah sistem gentian berorientasikan yang disatukan oleh matriks polimer. Plastik termasuk bahan yang komponen pentingnya adalah sejenis polimer, yang berada dalam keadaan plastik atau likat semasa pembentukan produk, dan dalam keadaan berkaca atau kristal semasa operasi. Plastik boleh menjadi homogen atau heterogen. Plastik dibahagikan kepada termoplastik dan termoset.

Klasifikasi komposit:

1. Mengikut sifat matriks:

termoplastik termoset.

kacukan.

Matriks termoset ialah matriks yang diperoleh dengan mengawet epoksi, eter, imida, organosilikon dan oligomer lain semasa proses pembuatan komposit.

Matriks termoplastik adalah matriks yang dicairkan untuk menghamili pengisi dan kemudian disejukkan. Ini adalah PE, PP, poliarilena sulfon, sulfida, keton.

Matriks hibrid boleh menggabungkan komponen termoset dan termoplastik.

2. Dengan sifat dan bentuk pengisi.

Bahan organik dan bukan organik dari asal semula jadi atau buatan. Modulus anjal pengisi mungkin lebih rendah atau lebih tinggi daripada modulus anjal pengikat. Pengisi modulus rendah, yang biasanya elastomer, tanpa mengurangkan rintangan haba dan kekerasan polimer, memberikan bahan peningkatan rintangan kepada beban berselang-seli dan hentaman, tetapi meningkatkan pekali pengembangan haba dan mengurangkan kestabilan ubah bentuk. Semakin tinggi modulus elastik pengisi dan tahap pengisian, semakin besar rintangan ubah bentuk bahan.

Komposit terisi serakan, Bahan berasaskan gentian pendek dan berterusan.

Sifat kimia zarah adalah berbeza-beza: kapur, mika, oksida logam, sfera kaca, karbon dalam bentuk jelaga atau fullerene, aerosil, kepingan kaca atau tanah liat, kemasukan seperti getah, dsb.

Gentian pengukuhan - kaca, organik, karbon, dsb. Gentian boron dan silikon karbida yang sangat tahan haba juga diketahui, yang lebih kerap digunakan untuk mengukuhkan logam.

3. Mengikut struktur komposit polimer, Matriks - untuk bahan berasaskan zarah berserakan dan berserat pendek, Berlapis (dua dimensi) dan isipadu untuk plastik bertetulang berasaskan bahan tenunan dan bukan tenunan.

Bahan kecerunan dengan struktur berubah-ubah.

4. Mengikut tahap orientasi pengisi, anisotropi bahan:

Komposit dengan susunan zarah dan gentian yang huru-hara, dengan struktur isotropik, komposit dengan orientasi gentian satu arah, dengan anisotropi yang disebut, 90°), komposit dengan orientasi silang, ortotropik (0, dengan anisotropi tertentu, komposit dengan orientasi gentian serong pada sudut. selain daripada 90 , komposit dengan struktur kipas yang terdiri daripada lapisan dengan orientasi gentian yang berbeza.

5. Mengikut kaedah pembuatan bahan dan produk:

kaedah satu peringkat - penyemperitan dan penggulungan "basah", pultrusion (broaching), pembentukan vakum, kaedah dua peringkat pengeluaran awal bahan gentian bukan berorientasikan (premix) atau berorientasikan (prepregs) (produk separuh siap) yang diresapi dengan pengikat, diikuti dengan pembentukan bahan (lamina) menggunakan kaedah penggulungan "kering", menekan, pengacuan autoklaf.

6. Mengikut bilangan komponen:

PCM dua komponen, tiga komponen, menggabungkan zarah tersebar dan gentian pendek, PCM hibrid polifiber, menggabungkan gentian dengan kebolehubah bentuk (gentian kaca) atau berbeza ketara (gentian kaca), struktur polimatriks, contohnya, berdasarkan gabungan pengikat termoset dan termoplastik .

7. Mengikut jumlah kandungan pengisi:

dengan struktur tidak berorientasikan - kandungan pengisi 30-40% -, dengan struktur berorientasikan - 50-75%, organofibers sangat terisi - 75-95% -.

8. Mengikut fungsi:

fungsi tunggal (struktur), pelbagai fungsi, berkeupayaan diagnosis kendiri (pintar), pelbagai fungsi, berkeupayaan diagnosis kendiri dan penyesuaian diri (pintar).

Apabila mereka bentuk plastik komposit, terdapat dua peringkat (lihat jadual):

1-pengiraan - analitikal, 2 - eksperimen - teknologi.

1 – termasuk: analisis keadaan pemuatan yang ditentukan dan penentuan kaedah untuk membina plastik dengan sifat yang diperlukan. Perwakilan dan formula yang diambil daripada mekanik bahan komposit digunakan:

a) pendekatan fenomenologi adalah berdasarkan aplikasi persamaan teori keanjalan, rayapan, dsb. untuk bahan anisotropik, b) - mewujudkan pergantungan ciri mekanikal komposisi pada saiz zarah pengisi, sifat mekanikal komponen, kandungan isipadunya, dsb. Kebergantungan ini dianalisis pada tahap mikroskopik, makroskopik dan pertengahan . Tahap mikro ialah tahap heterogeniti struktur yang sepadan dengan dimensi melintang elemen pengisi - diameter zarah pengisi atau ketebalan lapisan penguat.

Jadual Ciri mekanikal yang diperlukan bagi plastik komposit Pemilihan komponen dan Pemilihan perhubungan skema tetulang dalam komposisi

–  –  –

Nisbah aspek Bentuk Mekanisme interaksi komponen PCM Mari kita pertimbangkan mekanisme pemindahan tegasan daripada matriks ke pengisi, bergantung pada konfigurasinya.

Dalam versi yang paling mudah, apabila polimer diperkuat dengan gentian berterusan satu arah dan tertakluk kepada ketegangan ke arah orientasinya, ubah bentuk komponen adalah sama dan tegasan yang timbul di dalamnya adalah berkadar dengan modulus elastik gentian dan matriks. Jika dalam model yang sama gentian adalah diskret, maka taburan tegasan ternyata tidak seragam sepanjang panjang gentian. Tiada ketegangan pada hujung gentian, tetapi tegasan tangensial timbul pada sempadan gentian-matriks, yang secara beransur-ansur menarik gentian ke dalam operasi. Peningkatan tegasan tegangan dalam gentian berterusan sehingga mencapai tahap purata tegasan yang diperhatikan dalam gentian berterusan. Sehubungan itu, tempoh masa ini berlaku dipanggil "tidak berkesan". Apabila terikan meningkat, panjang "tidak berkesan" meningkat dan mencapai nilai maksimumnya pada tegasan yang sepadan dengan kekuatan gentian. Dalam kes ini, panjang "tidak berkesan" dipanggil "kritikal" I. Ia adalah ciri penting interaksi komposit dan boleh dikira menggunakan formula Kelly lcr/dvol = vol/2mat (1) di mana dvol dan vol ialah diameter. dan kekuatan serat; tikar - kekuatan hasil matriks atau kekuatan pelekat sistem.

Bergantung kepada kekuatan gentian dan jenis matriks polimer, nisbah lcr/dvol boleh berbeza dari 10 hingga 200; pada dvol 10 µm, lcr = 0.15-2.0 mm.

Daripada alasan di atas, ia mengikuti bahawa apabila bergerak daripada gentian berterusan kepada gentian diskret, sebahagian daripada panjang setiap gentian tidak akan menanggung beban penuh. Semakin pendek gentian penguat, semakin kurang keberkesanannya. Pada lcr, dalam apa jua keadaan tidak boleh matriks memindahkan kepada gentian tekanan yang mencukupi untuk pemusnahannya. Ia berikutan daripada ini bahawa keupayaan pengukuhan gentian pendek (meningkatkan ciri-ciri kekuatan anjal polimer) adalah sangat rendah. Terutama jika anda mengambil kira orientasi gentian, yang tidak sesuai dalam bahan tersebut.

Struktur bahan berdasarkan gentian pendek agak huru-hara. Kelebihan pengisi serat pendek ditentukan oleh kemungkinan pemprosesan bahan berkelajuan tinggi menjadi produk. Walau bagaimanapun, semasa proses pemutus atau penyemperitan, pemusnahan tambahan gentian berlaku, panjangnya biasanya dikurangkan kepada 0.1-1 mm.

Apabila berpindah ke pengisi serbuk tersebar, kemungkinan pemindahan tegasan dari matriks ke pengisi dikurangkan sehingga sumbangannya untuk meningkatkan kekuatan komposit mula bersaing dengan penurunan kekuatan matriks disebabkan oleh tegasan tidak sekata yang terhasil. dan perkembangan kecacatan. Oleh kerana itu, kekuatan komposit sedemikian biasanya tidak meningkat berbanding dengan kekuatan matriks (kadang-kadang ia berkurangan sedikit).

Apabila termoplastik likat diisi dengan pengisi tegar dalam jumlah lebih daripada 20%, peralihan daripada aliran plastik kepada patah rapuh diperhatikan. Dalam kes ini, terdapat penurunan yang ketara dalam kekuatan hentaman dan kerja patah. Modulus elastik meningkat dengan peningkatan dalam jumlah pengisi, tetapi pada masa yang sama saiz dan bilangan retak, "pseudopores" yang muncul semasa pemuatan apabila matriks mengelupas zarah yang tersebar pada saat mencapai tegasan yang sepadan dengan kekuatan pelekat. sistem, meningkat. Kajian teori dan eksperimen menunjukkan bahawa dengan mengurangkan saiz zarah pengisi dan penyebaran diameternya, kemungkinan kecacatan besar dapat dikurangkan dengan ketara.

Sebab utama pengerasan adalah perubahan arah pertumbuhan retak apabila ia bersentuhan dengan zarah pengisi pepejal. Arah pertumbuhan retak yang paling mungkin adalah berserenjang dengan arah daya yang dikenakan. Sekiranya terdapat zarah pengisi ke arah ini, maka retakan harus mengubah arahnya secara tangen ke permukaan zarah. Oleh itu, jika zarah dalam bentuk gentian dan memanjang ke arah daya bertindak. Penyebaran retak di sepanjang zarah pengisi dikecualikan.

Apabila menggunakan gentian monolitik keratan rentas bulat, sifat mekanikal biasanya mencapai maksimum pada 2 = 0.65 – 0.7. Apabila menggunakan kaedah ketepatan untuk meletakkan gentian profil, adalah mungkin untuk meningkatkan 2 hingga 0.85, selepas itu kekuatan komposisi mula lebih bergantung pada kekuatan lekatan pada antara muka pengikat gentian daripada kekuatan gentian.

Dengan tahap pengisian yang sama (2 = 0.7) dan nisbah moduli elastik (E2/E1 = 21), ketegaran plastik dengan gentian segi tiga dalam arah melintang melebihi ketegaran plastik dengan gentian bulat sebanyak 1.5 kali.

Menggantikan gentian monolitik dengan yang berongga memungkinkan untuk meningkatkan secara mendadak nilai kekuatan dan ketegaran produk secara mendadak semasa pemampatan dan lenturan, kerana momen inersia meningkat untuk jisim gentian yang sama.

Ia tidak berkesan untuk menggunakan gentian berongga dalam komposisi tegangan kerana kekuatan gentian berbentuk yang rendah. Apabila mencukur, lebih baik menggunakan gentian profil.

Satu lagi arah dalam penciptaan polimer yang diisi tersebar ialah pengubahsuaian mereka dengan zarah getah untuk mengurangkan kerapuhan dan meningkatkan rintangan hentaman.

Keputusan positif diperoleh untuk polistirena tahan hentaman, epoksi dan matriks lain. Mekanisme pengukuhan bahan nampaknya sangat kompleks, tetapi peranan utama dimainkan oleh perencatan perkembangan retak oleh zarah getah. Ramai pengarang menunjukkan kesesuaian untuk mencipta, untuk meningkatkan kekuatan, lapisan peralihan yang mempunyai lekatan tinggi pada polimer matriks dan fasa getah.

Mari kita kembali kepada komposit satu arah berdasarkan gentian berterusan dan pertimbangkan model mikromekanikal kemusnahannya. Gentian asas mempunyai ciri kekuatan yang sangat tinggi, berpuluh kali ganda lebih besar daripada kekuatan sampel pukal. Sebagai contoh, kekuatan kaca pukal ialah 50-70 MPa, dan dalam bentuk gentian - 2.5-3.0 GPa; gambar yang sama diperhatikan untuk serat organik dan karbon, kekuatannya mencapai 4-6 GPa. Perbezaan ini dijelaskan sama ada oleh pengaruh faktor skala (saiz permukaan gentian menentukan saiz kecacatan yang mungkin) atau oleh kesan orientasi, yang merupakan ciri gentian organik.

Apabila menguji gentian asas, taburan besar nilai kekuatan eksperimen diperhatikan. Oleh itu, sekurang-kurangnya 50 sampel biasanya diuji, nilai purata dan variansnya ditemui.

Berdasarkan hipotesis pautan lemah, Weibull memperoleh persamaan berikut untuk kebarangkalian kegagalan P() sampel di bawah tegasan dan panjang sampel L:

P() = 1 – exp(–L), (2)

pemalar yang ditentukan daripada taburan kekuatan gentian asas yang diperoleh secara eksperimen. Parameter P mencirikan kecacatan sampel.

Nilai pekali berbeza dari 3-5 untuk normal dan sehingga 10-12 untuk gentian kaca "utuh".

Pada hakikatnya, seseorang jarang berurusan dengan serat tunggal, biasanya dengan berkas yang terdiri daripada banyak serat. Menurut konsep teori Daniels, penurunan kekuatan berkas gentian tidak bersambung berbanding kekuatan purata gentian ditentukan oleh penyebaran kekuatannya. Semasa proses pemuatan, apabila kekuatan tegangan mana-mana gentian dicapai, ia pecah dan tidak lagi mengambil bahagian dalam kerja.

Daya diagihkan semula kepada keseluruhan gentian, proses berterusan sehingga saat pemusnahan seperti longsoran kebanyakan, dan kemudian semua gentian dalam benang (berikat). Pada =10, kekuatan benang n adalah lebih kurang 80% daripada kekuatan purata gentian asas.

Analisis gambarajah pemuatan benang memungkinkan untuk mengesan keseluruhan proses pecah gentian secara beransur-ansur. Ia juga memungkinkan untuk mengenal pasti beberapa kecacatan pada benang, khususnya, panjang yang berbeza (ketegangan yang berbeza) gentian, yang meningkatkan bukan serentak pemusnahan mereka. Interaksi (keterkaitan) gentian, disebabkan oleh pemisahan atau pelekatan separa, ditunjukkan dalam sifat rajah.

-, yang menjadi lebih linear. Pekali Weibull untuk berkas gentian yang tidak bersambung hendaklah kekal sama seperti gentian asas: Jika ia disambungkan, ia cenderung meningkat.

