Армовані пластики види, властивості, сполучні

Велику групу композиційних полімерних матеріалів складають армовані пластики, в яких в якості полімерної матриці застосовуються різні термореактивні і термопластичні полімери, а для арматури використовуються волокнисті і листові матеріали зі скла, полімерів, базальту, вуглецю та інших матеріалів.

Загальна характеристика армованих пластиків

Армовані пластики широко застосовуються в авіаційно-космічній техніці, різних галузях машинобудування, будівництво, при виготовленні атракціонів, водних гірок, басейнів, спортінвентаря і інших товарів народного споживання.

До переваг армованих пластиків відносяться:

- висока міцність при низькій щільності, що дозволяє замінювати сталь в конструкціях машин і механізмів;
- стійкість до впливу агресивних середовищ, що забезпечує виробам з них тривалі терміни експлуатації без застосування захисних покриттів;
- низька матеріаломісткість виготовлених з них виробів, що дозволяє знизити масу і витрати на експлуатацію мобільної техніки;
- висока технологічність, яка полягає в можливості виготовлення великогабаритних виробів складної форми без дорогої технологічної оснастки і обладнання;
- можливість регулювання в широких межах тепло- і електропровідності, радіо- і світлопрозорості в залежності від типу застосовуваних армуючих волокон;
- можливість ремонту в «польових» умовах без застосування спеціального обладнання;
- низькі капітальні витрати на організацію виробництва виробів з армованих пластику;
- працездатність в широкому діапазоні температур і напружень.

Найбільшого поширення набули армовані полімерні композити з використанням в якості арматури текстильних матеріалів на основі скловолокна, що пов'язано з його доступністю, низькою вартістю і високими властивостями міцності.

Все необхідне сировину для виробництва склопластиків з'явилося ще в 30-х роках минулого століття. Масове виробництво скляних ниток і пряжі стало можливим в 1932 році, коли була розроблена технологія виробництва скляних волокон з розплаву. Відповідні для виробництва склопластиків сполучні також з'явилися в тридцятих роках ХХ століття, коли в США була розроблена технологія виготовлення поліефірних смол. Трохи пізніше з'явилися і перекисні отверждающей системи для цих смол. Принципово з тих пір сировинна база не змінилася, хоча, звичайно, до сих пір проводиться її вдосконалення і створення і нових смол, і нових отвердителей, і нових скломатеріалів.

У 40-х роках минулого століття з'явилася і гостра потреба в нових матеріалах, здатних задовольнити вимоги творців морської і авіаційної військової техніки.

Першим масовим споживачем поліефірних склопластиків в цивільних галузях промисловості стало виробництво суден. У 60-х роках минулого століття цей сектор став найбільшим споживачем армованих композитів, а трохи пізніше в лідери вийшла автомобільна промисловість завдяки великосерійному свого виробництва.

Збільшення вимог до армованим матеріалами призвело до використання в полімерних композитах спочатку вуглецевих, а пізніше органічних високомодульних волокон типу СВМ і кевлар. Цього вимагала створення сучасної ракетно-космічної та авіаційної техніки, необхідність зниження її маси і одночасного підвищення міцності і витривалості, а також забезпечення спеціальних технічних властивостей.

Поряд з розробкою нових матеріалів удосконалювалися і технології виготовлення виробів з армованих композиційних матеріалів. Якщо перші вироби з склопластиків проводилися шляхом укладання на болванку склотканини, просоченої композицією, що містить смолу і затверджувач, то пізніше з'явилися обладнання і технології, що дозволяють безперервно напилювати на технологічне оснащення всі компоненти композиції - і рубане скловолокно, і смолу, і затверджувач - одночасно в заданому співвідношенні. Це, звичайно, різко підвищило продуктивність праці, поліпшило санітарно-гігієнічні умови, знизило собівартість продукції зі склопластику і дозволило перейти до серійного виробництва великогабаритних виробів з них.

Пізніше були розроблені ще більш досконалі, високопродуктивні технології, що дозволяють отримувати вироби з високими естетичними властивостями і меншими відходами виробництва способами намотування, пултрузии, вприскування в закриту форму і ін.

Таким чином, потреби промисловості в більш досконалих матеріалах і технологіях з одного боку, і можливості, що з'явилися при створенні нових сировинних матеріалів і обладнання з іншого боку, сприяли розширенню застосування армованих пластиків в різних галузях економіки.

Структура і властивості армованих пластиків

До армованим композитів прийнято відносити матеріали штучного походження складного складу, які мають не менше двох безперервних фаз із загальною межею поділу. Одна з фаз називається матрицею, вона відповідає за форму виробу, стійкість композиту до впливу різних агресивних середовищ, тепло- і морозостійкість, ударну міцність і інші властивості.

Не слід плутати сполучна з матрицею. Сполучна - це полімерна основа, з якої після відповідної обробки і утворюється матриця. Важливі характеристики сполучного - технологічні: в'язкість, змочуються здатність, живучість і ін.

Другий обов'язковою фазою композиційного мате ріалу є армирующий наповнювач, частинки якого повинні мати довжину не менше критичної? К, при якій може бути реалізована міцність волокна. Критична довжина волокна залежить від його діаметра d, міцності при розриві sв, міцності при зсуві tсдв. на кордоні розділу «волокно - матриця» і може бути розрахована за рівнянням: