10.5. Композиционные материалы на полимерной матрице

Композиционные материалы на полимерной матрице отлича­ются низкими плотностью (1200...1900 кг/м ), чувствительностью к надрезу, тепло- и электропроводностью, высокими усталостной

и удельной прочностью, технологичностью переработки, радиопро­зрачностью (ряд материалов) и др. В качестве полимерной матрицы для композитов применяются как термореактивные (преимущест­венно), так и термопластичные полимеры, а наполнителей - любые из перечисленных выше.

Материалы на основе термопластичных полимеров с дисперс­ными наполнителями различной природы (тальк, графит, оксиды металлов, слоистые твердые смазки, металлические порошки, дис­кретное стекловолокно и т. д.) используют для изготовления слабо-и средненагруженных деталей машин и аппаратов, корпусных де­талей, зубчатых колес и звездочек, подшипников и уплотнений, приводных ремней, емкостей и др.

Среди термопластичных композитов наиболее широкое при­менение получили стеклонаполненные материалы. В качестве на­полнителя используют волокна диаметром 9...13 мкм из бесщелочно­го алюмоборосиликатного стекла, короткие (длиной 0,1... 1 мм) и длинные (длиной 3...12 мм) со степенью наполнения 10...40 % от массы полимера. Выпускаются стеклонаполненные пластмассы на основе полиамидов, поликарбоната, полипропилена и др. термо­пластов.

Наполнение термопластов стекловолокном повышает прочност­ные характеристики полимеров и теплостойкость, снижает в 1,5.2 раза ползучесть, уменьшает в 2...7 раз температурное расширение, повыша­ет предел выносливости и износостойкость. Введение в композиты твердых слоистых смазок, таких как графит, дисульфид молибдена, нитрид бора и др., снижает коэффициент трения полимеров и повышает их износостойкость.

Механические свойства некоторых композиционных материа­лов на основе термопластов приведены в табл. 10.4.

Таблица 10.4

10

Композиционные материалы на основе термореактивных пласт­масс создаются на базе полимеров, отверждающихся при нагревании или под действием отвердителей с образованием трехмерной поли­мерной структуры. К числу отверждаемых при нагревании относятся композиты на основе фенолоформальдегидных, мочевино- и мелами-ноформальдегидных, кремнийорганических и других смол. Ко второ­му типу относятся композиты на основе полисилоксанов, эпоксидных смол и ненасыщенных полиэфиров. Эти материалы менее техноло­гичны, чем термопласты.

Наибольшей адгезией к наполнителю обладают эпоксидные смолы. Отвержденные эпоксидные смолы устойчивы к воздействию щелочей, окислителей, большинству органических кислот. Однако композиты на их основе имеют невысокие механические свойства, обладают теплостойкостью до 200 °С, к тому же эти смолы токсичны.

Наибольшую теплостойкость имеют композиты на кремнийор-ганических и полиимидных связующих (до 280...350 °С). Кремнийор-ганические полимеры обеспечивают материалам на их основе термо­стойкость, стойкость к воздействию агрессивных сред, высокие диэлектрические свойства. Но они обладают невысокой адгезией к наполнителям, в связи с чем зачастую их сочетают с эпоксидными, полиэфирными, фенольными и другими смолами.

Полиимидные полимеры наряду с повышенной термостойко­стью обладают высокими стойкостью к термоокислительной деструк­ции, прочностью и износостойкостью.

Использование эпоксидных смол и непредельных полиэфиров позволяет получать материалы, способные отверждаться при комнат­ной температуре (холодного отверждения), что очень важно при изго­товлении крупногабаритных изделий.

11