1.3.3. Термопластичные впкм (твпкм)

Термопластичные ВПКМ – гетерофазные композиции на основе термопластичных связующих и высокопрочных высокомодульных волокон, нитей, жгутов, ровингов, лент, тканей из них.

По ряду причин (сложности совмещения компонентов,несогласованность упругопрочностных свойств наполнителей и матриц на основе гибкоцепных термопластов) термопластичные композиционные материалы разрабатывались и применялись в виде дисперсных композиций. ВПКМ на основе матриц из жесткоцепных полиариленов с высокими упругопрочностными свойствами, трещиностойкостью – альтернатива термореактивным ВПКМ.

Введение непрерывных высокопрочных, высокомодульных волокон в термопласты привело к получению ТВПКМ с требуемой планируемой анизотропией эксплуатационных (конструкционных, теплофизических и других) свойств. Совмещение непрерывных армирующих волокон и текстильных форм из них с расплавами термопластов проводят методами пултрузии, плёночной и волоконной технологии. При использовании волокон с высокими упругопрочностными свойствами при разработке ТВПКМ главной проблемой явилась необходимость подбора термопластичных матриц, упругопрочностные свойства которых отвечают требованиям монолитности ВПКМ (согласование упругопрочностых свойств матриц и наполнителей, организация процессов смачивания и взаимодействия в системе термопластичная матрица - наполнитель, условия уплотнения препрегов при переработке ТВПKM

в изделия без разрушения волокон и обеспечения минимальной пористости).

Использование в качестве связующих в термопластичных углеволокнитах гибкоцепных термопластов (аморфно-кристаллические алифатические полиамиды ПА6, ПА 12, поликарбонат ПК-4) не позволяет в полной мере решить указанные проблемы (табл. 115, 116).

При использовании высокопрочных и высокомодульных. волокон для получения армированных пластиков с высокими упругопрчностными регулируемыми параметрами необходимы матрицы с Ϭ⁺≥150 МПа, Е⁺≥ 3000МПа. Свойства матрицы на основе ПЭЭК (Ϭ⁺≥150 МПа, Е⁺≥ 3,8 ГПа, ε⁺≥20%) наиболее близки к рассчитанным показателям идеального матричного материала, что проявляется при сравнении упругопрочностных свойств прессованных однонаправленных термопластичных углеволокнитов на основе полиариленов различного строения (табл. 117,118).

Таблица 115. Упругопрочностные свойства однонаправленных термопластичных углеволокнитов.

Свойства	Типы углеволокнитов
	Поликапрамидные с углеродными лентами1)			Эпоксидный КМУ-3л (для сравнения)
	ЭЛУР-0,1П	ЛУ-0,2	Кулон
Содержание наполнителя, % об. Ϭ||+, МПа Ϭ||-, МПа Ϭви,||, МПа τсд, МПа Ϭ+┴, МПа Ϭ-┴, МПа	60 685 340 1320 31 38 130	61 590 210 1070 28 44 133	59 590 - 860 - 49 -	55 650 400 1000 29 14 -
Е||+, ГПа Еви,||, ГПа	129 110	135 98	151 90	120 100

Примечание: препреги из чередующихся слоев пленок из ПА – 6 и углеродных лент. Прессование при 250⁰С, 1,2 МПа в течении 10 минут.

Таблица 116. Упругопрочностные свойства термопластичных углепластиков различной структуры.

Тип углеродного наполнителя в углеволокните	Структура углеволокнита	ρ, г/см3	Е+/ρ, км	Е+, ГПа	Ϭ+/ρ, км	Ϭ+,МПа
ЛУ-П-0,2	[0] [90] [±45] [0/90/ ±45] [0/ ±60]	1,42 1,39 1,35 1,34 1,38	9800 417 2900 3870 4510	135 5,8 39 52 61	36,9 3,2 7,4 14,9 10,5	588 44 100 159 143
Кулон	[0] [90] [±45] [0/90/ ±45] [0/ ±60]	1,5 1,53 1,52 1,55 1,52	10080 640 2990 5310 3987	151 9,8 45 82 61	33,2 3,2 10,0 13,5 12,3	587 49 153 209 188

Примечание: 1)Пленочная технология: уплотнения пакетов из чередующихся слоев пленок поликарбоната ПК-4 и углеродных лент (60% об.) при 260⁰С и 0,1-0,2 МПа, прессование при 260⁰С и 1,5 МПа, 10 мин.