Matriks polimer yang mengikat berkas menjadi satu keseluruhan - mikroplastik - membawa kepada peningkatan kekuatannya. Dalam kes ini, kekuatan secara praktikal tidak bergantung pada panjang sampel (= 30-50), yang menunjukkan perubahan dalam mekanisme pemusnahan. Hakikatnya ialah serat yang koyak di mana-mana tempat tidak berhenti mengambil beban, seperti dalam benang, tetapi terus bekerja pada tahap tekanan yang sama seperti dalam gentian jiran. Ini berlaku pada jarak lcr dari tapak patah mengikut mekanisme yang dibincangkan di atas untuk bahan berasaskan gentian pendek.

Menurut teori statistik kekuatan yang dibangunkan oleh Gurland dan Rosen, kegagalan tegangan komposit satu arah berlaku melalui pengumpulan patah, menghancurkan gentian dalam matriks polimer. Dalam kes ini, kekuatan teori gentian TP dalam komposit adalah sama dengan kekuatan berkas gentian tidak terikat dengan panjang lcr "kritikal".

tr = (lcr)–1/ Dalam praktiknya, proses penghancuran gentian tidak dapat diselesaikan. Biasanya ia terganggu oleh kemunculan dan perkembangan retakan utama akibat tekanan berlebihan di bahagian di mana bilangan kecacatan terbesar terkumpul, atau delaminasi pada antara muka pengikat gentian. Mekanisme ini memungkinkan untuk mendapatkan nilai kekuatan tertinggi, kerana ia dikaitkan dengan pelesapan tenaga untuk pembentukan permukaan bebas yang besar. Berdasarkan ini, apabila mempertimbangkan isu merealisasikan kekuatan gentian dalam komposit, adalah dinasihatkan untuk membandingkan nilai eksperimen vol dengan kekuatan φ, yang boleh berlaku apabila melaksanakan mekanisme penghancuran gentian:

Kp = vol/tr, dengan Kр ialah pekali realisasi kekuatan.

Nilai sebenarnya mencapai 60-80% untuk kaca satu arah, plastik organo dan karbon berdasarkan gentian super kuat.

Pendekatan yang sama juga telah dicadangkan untuk mengkaji kekuatan plastik gentian kaca di bawah pemampatan membujur.

Pada masa ini, dua pilihan utama untuk mekanisme pemusnahan sedang dipertimbangkan:

Kemusnahan akibat kehilangan kestabilan gentian pada tapak elastik;

Penembusan bahan akibat tegasan ricih.

Hubungan utama yang timbul daripada pertimbangan model patah pertama menghubungkan kekuatan mampatan bahan TSG dengan modulus ricih matriks Gm dan kandungan isipadunya m:

tszh = Gm / Vm Pengiraan yang dijalankan menggunakan formula ini memberikan nilai teori tszh yang sangat tinggi. Sebagai contoh, dengan modulus ricih Gm = 1-1.5 GPa, ciri resin epoksi, dan m = 30%, kekuatan mampatan TSG boleh menjadi 3-5 GPa, manakala untuk bahan sebenar ia tidak melebihi 1.5 GPa .

Boleh dikatakan bahawa dalam semua kes terdapat perkadaran antara kekuatan plastik bertetulang gentian kaca di bawah TSG mampatan dan SDV ricih:

tszh =K sdv, yang menunjukkan bahawa mekanisme kedua adalah dominan. Ini boleh dijelaskan oleh kecacatan dalam struktur sampel dan medan tegasan tidak homogen yang timbul semasa ujian. Kaedah penyediaan dan penyelidikan khas plastik gentian kaca satu arah memungkinkan untuk meningkatkan TSF kepada 2-3 GPa, iaitu, sebahagian besarnya mungkin untuk melaksanakan mekanisme kehilangan kestabilan gentian, meningkatkan faktor realisasi kekuatan dari 30-40 kepada 60-70%.

Apabila organoplastik dimampatkan, kemusnahan berlaku di sepanjang satah ricih yang berorientasikan pada sudut 45° ke paksi gentian, yang tipikal untuk gentian plastik.

Mekanisme yang serupa nampaknya berlaku untuk plastik bertetulang gentian karbon, walaupun dalam kes ini ia digabungkan dengan elemen ricih.

Pelbagai mekanisme pemusnahan komposit membolehkan kita membangkitkan persoalan mengoptimumkan sifat pengikat. Sebagai contoh, untuk meningkatkan kekuatan tegangan bahan di sepanjang gentian, adalah perlu untuk mengurangkan panjang "kritikal", yang dicapai dengan meningkatkan ketegaran matriks. Sebaliknya, ini membawa kepada peningkatan kepekatan tegasan dan pertumbuhan retakan utama. Persaingan mekanisme ini diperhatikan dalam bentuk pergantungan melampau kekuatan komposit pada kekuatan hasil pengikat, yang dipelbagaikan dengan menukar suhu, kelajuan ujian, atau memperkenalkan bahan tambahan plasticizing.

Dalam setiap kes, optimum adalah berbeza:

ia bergantung kepada sifat gentian, kehadiran tegasan dan kecacatan teknologi sedia ada. Keperluan yang bercanggah untuk pengikat menjadi lebih teruk apabila mengambil kira kebolehkilangannya, rintangan haba, keupayaan untuk menyerap hentaman dinamik (kekuatan impak), dsb. Titik paling lemah bagi bahan komposit ialah kekuatannya yang rendah dan kebolehubah bentuk dalam ricih. Oleh itu, tekanan teknologi dan operasi sering membawa kepada keretakan bahan.

Rintangan retak komposit biasanya dicirikan oleh keliatan patah tertentu Gc - tenaga yang hilang semasa pembentukan permukaan baru. Semakin tinggi keliatan patah spesifik, semakin tinggi rintangan komposit terhadap delaminasi. Kelikatan interlaminar meningkat dengan peningkatan kebolehubah bentuk matriks, lekatan gentian-matriks, dan ketebalan interlayer ikatan gentian ke gentian (VCB).

Pengubahsuaian matriks epoksi dengan getah tidak membawa kepada peningkatan ketara dalam sifat bahan. Ini mungkin disebabkan oleh fakta bahawa zon keplastikan dalam komposit dihadkan oleh dimensi ruang interfiber. Kesan yang lebih besar diperhatikan apabila menggunakan matriks termoplastik, sebagai contoh, poliarilena sulfon PSF, kebolehubah bentukannya mencapai 80-100%. Dalam kes ini, nilai Gc meningkat hampir satu susunan magnitud.

Model mikromekanikal komposit polimer memungkinkan untuk mengenal pasti kebergantungan analitik yang menunjukkan pengaruh sifat gentian, matriks, interaksi pelekatnya, struktur bahan dan mekanisme patah pada ciri kekuatan elastik makroskopik lapisan satu arah. Mereka paling berjaya menggambarkan modulus muktamad keanjalan dan kekuatan tegangan komposit. Dalam kes apabila ubah bentuk gentian dan matriks adalah sama, perhubungan aditif berikut berlaku, yang menunjukkan sumbangan setiap komponen mengikut kadar kandungan isipadunya Ek = Evv + Emm

–  –  –

Persamaan ini dipanggil "peraturan campuran."

Oleh kerana sumbangan matriks polimer biasanya tidak melebihi 2-5%, ia boleh diabaikan:

Ek () = Evv dan k () = vv Pemanjangan komposit semasa tegangan dalam arah melintang terdiri daripada ubah bentuk gentian dan pengikat. Modulus anjal E() boleh dikira menggunakan formula 1/ Eк() = в/Эв + m/Эм Perlu diambil kira bahawa modulus anjal gentian itu sendiri dalam arah melintang bertepatan dengan modulus anjal dalam arah membujur hanya untuk kaca isotropik dan gentian boron. Bagi gentian karbon dan organik, modulus melintang jauh lebih rendah daripada yang membujur. Kebergantungan yang serupa berlaku untuk modulus ricih bagi komposit satu arah "dalam satah" gentian.

Kekuatan komposit di bawah tegangan-mampatan melintang dan ricih bergantung kepada banyak faktor, terutamanya pada sifat matriks, interaksi pelekat, struktur bahan - kehadiran liang dan kecacatan lain. Kebergantungan analitikal dalam kes ini hanya boleh bersifat korelasi. Secara amnya diterima bahawa tetulang mengurangkan kekuatan komposit dalam arah melintang (transversal) dengan lebih kurang 2 kali berbanding dengan kekuatan matriks homogen.

Sifat keanjalan-kekuatan komposit Kekuatan dan ketegaran adalah ciri yang paling penting bagi mana-mana bahan. Apabila sampel dimuatkan oleh ketegangan atau mampatan, tegasan biasa dan ubah bentuk yang sepadan timbul di dalamnya, yang berkembang sehingga bahan gagal.

Tegasan had (maksimum) dipanggil kekuatannya. Untuk bahan anjal linear, terdapat perkadaran langsung antara tegasan dan ubah bentuk, hukum Hooke = E. Pekali perkadaran mencirikan kekukuhan bahan dan ditetapkan sebagai modulus elastik, atau modulus Young E.

Undang-undang ini juga benar apabila sampel dimuatkan dengan tegasan ricih (tangensial) dan ubah bentuk yang timbul, contohnya, semasa kilasan.

Pekali perkadaran dalam kes ini dipanggil modulus ricih G: =.G.

Apabila bahan diregangkan, serentak dengan pemanjangan, pengurangan dalam dimensi melintangnya berlaku, yang dicirikan oleh nisbah Poisson, yang mewujudkan hubungan antara regangan sepanjang x dan merentas y sampel: x = µ y.

Sifat keanjalan bahan isotropik diterangkan dengan baik oleh dua pemalar E dan G, hubungan antara yang sepadan dengan persamaan G = E/2(l + µ).

Hubungan yang diberikan menggambarkan bahan isotropik dengan baik, sifat-sifatnya adalah sama dalam semua arah. Ini termasuk polimer terisi tersebar, serta komposit berdasarkan gentian pendek atau berterusan bagi struktur huru-hara. (Untuk bahan gentian sentiasa ada tahap orientasi tertentu, ditentukan oleh pengaruh faktor teknologi.) Apabila mana-mana struktur dimuatkan, keadaan terikan-tekanan bahan paling kerap menjadi tidak homogen. Dalam kes ini, adalah mungkin untuk mengenal pasti tegasan utama (maksimum) yang boleh menyebabkan kemusnahannya. Sebagai contoh, dalam kes paip di bawah tekanan dalaman atau luaran, tegasan gelung adalah dua kali ganda tegasan paksi, bermakna separuh ketebalan bahan isotropik adalah tidak berkesan dari segi tegasan paksi. Ketakhomogenan medan tekanan boleh menjadi lebih tinggi dengan ketara. Untuk peluru dengan pintu keluar terbuka (senjata, laras pelancar bom tangan), nisbah tegasan jejarian dan paksi mencapai 8-10 atau lebih. Dalam kes ini, seseorang harus mengambil kesempatan daripada keupayaan luar biasa bahan gentian, yang boleh diorientasikan dalam matriks mengikut taburan tegasan operasi utama.

Mari kita lihat contoh lapisan satu arah. Lapisan satu arah adalah isotropik dalam arah yang berserenjang dengan paksi orientasi gentian x. Nilai biasa pemalar elastik bagi komposit satu arah diberikan dalam Jadual. 1.

–  –  –

Kekuatan tegangan lapisan satu arah di sepanjang gentian boleh berkisar antara 1.0 hingga 2.5 GPa bergantung pada tahap kekuatan gentian dan jenis serta kandungan pengikat. Dalam kes ini, kekuatan dalam arah melintang tidak melebihi 50-80 MPa, i.e. pekali anisotropi ialah 20-30.

Sisihan sedikit arah tindakan beban dari arah orientasi gentian hampir tidak memberi kesan ke atas kekuatan tegangan komposit. Oleh itu, beberapa misorientasi gentian (3-5°) dibenarkan, dicipta oleh penyebar khas atau dengan meningkatkan padang penggulungan untuk meningkatkan kekuatan melintang bahan. Dalam kes pemampatan, ini tidak boleh diterima, kerana ia menyumbang kepada perkembangan tegasan ricih, yang menentukan kekuatan bahan di bawah pemampatan.

Komposit satu arah adalah asas struktur kompleks, yang dicipta oleh gabungan lapisan individu mengikut keperluan operasi elemen struktur. Kaedah pembuatan: pengacuan vakum atau autoklaf, menekan, penggulungan.

Mari kita pertimbangkan seterusnya model teori untuk menerangkan proses ubah bentuk dan pemusnahan komposit berlapis struktur kompleks. Secara konvensional, kita boleh membezakan dua pendekatan utama untuk pembangunan kaedah pengiraan: fenomenologi dan struktur. Dalam pendekatan fenomenologi, bahan komposit dianggap sebagai medium anisotropik homogen, model yang berdasarkan data yang diperoleh secara eksperimen. Kriteria kekuatan yang dipilih digunakan untuk keseluruhan bahan secara keseluruhan. Kelebihan model fenomenologi adalah kemudahan pengiraannya. Walau bagaimanapun, untuk bahan dengan corak tetulang yang kompleks, adalah perlu untuk menentukan banyak pekali empirikal, yang memerlukan sejumlah besar eksperimen. Di samping itu, model fenomenologi tidak mengambil kira proses struktur semasa pemusnahan: pembentukan retak, microbuckling, dll.

Penentuan saiz optimum zarah pengisi Tegasan yang timbul di kawasan berbeza permukaan zarah (mikroflakes atau microfibers) bergantung pada jarak r dari luas permukaan yang sepadan = – о(1 –)/ 2r, di mana nisbah Poisson.

Dengan peningkatan luas permukaan khusus pengisi yang sangat tersebar, kekuatan meningkat kepada maksimum tertentu, bergantung pada sifat komponen komposisi.

Diameter optimum d gentian selanjar dalam plastik ortotropik boleh renggang pada jarak tertentu antara gentian ditentukan oleh persamaan d (1/2 – 1), di mana 1, 2 ialah pemanjangan relatif pada putus gentian pengikat dan pengisi, masing-masing. .

Memilih bentuk zarah pengisi Bentuk zarah mempengaruhi mekanisme pemusnahan plastik. Saiz dan bentuk produk serta teknologi pemprosesan diambil kira.

Dalam kes produk dengan ketebalan kecil dan konfigurasi kompleks, keutamaan diberikan kepada pengisi yang sangat tersebar (serbuk), kerana ia mudah diedarkan dalam pengikat, mengekalkan pengedaran asal semasa proses pengacuan produk.

Penggunaan pengisi yang sangat tersebar mengurangkan kemungkinan kemusnahan dan penyingkiran produk semasa pemprosesan mekanikal berikutnya.

Kemasukan pepejal dalam sampel yang diregangkan mengurangkan tegasan dalam zon sentuhan pengikat dengan pengisi, tetapi dalam zarah sfera itu sendiri tegasan melebihi

1.5 kali tegasan dalam zon pengikat yang jauh daripadanya, i.e. pengisi mengambil sebahagian besar beban.

Pengaruh pengisi meningkat jika zarah mempunyai bentuk ellipsoidal dan berorientasikan ke arah paksi ubah bentuk.

