Файл: Российской федерации федеральное государственное бюджетное образовательное.docx
Добавлен: 10.11.2023
Просмотров: 88
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
1.2. Физико-химические основы совмещения ОКС(карбосилановые связующие) с волокнистыми АМ
Физические, физико-химические свойства, действие активных сред, другие функциональные свойства волокнистых полимерных композитов во многом определяются не только свойствами компонентов, однако они же во многом зависят и от всех перечисленных выше факторов. Так, например, действие влаги и других активных сред обычно начинается с поверхности раздела компонентов, снижая адгезию и соответственно нарушая монолитность материала. В то же время матрица в ряде случаев может служить защитным слоем по отношению к волокнам и, соответственно, внешним воздействиям на композиционный материал.
Для синтеза полимера ПКС, в ПДМС добавляется несколько процентов ПБДФС.
ПБДФС ускоряет процесс поликонденсации молекул конечного полимера ПКС, но практически не участвует в первой стадии превращения силана ПДМС, т. е. в реакции перегруппировки. ПБДФС может иметь отдельное применение в качестве связующего для керамики.
Разработке методов синтеза новых типов керамообразующих полимеров для получения карбидокремниевого волокна посвящено множество исследований. ИХ целью является замена двухэтапного метода получения полимеров через нерастворимый и сложный для анализа ПДМС одноэтапным методом, лучше приспособленным для серийного производства. В числе этих методов – синтез растворимых плавких полисиланов, из которых можно получать волокна. В этой связи делались попытки введения в полимер более высокомолекулярных заместителей, чем метил: фенильных, фенилэтиловых, циклогексиловых, дифениловых и других групп. Наиболее широко известен сополимер диметилхлоросилана и метилфенилхлоросилана, получаемый конденсацией в присутствии натрия. Из-за структурной схожести с полистиролом он получил название "полисиластирол". Полисиластирол – регулярный полимер с соотношением количества метиловых и фенилметиловых групп 1:1. Он имеет молекулярную массу около 100 000, отлично растворяется в эфире, толуоле, бензоле, ацетоне и других растворителях (кроме гексана и спиртов). Из него можно получать пленки и волокна из раствора. Сшивание полимера в связи с тем, что он содержит фенильные группы, связанные с атомом кремния, возможно в инертной среде под действием облучения либо ультрафиолетового излучения низкой энергии. Процедура переработки полимера в керамическое волокно существенно упрощается.
Однако полисиластирол применим не во всех случаях. Выход неорганической фазы достигает только 30 % вместо теоретических 50 %. При установлении перекрестных связей полимер может разрушаться в тонких слоях. Для преодоления этих проблем синтезированы многие другие гомо- и сополимеры с
до 600 000Свойства получаемого композиционного материала зависят от выбора исходных компонентов и их соотношения, взаимодействия между ними, вида и расположения волокон в армирующем наполнителе, метода и технологических условий изготовления изделия (давления, температуры, времени), дополнительной обработки изделия и ряда других факторов.
Определяющим при создании композитов является взаимодействие и взаимовлияние компонентов в элементарном объеме волокно–матрица (связующее). Чем выше необходимые свойства получаемого композита конструкционного назначения, тем более сложный комплекс требований должен выдерживаться при выборе исходных компонентов, без выполнения которых невозможно получение качественных изделий. Эти требования включают нижеследующие характеристики: должно быть определенное соотношение между механическими свойствами армирующих волокон и матрицы. Прочность волокон должна быть больше чем связующего; удлинение при разрыве волокон должно быть несколько меньше чем связующего.
Коэффициенты Пуассона для волокон и матрицы желательно иметь достаточно близкими, чтобы при деформации композита на границе волокно–матрица не возникало напряжений, отрывающих их друг от друга и тем самым снижающих адгезию;
термические характеристики волокон (температуры плавления или разложения) должны быть выше температур переработки термопластов и отверждения реактопластов.
Взаимодействие волокон с матрицей должно обеспечивать высокую реализацию механических свойств волокон в армированном материале и его монолитность. Для этого необходимы:
-Хорошая смачиваемость волокон матрицей (связующим); - Высокая адгезия между волокном и матрицей, характеризуемая сдвиговой прочностью на границе раздела волокно–матрица; - Отсутствие или минимальное изменение свойств волокон под влиянием компонентов матрицы;- Релаксация внутренних напряжений в элементарном объеме волокно–матрица при термообработке или под влиянием компонентов связующего и другие факторы.
Выбор компонентов композиционно-волокнистых материалов осуществляется с учетом индивидуальных свойств волокнистого полуфабриката и полимерного связующего (полимерной матрицы), а также их взаимного влияния, обусловленного рядом факторов, в том числе следующих — это прочность, деформационные и другие свойства волокон, термостойкость, длина и диаметр волокон, структура волокнистого материала, объемная доля и ориентация волокон волокнистого материала; прочность, термостойкость, вязкость полимерной матрицы в условиях переработки; соотношение деформационных свойств компонентов, изменение свойств волокон под влиянием компонентов полимерной матрицы, смачивание на границе раздела фаз, величина адгезии на границе раздела фаз.
