1.1.2 Смолы и их свойства

Полиэфирные смолы содержат несколько компонентов: смола, инициатор, наполнитель и активатор. Смола служит основой, активатор повышает ее хи­мическую активность, инициатор запускает химическую реакцию, в результате которой смола отвердевает. При отверждении идет образование прочной пространственной структуры, реакция отверждения проходит с выделением теп­лоты, что способствует более полному протеканию процесса. В качестве напол­нителя чаще всего используются стекловолокна.

Свойства полиэфирных смол достаточно разнообразны, стоимость их невы­сока. Разнообразие свойств и доступность смол являются причиной их широ­кого применения. Из наполненных полиэфирных смол изготавливают детали судов, самолетов, автомобилей, строительные панели, корпуса маломерных су­дов, спортинвентарь и многое другое.

Механические свойства полиэфирных смол варьируются в широких преде­лах вследствие различий в технологиях их изготовления и свойств используе­мых компонентов.

Помимо армирующих элементов в полиэфирные смолы часто вводят дру­гие наполнители. Одна из основных причин для этого — желание снизить сто­имость готовых изделий. Кроме этого, наполнители позволяют влиять на па­раметры процесса отверждения, способствуют снижению степени усадки и ве­роятности образования трещин при отверждении, повышают качество поверх­ностей. Наиболее распространенные наполнители — глины и карбонаты. Мае­совая доля наполнителя колеблется в пределах 10-70 % (чаще всего — 20-30 %).

Могут применяться и другие виды наполнителей — красители и пигмен­ты (слабо влияют на механические характеристики, позволяют управлять вре­менными характеристиками процесса отверждения), ингибиторы горения (по­вышают огнестойкость), поглотители УФ-излучения и др.

Основные достоинства армированных полиэфирных смол:

- удельная прочность выше, чем у многих других материалов;

- низкая стоимость сырья и производства, простые технологии;

- возможность изготовления крупногабаритных изделий сложной формы, что упрощает конструирование и сборку изделий.

При использовании полиэфирных смол для изготовления композитов необ­ходимо учитывать ряд факторов, среди которых можно выделить следующие:

- зависимость механических характеристик композита от содержания и ори­ентации армирующих элементов (стекловолокна), а также наличия некоторых наполнителей;

- проблемы, связанные с усталостью материала, устойчивостью к истира­нию, воздействию растворителей и химикатов, способностью некоторых типов армирующих наполнителей (стекловолоконные жгуты) впитывать влагу и др.

Типы ненасыщенных полиэфирных смол

Проявляемые ненасыщенными полиэфирными смолами типичные свойства служат основой для выделения среди них нескольких основных типов.

Полиэфирные смолы общего назначения

Этот тип смол обычно применяется для изготовления изделий и элементов конструкций бытового назначения либо слабонагруженных конструкционных элементов. Смолы ипользуются в основном в чистом виде, без армирования. Примеры применения: емкости для жидкостей, стойки, поддоны и т. п.

Эластичные полиэфирные смолы

Такие смолы отличаются большей эластичностью и меньшей жесткостью по сравнению со смолами общего назначения. Эти смолы обычно используются в качестве добавок к другим типам смол для снижения их хрупкости и жест­кости, а также облегчения обработки. Находят применение при изготовлении декоративных изделий, пуговиц и т. п.

Смолы на основе диэфиров винилкарбоновых кис­лот (ДВК)

Данный вид смол очень похож на полиэфирные смолы. Основная цепь мак­ромолекул таких смол состоит из эпоксидных, полиэфирных либо полиурета-новых сегментов. Отличие от полиэфирных смол заключается в химическом составе концевых элементов макромолекул. Вид этих элементов влияет на фи­зические свойства и области применения смол. Характерной особенностью смол является зависимость их свойств от величины эпоксидных блоков, входящих в состав макромолекул — чем больше молекулярная масса таких блоков, тем выше прочность и эластичность смолы, но тем ниже ее теплостойкость и устой­чивость к действию растворителей. Типичные значения механических харак­теристик смол на основе ДВК.

Смолы обладают высокой реакционной способностью, поэтому для их от­верждения удобно использовать методы облучения.

ДВК-смолы эффективно отверждаются при радиационном облучении, облучении электронными пучка­ми и другими источниками излучения. Часто используется отверждение под действием УФ-излучения, время отверждения при этом может быть очень ма­лым — порядка 0,1 сек. Преимущества отверждения под действием излуче­ния по сравнению с термическими методами: высокая энергетическая эффек­тивность, снижение (или полное исключение) испарения компонентов, высокая производительность процесса, отверждение при комнатной температуре, низ­кая стоимость оборудования.