Pemilihan komponen dengan keseimbangan optimum ciri mekanikal Syarat: interaksi pelekat adalah lebih besar daripada kohesi pengikat, kedua-dua komponen berfungsi bersama sehingga kemusnahan, tingkah laku elastik yang ideal bagi bahan pengisi dan pengikat.

Menentukan tahap pengisian optimum Gentian pengukuhan tidak selalunya mempunyai kesan pengukuhan pada plastik. Jika nisbah ciri ubah bentuk pengikat dan tetulang dalam plastik satu arah memenuhi syarat c in, maka sehingga kandungan isipadu kritikal gentian (v, kr) malah terdapat penurunan linear dalam kekuatan tegangan = c (1 - c).

Disebabkan oleh ubah bentuk sedikit pengikat pada pecah sama dengan c, tegasan yang diserap oleh gentian adalah terlalu kecil untuk mengimbangi penurunan kekuatan matriks polimer. Hanya bermula dari c, cr, jumlah kekuatan gentian bertetulang boleh mengimbangi penurunan kekuatan matriks, dan kekuatan plastik mula meningkat.

Setiap plastik dicirikan oleh v, crnya, yang bagi pengikat polimer terpilih adalah lebih kecil, gentian penguat lebih kuat, dan bagi jenis gentian terpilih ia meningkat dengan peningkatan kekuatan pengikat c.

Tahap maksimum pengisian, maks, sesuai dengan ketumpatan pembungkusan gentian di mana ia bersentuhan antara satu sama lain di sepanjang penjanaan permukaan silinder. Ketumpatan pembungkusan maksimum dicapai pada tahap pengisian yang berbeza.

LLC dalam,maks = 0.785, heksagon LLC dalam,maks= 0.907 Tetragonal LLC LLC Jika gentian diameter berbeza digunakan, maka adalah mungkin untuk mencapai dalam,maks=0.924.

Darjah optimum adalah kurang daripada maksimum dalam,pilihan 0.846/(1 + min/D)2, dengan min ialah jarak minimum yang mungkin antara gentian.

Ciri-ciri struktur dan sifat bahan komposit polimer (PCM).

PCM dengan kandungan serat yang tinggi. Sifat fizikal dan mekanikal komposit amat bergantung pada kandungan relatif komponen. Menurut "peraturan campuran," semakin tinggi kandungan gentian dan semakin tinggi ketumpatan pembungkusannya, semakin tinggi (semua perkara lain adalah sama) modulus dan kekuatan keanjalan komposit sepatutnya. Pengiraan kandungan jisim gentian lembu dalam bahan dibuat berdasarkan kuantiti mereka dalam sampel, yang ditentukan dari pertimbangan teknologi (ketumpatan linear, bilangan lapisan kain atau parameter penggulungan). Untuk plastik gentian kaca, anda boleh menggunakan kaedah pembakaran pengikat. Terdapat nisbah lembu + cahaya = 1.

Secara teorinya, kandungan maksimum gentian berdiameter yang sama dengan pembungkusan heksagon paling padat ialah 90.8% mengikut isipadu. Dengan mengambil kira penyebaran sebenar diameter gentian (10%) nilai ini berkurangan kepada kira-kira 83%. Dalam banyak kajian, kandungan serat vol = 0.65 dianggap optimum. Nilai ini nampaknya tidak mencirikan ketebalan filem pengikat (ia berbeza), tetapi bingkai berserabut yang terbentuk apabila bahan itu dibentuk oleh satu kaedah atau yang lain. Pengaruh faktor daya (ketegangan semasa penggulungan dan tekanan tekanan) dalam kes ini tidak berkesan, kerana ia hanya akan membawa kepada pemusnahan gentian.

Cara sebenar untuk meningkatkan sifat kekuatan elastik komposit dengan meningkatkan kandungan gentian adalah dengan memampatkan penempatannya dalam prepreg sehingga kedudukannya dalam struktur komposit tetap. Dengan mengurangkan kelikatan pengikat dan meningkatkan kesan faktor daya, adalah mungkin untuk meningkatkan kandungan kaca dan gentian organik dalam komposit satu arah kepada 78% mengikut volum. Pada masa yang sama, ciri-ciri kekuatan anjalnya meningkat dengan sewajarnya. Secara teorinya, kandungan serat tidak bergantung pada diameternya, tetapi dalam praktiknya ia sangat penting. Dalam kes gentian karbon, yang mempunyai diameter separuh lebih besar daripada gentian kaca atau organik, adalah mungkin untuk meningkatkan kandungannya dalam plastik gentian karbon hanya kepada 65%, kerana lebih sukar untuk mengatasi geseran dalam sistem sedemikian dan mengeluarkannya. pengikat berlebihan.

Apabila menggunakan gentian organik CBM, adalah mungkin untuk mendapatkan organoplastik yang sangat bertetulang dengan kandungan serat sehingga 90-95%. Ini dicapai kerana ubah bentuk haba tidak boleh balik gentian dalam arah berserenjang dengan paksi mereka, membawa kepada perubahan dalam keratan rentas gentian daripada bulat kepada keratan rentas bentuk sewenang-wenangnya disebabkan oleh sentuhan dengan gentian jiran. Interaksi antara gentian SVM dicapai sama ada melalui lapisan paling nipis pengikat, mungkin sebahagiannya terletak di dalam gentian, atau melalui ikatan autohesif yang terbentuk semasa resapan bersama komponen gentian.

Modulus anjal dan kekuatan sampel cincin berubah secara linear pada hampir keseluruhan julat kandungan isipadu gentian yang semakin meningkat, yang menunjukkan bahawa "peraturan campuran" dipenuhi.

Kesan peningkatan ciri-ciri kekuatan elastik komposit (20-40%) adalah begitu ketara sehingga ia meliputi penurunan sifat ricih dan melintang bahan yang diperhatikan dalam beberapa kes, serta peningkatan dalam penyerapan airnya.

Komposit bertetulang tinggi dan sangat perlu digunakan dalam elemen yang tidak tertakluk kepada beban ricih. Untuk meningkatkan rintangan cuaca, lapisan luar struktur boleh dibuat daripada komposit dengan kandungan pengikat biasa atau meningkat.

PLASTIK BERTETULANG HIBRID DAN GRADIEN (HAP) DENGAN

SIFAT MEKANIKAL BOLEH LARAS

Kelakuan mekanikal bahan tersebut di bawah tegangan, mampatan, lenturan dan ricih pada asasnya sepadan dengan prinsip ketambahan, iaitu, "peraturan campuran."

Corak corak yang berbeza diperhatikan dalam kajian HAP, menggabungkan gentian dengan kebolehubah bentuk yang berbeza. Apabila meregangkan bahan karbon-kaca, karbon-organo-, boron-kaca dan boron-organoplastik, pemusnahan gentian tidak berlaku serentak.

Ubah bentuk muktamad komposit ditentukan dalam kes ini terutamanya oleh ubah bentuk gentian tersebut yang kandungan isipadunya berlaku.

Mari kita nyatakan gentian modulus tinggi dengan indeks "1", dan gentian modulus rendah dengan indeks "2".

Dengan kandungan gentian yang tinggi dengan modulus elastik yang tinggi (dan nilai ubah bentuk muktamad 1 yang kecil), kekuatan komposit dikira dengan formula k1 = 1(ESVsv + E11 + E22) Dengan kandungan gentian yang tinggi dengan modulus keanjalan rendah, kekuatan komposit k dikira dengan formula k2 = 2(ESVsv + E22) Mekanisme pemusnahan bahan tiga komponen berubah apabila mencapai nisbah genting tertentu gentian moduli yang berbeza µcr, di mana pemusnahan gentian dengan pemanjangan putus yang berbeza adalah sama berkemungkinan, i.e. k1 =.

k2. Mengabaikan kekuatan matriks, kita memperoleh hubungan 1 E11 + 1E22 = 2 E22, selepas transformasi yang kita ada:

1/ 2 = k = E2(2 – 1)/ 1 E1 Oleh kerana 2 = 1 – 1, maka µkr2 = k/(1 + k).

Untuk plastik gentian kaca karbon, kita boleh mengambil E1 = 250 GPa, E2 = 95 GPa, 1 = 0.8%, 2 = 3.5%, kemudian k = 0.3; µcr1 = 23% atau µcr2 = 77%.

Konsep isipadu kritikal juga digunakan untuk komposit berdasarkan satu jenis gentian. Ia mencirikan peralihan daripada pemusnahan pengikat kepada pemusnahan gentian.

Oleh kerana perbezaan besar dalam ciri-ciri keanjalan mereka, µcr adalah sangat kecil dan berjumlah 0.1-0.5% daripada gentian.

Mari kita pertimbangkan lengkung ubah bentuk plastik bertetulang gentian karbon dengan kandungan gentian berbeza moduli yang berbeza. Dalam bahagian awal I, lengkung ubah bentuk adalah linear, karbon dan gentian kaca berubah bentuk bersama, modulus elastik terdiri daripada dua komponen dan sepadan dengan konsep aditif. Sampel yang mengandungi lebih daripada jumlah gentian karbon yang kritikal gagal pada ketegangan 0.7-0.9%. Bahagian tidak linear II pada lengkung ubah bentuk plastik gentian karbon, di mana kandungan gentian karbon adalah kurang kritikal, boleh dianggap sebagai bahagian "pseudoplastisitas", yang disebabkan oleh penghancuran gentian karbon secara beransur-ansur dalam matriks gentian kaca, yang memastikan keutuhan bahan. Bahagian II tidak linear berakhir pada ketegangan kira-kira 2%. Seterusnya, bahagian III yang hampir linear diperhatikan, di mana modulus elastik sepadan dengan bahagian gentian kaca dalam komposit, dan ubah bentuk mengehadkan.

– ubah bentuk muktamad gentian kaca 2 3-3.5%.

Apabila sampel dimuatkan semula, gambar rajah adalah linear sepenuhnya dan sepadan dengan bahagian ketiga lengkung asal. Pada masa yang sama, pemecahan gentian nampaknya berlaku semasa dua atau tiga kitaran pemunggahan beban, kerana hanya selepas ini pergantungan korelasi berterusan rintangan elektrik pada ubah bentuk sampel ditubuhkan.

Kebergantungan kekuatan tegangan HARP pada nisbah gentian moduli yang berbeza dicirikan oleh lengkung dengan minimum sepadan dengan nisbah gentian gentian.

Untuk bahan yang diuji dalam pemampatan, rajah dan kebergantungan kekuatan adalah hampir linear. Gentian organik dan karbon berkekuatan rendah (mampatan), berada dalam matriks kaca atau plastik boron, mungkin tidak kehilangan kestabilan di bawah ubah bentuk dan, oleh itu, pada tegasan 2-3 kali lebih besar daripada plastik organik dan karbon konvensional. Kesan ini, serta peningkatan kebolehubah bentuk gentian karbon dalam matriks gentian kaca di bawah ketegangan, dipanggil sinergi oleh banyak pengarang.

Gentian pelbagai jenis dicampur dalam satu lapisan atau lapisan berselang-seli.

Di bawah ialah beberapa contoh gabungan gentian berbilang modul yang paling rasional dalam GAP:

gabungan kaca dan gentian organik memungkinkan untuk mendapatkan bahan, dalam satu tangan, dengan kekuatan mampatan dan ricih yang lebih tinggi (berbanding dengan organoplastik), sebaliknya, untuk meningkatkan ciri tegangan khusus sistem hibrid (berbanding gentian kaca );

GAP berdasarkan gabungan gentian kaca dan karbon mempunyai modulus keanjalan yang lebih tinggi berbanding dengan gentian kaca, sambil mengekalkan ciri khusus kekuatan bahan dalam pemampatan dan ketegangan berkurangan sedikit; kerja pemusnahan sampel meningkat;

Penambahan gentian boron pada plastik gentian kaca boleh meningkatkan modulus keanjalannya dengan ketara, sambil mengekalkan (atau meningkatkan) kekuatan mampatan bahan.

Salah satu jenis HAP ialah PCM kecerunan, yang struktur dan sifatnya tidak homogen dari segi ruang. Perubahan yang lancar dan terkawal dalam sifat kekuatan anjal PCM dalam beberapa kes memungkinkan untuk mencipta medan tegasan seragam. Sebagai contoh, apabila cengkerang PCM homogen dimuatkan dengan tekanan dalaman atau luaran dengan peningkatan dalam ketebalan struktur, penurunan ketara dalam ciri kekuatan elastik berkesan mereka diperhatikan. Hanya lapisan yang bersebelahan dengan medium tekanan dimuatkan sepenuhnya. Bermula dari ketebalan tertentu, PCM hampir tidak lagi menerima beban tambahan, dan meningkatkan ketebalan cangkang tidak masuk akal. Secara teorinya, fenomena ini boleh dielakkan jika anda menggunakan PCM dengan modulus elastik pembolehubah (peningkatan ketebalan).

Pada masa yang sama, ciri berat dan saiz bahan akan diperbaiki sebanyak 1.5-2 kali.

Dalam amalan, pilihan ini boleh dilaksanakan, sebagai contoh, dengan menggulung lapisan cangkang PCM demi lapisan, secara beransur-ansur (mengikut pengiraan) meningkatkan jumlah gentian karbon berbanding kaca. Masalah serupa (dan penyelesaiannya) juga dihadapi apabila mencipta roda superfly atau jalur rotor yang berputar pada kelajuan tinggi. Mengubah kedudukan lapisan dengan kandungan gentian yang berbeza memungkinkan untuk meningkatkan kekuatan ricih, getaran dan keletihan, rintangan air dan cuaca bahan.

Komposit berstruktur kecerunan dengan ketara mengembangkan keupayaan PCM.

Hampir semua "struktur semula jadi" mempunyai struktur sedemikian (batang dan batang tumbuhan, jarum pelindung tumbuhan dan haiwan, paruh dan bulu burung, dan banyak contoh lain). Adalah jelas bahawa dalam perkara ini terdapat ketinggalan yang kuat di belakang alam semula jadi dan terdapat rizab yang besar untuk meningkatkan ciri prestasi produk buatan buatan.

Komposit "Pintar" Pada akhir abad ke-20. istilah baru telah muncul dalam sains bahan - "pintar"

bahan. Konsep bahan "pintar" yang diterima mentakrifkannya sebagai bahan struktur yang mampu mendiagnosis diri dan menyesuaikan diri. Bahan-bahan ini mesti dapat mengenali situasi yang muncul (fungsi deria), menganalisisnya dan membuat keputusan (fungsi pemprosesan), dan juga merangsang dan menjalankan tindak balas yang diperlukan (fungsi eksekutif).

Pada masa ini, tiada komposit yang memenuhi semua keperluan di atas. Walau bagaimanapun, masalah ini boleh diselesaikan sebahagiannya (langkah demi langkah), pertama sekali, masalah mencipta bahan yang memaklumkan tentang keadaan mereka, tentang pendekatan beban operasi kepada maksimum yang dibenarkan, tentang keretakan, kakisan kimia, penyerapan air, dll. .

