1.3. Конструкционные волокнистые полимерные композиционные материалы на основе термопластичных матриц (твпкм) [7-9, 19, 44, 47, 60, 63, 66, 68, 69, 164 – 166].

Термопластичные композиционные материалы (ТПКМ) получают сочетанием термопластичных связующих с различными наполнителями. Традиционно особое внимание уделяется влиянию наполнителей на упругопрочностные свойства гетерофазных материалов (что привело к делению наполнителей на инертные, fillers и усиливающие, армирующие, reinforcements), но они оказывают влияние и на технологические свойства (понижение текучести), повышают формоустойчивость, стабильность размеров изделий, снижают горючесть, изменяют фрикционные и анти фрикционные, электрические, теплофизические свойства.

Иногда наполнители играют роль заполнителей объема материала в изделии и вводятся для снижения стоимости, уменьшения объема используемого термопласта.

ТВПКМ – термопластичные ВПКМ (ТВПКМ), использующие в качестве наполнителей волокнистые структуры (нити, ленты, ткани) из веществ различной химической природы. Как и другие вида ТПКМ, ТВПКМ являются гетерофазными наполненными полимерными композициями, состоящими из взаимодействующих ( в различной степени) фаз – матриц на основе термопластичных гибко- или жесткоцепных полимеров и волокнистых наполнителей.

Переработка ненаполненных термопластов, ТПКМ, ТВПКМ в изделия проходит без проведения химических реакций высокопроизводительными экологически чистыми ( кроме переработки фторопластов) безотходными технологиями с экономичным рециклингом.

В качестве наполнителей в ТПКМ конструкционного и функционального назначения используют твердые наполнители в виде порошков ( в том числе, с частицами, имеющими наноразмеры в термопластичных нанокомпозитах), волокон различной длины (нити, жгуты в термопластичных волокнитах), тканых (ленты, ткани различной текстуры в термопластичных текстолитах) и нетканых ( маты, войлоки, бумага) структур, сформированных из волокон на основе веществ различной химической природы (органические, минеральные, углеродные, их смеси – в термопластичных органо-, стекло-, угле-, гибридных пластиках).

В газонаполненных ТПКМ наполнитель присутствует в газообразном состоянии. Пено-, поро-, сферопласты – особая группа ТПКМ со специфическим комплексом технологических и эксплуатационных свойств.

Наполнение термопластов позволяет создавать ТПКМ с регулируемыми в широких пределах упругопрочностными, электрофизическими, теплофизическими и др. свойствами.

Использование термопластичных полимеров различного состава и строения в качестве матриц ТПКМ развивалось в направлении от использования термопластов в качестве матриц ТПКМ с дисперсными наполнителями, существенно изменяющими их упругопрочностные свойства, дефорфмационную теплостойкость, специальные свойства по сравнению с ненаполненными термопластами, до использования термопластов в качестве матриц ТВПКМ.

В производстве ТВПКМ для высоконагруженных конструкций наполнение гибкоцепных термопластов непрерывными высокопрочными и высокомодульными нитями, лентами не получило развития из-за низких упругопрочностных свойств, высокой ползучести, низкой ( за некоторыми исключениями) трещиностойкости матриц из гибкоцепных термопластов, из-за несоответствия требованиям обеспечения монолитности композиций, реализуемой при определенных соотношениях упругопрочностных свойств матриц и наполнителей (см. раздел 1.1), из-за сложности организации взаимодействия (высокая вязкость расплавов, плохая смачиваемость, адгезионное взаимодействие).

После разработки и организации производства термопластов на основе полиариленов и полигетероариленов матрицы ПКМ, ВПКМ на их основе с точки зрения комплекса технологических и эксплуатационных свойств составили альтернативу термореактивным матрицам (эпоксидным, эпоксифенольным, имидным) в составе высокопрочных, высокомодульных конструкционных ТВПКМ.

Хотя расплавы термопластов на основе полиариленов и полигетероариленов имеют высокую вязкость и температуры перехода в вязкотекучее состояние, они позволили разработать большой ассортимент термоустойчивых ТВПКМ многофункционального назначения.

Благодаря низкой вязкости расплавов термотропных жидкокристаллических полиэфиров их используют не только для изготовления изделий, в том числе, из наполненных композиций, но и в качестве модификаторов, снижаюших вязкость расплавов жесткоцепных полиариленов.

Высокие упругопрочностные свойства, трещиностойкость, тепло-, термо-, огнестойкость, химстойкость термопластов на основе жесткоцепных полимеров использованы при разработке как ненаполненных материалов многофункционального назначения, так и в качестве связующих ТВПКМ. Использование на стадии формирования полуфабрикатов пленок и волокон из полиариленэфиркетонов, полифениленсульфидов (пленочная и волоконная технологии) позволила получить ТВПКМ, свойства которых превосходят свойства ВПКМ на основе термореактивных связующих.