Волокнистые армирующие наполнители:стекловолокнистые, углеволокнистые, органоволокнистые наполнители

Свойства стеклянных волокон определяются их составом, влиянием окружающей среды (особенно влаги), температурой испытания, условиями переработки и структурой армирующего наполнителя. Введение в составы стекол, наряду с оксидом кремния (в количестве от 50 до 65 % масс.и более) различных добавок обеспечивает разный набор свойств и уровни их показателей. Для изготовления стеклопластиков конструкционного и электротехнического назначения широко применяют стекловолокна алюмоборосиликатного состава с небольшим содержанием щелочных элементов, обладающие одновременно высокой прочностью и высокими показателями объемного поверхностного электросопротивления. Для изготовления высокопрочных и высокомодульных стеклопластиков применяют волокна из стекла магнезиального алюмосиликатного состава. Для пластиков высокотемпературного и теплозащитного назначения предназначены тугоплавкие волокна (кремнеземные, кварцевые и базальтовые).• Прочность различных стекловолокон находится в пределах 1-6 ГПа и помимо состава и условий вытяжки при их изготовлении, от степени дефектности волокон (наличия поверхностных микротрещин, внутренних пустот и инородных включений), взаимодействия с влагой, структурной неоднородностью (микрообъемы с несколько отличной структурой, плотностью, химическим составом), теплового воздействия• Наиболее высокой прочностью обладают стекловолокна с неповрежденной поверхностью, так называемые «нетронутые» волокна, но и их прочность существенно ниже теоретической из-за структурной неоднородности. К тому же выпускаемые стекловолокна, помимо структурной неоднородности, имеют механические и химические повреждения, поэтому их прочность еще ниже. • Прочность стекловолокон в значительной мере зависит от наличия на их поверхности влаги. Удаление адсорбционной влаги вакуумированием способствует восстановлению прочности алюмосиликатных волокон до уровня «нетронутых» и еще большему подъему прочности у кварцевых волокон. Стеклянные ткани вырабатываются из крученых первичных нитей или из ровингов методом ткачества. Ткани конструкционного назначения вырабатываются практически из всех известных составов стекла, ткани электротехнического назначения — преимущественно из волокон бесщелочного алюмоборосиликатного состава, ткани защитного назначения – в основном из кремнеземных и кварцевых вoлoкoн.

• Стеклянные ленты конструкционного назначения изготавливаются как ткаными, так и неткаными. Тканые ленты марки ЛСК изготавливают из бесщелочного алюмоборосиликатного волокна, а ленты — из кремнеземного.

• Нетканые ленты — рулонный материал из хаотически расположенных штапельных волокон, пропитанный связующим и армированный в продольном направлении комплексными нитями. Поскольку штапельное волокно вырабатывается из хемостойкого

стекла, такие ленты предназначаются для изготовления хемостойких стеклопластиков.

• Стекломаты (стеклохолсты) представляют собой в основном рулонный материал, состоящий из хаотически расположенных штапельных стеклянных волокон или отрезков первичных нитей различного состава, скрепленных связующим.

• Таким образом, большое разнообразие составов стекол, используемых для изготовления волокон, и армирующих стекловолокнистых наполнителей позволяет создавать пластики, способные обеспечивать заданные физико-механические и другие в широком диапазоне

значений. Чем больше извитость и неупорядоченность расположения волокон, тем ниже показатели прочности и модуля упругости пластиков.

Углеродные волокна (УВ) для армирования углепластиков (карбопластиков, углеродопластиков) стали применяться с конца 1960-х гг., когда авиакосмической промышленности потребовались новые виды АП не только прочных, но и высокомодульных, легких, химически инертных, тепло- и электропроводных, стойких к усталостным нагружениям и ползучести, с низким тепловым коэффициентом линейного расширения и высокой радиационной стойкостью.В составах углепластиков УВ сочетаются с матрицами, прежде всего из отверждающихся синтетических смол (эпоксидной, полиимидной, фенолоформальдегидной, полиэфирными), но существует немало композиций и на основе термопластичных матриц. Сравнительно небольшие количества УВ используются для создания углеродуглеродных композиционных материалов (УУКМ). Кроме того, проводятся исследования по применению этих волокон и для армирования металлических, керамических и стеклянных матриц. Существует несколько видов углеволокнистых армирующих элементов, отличающихся степенью науглероженности, геометрическими размерами и структурой укладки УВ. Непрерывно ориентированные УВ в составе нитей и жгутов предназначены для изготовления углеволокнитов. Тканые ленты и ткани различных текстур–— для производства углетекстолитов. Дискретные УВ используются в основном для переработки в составах углепрессволокнитов или литьевых композиций.Превосходя стекловолокна по модулю упругости, УВ близки им по показателям прочности, но, обладая существенно меньшей плотностью (на 20-35%), могут иметь преимущество по удельной прочности.Углеродные армирующие ленты представлены в отечественной практике марками Л У, ЭЛУР и УОЛ. Армирующие ленты типов ЛУ и ЭЛУР получают на стадии ткачеств исходных полиакрилонитрильных нитей, которые затем подвергаются окислению, карбонизации и графитизации с образованием конечного углеродного продукта. Натяжение волокон в процессепреобразования полимерной структуры в углеродную обеспечивает высокую продольную прочность УВ, в то время как поперечная прочность резко снижается, проявляя впоследствии при переработке лент в изделия склонность к расщеплению. Ленты типа УОЛ, наоборот, обладают достаточной прочностью в поперечном направлении, чтоб предотвращать расщепление. Для этого в качестве уточной нити используется полиарамидная нить, в качестве основы углеродная нить.

Органоволокнистые армирующие элементыВкачестве армирующих наполнителей для конструкционных органопластиков в нашей стране применяются четыре типа армирующих волокон: СВМ, армос, терлон и русар, отличающиеся по своему химическому составу и структуре от наиболее распространенного зарубежного арамидного волокна марки кевлар,

выпускаемого для тех же целей американской фирмой Дюпон. Свое название арамидные волокна получили за то, что их основу составляют ароматические (бензольные) кольца, соединенные амидными связями. Благодаря низкой плотностиарамидные волокна превосходят все промышленно выпускаемые армирующие волокна других типов по удельной прочности, уступая по удельному модулю упругости только углеродным и борным волокнам.

14.. Общим недостатком высокопрочных арамидных волокон является очень низкая прочность в трансверсальном направлении (порядка 0,035 ГПа), вследствие чего органопластики обладают малой прочностью при сжатии и сдвиге, а следовательно, и при изгибе. Другим недостатком является склонность к влагопоглощению.