Таблица 117. Сравнительные свойства однонаправленных термопластичных углеволокнитов.

Матрица в углеволокните	ρ, г/см3	Ϭ+,МПа	ε+, %	Ϭ-, МПа	Деформационная теплостойкость, НДТ/А,(Т18 ),°С
Полифениленсульфид (ПФС)	1,6-1,9	70-125	0,5-0,9	105-260	250
Полиэфирэфиркетон (ПЭЭК)	1,3-1,5	90-220	4,9	175-320	150-315
Полиарилэфиркетон (ПАЭК)	1,3-1,5	100-270	-	130-365	170-250 (до 350)
Полисульфон (ПСу)	1,1-1,6	40-130	1,3-6,0	105-155	150-160
Полиэфирсульфон (ПЭС)	1,4-1,6	85-140	3,0-80	130-200	203-215
Полифениленоксид (ПФО)	1,3	70-85	60-120	90-100	205-215
Полиэфиримид (ПЭИ)	1,3-1,6	105-190	5-8	155-250	210-220
Полифталамид	1,3-1,5	105-260	1,6-2,5	200-380	160-300
ЖК* полимеры	1,4-1,9	140-245	1,2-6,9	155-300	175-345

*Жидкокристаллический полиэфир Vectra.

Таблица 118. Свойства однонаправленных прессованных термопластичных углеволокнитов (20 ⁰С).

Матрица в углеволокните	Содержание углеродных волокон,% об.	Ϭ+, МПа	Е+, ГПа	Ϭви, МПа	τсд, МПа	НДТ/А,°С
ПЭЭК	61	2130	135	1880	-	250
ПФО	63	-	-	960	53	180
ПСу	43	1295	112	1320	79,9	200
ПФС	64	1430	128,5	-	66	250

Для производства ТВПКМ авиационного назначения наиболее полно отвечают требованиям полифениленсульфиды типа Fortron (фирма «Ticona», ФРГ, материалы сертифицированы в ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ в январе 2005), полиэфирэфиркетон (Victrex, ФРГ), полиэфиримид Ultem (GE, Amoco, США)_.

Для получения ТВПКМ используют различные способы совмещения их компонентов. Например, ТВПКМ и изделия из них на основе полиэфирэфиркетонных матриц и высокомодульных непрерывных волокон (углеродных, полиарамидных) изготавливают, используя препреги, получаемые пропиткой различных форм из этих волокон ( жгуты, ленты, ткани) расплавами ПЭЭК. Для получения расплава ПЭЭК используют традиционные способы (нагревательное устройство экструдеров, пултрузионных установок), инфракрасные печи, расплавление порошков плазмой, дефокусированным лазерным излучением. Совмещение наполнителей с расплавом (пропитка) проводят протяжкой наполнителей (жгутов, лент) через ванны с расплавом полимера и фильеры в экструдерах, в псевдоожиженном состоянии (осаждение порошков ПЭЭК последующим расплавлением).

После организации производства пленок (табл. 119) и волокон (табл. 120) из жесткоцепных термопластов наиболее целесообразными технологиями формирования препрегов и формования изделий из них призаны пленочная и волоконная.

Таблица 119. Свойства экструзионных пленок жесткоцепных из термопластов (Seide C., Kunststoffe, 2005, №10, S. 197 - 201)

Свойства	Пленки из полиариленов3)
	Полифениленсуль-фида Fortron C214C1	Жидкокристалли-ческого полиэфира Vectra B (Victrex V400 P)	Полиэфирэфиркетона Victrex РЕЕК 381 OG
Тпл, 0 С	280	280	340
Ϭви МПа	60/501)	260(90310)/251)	80/751)
Е+, ГПа	3,5/31)	13(до18)/1,751)	3,5/31)
ак по Изоду, Дж/м	16	530/531)	83
ε+ при 23 0 С, %	21	2/-	110
α (КЛТР при Т <Тс, pρm/0 С2)	55	2/381)	47
Водопоглощение, % масс.(23 0 С, 24ч.,50% Н2О)	0,02	0,03	<0,1

Примечания:

1. числитель – вдоль направления экструзии, знаменатель – поперек;

2. рmm (parts per million) – частей на миллион;

3. толщина пленок 50 мкм, из ЖКП – 150 мкм.