Keperluan utama untuk elemen sensor bagi komposit tersebut ialah kepekaan terhadap tekanan mekanikal dan keupayaan untuk diagihkan ke seluruh isipadu. Sensor yang ideal akan mengubah ubah bentuk menjadi isyarat elektrik. Dalam pengertian ini, gentian konduktif menjanjikan, yang boleh dimasukkan ke dalam komposit semasa pembentukannya. Ini termasuk dawai pemalar atau nichrome, karbon konduktif atau gentian boron, filem piezoelektrik yang diperbuat daripada polivinilidena fluorida, dsb.

Pemantauan sifat viskoelastik komposit polimer (pengesanan kecacatan) dijalankan menggunakan kaedah akustik, merekodkan hubungan antara kelajuan bunyi dan pekali penyerapannya. Apabila menggunakan sifat magneto-dielektrik polimer untuk diagnostik PCM, adalah disyorkan untuk menambah zarah tersebar (koloid) bahan magnet dan konduktif elektrik, termasuk serbuk ultrahalus daripada besi, kuprum, nikel dan nanozarah karbon (fullerena dan tiub nano).

Prinsip operasi mekanisme penggerak (penyesuaian) ialah ubah bentuk yang terhasil akibat sebarang fenomena - pemanasan, bekalan isyarat elektrik, dsb. Kesan piezoelektrik, elektro- dan magnetostriksi dan kesan ingatan bentuk adalah yang paling sesuai untuk mengaktifkan bahan. Mekanisme ini memastikan bahawa isyarat elektrik ditukar kepada ubah bentuk yang dicetuskan. Kesan terbesar diperhatikan untuk logam dengan ingatan bentuk. Aloi titanium dan nikel memberikan ubah bentuk sehingga 2%. Satu lagi penunjuk penting penggerak ialah modulus elastiknya, yang menentukan kemungkinan mewujudkan keadaan terikan tegasan tertentu. Ia biasanya setanding dengan modulus keanjalan bahan asas.

Proses pembuatan komposit pintar pada asasnya sepadan dengan proses mendapatkan produk daripada bahan asas. Dalam kes ini, adalah perlu untuk memperkenalkan maklumat dan elemen eksekutif ke dalam bahan, secara minimum mengganggu strukturnya. Ia juga perlu memberi perhatian kepada kerumitan proses mikromekanikal yang berlaku semasa pengerasan pengikat.

Komposit "Pintar", sudah tentu, bahan masa depan, tetapi pada masa ini, kerja saintifik dan teknikal yang intensif sedang dijalankan di luar negara (di Amerika Syarikat, Jepun, Great Britain, Kanada) untuk mencipta bahan sedemikian untuk teknologi moden, terutamanya penerbangan, roket dan angkasa lepas, dsb. dsb., serta untuk media massa. Contoh struktur yang menggunakan bahan pintar termasuk kelebihan utama sayap F-15, pemantul bersegmen dan penggerak untuk reka bentuk giliran kapal angkasa dan pesawat dengan bunyi dan getaran yang berkurangan. Syarikat Jerman yang mencipta penjana kuasa angin moden memantau keadaan bilah dengan diameter sehingga 100 m atau lebih. Gentian optik yang diletakkan di dalam bahan membolehkan anda memantau integriti strukturnya dan menilai beban yang bertindak pada bilah untuk mengekalkannya secara automatik pada tahap optimum. Kemungkinan delaminasi bahan, contohnya akibat sambaran petir, juga dipantau.

Kebergantungan sifat plastik komposit pada interaksi komponen Pengaruh bersama komponen dalam zon antara fasa ditentukan oleh komposisi komposisi dan keadaan pembentukannya. Dalam kes yang jarang berlaku, adalah mungkin untuk mewujudkan hubungan berfungsi antara ciri mekanikal dan interaksi.

Apabila penamat meningkatkan kekuatan pelekat, korelasi diperhatikan antara kekuatan pelekat dan tegasan kegagalan tegangan.

Pilihan susunan gentian dibuat berdasarkan data taburan medan daya dan sifat pembebanan.

Tegasan sisa dalam produk yang diperbuat daripada bahan komposit menjejaskan sifat prestasi. Dengan tegasan baki (mekanikal, haba, pengecutan, resapan, dll.) yang kami maksudkan adalah tegasan yang saling seimbang dalam isipadu produk, muncul di dalamnya akibat pengaruh medan daya luaran, haba, dsb. dan wujud dalam produk selepas pemberhentian medan dan hilangnya tekanan sementara. Suhu sementara, pengecutan dan tegasan resapan hilang sebaik sahaja suhu, kedalaman pengawetan, darjah kehabluran atau jumlah bahan yang diserap adalah sama di seluruh isipadu bahan. Tegasan sementara mekanikal hilang selepas pemberhentian medan luaran.

Tegasan sisa timbul dalam produk acuan hanya dalam kes apabila tegasan sementara maksimum dalam beberapa bahagian isipadu produk melebihi kekuatan hasil bahan dan ubah bentuk yang tidak dapat dipulihkan pada suhu biasa (plastik dan sangat elastik) berlaku di dalamnya, atau disebabkan oleh tahap perubahan yang tidak sama (pengerasan, penghabluran ) kawasan individu isipadu bahan akan memperoleh sifat termoelastik yang berbeza. Perbezaan dalam sifat termoelastik matriks polimer dan pengisi juga membawa kepada penampilan tegasan sisa.

Proses pengacuan dijalankan pada suhu dan tekanan tinggi.

Akibatnya, kecerunan suhu timbul, yang semakin meningkat kerana pengawetan biasanya eksotermik.

Semasa penyejukan, tegasan terma yang ketara timbul dalam lapisan permukaan, yang boleh membawa kepada ubah bentuk tak boleh balik tambahan dan menyebabkan peningkatan tegasan sisa dalam produk siap.

Kaedah untuk menentukan tegasan baki. Kaedah pelarut.

Sampel dirawat dengan pelarut, yang menembusi polimer dan meningkatkan ketegangan lapisan permukaan. Apabila tegasan permukaan melebihi tegasan pemusnah lapisan bengkak, rangkaian retakan kecil akan muncul di dalamnya. Dalam kes ini, log = logm + nlgorest, dengan rehat ialah tegasan baki (kg/cm2), m dan n ialah nilai malar.

Tekankan pada sempadan sentuhan antara pengikat dan pengisi.

Sebab utama ialah pengecutan matriks polimer semasa pengawetan dan penyejukan, yang berbeza dengan ketara daripada pengecutan suhu pengisi yang dikaitkan dengan matriks oleh ikatan pelekat. Tekanan resin yang diawet pada pengisi boleh dikira dengan persamaan (1 2)TE 2 P=, (1 + 1) + (1 + 2)(E1 / E 2) di mana 1 dan 2 ialah pekali terma pengembangan, T ialah perbezaan antara suhu pengawetan dan penyejukan, 1 dan 2 - nisbah Poisson, E1 dan E2 - modul ubah bentuk (1 - pengikat, 2 - pengisi).

Jika tegasan yang timbul dalam bahan adalah tidak simetri, ia boleh menyebabkan herotan bentuk.

TOPIK 2. RESIN POLIESTER TAK TEPU

Idea untuk menggabungkan polimer dan monomer reaktif telah dicadangkan oleh C. Ellis pada tahun 1930-an, yang mendapati bahawa resin poliester tak tepu yang dihasilkan dengan bertindak balas glikol dengan anhidrida maleik diawetkan menjadi pepejal tidak larut selepas penambahan pemula peroksida. Ellis telah mematenkan penemuan ini pada tahun 1936.

Oligoethermaleinates diperolehi dengan bertindak balas anhidrida maleik dengan alkohol dihidrik (etilena glikol, dietilena glikol, 1,2-propilena glikol), manakala asid dikarboksilik lain (adipik, isophthalic, phthalic anhydride, dll.). Perlu diingatkan bahawa semasa sintesis oligomer, yang dijalankan apabila dipanaskan dari 50 hingga 230 °C, pengisomeran separa atau hampir lengkap unit maleat menjadi unit fumarat berlaku: Ikatan berganda fumarat adalah 20-60 kali lebih aktif daripada maleat. dalam tindak balas pengawetan dan menyumbang kepada mendapatkan polimer yang diawet lebih Berkualiti Tinggi.

Ellis kemudiannya mendapati bahawa produk yang lebih berharga boleh diperolehi dengan bertindak balas resin alkyd poliester tak tepu dengan monomer seperti vinil asetat atau stirena. Pengenalan monomer dengan ketara mengurangkan kelikatan resin, yang menjadikannya lebih mudah untuk menambah pemula pada sistem dan membolehkan proses pengawetan menjadi lebih cergas dan lengkap. Dalam kes ini, pempolimeran campuran berlaku lebih cepat daripada setiap komponen secara berasingan.

Oleh kerana pengawetan berlaku melalui mekanisme radikal, pemula dimasukkan ke dalam campuran semasa pengawetan, berfungsi sebagai sumber radikal bebas dan memulakan tindak balas rantai pempolimeran. Radikal bebas boleh terbentuk daripada peroksida atau sebatian tidak stabil lain, seperti sebatian azo. Untuk meningkatkan kadar penguraiannya, pengaktif (promotor) dimasukkan tambahan ke dalam komposisi. Inisiator pengawetan biasa ialah benzoil hidroksida dan cumene hidroperoksida. Penguraian benzoil peroksida paling berkesan dipercepatkan oleh amina tertier (dimetil-, dietil-, dietanolanilin) , penguraian MEK peroksida, siklohksanone - garam kobalt asid naftenik Co naphthenate biasanya digunakan untuk menyembuhkan pengikat stirena polimalenasi pada 20 – 60°C. Pada 80 – 160o C – benzoyl peroksi, dicumyl.

Oksigen adalah perencat. Oleh itu, bahan berlilin diperkenalkan. Mempunyai takat lembut yang rendah dan sebagai surfaktan, ia menutup permukaan pengikat dan melindunginya daripada oksigen.

Kadangkala, untuk meningkatkan rintangan api, kalis api dimasukkan ke dalam pengikat polimaleat: Sb2O3, sebatian organik yang mengandungi klorin dan fosforus.

Komposisi poliester bebas stirena diperoleh dengan menggantikan stirena dengan monomer yang kurang meruap (stirena meruap dan toksik), seperti divinil benzod, vinil toluena, diallyl phthalate.

Daripada stirena, trietilena glikol dimetakrilat (TGM-3) berjaya digunakan sebagai pelarut aktif:

Pada suhu bilik, resin cecair stabil selama beberapa bulan atau bahkan bertahun-tahun, tetapi apabila pemula peroksida ditambah, ia mengeras dalam beberapa minit. Pengawetan berlaku akibat tindak balas penambahan dan penukaran ikatan berganda kepada ikatan tunggal; tiada produk sampingan terbentuk. Stirena paling kerap digunakan sebagai monomer tambahan. Ia berinteraksi dengan ikatan berganda reaktif rantai polimer, menghubungkannya ke dalam struktur tiga dimensi yang kuat. Tindak balas pengawetan berlaku dengan pembebasan haba, yang seterusnya menyumbang kepada proses yang lebih lengkap. Telah didapati bahawa biasanya apabila resin menyembuhkan, kira-kira 90% daripada ikatan berganda yang terdapat dalam polimer bertindak balas.

Akrilat oligoester diperoleh melalui polikondensasi alkohol polihidrik, asid dikarboksilik alifatik tepu dan asid alifatik tak tepu siri akrilik. Alkohol dihidrik (glikol) biasanya digunakan untuk mensintesis oligomer ini. Akrilat oligoester ialah bahan cair atau rendah lebur dengan berat molekul 300-5000. Pempolimeran dengan kehadiran pemula pempolimeran radikal, mereka bertukar menjadi polimer yang boleh dimasukkan dan tidak larut bagi struktur tiga dimensi, yang, bergantung pada struktur kimia oligomer asal, adalah bahan kaca atau elastik pepejal. Akrilat oligoester mampu kopolimerisasi dengan pelbagai monomer (stirena, metil metakrilat, dll.), serta dengan maleat poliester.

Akrilat oligoether mempunyai kelebihan tertentu berbanding maleat oligoester: ia mampu homopolimerisasi, yang memungkinkan untuk menyediakan varnis dan komposisi lain berdasarkannya tanpa menggunakan monomer tak tepu yang sangat tidak menentu dan toksik.

Dalam teknologi, akrilat oligoester disembuhkan dengan pempolimeran radikal atau kopolimerisasi; pengecutan isipadu semasa pengawetan ialah 4-10%.

Pemula pengawetan pada 50-120 °C (pengawetan panas) ialah benzoil peroksida, dikumil peroksida, dsb. Untuk pengawetan pada suhu bilik (pengawetan sejuk), sistem binari digunakan (contohnya, benzoil peroksida + dimethylaniline; cumene hydroperoxide + naphthenate atau kobalt linoleat).

Pengawetan akrilat oligoester juga boleh dimulakan oleh cahaya, sinaran tenaga tinggi (-sinar, elektron cepat) dan pemangkin pempolimeran ionik.

Oligomer epoksiakrilat boleh dianggap sebagai jenis akrilat oligoeter. Ia diperoleh dengan bertindak balas oligomer yang mengandungi kumpulan epoksi terminal dengan asid metakrilik atau akrilik.

Prapolimer ester alil alkohol disediakan dengan mempolimerkan ester alkohol allylik dan asid phthalic atau isophthalic. Kurang biasa digunakan ialah diallyl maleate, diethylene glycol bis-allyl carbonate, atau triallyl cyanurate.

Pempolimeran dijalankan dalam medium monomer, memendakan prapolimer dengan metanol, atau dalam lapisan nipis monomer dengan lebihan sulingnya pada peringkat tindak balas tertentu dalam vakum.

Tindak balas dihentikan sebelum penggelapan bermula, i.e. sehingga penukaran 25% daripada semua ikatan berganda dalam monomer. Berat molekul 6000, takat lembut ~60o C.

Prapolimer mempunyai hayat periuk yang panjang pada no. dan kelajuan pengawetan yang tinggi pada 135-160o C dengan kehadiran dikumil peroksida atau tert-butil perbenzoat. Prapolimer lebih kerap digunakan dalam pengeluaran prepregs dan premix, yang mempunyai kelikatan rendah dan acuan mengisi pada tekanan rendah.

Resin poliester digunakan dalam pelbagai jenis produk, termasuk bot, panel bangunan, alat ganti kereta dan pesawat, pancing dan kayu golf. Kira-kira 80% daripada resin poliester yang dihasilkan di Amerika Syarikat digunakan dengan pengisi pengukuhan, terutamanya gentian kaca.

Resin poliester tidak bertetulang digunakan dalam pengeluaran butang, perabot, marmar berbudaya dan dempul badan.

Tidak seperti kebanyakan plastik lain, yang terdiri daripada satu bahan, resin poliester selalunya mengandungi berbilang komponen (resin, inisiator, pengisi dan pengaktif). Sifat kimia dan nisbah komponen boleh diubah, membolehkan pengeluaran sejumlah besar jenis resin poliester yang berbeza.

