Характеристики компонентов, входящих в состав полимерных КМ

Современные полимерные КМ состоят на 70% из высокопрочных нитей и на 30% из полимерной матрицы, которая называется также связующим материалом. В качестве связующего чаще всего используются эпоксидные или полимидные смолы с отвердителем. В производстве используется только связующее горячего отверждения, в котором процесс полимеризации протекает при повышенной температуре, около 130 С. это позволяет не ограничивать технологический цикл изготовления изделия во времени. Наиболее широко при производстве КМ используются эпоксидные связующие. Это обусловлено следующими свойствами:

1) хорошая адезия к большому числу наполнителей и армирующих компонентов;

2) относительно высокая прочность (20-40МПа)

3) широкое разнообразие доступных эпоксидных смол и отверждающих компонентов, позволяющих получить широкий диапазон свойств;

4) низкие усадочные характеристики при полимеризации;

5) высокая химическая стойкость;

6) хорошие электроизоляционные свойства;

7) умеренная стоимость.

Рассмотрим способы получения и некоторые свойства основных армирующих материалов.

Стеклонити. Промышленность выпускает волокна двух видов: непрерывную нить и штапельное волокно (резанное). Все виды стекловолокна получают вытяжкой из расплава стекла. Штапельная нить режется струей воздуха. Первоначально стекло получают из шихты в в иде микросфер, которые затем подают в плавильные печи, полученную массу продавливают через фильтры. Получаемые при этом волокна охлаждаются в водяных брызгах. Некоторые свойства стеклонитей:

-плотность, =2,5 г\см³;

-прочность на растяжение, =300 600 Мпа;

-модуль упругости 1-4 10⁴ Мпа;

-коэффициент линейного растяжения 6-8 10^-6 .

Стекловолокна имеют минеральную основу, поэтому практически не горючи, химически инертны, устойчивы к бактериям, грибкам, насекомым.

Углеродные волокна. Получают из продуктов деструкции каменных углей (пеков). Первоначально получают низкомодульные волокна методом прядения из пеков, затем в среде инертных газов при температуре 1000-1500^о С осуществляют карбонизацию для удаления всех компонентов кроме углерода. Для повышения прочности осуществляют процесс графитизации при температуре 3000^о С.

Некоторые характеристики углеволокон:

-плотность, =1,6 г\см^3;

-прочность на растяжение, =700 1500 Мпа;

-модуль упругости 7-12 10⁴ Мпа;

Органоволокно (СВМ) получают методом поликонденсации диаминов и галогенангидридов дикарбоновых кислот в растворе при низкой температуре. Полученную полимерную крошку растворяют в серной кислоте и методом экструзии при температуре получают нити.

Некоторые характеристики органоволокон:

-плотность, =1,44 г\см^3;

-прочность на растяжение, =3000 4000 Мпа;

-модуль упругости 5-6 10⁴ Мпа.

Борные волокна. В настоящее время они промышленно освоены в США. Выпускают двух видов: боровольфрамовые и бороуглеродные волокна. Получают путем осаждения бора на подложку в виде вольфрамовой или углеродной нити толщиной 12 15 мкм. Диаметр готового волокна составляет 100-200 мкм. Осаждение осуществляется из газовой фазы (смеси ) на раскаленную вольфрамовую или углеродную нить. В связи с тем, что углеродная нить может быть нагрета до более высоких температур, чем вольфрамовая, процесс осаждения идет быстрее и нить в производстве оказывается дешевле. Вольфрамовые и бороуглеродные нити используются для получения изделий из боропластиков. Это материал с чрезвычайно высокой прочностью на сжатие, жесткостью не ниже, чем у стали и плотностью 2,5 г\см³. Вместе с тем следует отметить высокую стоимость материала. В США из этого материала изготавливают корпуса глубоководных аппаратов.