Пленочная технология

Полуфабрикаты ТВПКМ; сформированные из слоев наполнителей и пленок термопластичных полимеров ( пленочная технология, расплавы с ȵ < 10² Па·с при температуре перехода в вязко-текучее состояние ниже Т_с волокнообразующего полимера выполняют роль связующего, после стеклования, кристаллизации термопласта-матрицы), используют для изготовления изделий из термопластичных органо-, угле-, стекло-, гибридных пластиков различными технологическими приемами ( штамповка и др. ).

Для изготовления изделий из ТВПКМ с использованием пленочной технологии в качестве связуюших ( матриц) используют термопластичные полимеры с упругопрочностными свойствами, отвечающими условиями монолитности композиций. Реологические свойства расплавов таких полимеров должны обеспечивать при пропитке контакт между связующим и волокнами ( при вязкости расплавов 10² -10³Па·с без межфиламентной пропитки), которые необходимо сохранить после стеклования, кристаллизации матричного термопласта. Наиболее эффективно применение пленок из жесткоцепных термопластичных полимеров (ПФС Fortron, ПЭЭК, ПЭИ, жидкокристаллические полиэфиры ), матрицы из которых имеют упруго- прочностные свойства более высокие, чем свойства отвержденных термореактивных матриц, и способны эффективно перераспределять напряжения от внешних нагрузок на усиливающие наполнители.

Пленки из жесткоцепных полимеров ПФС ( из гранул Fortron 0214 C1), ПЭС, ПЭИ, ПЭЭК изготавливает фирма Lipp-Terler GmbH (Австрия). Термопластичные препреги по пленочной технологии изготавливает фирма «Royal Ten Cate» (Нидерланды). Несмотря на сложности переработки ПЭЭК (Т_тек 380-400 ⁰ С),благо даря высоким упругопрочностным свойствам, трещиностойкости (Gic1000Дж/м²), теплостойкости (250°С) «матричные» пленки ПЭЭК используют для изготовления препрегов с волокнами AS4, IM7X (Ϭ⁺ 5,6 ГПа, Е⁺ 308 ГПа, ε⁺ 1,6%) послойной выкладкой пленок и наполнителей с последующей их пропиткой расплавом из пленки при 380 – 400⁰С под давлением.

Пленки йз ПЭЭК толщиной 150мкм получают экструдированием расплавов (для самостоятельного использования пленок их подвергают ориентации при 170°С и термообработке ( отжиг ) при 300°С в течении часа). Пленки используют и в технологии пленочного пакетирования при изготовлении изделий, минуя стадию препрега.

Волоконная технология

Волокна из полимеров, упругопрочностные свойства которых позволяют использовать их для создания композиций на основе армирующих высокопрочных и высокомодульных волокон, позволили разработать ТВПКМ, в которых полимерные волокна (после расплавления) выполняют роль связующего на стадии приготовления композиции, матрицы - на стадии эксплуатации (волоконная технология ТВПКМ).

Совмещение армирующих и матричных волокон проводят на специализированных химических и ткацких производствах.

Таблица 120. Свойства волокон из жесткоцепных термопластов.

Свойства	Волокнообразующие полимеры
	Полифенилен-сульфид Fortron 0320С0	Vеctran (из ЖКП Vеctra А950)	ПЭЭК Victrex PEEK 381 G	Ароматические полиамиды Nomex, фенилон
Плотность, ρ, г/см3	1,35	1,4	1,3	1,38
Тпл., 0С	280-2901)	2802)	370-4203)	-
σ+, сН/текс/ГПа	40-50/0,5-0,7	-/2,9-3,7	-/0,9-1,5	44-53
Е+, ГПа	50-100	76-85	50-160
σ+ в петле, % от Ϭ+	40-60			65
ε+, %	24-27	3,7-3,9	15-85
Огнестойкость, КИ, %	40	37	35	27-28
Водопоглощение, % масс.(200С, 65%,Н2О)	0,02	0,03	0,3-0,5	4,5-5,0

Примечания: 1) Вязкость расплава 0,1-10 Па·с при 310⁰С;

2) Вязкость расплава 10-100 Па·с при 350-300⁰С 8000 – 500 Па·с при 340 – 380 ⁰С

3) Вязкость расплава 280 Па·с при 400⁰С;

В качестве матричных волокон в ТВПКМ используют волокна на основе линейных полимеров, удовлетворяющих ряду требований:

1) Высокие упругопрочностные свойства сформированных из матричных волокон матриц, согласованные с упругопрочностными свойствами армирующих волокон для обеспечения физико-химической и деформационной совместимости компонентов (см. главу 1);