Maleik anhidrida digunakan sebagai sumber ikatan berganda reaktif untuk sejumlah besar resin poliester tak tepu. Apabila ia berinteraksi dengan glikol (propilena glikol biasanya digunakan), rantai poliester linear dengan berat molekul 1000... 3000 terbentuk. Walaupun kos etilena glikol lebih rendah berbanding dengan kos propilena glikol, rantai poliester linier hanya digunakan untuk menghasilkan beberapa resin khas. Ini disebabkan oleh keserasian lemah poliester berasaskan etilena glikol dengan stirena. Semasa proses pengesteran, konfigurasi cis anhidrida maleik berubah kepada struktur trans fumarik. Ini ternyata berguna kerana kereaktifan yang lebih besar daripada ikatan berganda serpihan fumarik dalam tindak balas dengan stirena. Oleh itu, tahap pengisomeran yang tinggi ke dalam struktur trans adalah faktor penting dalam penyediaan resin poliester reaktif. Walaupun tahap pengisomeran anhidrida maleik yang tinggi, yang mencapai lebih daripada 90%, asid fumarik yang lebih mahal digunakan untuk mendapatkan resin poliester dengan peningkatan kereaktifan.

Asid diaxial atau anhidrida lain, seperti asid adipik, asid isophthalic atau anhidrida phthalic, sering ditambah kepada reagen asas untuk mengubah sifat akhir resin dan mengawal bilangan ikatan berganda.

Struktur resin poliester biasa diberikan di bawah (di mana R ialah kumpulan alkil atau aril bagi kumpulan pengubah diasid atau anhidrida):

O O CH3 O O CH3 II II I II.11 I H [O-C-R-C-O-CH-CH2-O-C-CH=CH-C-O-CH-CH2]nOH Oleh kerana pelbagai sifat dan resin poliester kos rendah digunakan secara meluas untuk menghasilkan pelbagai produk.

Jenis Resin Poliester Tak Tepu Kepelbagaian sifat resin poliester menjadikannya sesuai untuk digunakan dalam pelbagai aplikasi. Di bawah ialah ciri ringkas tujuh jenis resin poliester tak tepu khusus.

–  –  –

Resin poliester jenis ini dihasilkan dengan mengesterkan propilena glikol dengan campuran anhidrida phthalic dan maleik. Nisbah phthalic dan maleic anhydride boleh berjulat dari 2:1 hingga 1:2. Resin alkid poliester yang terhasil dicampur dengan stirena dalam nisbah 2:1. Jenis resin ini mempunyai pelbagai aplikasi: ia digunakan untuk membuat palet, bot, bahagian pancuran mandian, kaunter, kolam renang dan tangki air.

2. resin poliester elastik

Jika asid dibasik linear (contohnya, adipik atau sebasik) digunakan sebagai ganti anhidrida phthalic, resin poliester tak tepu yang lebih elastik dan lembut akan terbentuk. Penggunaan dietilena atau dipropilena glikol dan bukannya propilena glikol juga memberikan keanjalan resin.

Penambahan resin poliester sedemikian kepada resin tegar tujuan umum mengurangkan kerapuhannya dan menjadikannya lebih mudah untuk diproses. Resin elastik juga boleh diperoleh dengan menggantikan sebahagian daripada anhidrida phthalic dengan asid monobes minyak tinggi, yang mewujudkan kumpulan fleksibel di hujung rantai polimer. Resin sedemikian sering digunakan untuk tuangan hiasan dalam industri perabot dan dalam pembuatan bingkai gambar. Untuk melakukan ini, pengisi selulosa (contohnya, kulit kacang tanah) dimasukkan ke dalam resin elastik dan dibuang ke dalam acuan getah silikon. Pembiakan halus ukiran kayu boleh dicapai dengan menggunakan acuan getah silikon yang dibuang terus daripada ukiran asal.

3. Resin poliester kenyal Resin poliester jenis ini menduduki kedudukan pertengahan antara resin tujuan am tegar dan resin kenyal. Ia digunakan untuk membuat produk tahan hentaman seperti bermain bola, topi keledar keselamatan, pagar, alat ganti kereta dan pesawat. Untuk mendapatkan resin tersebut, asid isophthalic digunakan sebagai ganti anhidrida phthalic. Pertama, tindak balas asid isophthalic dengan glikol menghasilkan resin poliester nombor asid rendah. Anhidrida maleik kemudiannya ditambah dan pengesteran diteruskan. Akibatnya, rantai poliester diperoleh dengan susunan serpihan tak tepu yang dominan pada hujung molekul atau antara blok yang terdiri daripada polimer glikol-isophthalic. Dalam jenis pengesteran ini, anhidrida phthalic adalah kurang berkesan berbanding asid isofthalik, kerana monoester asid phthalic yang terhasil cenderung untuk menukar kembali kepada anhidrida pada suhu tinggi yang digunakan dalam penghasilan resin poliester berat molekul tinggi.

4. Resin poliester pengecutan rendah

Apabila membentuk poliester bertetulang gentian kaca, perbezaan pengecutan antara resin dan gentian kaca mengakibatkan lubang pada permukaan produk. Penggunaan resin poliester pengecutan rendah mengurangkan kesan ini, dan produk tuang yang terhasil tidak memerlukan pengamplasan tambahan sebelum mengecat, yang merupakan kelebihan dalam pembuatan alat ganti automotif dan peralatan elektrik rumah.

Resin poliester pengecutan rendah termasuk komponen termoplastik (polistirena atau polimetil metakrilat) yang hanya sebahagiannya terlarut dalam komposisi asal. Semasa pengawetan, disertai dengan perubahan dalam keadaan fasa sistem, pembentukan mikrovoid berlaku, mengimbangi pengecutan biasa resin polimer.

5. resin poliester tahan cuaca

Jenis resin poliester ini tidak boleh kuning apabila terdedah kepada cahaya matahari, yang mana penyerap sinaran ultraviolet (UV) dimasukkan ke dalam komposisinya. Stirena boleh digantikan dengan metil metakrilat, tetapi hanya sebahagiannya, kerana metil metakrilat tidak berinteraksi dengan baik dengan ikatan berganda asid fumarik, yang merupakan sebahagian daripada resin poliester. Resin jenis ini digunakan dalam pembuatan salutan, panel luar dan lampu bumbung.

6. Resin poliester tahan kimia Kumpulan ester mudah dihidrolisiskan oleh alkali, akibatnya ketidakstabilan resin poliester kepada alkali adalah kelemahan asasnya.

Peningkatan dalam rangka karbon glikol asal membawa kepada penurunan dalam bahagian ikatan eter dalam resin. Oleh itu, resin yang mengandungi "bisglycol" (hasil tindak balas bisfenol A dengan propilena oksida) atau bisfenol terhidrogenasi A mempunyai bilangan ikatan ester yang jauh lebih rendah daripada resin tujuan am yang sepadan. Resin sedemikian digunakan dalam pengeluaran bahagian peralatan kimia: hud ekzos atau kabinet, badan dan tangki reaktor kimia, serta saluran paip.

7. resin poliester kalis api

Produk acuan dan lamina yang diperbuat daripada resin poliester bertetulang gentian kaca mudah terbakar tetapi mempunyai kadar terbakar yang agak rendah. Peningkatan rintangan resin terhadap penyalaan dan pembakaran dicapai dengan menggunakan asid dibasic terhalogen dan bukannya anhidrida phthalic, contohnya, tetrafluorophthalic, tetrabromophthalic dan "chlorendic" (hasil penambahan heksachlorocyclopentadiena kepada anhidrida maleik, yang juga dikenali sebagai asid het). Dibromoneopentyl glycol juga boleh digunakan.

Peningkatan selanjutnya dalam rintangan api dicapai dengan memperkenalkan pelbagai perencat pembakaran ke dalam resin, seperti ester asid fosforik dan antimoni oksida. Resin poliester kalis api digunakan dalam pembuatan hud ekzos, komponen elektrik, panel struktur, dan badan kapal beberapa jenis kapal tentera laut.

Tujuh jenis resin poliester tak tepu yang diterangkan adalah yang paling biasa digunakan dalam industri. Walau bagaimanapun, terdapat juga resin tujuan khas. Contohnya, menggunakan triallyl isocyanurate dan bukannya stirena dengan ketara meningkatkan rintangan haba resin. Dengan menggantikan stirena dengan diallyl phthalate atau vinyltoluene yang kurang meruap, kehilangan monomer semasa pemprosesan resin poliester dapat dikurangkan. Resin khas boleh disembuhkan menggunakan sinaran UV dengan menambahkan agen fotosensitif seperti benzoin atau eternya.

Penghasilan resin poliester tak tepu Lazimnya, proses kelompok digunakan untuk menghasilkan resin poliester tak tepu. Ini disebabkan oleh pelbagai produk permulaan yang diperlukan untuk menghasilkan resin yang berbeza, kerana kekerapan proses membolehkan peralihan yang cepat dan mudah kepada pengeluaran resin lain. Proses berterusan biasanya digunakan untuk pengeluaran berskala besar resin tujuan umum.

Bahan binaan pilihan untuk peralatan ialah keluli tahan kakisan kerana rintangan kimianya terhadap resin polimer dan reagen lain yang digunakan dalam penghasilan resin poliester.

Oleh kerana ion besi dan kuprum menghalang pempolimeran radikal bebas resin poliester, bahan ini tidak digunakan untuk pembuatan reaktor. Apabila menggunakan bahan yang mengandungi halogen sebagai bahan suapan, reaktor bergaris kaca lebih diutamakan.

Biasanya, glikol dicaj ke dalam reaktor, dan kemudian anhidrida phthalic dan maleik ditambah. Biasanya, lebihan glikol 5 hingga 10% digunakan untuk mengimbangi kerugian yang disebabkan oleh penyejatan dan tindak balas sampingan. Sebelum mencampur dan memanaskan, udara dalam reaktor digantikan dengan gas lengai. Peringkat pertama tindak balas - pembentukan "separuh ester" - berlaku secara spontan pada suhu yang agak rendah, selepas itu jisim tindak balas dipanaskan untuk melengkapkan pembentukan ester. Kadar aliran gas lengai melalui reaktor boleh ditingkatkan untuk mengeluarkan air yang terbentuk semasa tindak balas pemeluwapan. Untuk mengeluarkan air dengan lebih lengkap daripada glikol yang dikembalikan ke reaktor, penukar haba yang dipanaskan wap sering digunakan.

Semasa peringkat terakhir pengesteran, suhu jisim tindak balas meningkat kepada 190 - 220 °C. Suhu yang lebih tinggi menyokong pengisomeran maleat menjadi fumarat, tetapi pada masa yang sama menyebabkan tindak balas sampingan pada ikatan berganda. Terdapat suhu optimum di mana pecahan fumarat mencapai maksimumnya. Untuk resin tujuan umum ini berlaku pada 210 °C.

Untuk mengawal tahap pengesteran, keasidan dan kelikatan jisim tindak balas ditentukan dan, apabila mencapai nilai yang diperlukan, poliester dipam ke dalam reaktor akhir.

Reaktor ini sudah mengandungi jumlah stirena yang diperlukan, dan resin alkyd poliester dilarutkan di dalamnya apabila ia masuk. Untuk menghapuskan sebarang proses pempolimeran yang mungkin berlaku apabila resin alkyd panas bersentuhan dengan stirena, perencat boleh ditambah kepada jisim tindak balas pada peringkat ini. Kadangkala jisim tindak balas mesti disejukkan untuk mengekalkan suhu yang diperlukan. Selepas selesai proses, sifat jisim tindak balas diperiksa untuk pematuhan dengan keperluan teknikal. Kitaran pengeluaran penuh berlangsung 10 - 20 jam Kaedah yang diterangkan untuk penghasilan resin poliester sering dilaksanakan sebagai proses lebur. Leburan reagen dipanaskan sehingga penukaran mencapai tahap yang diperlukan. Kaedah lain menggunakan sedikit pelarut (toluena atau xylene) untuk mengeluarkan air yang dibebaskan semasa proses pengesteran dalam bentuk azeotrope.

Pelarut membentuk tidak lebih daripada 8% daripada jumlah jisim tindak balas; ia diasingkan daripada air melalui dekantasi dan dikembalikan ke reaktor. Selepas selesai proses pengesteran, pelarut yang tinggal disuling daripada campuran tindak balas, pertama pada tekanan atmosfera, dan kemudian di bawah vakum untuk mengeluarkannya sepenuhnya. Semasa pengesteran, beberapa tindak balas sampingan mungkin berlaku. Sebagai contoh, kumpulan hidroksil glikol boleh ditambah kepada ikatan berganda bagi bahagian maleik atau fumarik untuk membentuk polimer bercabang. Telah ditetapkan bahawa kira-kira 10–15% daripada ikatan berganda polimer tak tepu digunakan dalam tindak balas sampingan.

Proses berterusan yang paling mudah untuk penghasilan resin poliester tak tepu ialah tindak balas campuran anhidrida maleik dan phthalic dengan propilena oksida.

Sebilangan kecil glikol diperlukan untuk memulakan tindak balas berantai ini. Oleh kerana tindak balas antara anhidrida dan kumpulan epoksi berlaku pada suhu yang agak rendah, ikatan berganda maleat tidak mengisomerikan kepada konfigurasi trans yang lebih aktif. Untuk menjalankan pengisomeran ini, perlu untuk interaksi selanjutnya dengan stirena, polimer yang terhasil mesti tertakluk kepada pemanasan tambahan.

Pengeluaran berterusan resin poliester daripada anhidrida dan glikol juga boleh dicapai dalam satu siri reaktor tangki kacau yang dipanaskan, mengepam resin secara berurutan melalui reaktor pada suhu yang berbeza.

Pengawetan resin poliester tak tepu Resin poliester tak tepu disembuhkan dengan memperkenalkan pemula, yang berfungsi sebagai sumber radikal bebas dan memulakan tindak balas rantai pempolimeran.

Radikal bebas boleh terbentuk daripada peroksida atau sebatian tidak stabil lain, seperti sebatian azo. Sebatian ini boleh pecah menjadi serpihan radikal apabila dipanaskan atau terdedah kepada sinaran ultraungu atau sinaran tenaga tinggi yang lain. Biasanya, resin poliester mengandungi perencat, yang pada asasnya merupakan pemusnah radikal bebas. Tindak balas pempolimeran dengan pengenalan pemula bermula hanya selepas kesan perencat telah diatasi. Tempoh aruhan ini membolehkan resin yang mengandungi pemula untuk dicampur secara mekanikal dengan agen penguat dan diletakkan ke dalam bentuk yang dikehendaki untuk pengawetan sebelum tindak balas pempolimeran bermula. Inhibitor pempolimeran yang baik ialah hidrokuinon dan terbitannya, serta ammonium halida kuaterner.

Kebanyakan pemula peroksida terurai agak perlahan apabila ia memasuki jisim polimer. Untuk meningkatkan kadar penguraian mereka, pengaktif (promotor) digunakan. Malah, pengaktif adalah pemangkin untuk pemula.

Kedua-dua pemula dan pengaktif adalah sebatian reaktif, interaksi ganas yang disertai dengan penyalaan atau bahkan letupan. Sebatian ini harus ditambah kepada resin secara berasingan, memastikan bahawa yang pertama dibubarkan sepenuhnya sebelum menambah yang kedua. Banyak resin mengandungi pengaktif pra-tambah.

