Природа армированных пластиков

В начало документа

Армированный пластик – это общий термин, используемый для описания специальных пластиковых материалов, усиленных высокопрочными волокнами. С момента своего появления данные материалы широко известны под такими названиями, как “стекловолокно” и “стеклопластик” (GRP). И хотя термин стеклопластик все еще является наиболее употребительным, создание и использование, помимо стеклянных, новых видов волокон делает термин «армированный волокном пластик» (FRP) более точным и полным. В рамках самой отрасли по производству армированных пластиков наилучшим образом характеризует этот легкий, долговечный и удивительно прочный конструкционный материал термин «композит».

На основе композиционных материалов производится широкий спектр продукции: от чисто декоративных изделий до сложных инженерно-технических конструкций. Композиты могут быть прозрачными, непрозрачными или цветными, толстыми или тонкими, плоскими или

профильными, практически без ограничений по размеру. Композиционные материалы встречаются во многих сферах повседневной жизни: настилы крыш, цистерны, трубы, кузова машин, здания, лодки и т.д.

Для производства композиционного материала необходимо наличие двух основных компонентов, а именно: синтетической смолы и прочного волокна. В качестве первого компонента могут использоваться полиэфирные, эпоксидные или винилэфирные смолы, как правило, поставляемые в виде вязкотекучей жидкости, прочно затвердевающей при правильной ее активации. Волокно может быть стеклянным, углеродным, полиарамидным или представлять собой сочетание нескольких или всех вышеперечисленных материалов. Уникальность композитов заключается в том, что конструкционный материал и конечный продукт производятся одновременно. В специальной матрице слои волокна пропитываются активированной смолой до получения требуемой толщины. По завершении отливаемое изделие извлекается, а матрица используется повторно для получения дополнительного количества идентичной продукции.

В данном руководстве подробно описаны сферы применения композитов, материалы и технологии, используемые при их производстве, а также представлены решения всех возможных проблем.

Материалы

В начало документа

Смолы

В производстве композиционных материалов используется несколько видов смол. Все эти смолы термореактивны, однако отличаются друг от друга по своему химическому составу, проявляя в связи с этим различные свойства, что обеспечивает производителям возможность выбора смол, позволяющих приспосабливать выпускаемую ими продукцию к удовлетворению индивидуальных требований покупателей. В настоящем руководстве рассматриваются, главным образом, полиэфирные смолы марки «Crystic®». Помимо них, в данном разделе описываются и другие виды смол, такие как винилэфирные, эпоксидные, смолы на основе дициклопентадиена (DCPD), фенольные и гибридные смолы.

 

Полиэфиры

Смолы «Crystic®» представляют собой ненасыщенные полиэфиры. В качестве исходного сырья для производства ненасыщенных полиэфирных смол используются продукты переработки нефти (рис.1). Для получения полиэфиров данного вида, как правило, требуется наличие трех основных химических компонентов:

 

А: насыщенная кислота (например, фталевый ангидрид)

В: ненасыщенная кислота (например, малеиновый ангидрид)

С: двухатомный спирт (например, пропиленгликоль)

 

При нагревании эти химические вещества соединяются, образуя смолу, которая в нагретом состоянии представляет собой вязкую жидкость, а в холодном – хрупкое твердое тело. Термин «полиэфир» берет свое начало от связи, образующейся между компонентами А или В с компонентом С, называемой «эфирной» связью.

Пока смола еще горячая она растворяется в мономере, в роли которого обычно выступает стирол, хотя могут использоваться и другие мономеры. Мономер выполняет важную функцию, способствуя отверждению смолы и ее превращению из жидкости в твердое тело посредством поперечной сшивки молекулярных цепей полиэфира. В ходе данного процесса не образуется никаких побочных продуктов, что позволяет производить формование смол без использования давления. Такие смолы известны как смолы контактного формования или формуемые под низким давлением. Молекулярные цепи полиэфира можно представить следующим образом:

 

 

При добавлении стирола и в присутствии катализатора и ускорителя стирол сшивает молекулярные цепи, образуя сложнейшую трехмерную полимерную сетку:

 

 

 

На этом этапе говорят, что полиэфирная смола отвердилась. Теперь это химически устойчивое и, как правило, твердое тело. Процесс сшивки или отверждения называется полимеризацией и является необратимой химической реакцией.

После отверждения смола продолжает «вызревать». В течение этого времени формируются окончательные свойства изделия. Данный процесс, для завершения которого при комнатной температуре может понадобиться несколько недель, может быть ускорен путем дополнительного отверждения формуемого изделия в условиях повышенных температур (см. раздел «Контроль качества»).

Полиэфирные смолы, обладающие различными характеристиками и свойствами, получают путем комбинирования видов и количества исходного сырья, используемого в процессе их производства (см. раздел «Свойства»).

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: