1.2 Армирующие волокна композитов

1.2.1 Стекловолокно и его свойства

Стеклянные волокна являются одним из наиболее распространенных видов армирующих наполнителей, которые используются при производстве компози­тов.

Стекловолокна разных марок, несмотря на различия в составе и назначении, обладают общими характерными свойствами. К таким свойствам относятся:

- высокая прочность при растяжении (отношение прочности к удельно­му весу); этот показатель стекловолокон имеет более высокие значения, чем у стальной проволоки;

- тепло и огнестойкость; неорганическая природа стекловолокна препят­ствует их горению; стекловолокна обладают также высокой температурой плав­ления, что делает их пригодными для использования в условиях высоких тем­ператур;

- хемостойкость; стекловолокна в большинстве случаев не взаимодейству­ют с химически активными материалами;

- биостойкость; СВ устойчивы к воздействию бактерий, грибков, насеко­мых и прочих представителей живой природы;

- влагостойкость; стекловолокна не впитывают влагу и не разрушаются под ее воздействием, сохраняют свои прочностные свойства во влажной среде;

- термические свойства характеризуются низким коэффициентом линейно­го температурного расширения и высокой теплопроводностью, что позволяет использовать стекло в условиях повышенных температур и применять его, на­пример, при изготовлении теплообменников или в устройствах, предназначен­ных для диссипации тепла;

- электрические свойства проявляются в очень низкой электропроводности.

1.2.2 Стеклонаполненные термопласты и их свойства

Стеклонаполненные термопласты (СНТП) представляют собой один из наи­более распространенных видов КМ и формируются путем наполнения расплав­ленного компаунда короткими волокнами. После отверждения расплава обра­зуется материал состоящий из термопластичной матрицы, армированной хао­тически ориентированными короткими волокнами. В матрицу дополнительно могут вводиться и другие наполнители: красители, замедлители горения, за-масливатели и др. В качестве матрицы могут использоваться такие матери­алы, как полипропилен, нейлон, полистирол, полиэтилен высокой плотности и др. Основной армирующий элемент — стекловолокно (что явилось причи­ной присвоения названия «стеклонаполненные» этому классу материалов), но иногда используют и другие виды волокон: углеродные, арамидные, асбесто­вые и др. Наполнители, отличные от стекловолокна обычно применяются при необходимости получения материалов с особыми свойствами: электрическими, химическими, теплоизолирующими, механическими и т. п. Иногда наполнители используют для снижения цены материала или в технологических целях.

Волокна вводятся в связующее методами, основанными чаще всего на прин­ципе экструзии. Промежуточным этапом создания материала является полу­чение компаунда в виде гранул. Готовый компаунд может непосредственно ис­пользоваться для переработки в изделия, либо храниться в течение некоторого времени. В качестве способов изготовления изделий из готового компаунда ис­пользуют штамповку или горячее формование. Достоинством этих методов яв­ляется их приспособленность к автоматизированному процессу производства.

Теоретические исследования в данном направлении развиты очень слабо, данные в основном получены экспериментальными методами, что ограничивает их общность и предсказательную способность.

Одним из основных факторов, влияющих на свойства СНТП, является ад­гезия компонентов. Увеличение адгезии достигается с помощью добавок, выбор которых зависит от вида компонентов. Эти добавки вводятся в компаунд в виде замасливателей, технология их введения представляет собой фактически один из способов поверхностной обработки волокон.

Отмечается, что с ростом диаметра волокон снижается прочность компози­тов; одновременно это сопровождается улучшением адгезии волокон со связу­ющим и возможностью снижения их содержания в материале.

Прочность материалов и модули упругости при различных видах нагружения (растяжение, сжатие, изгиб) обычно растет с увеличени­ем объемного содержания волокон, но скорость роста, начиная с некоторого значения объемного содержания, становится очень малой. Граница, после ко­торой увеличение объемного содержания армирующих элементов становится малоэффективным, обычно лежит в районе 40 % объемного содержания воло­кон. Ползучесть термопластов с ростом содержания волокон снижается. Для того же характерного значения объемного содержания волокон 40 % для неко­торых материалов отмечается практически полное исчезновение ползучести. Рост температуры обычно сопровождается снижением упругих свойств СНТП, увеличением предельной деформации и падением предела прочности.