2) Наличие в молекулах волокнообразующего полимера функциональных групп, определяющих взаимодействие на границе термопластичная матрица - наполнитель;

З) Обеспечение вязкости расплавов матричных волокон в диапазоне < 10² -10⁴ Па · с необходимой для пропитки армирующих волокнистых текстильных форм наполнителя, вплоть до межфиламентной;

4) Наличие достаточно широкого интервала между температурой формования изделий и температурной начала термодеструкции волокнообразующего полимера, сохранение вязкости расплава матричных волокон на требуемом уровне в течение

времени, необходимого для пропитки, достижения равновесного состава связующего в межфазном объеме и формования изделий из волокнистого полуфабриката;

5) Высокие значения деформационной теплостойкости волокнообразующих термопластичных полимеров;

6) Специальные свойства (химстойкость, огнестойкость, радиационная стойкость, минимальное водопоглощение и др.).

Этим требованиям наиболее удовлетворяют полиарилены (полиэфирэфиркетоны, полифениленсульфиды, термотропные жидкокристаллические ароматичские полиэфиры), полиамидимиды, полиэфиримиды.

Матричные волокна из ЖКП Vectran с Ϭ⁺ 2,9 ГПа, Е⁺ до 80 ГПа позволяют, используя расплавы с вязкостью 10-100 Па-с при 300-350°С, обеспечить качественную пропитку волокнистых наполнителей и сформировать после кристаллизации ЖКП термопластичную матрицу с Ϭ⁺ до 1,25 ГПа, Е⁺ 8-15 ГПа (показатели для объемных ЖК - термопластов Vectra А 950, В 950). Матричные волокна из ПЭЭК после расплавления и охлаждения расплава могут обеспечивать матрицам Ϭ⁺ до 150 ГПа, Е⁺ 3,8 ГПа, ε 23%, Gi_с 1500 Дж/м², волокна из ПЭИ соответственно 105; 3-3,3;60;2000. Столь же высоки свойства матриц, сформированных из расплавов волокон ПФС Fortron (для сравнения: Ϭ⁺ эпоксидных матриц при 20°С 75-150 МПа, Е⁺ 3,2 ГПа, ε 4,8%, при 180°С соответственно 60-80;2-2,3;3,3). Различными вариантами волоконной технологии с использованием матричных волокон из жесткоцепных полимеров получены ТВПКМ, эксплуатационные свойства которых по многим параметрам превосходят свойства термореактивных (эпоксидных) ВПКМ.

Разработано несколько вариантов волоконной технологии:

1. технология с использованием наполнителей LDF System (полуфабрикаты в виде пряжи из длинных дискретных волокон);

2. технология Heltra с использованием пряжи, лент, тканей объемной структуры Filmix из нитей, сформированных сочетанием длинных дискретных стеклянных, кварцевых, SiC, кевларовых, ПЭЭК, углеродных волокон (армирующие) и матричных волокон из ЖКП, ПФС, ПЭИ;

3. технология с использованием однонаправленных гибридных лент из углеродных и ПЭЭК - волокон (препреги SUPrem).

Использование препрегов из армирующих и плавких матричных волокон обеспечивают наибольшее сокращение пути течения расплава матрицы (до 80%) с вязкостью не более 10³ Па·с (оптимально 300 – 350 Па·с) при пропитки волокнистой структуры с 30 – 70% упрочняющих волокон.

Технология изготовления текстильных форм из непрерывных нитей с различными значениями относительных удлинений достаточна сложна. Фирмой Courtaulds Advanced Materials разработан технологический процесс Heltra изготовления пряжи Filmix, состоящий из волокон ПЭЭК (из Victrex PEEK 150G) и углеродных волокон Нуsol Grafil XAS. Технология Heltra включает получение из непрерывных нитей волокон длиной 10 - 20см, каждое из которых вытягивают и совместно прядут. При этом обеспечивается относительное удлинение обоих типов, оптимальное для ткачества, вязания, плетения и последующего формирования (например, штамповкой) изделий.

Снижение Ϭ⁺ и Е⁺ углеродных волокон в пряже Heltra составляет 16% (с 4,24 до 2,95 ГПа) и 3% (с 229ГПа до 221 ГПа) соответственно.

Процесс Heltra используется для изготовления материалов на основе углеродных, стеклянных, полиарамидных Kevlar, кварцевых, SiC волокон и матричных волокон ПЭЭК, ПЭИ, полифениленсульфида, жидкокристаллических полимеров.

