2 Стеклопластики на полимерном связующем. Виды используемых полимеров

Самыми первыми композиционными материалами полимерной природы были фенопласты на основе фенолформальдегидных олигомеров.

В дальнейшем в течение длительного времени термореактивные олигомеры оставались основным видом связующих. Эти связующие обладают рядом свойств, благодаря которым они в течение многих лет получили самое широкое распространение. Это низкая вязкость олигомеров и их растворов, хорошая пропитывающая способность, относительно низкие температуры отверждения, дешевизна и доступность. Однако оказалось позднее, что существует и ряд недостатков. Это в первую очередь ограниченное время хранения полуфабрикатов, токсичность растворителей, высокая пористость, длительность циклов формования.

С середины XX-го века начали применять в качестве связующего термопластичные полимеры. Использование термопластов позволило расширить температурный интервал эксплуатации ПКМ, резко повысить механические характеристики, в первую очередь ударных, снизить пористость и повысить производительность [3].

В промышленности в качестве связующих для армированных пластиков применяются также модифицированные фенолоформальдегидные и кремнийорганические олигомеры. Использование термопластов в качестве связующих для конструкционных пластиков сдерживалось их относительно низкой прочностью и жесткостью и склонностью к ползучести. Введение стеклоармирующего наполнителя в термопласты в 2 – 2,5 раза увеличивает их прочность при растяжении, в 2 – 3 раза снижает коэффициент теплового расширения и в 10 раз ­­– усадку при формовании изделия. Так конструкционные пластики, полученные на основе модифицированного полимера метакриловой кислоты и кристаллического сополимера этилена с пропиленом, содержащего 5 – 40 % масс стекловолокна. Композиция имеет повышенную механическую прочность, стабильность размеров, тепло - и морозоустойчивость. Однако армированным пластикам на основе термопластичных материалов свойственна малая эластичность и низкая ударная вязкость.

В качестве клеящих сред для стеклопластиков обычно применяются полимеры с жесткой сетчатой структурой, например эпоксидные, фенольно-формальдегидные, полиэфирные, кремнийорганические и другие термореактивные смолы и их модификации. Это объясняется тем, что эти полимерные связующие обладаютсравнительно высокой теплостойкостьюи способностью к образованию после термоотверждения практически неплавких и нерастворимых продуктов, что весьма важно при эксплуатации различных конструкционных и электроизоляционных армированных пластиков, созданных на основе таких полимерных связующих. Кроме того, создание монолитных стеклопластиков возможно лишь на основе связующих, обладающих сравнительно большими величинами модуля упругости и высокоэластичности, а также высокой адгезионной и когезионной прочностью. Подобные характеристики имеют полимеры с жесткой сетчатой структурой [1].

2.1 Полимерные связующие на основе модифицированных фенольно-формальдегидных смол

Для приготовления стеклопластиков применяются в основном фенольно-формальдегидные смолы резольного типа. Наряду с достоинствами этих смол (теплостойкость, сравнительно высокий модуль упругости) их существенным недостатком является повышенная хрупкость. Поэтому при получении высокопрочных стеклопластиков конструкционного назначения обычно применяют различные модификации фенольных смол, например эпоксидными полимерами. Фенольно-формальдегидные смолынесколько уступают по своим свойствам эпоксидным, но они значительно дешевле. Литые фенольно-формальдегидные смолы имеют теплостойкость порядка 100°С, небольшой вес, устойчивость к колебаниям температуры и влажности, высокую прочность на сжатие и хорошую обрабатываемость на металлорежущих станках. Эти смолы имеют хорошую адгезию к наполнителям, содержащим целлюлозу (бумага, хлопчатобумажная ткань, древесный шпон) и менее хорошую - к асбестовому полотну. Фенольно-формальдегидные смолы обладают плохой адгезией к стеклоткани, поэтому в них добавляют некоторое количество бутварной смолы, которая имеет высокую адгезию к стеклоткани. Однако присущая бутварной смоле хладотекучесть несколько снижает теплостойкость изделий, изготовленных из такого слоистого пластика [1].