8.3.2. Листові наповнювачі

Листові (плівкові) наповнювачі із заданою структурою у вигляді тканин різного плетива (сатинові, саржеві, полотняні), паперу, шпону, стрічок, полотен, сіток і нетканих матеріалів використовують для одержання шаруватих пластиків. Із шаруватих пластиків найбільше поширення одержали текстоліти. Для виготовлення текстолітів застосовують легкі (масою до 150 г/м²), середні (до 300 г/м²) і важкі (більше 300 г/м²) тканини різного плетива і неткані волокнисті матеріали масою до 820 г/м². Широко використовуються бавовняні (бязь, бельтинг, шифон) і синтетичні тканини (віскозні, ацетатні, поліамідні, поліефірні). Найпоширенішими наповнювачами є скло- і вуглецеві тканини (матеріали на їхній основі − склотекстоліти й карботекстоліти).

Природу волокна, вид плетива, масу, поруватість листових наповнювачів вибирають залежно від вимог, пропонованих для виробів. Так, для склотекстолітів конструкційного призначення використовують тканини з алюмоборосилікатного скла марки Е; для високонавантажених деталей – тканини з високомодульних, високоміцних волокон марок ВМ і Т; для виробів, що працюють в агресивних середовищах (акумуляторні баки, труби, резервуари) – тканини зі скла марки А; для матеріалів, що працюють при підвищених температурах (300−350 ºС) – тканини із кварцових волокон; для діелектриків – тканини з боросилікатних стекол.

У порівнянні зі склотекстолітами (густина 1600-2100 кг/м³) органотекстоліти мають меншу густину (1300-1400 кг/м³) і теплопровідність, краще піддаються механічній обробці, не уступають їм за міцністю, тепло- і хімічною стійкістю. Для виробництва гетинаксу у якості наповнювачів використовують папери різної природи, маси, пористості, міцності. Гетинакс електротехнічного призначення одержують на основі сульфатно-целюлозного паперу; декоративний гетинакс − із паперу на основі сульфітної або суміші сульфатної й бавовняної целюлози. Для виготовлення аркушів і плит товщиною 1−20 мм із гетинаксу використовують просочений пористий папір, а для труб, циліндрів, втулок − намотувальний, менш пористий папір.

У декоративних пластиків для зовнішніх покривних аркушів використовуються папери з різними малюнками, наприклад, що імітують коштовні породи дерева.

У якості зв'язувальнрих для одержання гетинаксів і текстолітів застосовують в основному термореактивні полімери: фенолоформальдегідні, епоксидні, поліефірні, поліімідні й кремнійорганічні смоли, рідше − термопластичні полімери: ПЭ, ПВХ, ПП, поліефірорсульфони і т.п.

Наповнювачі у вигляді сіток використовують для армування полімерних матеріалів у двох напрямках, а також для одержання антифрикційних стрічкових матеріалів. Матеріалом для виготовлення сіток найчастіше служать металеві, скляні, вуглецеві й полімерні волокна.

Частина іі. Технологія виробництва полімерних композиційних матеріалів

9. Основні терміни і визначення, класифікація полімерних композиційних матеріалів

ПКМ складаються з двох і більше компонентів: одного або декількох наповнювачів − дрібнодисперсних речовин, волокон або інших армувальних складових, зв’язувальної матриці та ін., і мають специфічні властивості, відмінні від суми окремих властивостей їхніх складових компонентів. Метою створення ПКМ є саме одержання матеріалу з новими заданими властивостями й характеристиками Не можна визначити властивості цих матеріалів тільки по властивостях компонентів, не враховуючи їхньої взаємодії. Складові компоненти в ПКМ не повинні розчинятися або реагувати один з одним, але добре сполучатися.