Tingkah laku pengawetan resin poliester ditentukan oleh hubungan antara pengaruh perencat, pemula dan pengaktif.

Substituen pada atom karbon etilena boleh menjejaskan kereaktifan ikatan berganda dalam dua cara. Pengaruh spatial adalah disebabkan oleh fakta bahawa kumpulan besar melindungi ikatan berganda dan mengurangkan keupayaan kumpulan bertindak balas kedua untuk menduduki kedudukan yang baik untuk serangan, dengan itu mengurangkan kereaktifan keseluruhan sebatian. Kekutuban ditentukan oleh keupayaan kumpulan substituen untuk menarik atau menderma elektron. Kumpulan penderma elektron (seperti metil, fenil, dan halogen) menjadikan ikatan berganda elektronegatif. Ini adalah tepat kesan mereka yang ditunjukkan dalam stirena, vinil toluena dan stirena berklorin.

Kumpulan penarik elektron (seperti vinil atau karbonil) menjadikan ikatan berganda elektropositif. Ini berlaku dalam gugusan asid fumarik dalam rantai resin poliester. Kekutuban berlawanan bagi ikatan berganda dalam bahagian stirena dan fumarik resin alkyd menggalakkan interaksi dan pengawetan resin poliester. Stirena monomer, yang lebih mudah alih daripada rantai polimer panjang poliester tak tepu, boleh menjadi homopolimer. Telah terbukti secara eksperimen bahawa nisbah molar bagi ikatan berganda stirena dan poliester 2:1 adalah optimum.

Inisiator dan pengaktif

Terdapat pelbagai jenis sistem initiator-inhibitor-activator tersedia untuk digunakan dalam penghasilan resin poliester. Sebagai contoh, resin perencatan hidrokuinon tujuan umum boleh sembuh dengan cepat apabila menggunakan pemula peroksida aktif seperti metil etil keton peroksida dalam kombinasi dengan pengaktif seperti kobalt naftenat atau kobalt oktoat. Dalam kes lain, pemula yang lebih stabil diperkenalkan untuk menyembuhkan resin poliester: tert-butil perbenzoat. Ini membolehkan komposisi poliester diisi dengan kalsium karbonat dan gentian kaca yang dihancurkan. Sebatian yang mengandungi pemula dan acuan ini stabil pada suhu bilik selama berbulan-bulan, tetapi boleh disembuhkan dalam masa satu minit dengan menekan panas pada suhu 140 - 160 °C.

Pemilihan pemula yang sesuai dan kuantitinya bergantung pada jenis resin dan suhu pengawetannya, masa yang diperlukan untuk keseluruhan proses dan masa pengawetan. Memandangkan tiada satu pun pemula yang tersedia biasanya memenuhi semua keperluan yang diperlukan dengan sendirinya, pelbagai kombinasi pemula dan pemula dengan pengaktif digunakan untuk mendapatkan hasil yang lebih baik.

Apabila mengawet resin poliester secara terma, pemula yang paling biasa digunakan ialah benzoil peroksida (BP), yang sangat berkesan dan mudah digunakan. Ia mudah larut dalam stirena, boleh disimpan untuk masa yang lama tanpa kehilangan aktiviti, stabil pada suhu bilik dan mudah terurai pada suhu tinggi. Di samping itu, BP menyebabkan puncak suhu eksotermik yang tinggi, yang menggalakkan penyembuhan lengkap resin. Jumlah BP yang dimasukkan ke dalam resin adalah antara 0.5 hingga 2% bergantung pada jenis resin dan monomer yang digunakan. Apabila menggunakan BP dalam bentuk pes (biasanya dicampur dengan 50% tricresil fosfat), jumlah pemula yang diperkenalkan meningkat sedikit (~1 - 3%).

Kadang-kadang adalah wajar (atau perlu) untuk menjalankan proses pengawetan resin dari awal hingga akhir pada suhu rendah supaya haba yang dijana semasa pempolimeran hilang. Ini amat penting dalam pengacuan basah lamina di mana penggunaan haba adalah sukar. Dalam kes sedemikian, metil etil keton peroksida (MEK) biasanya digunakan sebagai pemula. Walaupun penggunaan PMEC tidak menghasilkan pengawetan lengkap resin pada suhu bilik, penambahan pengaktif (cth kobalt naphthenate) menghasilkan pengawetan dan pengawetan resin yang hampir lengkap dalam tempoh masa yang singkat.

TOPIK 3. RESIN BERASASKAN DIESTERS

ASID VINYLCARBOXYLIC

Walaupun pelbagai DVC telah dihasilkan dalam kuantiti makmal sejak lewat 50-an, pengeluaran industri resin ini hanya ditubuhkan pada tahun 1965 oleh Shell Chemical di bawah jenama "resin epokrilik". Resin ini dikenal pasti sebagai metakrilat epoksi dan mempunyai rintangan kimia yang sangat baik, lebih baik daripada resin poliester terbaik (pada masa itu).

Pada tahun 1966, Dow Chemical mengeluarkan resin Derakan, yang merupakan diester asid karboksilik vinil, serta beberapa resin serupa yang dimaksudkan untuk salutan. Pada tahun 1977, Interplastic dan Reichhold Chemical mula menghasilkan DVK di bawah nama Koretsin dan Corrolit.

masing-masing.

Ciri-ciri resin

Resin boleh digunakan sama ada dalam bentuk tulen (iaitu tanpa pelarut) atau dalam campuran dengan bahan lain. Dalam kes kedua, resin mungkin mengandungi komonomer yang mengandungi vinil reaktif (stirena, vinyltoluene, tri-methylolpropane triacrylate) atau "pencair" tidak reaktif (metil etil keton, toluena). Lazimnya, resin ester asid metakrilik mengandungi stirena dan digunakan dalam penghasilan plastik bertetulang gentian kaca (GFRP) yang tahan kimia. Resin - derivatif - asid akrilik dibekalkan tidak cair, dan reagen bersama yang sepadan diperkenalkan secara langsung semasa penghasilan salutan dan dakwat percetakan yang diawet di bawah pengaruh sinaran UV.

Sifat fizikal dan aplikasi DVC bergantung pada jenis kumpulan akhir (metakrilik atau akrilik), pada jumlah dan jenis reagen bersama, serta pada sifat dan berat molekul blok yang membentuk rantai utama resin. makromolekul. Hasil daripada pengawetan, stirena yang mengandungi DVKM-II memperoleh rintangan yang tinggi terhadap asid, bes dan pelarut. Derivatif asid akrilik lebih sensitif kepada hidrolisis berbanding derivatif asid metakrilik, dan oleh itu ia biasanya tidak digunakan dalam pembuatan bahan tahan kimia. Oleh kerana kereaktifannya yang tinggi, resin ini lebih baik diawet menggunakan sinaran.

DVC tidak cair ialah bahan pepejal atau berlilin. Oleh itu, untuk memastikan kelikatan yang diperlukan untuk pemprosesan dan meningkatkan kereaktifan mereka, kedua-dua pelarut reaktif dan lengai dimasukkan ke dalam komposisi.

Bahagian utama makromolekul DVC terdiri daripada blok oligomerik epoksi pelbagai berat molekul. Semakin tinggi berat molekul blok tersebut, semakin tinggi kekuatan dan keanjalan resin, tetapi semakin rendah rintangan haba dan rintangan kepada pelarut.

Berbanding dengan poliester, DVC dicirikan oleh kandungan kumpulan ester dan serpihan vinil yang lebih rendah. Ini membawa kepada peningkatan rintangan resin ini kepada hidrolisis, serta penurunan suhu eksoterma puncak. Pengecutan resin semasa pengawetan berkurangan. Seperti poliester, DVC mempunyai jangka hayat terhad, yang dipastikan dengan pengenalan perencat pempolimeran (“perangkap radikal bebas”) semasa proses pengeluaran resin.

Pengeluaran resin

DVC diperoleh dengan bertindak balas asid metakrilik atau akrilik dengan resin epoksi oligomerik. Tindak balas menambah asid kepada epoksida (pengesteran) adalah eksotermik. Hasil daripada tindak balas ini, kumpulan hidroksil bebas terbentuk pada blok oligomerik, tetapi tiada hasil sampingan yang terbentuk (seperti, sebagai contoh, semasa poliesterifikasi, apabila air terbentuk). Selepas selesai tindak balas atau semasa ia sedang berjalan, pelarut yang sesuai atau perencat pempolimeran ditambah kepada campuran tindak balas.

Resin epoksi yang digunakan untuk penghasilan DVK boleh berasaskan bisphenol A (DVK tujuan am dan tahan haba diperolehi), pada serpihan fenol-novolac (DVK tahan haba), serta pada terbitan tetrabromo bisphenol A (DVK tahan api). Apabila menyediakan DVC dengan kumpulan akrilik di hujungnya, blok epoksi oligomerik berdasarkan bisphenol A biasanya digunakan sebagai polimer rantai utama.

Pengawetan

DVC, seperti resin poliester tak tepu, mengandungi ikatan berganda yang bertindak balas apabila pengawetan untuk membentuk pautan silang antara molekul. Proses ini berlaku dengan kehadiran radikal bebas, yang terbentuk hasil daripada transformasi kimia, haba atau sinaran. Proses pengawetan, yang berlaku melalui mekanisme radikal bebas, termasuk peringkat permulaan (tempoh induksi), pertumbuhan dan penamatan rantai. Permulaan ialah peringkat menghadkan kadar proses, di mana pemula menyekat tindakan perencat pempolimeran. Ini membawa kepada tindak balas yang berlaku melalui ikatan berganda vinil eter, yang merupakan sebahagian daripada makromolekul, dan terasnya.

Pengacuan Produk separuh siap (prepregs) berasaskan DVC untuk pengacuan volumetrik atau untuk plastik kepingan digunakan untuk menekan terus kelengkapan untuk paip, perumah perkakas rumah, pendesak, pam dan alat ganti kereta. Biasanya, prepregs ini mengandungi kira-kira pecahan berat resin, gentian kaca yang dihancurkan dan pengisi. Ia juga termasuk: pemula "tersembunyi", pigmen, pelincir anti-pelekat dan pemekat.

TOPIK 4. RESIN POLYBUTADIENE

Resin polibutadiena dihasilkan sekitar tahun 1955 dan digunakan dalam sebatian jenis Buton di makmal Ingey. Resin yang digunakan dalam sebatian ini terdiri daripada sejumlah besar cecair 1,2-polibutadiena, beberapa kopolimer stirena-butadiena dan bahan tambah kedua-dua resin ini. Sejak itu, produk serupa telah dihasilkan oleh Richardson dan Lithium. Pada tahun 1968, polibutadiena dengan kandungan ikatan berganda yang tinggi dan sejumlah kecil kumpulan isosianat di hujung makromolekul mula dihasilkan di bawah nama jenama "Gistil". Sejumlah tertentu pemula peroksida telah dimasukkan ke dalamnya.

Kini resin ini dihasilkan oleh Dianachem dan Nippon Souda di bawah nama dagang Nisso-RV. Resin ini adalah polibutadiena ataktik cecair dengan berat molekul 1000 - 4000, kira-kira 90% daripada ikatan berganda terletak di rantai sisi (kumpulan vinil).

Terdapat tiga jenis resin ini:

jenis B tidak mengandungi kumpulan fungsi terminal; jenis G mengandungi kumpulan hidroksil dan jenis C mengandungi kumpulan karboksil pada kedua-dua hujung makromolekul. Resin polibutadiena lain kini dipasarkan di bawah nama Rikon oleh Colorado Chemical Specialties. Resin Dienit ialah campuran 1,2- dan 1,4-polybuta-dennes (Dienit PD-702, PD-503) atau campuran dengan monomer reagen bersama, seperti vinyltoluene (RM-520, RM-503 ) atau stirena oligomer butadiena (PDPD-753).

Jenis komersial resin polibutadiena biasanya merupakan campuran berat molekul rendah 1,2- dan 1,4-polybutadiena. Isomer ini berbeza dalam kedudukan pusat tindak balas yang mengambil bahagian dalam pempolimeran. 1,2-polibutadiena, di mana ikatan berganda terletak dalam rantai sisi, lebih reaktif daripada 1,4-polimer, di mana ikatan berganda berada dalam rantai utama. Oleh itu, resin dengan kandungan tinggi 1,2-polibutadiena menyembuhkan lebih cepat dan lebih mudah, manakala resin dengan bahagian 1,4-polimer yang ketara biasanya digunakan untuk menghasilkan bahan yang sangat elastik.

Agar resin 1,2-polibutadiena (PBD) diproses dengan lebih mudah menjadi bahan komposit, ia harus diperoleh dengan berat molekul tinggi dan taburan berat molekul sempit (MM). Untuk meningkatkan kereaktifan resin semasa pelbagai transformasi kimia, kumpulan berfungsi terminal (contohnya, hidroksil, karboksil atau isosianat) dimasukkan ke dalam makromolekulnya, dan campuran yang mengandungi polibutadiena dan monomer reaktif, seperti stirena dan viniltoluena, disediakan. Kumpulan hidroksil terminal membenarkan tindak balas dengan poliuretana, dan kumpulan karboksil membenarkan tindak balas dengan kumpulan epoksi. PBB yang mengandungi kumpulan akhir isosianat digunakan terutamanya untuk menghasilkan sebatian pasu penebat elektrik.

Dengan kandungan kumpulan vinil yang tinggi (lebih 85%), resin polibutadiena mudah disembuhkan dengan kehadiran pemula peroksida. Kumpulan berfungsi akhir reaktif membenarkan resin meningkatkan berat molekulnya sebelum diawetkan. Peningkatan MM menyebabkan penurunan kecairan resin sebelum memaut silang, yang menyebabkan gelatinisasi dan penampilan struktur polimer tegar.

Akibatnya, masa teknologi yang lebih mudah untuk memproses resin dalam reaktor juga dicapai. Langkah perambatan rantai boleh dikawal (dalam masa) untuk menghasilkan polimer dengan sifat yang berbeza-beza, daripada cecair sangat likat kepada pepejal MW tinggi. Keupayaan untuk tumbuh berantai adalah asas kepada penggunaan meluas resin polibutadiena dalam penghasilan sebatian acuan, salutan, pelekat, sebatian pasu penebat elektrik dan laminat termoset. Derivatif polibutadiena yang disenaraikan di bawah boleh digunakan sebagai pengubah suai untuk resin lain dan dalam pengeluaran laminat khas

–  –  –

Pengawetan Resin Persamaan proses pengawetan resin polibutadiena dengan pengawetan polimer poliester yang terkenal menggunakan pemula peroksida menjadikannya amat berguna untuk teknologi bahan komposit.

Polimer menyembuhkan melalui tiga peringkat: pengawetan suhu rendah, pengawetan suhu tinggi, dan kitaran haba. Pada suhu rendah, berat molekul dan kelikatan resin meningkat.