Упругие полиэфирные смолы

Полиэфирные смолы этого типа отличаются большей жесткостью по сравне­нию с эластичными смолами. Используются при изготовлении изделий, испы­тывающих ударные нагрузки: защитные шлемы, ограждения, детали корпусов автомобилей и самолетов.

Эпоксидные смолы

Эпоксидные смолы являются одним из лучших видов связующего для боль­шого числа волокнистых КМ. Основные причины этого заключаются в следу­ющем:

- эпоксидные смолы обладают хорошей адгезией к большому числу напол­нителей и армирующих компонентов;

- известно большое количество разновидностей доступных эпоксидных смол и отверждающих компонентов, что позволяет получать материалы с широким сочетанием свойств;

- реакция отверждения не сопровождается выделением воды или каких-либо летучих веществ, при этом усадка смол ниже, чем во многих других слу­чаях;

Изделия из эпоксидных смол отличает повышенная стоимость по сравнению с другими смолами, но высокие эксплуатационные свойства изделий из таких смол окупают расходы на сырье.

Устойчивые к атмосферным воздействиям

Основное назначение смол этого типа — сохранение свойств под действием солнечного света. С этой целью в них вводят компоненты, поглощающие уль­трафиолетовое излучение, а также подбирают компоненты, устойчивые к воз­действию солнечного излучения. Такие смолы применяются в строительстве при изготовлении перекрытий, наружных панелей облицовки зданий, крыш.

Полиэфирные смолы с малой усадкой

Усадка смол в процессе отверждения может приводить к появлению де­фектов (раковин) на поверхности создаваемых изделий. Полиэфирные смолы с малой усадкой включают в себя термопластичные компоненты (например, полистирол), которые только частично ратворяются в исходной композиции. В таких смолах при отверждении имеет место образование внутренних микропу­стот (микропор), которые компенсируют обычную усадку полимерной смолы. Смолы с малой усадкой применяются при изготовлени деталей автомобилей и бытовой электротехники.

Полибутадиеновые смолы

Полибутадиеновые смолы — это высокомолекулярные углеводородные тер­мореактивные смолы. Особенностью технологии приготовления полибутадие­новых смол является создание на концах макромолекул реакционно-способных групп. Эти группы придают макромолекулам способность наращивать свою массу еще до начала процесса отверждения. Полибутадиеновые смолы отличаются очень хорошими электрическими свой­ствами и химической стойкостью, а также устойчивостью к воздействию влаги. Такое сочетание свойств позволяет успешно применять ПБ-смолы при изго­товлении обтекателей авиационных бортовых радиолокационных антенн, для которых особые требования предъявляются к толщине, диэлектрической про­ницаемости и устойчивости к воздействию окружающей среды в сильных элек­тромагнитных полях. В тех случаях, когда нет особых требований по электри­ческим свойствам, применение полибутадиеновых смол оказывается не столь выгодным, поскольку их механические свойства уступают другим аналогичным материалам.

Химически стойкие полиэфирные смолы

Для смол общего назначения характерна слабая устойчивость к воздействию щелочей. Использование компонентов, повышающих содержание углерода в смо­ле, приводит к снижению количества химически активных связей. Такие смолы используют в производстве деталей химического оборудования — вытяжных шкафов, корпусов химических реакторов, емкостей, трубопроводов.

Специальные полиэфирные смолы

Смолы этой категории применяются реже. Однако все они представляют собой композиции со специально подобранными компонентами (наполнителя­ми, активаторами), которые обеспечивают им наличие некоторых специальных свойств, например, повышенную теплостойкость, отверждаемость под действи­ем ультрафиолетового или другого излучения и т. п. Масштабы производства специальных смол существенно ниже, чем других выделенных типов. Собствен­но, именно эта причина служит основой для объединения их в одну категорию.

Термостойкие смолы

Термостойкие смолы представляют собой полимеры, имеющие высокую тем­пературу стеклования и способные выдержать на воздухе продолжительный 300 ^°C

Полиимидные смолы отличаются высокой стабильностью своих свойств, в том числе после длительного пребывания под действием высоких температур. Испытания показывают, что механические свойства смол сохраняются после выдерживания образцов при температуре ~ 370 °C на воздухе в течение при­мерно 5 суток, в кипящей воде — до 2-х недель.