Армирующие волокнистые полуфабрикаты (АВП) являются промежуточными материалами, содержащими заданное количество волокнистого наполнителя и полимерной матрицы, подготовленные для непосредственного применения. АВП являются удобной выпускной формой полуфабрикатов, готовых для изготовления композиционных материалов и изделий. АВП изготавливаются следующих основных видов:
на основе резаных волокон и термопластичных матриц в заданном соотношении — премиксы. Выпускная форма — чаше всего гранулы;
на основе резаных волокон, с содержанием заданного количества исходных компонентов — термореактивных мономеров или олигомеров, отвердителей и других компонентов. Они имеют форму волокнистых кусков массы неправильной формы — волокнитов, таблеток, гранул, а также густой тестообразной массы; на основе однонаправленных АВН (нитей, жгутов, лент) с применением заданного количества исходных компонентов термореактивных мономеров или олигомеров, отвердителей и других компонентов — препреги; на основе листовых АВН (тканей, нетканых полотен, бумаг и др.) с применением термореактивных смол, содержащих заданное количество исходных компонентов термореактивных мономеров или олигомеров, отвердителей и других — препреги. Они имеют форму листов или рулонов; на основе листовых АВН (например, тканей), дублированных с пленкой из термопластов в заданном соотношении;
на основе тканей, нетканых материалов, изготовленных из смеси армирующих и термопластичных волокон или нитей в заданном соотношении.
Наполнителями в волокнитах могут служить древесные (целлюлозные) и иногда другие виды растительных волокон (лен, хлопок и др.), стеклянные волокна, углеродные волокна, асбест. Длина волокон чаще всего заключается в пределах от 3 до 20 мм. В качестве связующего обычно используются фенолформальдегидные, реже меламиновые, эпоксидные и другие термореактивные смолы. Содержание связующего достигает 40–50 %масс. В состав волокнитов могут входить также порошкообразные наполнители, например тальк, кремнезем, слюда, антифрикционные добавки (графит, дисульфид молибдена). Волокниты имеют вид рыхлой массы (хлопьев) из пропитанных связующим коротких волокон, отрезков нитей или гранул, чаще неправильной формы. Соответственно виду наполнителя их называют пресс-волокнитами (на целлюлозной основе), органоволокнитами, стекловолокнитами, углеволокнитами, асбоволокнитами и т.д.
Получение армированных волокнистых полуфабрикатов производится путем совмещения волокнистых наполнителей с полимерной матрицей — это удобная промежуточная стадия в технологическом процессе получения композиционных материалов или изделий. Для получения АВП используют расплавы термопластов или растворы (а также дисперсии) жидких олигомеров — исходных компонентов для реактопластов. Совмещение ведут на машинах периодического или непрерывного действия, затем следует сушка (при пропитке растворами или дисперсиями) и охлаждение пропитанного наполнителя.
Получение волокнитов может быть проведено различными методами:
пропитка жгутиков из нитей связующим, сушка и резка на гранулы заданной длины. Обычно размер этих гранул колеблется в поперечнике от 1 до 6 мм при длине 3–30 мм;
из резаных волокон путем их смешения с вязким раствором связующего, сушкой массы и последующим распушением; на основе измельченной ткани, пропитанной связующим, изготавливают текстолит–крошку.
Качество пропитанного наполнителя определяется равномерностью его состава и распределения связующего в порах материала, поскольку от полноты заполнения межволоконных пор зависит монолитность получаемых композитов. Для повышения качества пропитки волокнистого наполнителя связующим ее часто проводят с предварительным вакуумированием или под давлением; при непрерывной пропитке применяют промежуточный отжим.
Оказывается, однако, что, несмотря на принципиальную пригодность тех или иных компонентов для создания волокнистых полимерных композитов, часто необходима модификация поверхности волокон или состава полимерной матрицы для улучшения смачиваемости и адгезии. Для этой цели применяются химические модифицирующие обработки волокон, травление окислителями, поверхностный гидролиз, нанесение поверхностного слоя адгезива. Применяются различные методы обработки в сильных физических полях — травление в коронном разряде, обработка в плазме и другие.
Получение армированных химическими волокнами термопластов нашло широкое развитие. В табл. 3 приведены основные виды армированных волокнистых полуфабрикатов на основе термопластов, которые уже используются для изготовления деталей оборудования и других изделий в тех случаях, когда необходимо снижение массы или достижение необходимых функциональных свойств.
таблица 3. Некоторые сочетания компонентов для различных видов ВПКМ
| Виды ВПКМ | Исходные волокна, нити | Основные виды матриц (связующих) | Основные методы получения композита |
| Общего назначения, армированные резаными волокнами | Целлюлозные, поливинилспиртовые, неорганические | Фенольные, меламиновые, полиэфирные, полиамидные, полиолефиновые | Прессование, литье под давлением |
| Высокопрочные одно- и двунаправленные, текстолиты | Ароматические полиамидные, углеродные, неорганические | Эпоксидные, фенольные, ацетальные | Прессование, намотка |
| Термостойкие и трудногорючие | Ароматические полиамидные, углеродные, неорганические | Ароматические метаарамидные, полиимидные | Прессование, намотка |
| Химически стойкие | Углеродные, неорганические | Фенольные, полиолефины, фторопласты | Прессование, намотка, литье под давлением |
| Электроизоляционные | Полиэфирные, полиимидные | Эпоксидные, метаарамидные, полиимидные | Прессование, намотка |
| Электропроводные | Углеродные | Фенольные, эпоксидные | Прессование, намотка |