ПКМ класифікують зазвичай за видом армувального наповнювача на волокнисті, шаруваті й наповнені. Наповнені пластики, у свою чергу, можуть бути розділені на насипні і кістякові (початкові структури, заповнені зв’язувальним). Армувальними компонентами можуть бути різні волокна, порошки, мікросфери, кристалічні «вуси» з органічних, неорганічних і металевих матеріалів або кераміки. Розрізняють такі ПКМ і напівфабрикати для них:

- армовані волокном формувальні композиції (ВКП);

- склонаповнені композиції для пресування (СКП);

- листові формувальні матеріали (ЛФМ);

- скловолокнисті композиційні матеріали (СВКМ);

- волокнонаповнені композиційні матеріали (ВКМ).

Зв’язувальні підрозділяються на термопластичні (здатні розм’якшуватися й твердіти при зміні температури) – термопласти, і термореактивні (зв’язувальні, у яких при нагріванні відбуваються необоротні структурні й хімічні перетворення) – реактопласти. До термопластів належать: поліаміди, фторвуглеводневі пластики, полікарбонати, акрилові пластики, ацеталі, поліолефіни (поліетилен, поліпропілен, полістирол, АБС-пластик та ін..). До реактопластів належать смоли: ненасичені поліефірні фенолоформальдегідні, епоксидніи й компаунди; кремнійорганічні, алкідні, меламіноформальдегідні і т.п. Зараз більш поширеними є термореактивні зв’язувальні.

Найпоширенішими армуючими компонентами для композиційних матеріалів є скляні, поліамідні, азбестові волокна, папір (целюлозні волокна), бавовна, сизаль, джут й інші натуральні волокна. Все більше значення в технології виробництва композитів набувають такі матеріали, як вуглецеві, графітові, борні, сталеві волокна й «вуси» (дуже короткі армувальні волокна, зазвичай кристалічні). Вибір того або іншого армувального наповнювача визначається ціною, складом, технологічними та іншими вимогами, що висуваються до властивостей армованих пластиків.

Велика кількість склопластиків застосовується в автомобілебудуванні, приладобудуванні, в електротехніці й т.д. Одним з основних напрямків використання таких конструкційних матеріалів є виробництво ракет, літаків, надводних і підводних обшивок кораблів. Скловолокно є основним видом армувального матеріалу для зміцнення різних пластиків.

Бавовняні волокна об’єднують у собі високі міцнісні характеристики, погодостійкість, технологічність і достатню твердість. Товщина й маса матеріалу можуть мінятися залежно від того, які властивості хочуть надати КМ.

Поліамідні (нейлонові) волокна для армування зазвичай використовуються у вигляді тканин. Вони утворюють прекрасні електроізолюючі шаруваті матеріали, застосовувані в електронній промисловості. Ці волокна характеризуються, гарною стійкістю до стирання й хемостійкістю.

Азбестові волокна мають міцність, вогне- теплостійкість,хемостійкість.

Сизаль і джут використовуються як у сполученні зі скловолокном, так і окремо, для зниження вартості матеріалів.

Вуглецеві та графітові волокна мають ряд особливостей щодо фізико-технічних і хімічних властивостей:високі межу міцності й модуль пружності за розтягом, що визначає їхню практичну цінність.

У якості наповнювачів використовуються: алюмінієві порошки (окис алюмінію), азбест, карбонат і силікат кальцію, склосфери, граніт, слюда, кварц, карбід кремнію, окис титану, карбід вольфраму та інші. Вибір наповнювача визначається вимогами до матеріалу й технології одержання армованих пластиків.

Позитивний ефект застосування наповнювачів виражається в збільшенні міцності й твердості матеріалів, поліпшенні теплопровідності й теплостійкості, підвищенні зносостійкості й ударної в’язкості, зменшенні коефіцієнта лінійного розширення й пористості, а також здешевленні матеріалів.

Недоліками використання наповнювачів є те, що вони накладають ряд обмежень на технологію одержання КМ і скорочують «живучість» деяких зв’язувальних.