В качестве препрегов (filmix) с матричными волокнами из PEEK 150G используют пряжу Filmix, ленты и ткани (70-400г/м²) с однонаправленным и перекрестным расположением углеродных волокон.

Препреги SUPrem представляют из себя однонаправленные гибридные ленты из углеродных волокон (Celion G-30-500, ровница из 8000 филаментов диаметром 7мкм, 61% об.) и волокон из ПЭЭК.

Препреги, сформированные из армирующих и матричных волокон, перерабатывают в изделия прессованием, штамповкой, намоткой, пултрузией, формированием с использованием диафрагмы, термокомприссионным формованием эластичным пуассоном. Свойства ТВПКМ на основе ПФС и ПЭЭК, изготовляемых прессованием препрегов, сформированных методами пленочной и волоконной технологии, привидены в табл. 121- 127.

Таблица 121. Сравниельные свойства термопластичных полифениленсульфидных (1) ТВПКМ и металлом

Материалы	р, г/см3	Ϭ+, ГПа	Е+, ГПа	Ϭ+/ρ, ГПа/(г/см3)	Е+/ρ, ГПа/(г/см3)
ТВПКМ CFC2) (углепластик)	1,5-1,6	0,7-1,3	75 - 130	0,5 - 1	50-100
ТВПКМ GFC2) (стеклопластик)	2,1	0,75	25	0,35	12
Титан	4,5	0,9	110	0,21	24
Алюминий	2,8	0,35	75	0,17	27
Сталь	7,8	0,6-1,2	210	0,1-0,2	27

Примечания: 1) связующие – расплав из пленки Fortron 0214 C; 2) ТВПКМ CFC и GFC использованы в конструкции Airbus A 380.

Таблица 122. Термопластичные ТВПКМ на основе полифениленсульфида Fortron.

Свойства	Типы ТВПКМ				Ненаполненный Fortron
	Углеволокниты (волокна AS – 4) Однонапра- вленный Структур. [0,90,0]	Углетекстолит	Стекловолокнит	Кевлароволокнит
Содержание наполнителя, % об.	63 54	52	56	55,5	-
Ϭ+, МПа	1170 (CFC -1300) 550	525	750(GFC)	950	100
Ϭви, МПа	1390 700	650	-	570	180
Еви, ГПа	125 63	47,5	25	67

Таблица 123. Свойства однонаправленных прессованных³⁾ волокнитов на основе полифениленсульфидной матрицы.

Свойства	ТВПКМ на основе волокон
	AS-4	IM6	Kevlar 49
Vв, %об.	59,9/66,66	58,3	55,5
ρ, г/см3	1,58/1,61	1,55	1,38
Пористость, % об.	0,5/0,5	1,1	1,2
Ϭ+, МПа	1400/1690	2000	950
Е+, ГПа	120/132	133	67
ε+, %	1,2/1,2	1,3	1,4
Ϭви, МПа	1250/1100	1330	570
Еви,ГПа	107/124	134	55
τсд, МПа	73,5/38,51) 70/351)	42,6/21,71)	32,2/14,71)
Gic, Дж/м2	19802/20202)	2440	1850

Примечания: 1) метод короткой балки; 2) при 250⁰С сохраняет 75% исходного Gic;

3. прессование: 315⁰С; 0,07 МПа; 5 мин; охлаждение до 20⁰С под давлением.

Таблица 124. Свойства ТВПКМ на основе полиэфирэфиркетона PEEK Victrex 150 G.

Свойства	Ненаполненный PEEK Victrex 150 G	Типы ТВПКМ
		Углеволокниты однонаправленные, волокна: AS-4 Celion G – 30 - 500	Углетекстолиты; Ткани: H-Torayca- - 6341 Сатин из AS-4-3K	Органотекстолит, лента, сатин из Kevlar	Стекловолкнит, дисперсные стеклянные волокна (150 САЗО)
Содержание наполнителя, % об.	-	58 61	62,5 58	60	30
Ϭ+,МПа	150	1675 1840	600 710	580	170
Ϭви, МПа	174	1930 2200	530	до 450	230
Е+, ГПа	3,5	130 145	65	36,5
Еви,, ГПа	4,1	128 131	60	32	10
HDT/A, 0C	156	315 315	300 300		до 360

Таблица 125. Свойства однонаправленных прессованных термопластичных углеволокнитов.