Ini boleh menyebabkan gelation dan permulaan pengerasan. Pengawetan suhu tinggi bermula pada 121 °C, dengan tindak balas pada ikatan berganda kumpulan vinil mendominasi. Semasa peringkat proses ini, produk pepejal terbentuk. Kitaran terma bermula pada ~232 °C, dan baki serpihan tak tepu substrat polimer bertindak balas untuk membentuk rangkaian silang silang yang padat.

Berikut ialah data pemprosesan prapreg biasa:

Suhu membentuk, °C

Tekanan, MPa

Kitaran penyembuhan pada 77°C untuk laminat 3.2 mm, min|

Tempoh selepas pengawetan......... Tiada Struktur dan sifat kimia Resin polibutadiena mempunyai sifat elektrik yang sangat baik dan rintangan kimia. Kandungan tinggi bahagian hidrokarbon dan kandungan minimum unit aromatik adalah sebab nilai pemalar dielektrik dan pekali pengecilan yang rendah, serta rintangan kimia yang sangat baik. Kandungan rendah serpihan aromatik menerangkan rintangan arka yang tinggi, serta rintangan kepada pembentukan jejak konduktif.

Sifat-sifat resin polibutadiena ini, serupa dengan tingkah laku polietilena, dikaitkan dengan rintangan polimer ini kepada pembentukan karbon semasa pirolisis di bawah voltan tinggi. Ketiadaan ikatan ester, yang menjadikan poliester terdedah kepada asid dan bes, menerangkan hidrofobisiti, serta rintangan resin polibutadiena kepada asid dan alkali.

Aplikasi CM berasaskan PBD Disebabkan gabungan unik sifat elektrik yang sangat baik dan rintangan kimia, CM berasaskan PBD telah berjaya digunakan dalam reka bentuk radar antena radar udara. Untuk beroperasi dalam julat frekuensi yang melebihi K-band (10.9 - 36.0 GHz), plastik gentian kaca epoksi bertetulang telah digunakan, yang tidak memenuhi tujuan ini dengan secukupnya disebabkan oleh nilai pemalar dielektrik yang tinggi (4.5 - 5.0).

Ini menjadi jelas jika kita mengambil kira bahawa ketebalan dinding radome, seperti berikut dari persamaan di bawah, adalah fungsi pemalar dielektrik dan panjang gelombang operasi:

n 0 D=, 2(sin 2) 0.5 dengan d ialah ketebalan dinding radome antena; n - integer 0 (n = 0 untuk dinding nipis; n - 1 untuk dinding dengan ketebalan sama dengan panjang separuh gelombang); 0 - panjang gelombang dalam ruang bebas; - pemalar dielektrik; - sudut tuju.

Oleh kerana ketebalan dinding radome mestilah berkadar terus dengan panjang gelombang berkesan tetapi berkadar songsang dengan pemalar dielektrik, gabungan meningkatkan frekuensi secara serentak dan menggunakan bahan komposit pemalar dielektrik tinggi mewujudkan masalah ketidakpadanan ketebalan dinding apabila menggunakan panjang gelombang yang lebih panjang.

Jelas sekali, jika panjang gelombang secara serentak berkurangan dan pemalar dielektrik bahan meningkat, maka ia menjadi mungkin untuk mengurangkan ketebalan dinding radome. Walau bagaimanapun, penggunaan dinding nipis memperkenalkan masalah kegagalan hentaman, yang boleh dipercepatkan oleh hakisan permukaan yang teruk bagi struktur berlapis nipis.

Satu lagi masalah yang timbul apabila menggunakan bahan dengan sifat dielektrik yang lebih tinggi adalah kemungkinan variasi dalam ketebalan dinding radome, yang membawa kepada kos pengeluaran yang lebih tinggi atau penggunaan bahan tambahan untuk memastikan ketebalan "elektrik" yang tepat. Apabila menggunakan antena pada kapal terbang dan kapal, CM dari mana radomes dibuat adalah tertakluk kepada keperluan tambahan: ia mesti mempunyai sifat yang stabil pada julat suhu yang luas dan dalam keadaan kelembapan yang tinggi. Keperluan bahan ketat yang dikaitkan dengan frekuensi operasi yang tinggi dan keadaan persekitaran yang mencabar tidak mudah dipenuhi menggunakan bahan komposit konvensional. Walau bagaimanapun, keperluan ini boleh direalisasikan dengan lebih lengkap apabila menggunakan bahan berasaskan polibutadiena.

Apabila menyediakan prepregs, resin disembuhkan dengan kehadiran pemula peroksida. Walaupun kebolehprosesan CM ini sangat baik dan kemudahan pengawetan, yang diselesaikan dalam satu peringkat dalam 2 jam pada suhu 177 °C, sifat mekanikal yang rendah dalam arah melintang mengehadkan penggunaannya sebagai bahan struktur. Kelemahan ini mungkin dikaitkan dengan ketumpatan tinggi pautan silang antara molekul, yang membawa bukan sahaja kepada kerapuhan, tetapi juga kepada lekatan rendah pengikat kepada gentian karbon.

Apabila menghasilkan lamina polybutadiena untuk tujuan struktur, pelbagai gentian pengukuhan digunakan: kaca, kuarza dan aramid ("Kevlar-49"). Komposit yang diperkuat dengan gentian Kevlar-49 dengan pecahan isipadu 60% sesuai untuk pembuatan radar antena radar. Untuk menambah baik beberapa sifat mekanikal bahan, terutamanya kekuatan tegangan dalam arah melintang dan ricih interlaminar, sifat pelekat dan kebolehbasahan gentian Kevlar-49 perlu dipertingkatkan.

Keperluan tambahan apabila menggunakan bahan ini untuk pembuatan radar antena radar adalah penyerapan lembapan yang rendah.

Penyimpanan Resin polybutadiena tidak memerlukan sebarang keadaan penyimpanan khas berbanding dengan keadaan penyimpanan konvensional yang berkaitan dengan penggunaan pelarut organik mudah meruap dan mudah terbakar seperti heptana atau toluena. Apabila disimpan pada suhu 0, 20 atau 35 °C selama 10 minggu, tiada perubahan ketara dalam kelikatan atau pemisahan larutan. Walau bagaimanapun, penyimpanan yang lebih lama pada suhu melebihi 35 °C harus dielakkan kerana kecenderungan larutan kepada gel.

RESIN EPOKSI Resin epoksi adalah salah satu jenis pengikat terbaik untuk sebilangan besar komposit gentian, disebabkan oleh sebab-sebab berikut:

Lekatan yang baik kepada sejumlah besar pengisi, menguatkan komponen dan substrat;

Pelbagai resin epoksi dan agen pengawetan yang tersedia, membolehkan untuk mendapatkan, selepas pengawetan, bahan dengan gabungan sifat yang luas, memenuhi pelbagai keperluan teknologi;

Tiada pelepasan air atau sebarang bahan meruap semasa rawatan kimia dan sedikit fenomena pengecutan semasa pengawetan;

Rintangan kimia dan sifat penebat elektrik yang baik.

Komponen utama pengikat epoksi ialah campuran produk oligomerik dengan kumpulan epoksi dalam unit hujung (resin epoksi).

Mereka diterima oleh:

interaksi epiklorohidrin dengan alkohol atau fenol dihidrik (kurang kerap, poliatomik) untuk membentuk oksiester diglisid CH2-CH-CH2Cl + HO-R-OH CH2-CH-CH2-O-R-(-O-CH2-CH(OH)-CH2- O- RO O)-O-CH2-CH-CH2 \/ O atau CH2-CH-CH2Cl + H2N-C6H4-NH2 \/ O atau CH2-CH-CH2Cl + HO-C6H4-C(CH3)2-C6H4- OH bisphenol A \/ O Resin yang paling biasa ialah yang diperoleh daripada epiklorohidrin dan difenilolpropana (bisphenol A) (resin jenis ED) atau daripada epiklorohidrin dan produk polikondensasi metilolfenol (EP, EN resin epoksifenol). Baru-baru ini, resin daripada epichlorohydrin dan aniline (EA resin), diaminodiphenylmethane (EMDA) telah digunakan.

Aplikasi Resin epoksi digunakan dalam pengeluaran pelbagai bahan komposit dan bahagian struktur. Ia juga digunakan sebagai sebatian pembungkus dan pengedap, serbuk penekan dan untuk pembuatan pelekat.

Resin epoksi sangat tahan terhadap asid, alkali dan lembapan, tidak berubah bentuk apabila dipanaskan pada suhu tinggi, mempunyai pengecutan rendah dan kerintangan isipadu yang tinggi. Resin epoksi boleh digunakan bukan sahaja untuk melindungi bahan daripada pengaruh alam sekitar, tetapi juga untuk penyambungan pelekat bahagian. Dalam industri elektronik, sebagai contoh, resin epoksi digunakan untuk membungkus modul yang dikimpal, mengisi pengubah dan belitan motor, dan mengelak sambungan dalam kabel elektrik.

Sejak Perang Dunia II, resin epoksi telah digunakan untuk membuat perkakas (contohnya, acuan yang digunakan dalam pengecapan kepingan logam atau corak dalam pembuatan bahagian). Pengisi pengukuhan dalam bentuk zarah atau gentian mudah dimasukkan ke dalam resin, mengurangkan kosnya dan meningkatkan kestabilan dimensi. Kemungkinan menggantikan logam dengan resin epoksi adalah disebabkan oleh dua faktor: keberkesanan kos dalam pengeluaran dan kelajuan (tanpa kos bahan yang besar) pengubahsuaian. Di samping itu, resin ini mengekalkan bentuk dan saiznya dengan baik, mempunyai sifat mekanikal yang tinggi dan pengecutan yang rendah, yang membolehkan mereka digunakan untuk menghasilkan bahagian dengan toleransi yang ketat.

Pengacuan Sebatian pengacuan epoksi (serbuk, campuran resin dan pengeras separa sembuh yang mengalir apabila dipanaskan) digunakan untuk menghasilkan semua jenis bahagian struktur. Pengisi dan agen penguat mudah digabungkan ke dalam resin epoksi untuk membentuk sebatian acuan. Resin epoksi memberikan pengecutan yang rendah, lekatan yang baik pada pengisi dan bahan penguat, kestabilan kimia, dan sifat reologi yang baik.

Ikatan Daripada semua bahan polimer yang diketahui, resin epoksi mempunyai kekuatan pelekat yang paling hebat. Ia digunakan untuk menghamili pelbagai substrat sambil memberikan pengecutan yang minimum. Oleh itu, resin ini boleh digunakan untuk menggabungkan banyak bahan yang berbeza. Di samping itu, mereka boleh menyembuhkan pada suhu yang berbeza dan pada kelajuan yang berbeza, yang sangat penting untuk pengeluaran perindustrian pelekat.

Membuat CM oleh Luka Fiber dan Laminat Salah satu kegunaan resin atau pengikat epoksi yang paling penting ialah untuk membuat lamina dan komposit luka gentian untuk pembuatan bahagian struktur. Bahagian sedemikian digunakan dalam pelbagai industri, termasuk pembinaan pesawat, angkasa dan teknologi ketenteraan. Laminat juga digunakan dalam industri elektronik untuk membuat papan litar bercetak. Industri kimia dan petrokimia secara meluas menggunakan bekas dan paip yang diperbuat daripada komposit epoksi.

Resin epoksi boleh digunakan dalam pelbagai proses: penggulungan gentian basah atau pelapis "basah", penggulungan kering atau lapisan pra-impregnated helai gentian, fabrik atau pita (dalam bentuk prepregs). Secara umum, resin epoksi lebih mahal daripada kebanyakan resin lain, tetapi sifat prestasi cemerlangnya sering menjadikan penggunaannya lebih menguntungkan dalam jangka masa panjang.

Pengawetan resin dengan amina Sebahagian besar oligomer epoksi adalah sama ada cecair likat atau pepejal lebur rendah, sangat larut dalam keton, eter dan toluena.

Pengeras oligomer epoksi dibahagikan kepada dua kumpulan besar mengikut mekanisme tindakannya:

Pengeras pemautan silang mengandungi kumpulan berfungsi yang berinteraksi secara kimia dengan kumpulan berfungsi oligomer epoksi;

Pengeras pemangkin menyebabkan pembentukan struktur rangkaian spatial dengan pempolimeran kumpulan epoksi.

Pengeras penghubung silang mengandungi amino, karboksil, anhidrida, isosianat, hidroksil dan kumpulan lain dalam molekulnya.

Pengeras jenis amina digunakan untuk pengawetan dalam julat suhu operasi 0-150 °C. 1,6-hexamethylenediamine dan polyethylenepolyamines formula am H2N(CH2CH2NH),CH2CH2NH2, di mana n = 1-4, yang mempunyai aktiviti tinggi walaupun pada suhu 20 °C, digunakan secara meluas sebagai amina alifatik.

M-phenylenediamine, 4,4"-diaminodiphenylmethane, dan 4,4"-diaminodiphenylsulfone digunakan sebagai amina aromatik. Amina aromatik kurang aktif daripada amina alifatik dan sembuh pada suhu 150 °C dan ke atas.

Dicyandiamine digunakan secara meluas sebagai pengeras jenis amina.

Dicyandiamine secara praktikal tidak bertindak balas dengan oligomer epoksi pada suhu bilik, tetapi dengan cepat menyembuhkannya pada suhu tinggi (150 °C dan ke atas).

Untuk memaut silang sepenuhnya resin epoksi, nisbah antara bilangan atom hidrogen dalam kumpulan amino pengeras dan bilangan kumpulan epoksi dalam resin mestilah 1:1. Tindak balas antara amina alifatik dan kumpulan epoksi berlaku pada suhu bilik. Apabila menggunakan amina aromatik yang keras, pemanasan diperlukan. Ikatan kimia antara atom karbon dan nitrogen, yang berlaku apabila resin "dihubung silang" dengan amina, tahan terhadap tindakan kebanyakan asid dan alkali tak organik. Walau bagaimanapun, ikatan ini ternyata kurang stabil terhadap kesan asid organik berbanding ikatan antara molekul yang dibentuk oleh pengeras kelas lain. Di samping itu, sifat penebat elektrik resin epoksi "amine-cured" tidak sebaik dengan agen pengawetan lain. Ini mungkin disebabkan oleh kekutuban kumpulan hidroksil yang terbentuk semasa pengawetan.

Pengeras isosianat mudah bertindak balas dengan kumpulan hidroksil oligomer epoksi walaupun dalam keadaan sejuk (=20 ° C). Pada suhu pengawetan yang tinggi (180-200 °C), kumpulan isosianat boleh bertindak balas dengan kumpulan epoksi untuk membentuk cincin oksazolidon. Isosianat yang digunakan ialah 2,4- dan 2,6-toluilena diisosianat, heksametilena diisosianat dan prapolimer berdasarkannya dengan kumpulan isosianat terminal.

Untuk pengawetan oligomer epoksi, oligomer fenol-formaldehid kedua-dua jenis novolac dan resol digunakan secara meluas. Novolaks menyembuhkan oligomer epoksi dengan bertindak balas hidroksil fenolik dengan kumpulan epoksi pada 150-180 °C, dan dengan kehadiran pemangkin (amina tertier) pada 80 °C. Dalam kes resol, kumpulan hidroksimetil resol bertindak balas dengan kumpulan OH sekunder oligomer epoksi, dan, sebagai tambahan, boleh mengalkilasi gelang aromatik oligomer epoksi.

Pengeras pemangkin memangkinkan pempolimeran kumpulan epoksi oleh mekanisme kationik dan anionik.

Pempolimeran kationik dimulakan oleh asid Lewis - BF3, BF30(C2H5)2, SnCl4, dsb.

Pempolimeran anionik dimulakan oleh hidroksida logam alkali dan alkoholat, serta amina tertier seperti triethanolamine dan 2,4,6-tris(dimethylaminomethyl)phenol.

Dalam pempolimeran anionik dengan kehadiran amina tertier, tapak aktif dibentuk oleh tindak balas gabungan amina, pusat epoksi dan alkohol mengikut skema O OH. Amina tertier alifatik biasanya merupakan pengeras pengawetan sejuk. Baru-baru ini, imidazol (khususnya, 2-ethyl-4-methylimidazole) telah berjaya digunakan sebagai pengeras jenis asas Lewis, yang memberikan peningkatan rintangan haba kepada polimer. Apabila menyimpan pengeras amina, biasanya tiada masalah khusus. Walau bagaimanapun, ia boleh menyebabkan kerengsaan kulit pada sesetengah orang dan oleh itu memerlukan pengendalian yang teliti.

Pengawetan resin dengan anhidrida asid. Aldehid kitaran asid karboksilik, seperti phthalic, maleic, serta trimellitik (TMA), pyromellitic (PMA), dan benzophenonetetracarboxylic acid anhydride (ABTC), paling banyak digunakan sebagai pengeras berasid. Pengawetan dengan anhidrida asid karboksilik dijalankan pada 120- 180 °C.

Penyimpanan pengeras ini memerlukan penjagaan khas untuk mengelakkan penguraiannya melalui pendedahan kepada kelembapan di udara. Untuk memastikan pengawetan lengkap, tindak balas dijalankan dengan pemanasan. Selalunya sejumlah kecil pemecut ditambah untuk mempercepatkan proses pengawetan, yang sangat perlahan. Terdapat juga pengeras anhidrida yang bertindak balas dengan resin apabila dipanaskan melebihi 200 °C. Asid anhidrida bertindak balas dengan resin epoksi untuk membentuk ester. Untuk tindak balas ini berlaku, pembukaan gelang anhidrida diperlukan. Sebilangan kecil bahan yang mengandungi proton (seperti asid, alkohol, fenol dan air) atau bes Lewis menggalakkan pembukaan gelang.

Kumpulan ester yang terbentuk sebagai hasil pengawetan adalah tahan terhadap tindakan asid organik dan beberapa asid tak organik, tetapi dimusnahkan oleh alkali. Bahan yang terhasil mempunyai kestabilan haba yang lebih besar dan sifat penebat elektrik yang lebih baik daripada apabila menggunakan pengeras amina.

Pengawetan katalitik dengan asid Lewis Hanya satu daripada asid Lewis, boron trifluorida, digunakan secara meluas sebagai pengeras untuk resin epoksi. Apabila ditambah dalam kuantiti yang kecil kepada resin epoksi tulen, pengeras ini bertindak sebagai pemangkin untuk homopolimerisasi kationik resin untuk membentuk poliester. Boron trifluorida menyebabkan pempolimeran eksotermik yang sangat cepat, berlaku dalam beberapa minit. Oleh itu, apabila menyembuhkan sejumlah besar resin, untuk mengekalkan suhu bilik dalam jisim, ia diperlukan untuk menyekatnya menggunakan teknologi khas. Apabila digabungkan dengan monoetilamin (MEA) untuk membentuk kompleks BF3-MEA, boron trifluorida ditukar pada suhu bilik menjadi agen pengawetan terpendam. Pada suhu melebihi 90 °C ia menjadi aktif dan menyebabkan pengawetan pantas resin epoksi, disertai dengan pelepasan haba terkawal. Apabila menyediakan prepregs yang sering disimpan selama berminggu-minggu sebelum diproses, penggunaan pengeras terpendam amat diperlukan.

Resin epoksi yang mengandungi kompleks BF3-MEA digunakan secara meluas untuk pengedap, dalam pembuatan perkakas, lamina dan produk penggulungan.

Had tertentu ialah ketidakstabilan yang ditemui bagi komposisi prapreg dan pengawetan yang mengandungi VG3MEA kepada lembapan.

Pemecut Pemecut ditambah kepada campuran resin dan pengeras untuk mempercepatkan tindak balas antara mereka. Mereka diperkenalkan dalam kuantiti bukan stoikiometrik yang kecil, yang dipilih secara empirik, dipandu oleh sifat bahan yang dihasilkan. Beberapa pemangkin pengawetan amina tertier juga boleh menjadi pemecut untuk beberapa sistem. Ia paling kerap digunakan untuk meningkatkan kadar pengawetan resin epoksi dengan anhidrida asid. Untuk tujuan ini, oktanat timah, yang merupakan asid Lewis, digunakan. Dalam sesetengah kes, ia membenarkan pengawetan dijalankan pada suhu bilik.

Resin Epoksi Tersembuh Beberapa generalisasi boleh dibuat mengenai hubungan antara struktur kimia dan sifat resin epoksi yang diawet:

Lebih banyak cincin aromatik mengandungi resin epoksi, lebih tinggi kestabilan haba dan rintangan kimianya;

Apabila menggunakan pengeras aromatik, bahan yang lebih tegar dan tahan lama terbentuk daripada dalam kes agen alifatik, bagaimanapun, peningkatan ketegaran sistem sedemikian mengurangkan mobiliti molekul dan dengan itu merumitkan interaksi antara kumpulan tindak balas, dan pengawetan dalam kes ini dijalankan pada tahap tinggi. suhu;

Penurunan ketumpatan "pautan silang" antara molekul boleh membawa kepada peningkatan kekuatan bahan akibat peningkatan pemanjangan semasa putus;

Mengurangkan ketumpatan pautan silang juga boleh mengakibatkan pengurangan pengecutan resin semasa penyembuhan;

Peningkatan ketumpatan "pautan silang" membawa kepada peningkatan rintangan kimia bahan yang diawet;

Peningkatan ketumpatan pautan silang membawa kepada peningkatan suhu pemusnahan terma (dan suhu peralihan kaca Tg), tetapi ketumpatan pautan silang terlalu tinggi

mengurangkan ubah bentuk patah (peningkatan kerapuhan);

Apabila menggantikan serpihan aromatik molekul dengan alifatik atau sikloalifatik, tidak disertai dengan perubahan dalam bilangan "pautan silang" dalam sistem, keanjalan dan pemanjangan resin sembuh meningkat;

Prestasi resin epoksi yang diawet dengan anhidrida asid adalah lebih baik apabila digunakan dalam persekitaran berasid daripada dalam persekitaran beralkali.

Disebabkan fakta bahawa resin epoksi adalah bahan viskoelastik, sifatnya bergantung pada suhu dan tempoh ujian (kelajuan, kekerapan).

Sifat resin epoksi yang disembuhkan dengan kaedah khas.

Apabila menggunakan sistem epoksi yang diawet khusus, had tertentu mesti diambil kira. Sebagai contoh, dalam kes bahagian besar yang sukar dipanaskan, dan bahagian berdinding tebal di mana tegasan haba mestilah minimum, adalah tidak sesuai untuk menggunakan sistem yang memerlukan pengawetan suhu tinggi. Dalam kes ini, sistem dengan pengeras suhu rendah digunakan. Komposisi sedemikian termasuk resin epoksi yang disembuhkan oleh tindakan amina alifatik. Pengawetan komposisi sedemikian pada suhu bilik menghasilkan bahan dengan sifat yang sangat baik yang dipertingkatkan lagi dengan haba yang rendah. Sudah tentu, resin ini tidak boleh digunakan pada suhu tinggi.

Oligomer dan polimer epoksi digunakan dalam pelbagai bidang teknologi kerana kejayaan gabungan teknologi pemprosesan mudah dengan sifat fizikal dan mekanikal yang tinggi, rintangan haba, lekatan kepada pelbagai bahan, rintangan kepada pelbagai persekitaran, serta keupayaan untuk menyembuhkan pada tekanan atmosfera. dengan pengecutan yang rendah. Oleh itu, ia digunakan secara meluas dalam pengeluaran bahan struktur berkekuatan tinggi, dalam teknologi roket dan angkasa lepas, penerbangan, pembinaan kapal, kejuruteraan mekanikal, kejuruteraan elektrik, elektronik radio, dan pembuatan instrumen.

Oligomer dan polimer epoksi digunakan secara meluas sebagai matriks untuk pengeluaran plastik gentian karbon, dicirikan oleh gabungan kekuatan tinggi dan ketegaran dengan ketumpatan rendah, pekali geseran suhu rendah, kekonduksian haba dan elektrik yang tinggi, rintangan haus, dan rintangan kepada haba dan pengaruh sinaran. Plastik karbon epoksi coked dan pirokarbon tahan terhadap pemusnahan haba dan terma-oksidatif, mempunyai ciri kekuatan tinggi, dan mempunyai sifat pelindung haba yang baik.

Polimer epoksi ialah matriks yang baik untuk mencipta plastik gentian kaca. Sebagai tambahan kepada gentian kaca dan fabrik kaca, gentian dan fabrik kuarza, gentian karbon boron, silikon karbida dan gentian bukan organik lain digunakan.

Sebagai tambahan kepada gentian bukan organik, gentian daripada polimer organik digunakan untuk menghasilkan plastik epoksi bertetulang, khususnya, gentian sintetik berkekuatan tinggi daripada poli-dan-fenilena tereftalamida dan aramid lain.

Oleh kerana lekatan yang baik pada kaca, seramik, kayu, plastik, dan logam, oligomer dan polimer epoksi digunakan secara meluas dalam pengeluaran pelekat, sebatian pengawetan panas dan sejuk.

Oligomer epoksi digunakan untuk mengelak dan membungkus pelbagai bahagian untuk melindunginya daripada pengaruh persekitaran.

Dalam kejuruteraan elektrik, oligomer epoksi digunakan untuk mengisi belitan transformer dan motor, untuk mengelak sambungan kabel elektrik, dsb.

TOPIK 6. RESIN TAHAN HABA

Walaupun proses pemusnahan haba-oksidatif, yang tidak dapat dielakkan berlaku di bawah keadaan ini, penguraian polimer tersebut agak perlahan. Di samping itu, diandaikan bahawa serpihan di mana polimer ini terurai adalah agak stabil, yang meningkatkan "seumur hidup" bahan pada suhu tinggi.

Perkara utama dalam mendapatkan resin tahan haba ialah sintesis polimer yang mengandungi sejumlah besar serpihan heteroaromatik. Serpihan ini, yang mengandungi bilangan minimum atom hidrogen yang mampu pengoksidaan, boleh menyerap tenaga haba. Malangnya, unsur-unsur struktur kimia yang sama yang menentukan kestabilan terma-oksidatif resin tersebut membawa kepada kesukaran yang serius, dan selalunya kemustahilan memprosesnya menjadi produk yang diingini.

Pada tahun 60-an, beberapa polimer heteroaromatik telah disintesis, yang, menurut analisis termogravimetrik (TGA), mempunyai kestabilan terma-oksidatif yang baik pada suhu tinggi. Walau bagaimanapun, percubaan untuk menggunakan polimer ini sebagai pengikat untuk bahan komposit dengan sifat yang lebih baik telah sama ada tidak berjaya atau tidak berdaya maju dari segi ekonomi.

Oleh itu, pada awal 70-an, masa depan pengikat polimer tahan haba kelihatan sangat berkabus dan tidak menentu. Nampaknya kelas bahan berguna ini akan kekal sebagai "rasa ingin tahu makmal." Walau bagaimanapun, pembangunan kimia polimer polimida pada tahun 1972-74. bukan sahaja membangkitkan minat terhadapnya dan mencetuskan perkembangan baharu dalam bidang pengikat tahan haba, tetapi juga memungkinkan untuk merealisasikan banyak potensi potensi pengikat ini. Pada masa ini, bahan komposit gentian polimida digunakan sebagai bahan struktur yang beroperasi pada suhu kira-kira 300 ° C. Bergantung kepada struktur kimia radikal organik yang membentuk kumpulan imida, oligoimida dibahagikan kepada aromatik, alifatik dan alisiklik, dan mengikut bentuk rantai - menjadi linear atau tiga dimensi (spatiogrid).

Kelemahan utama bahan komposit berdasarkan polimida berat molekul tinggi ialah keliangannya yang tinggi, yang secara mendadak mengehadkan kemungkinan penggunaan praktikal yang berkesan bagi bahan-bahan ini di bawah keadaan pendedahan serentak kepada beban mekanikal yang tinggi, suhu tinggi dan suasana pengoksidaan.

Oleh itu, nampaknya lebih sesuai untuk menggunakan imida oligomerik boleh lebur awal yang mampu menyembuhkan melalui tindak balas pempolimeran, kerana pempolimeran tidak disertai dengan pembebasan produk sampingan yang meruap yang membawa kepada keliangan tinggi bahan yang terhasil. Yang paling penting ialah imida oligomerik boleh polimer yang mengandungi kumpulan maleicamide dan endi hujung rantainya.

Keperluan yang disenaraikan sebahagian besarnya dipenuhi oleh bismaleinimyl yang diperolehi oleh interaksi diamina pelbagai struktur dan anhidrida asid maleik. Ikatan berganda dalam bis-maleimides adalah kekurangan elektron kerana kedekatannya dengan kumpulan karbonil cincin imida; oleh itu, bis-maleimides mudah mempolimerkan apabila dipanaskan di atas takat lebur, membentuk polimer dengan struktur tiga dimensi.

SISA BOLEH DAPAT BOLEH DARI PERUSAHAAN INDUSTRI Dalam proses aktiviti ekonomi hampir semua perusahaan, sisa terhasil. Disebabkan jumlah pembaziran secara langsung memberi kesan... "AGENSI PENDIDIKAN PERSEKUTUAN PROGRAM UNIVERSITI PEMBINAAN NEGERI MOSCOW disiplin _Penilaian ekonomi pelaburan_ "EKONOMI SEKTOR AWAM" Ini menunjukkan bahawa masalah interaksi mekanisme pasaran dan peraturan kerajaan harus pertimbangkan...” Calon Falsafah, Felo Penyelidik Muda, Jabatan Sosiologi dan Psikologi N...” Pelabur, Dekan Witter Jabatan Kewangan, yang akan menerima Stanford jangka pendek daripada...” N. V. Mikhailova Minsk State University. ..”

2017 www.site - "Perpustakaan elektronik percuma - pelbagai bahan"

Bahan-bahan di laman web ini disiarkan untuk tujuan maklumat sahaja, semua hak milik pengarangnya.
Jika anda tidak bersetuju dengan bahan anda disiarkan di laman web ini, sila tulis kepada kami, kami akan memadamkannya dalam masa 1-2 hari perniagaan.