Свойства	Связующие в углеволокнитах, % об. волокон Celion G-30-500
	ПЭЭК1,61	ПФС1,61	ПЭЭК1,56	ПФС2,56	Эпоксидное 5208 (для сравнения),62
Ϭ+, МПа	1840	1820	1520	1790	1590
Е+, ГПа	145	117	-	-	131
Ϭви,МПа	2170-2275	1770	1550	1500	1750
Еви,ГПа	131	131	124	130	120
Ϭ-, МПа	1080	630	-	-	1300
Е-, ГПа	131	131	-	-	-
τсд, МПа	89,6	62	69	80	75

Примечания: 1)препреги для материала SUPrem – гибридная однонаправленная лента из углеродных волокон Gelion G-30-500 и волокон ПЭЭК или из полифениленсульфида ПФС (прессование при 400⁰С и 20 МПа для получения образцов с ПЭЭК – связующим, при 345⁰С и 20 МПа с ПФС – связующим волоконных технологий с использованием гибридных лент при изготовлении образцов размеров 31,8_х31,8_х12,5 см.

2)пропитка углеродной ленты водной суспензией порошков ПЭЭК или ПФС

Таблица 126. Трещиностойкость однонаправленыых углвеволокнитов в зависимости от типа волокон и матриц.

Типы углеволокнитов *	CAI 6,7 , МПа	Ϭ- до ударной нагрузки, МПа
1. Полиэфирэфиркетон АРС-2 / AS-4	343	1120
APC-2/IM6	364	-
АРС-2/1М 7	385	-
АРС-2 / IM 8	329	-
2. Полиимид К -III / AS-4	280	1008 (IM 6)
3. Эпоксидная матрица 3501-6/1М 6	154	1785
4. Эластифицированные матрицы 977-2, 8551-7 (волокна IM 7)	266	1650

* CAI_6,7 для углеволокнитов на основе полифениленсульфида PPS/AS-4 – 665 МПА,полиэфирсульфона PAS-2/AS4-910 МПа, полиамидоимида Тоrlon / С - 6000 - 1400 МПа, полисульфона Udel Р-1700/AS4 - 1057 МПа (в знаменателе – тип углеродных волокон в углеволокнитах).

Таблица 127. Сравнительные характеристики трещиностойкости углепластиков на основе полиариленов.

Матрица в углепластике	Энергетический критерий трещиностойкости, Gic, кДж/м2	Остаточная прочность при сжатии после удара с энергией 9 Дж/м, CAI9, МПа
1. РЕЕК 150 Р (в АРС-2)	1,4	350
2. Полифениленсульфид (в однонаправленном углеволокните)	0,8	160
3. Эпоксидная	0,25-0,4*	150-160*
4. Полифениленсульфид (в углепластике)	1,0	180

* - для эпоксидного углепластика

Среди термопластичных полигетероариленов полиамидимиды имеют наибольшую среди имидопластов трещиностойкость ( G_Jc ПАИ Torlon 4000Т – 3,90 кДж/м², ПИ2080 - 0,92; PMR - 15 - 0,230; LARC TPI - 0,43 - 0,875), Ϭ^- и а_к ПАИ сравнимы с Ϭ^- и а_к металлов, имеют низкие значения α (КЛТР), экстремально низкую ползучесть, сохраняют свойства при температурах от -196⁰С до +200⁰С.

Формованные прессованием и штамповкой листовые препреги на основе высокомодульных углеродных волокон и ПАИ-пленок (типа Paifron) позволяют получать ТВПКМ, сохраняющие на 65% уровень конструкционных свойств после 200ч при 205°С на воздухе. Разработаны и препреги с матричными ПАИ-волокнами.

Большой ассортимент ТВПКМ разработан на основе полиэфиримидов: материалы Airex Danar 1000, Danati Electrafil, Thermocomp (серия EC с углеродными волокнами, фирма LNP ), Sulfil J-l106/CF/30 ( 30% дискретных углеродных волокон, для литья под давлением, фирма Wilson Fiberfil Intern , США), препреги с непрерывными волокнами CYPAC 7005, 7156- 1 (фирма American Cyanamid ), препреги с волокнами из ПЭИ Cetex для изготовления изделий методами волоконной технологии (фирма TEN Gate, Нидерланды). Высокая трещиностойкость ПЭИ позволяет эффективно использовать их в качестве матриц ТВПКМ и в качестве эластификаторов эпоксидных матриц.

ПЭИ-пленки (Ϭ⁺ 120 – 150 МПа, Е⁺ 3000 – 5500 МПа, ε⁺ 15-20%) и волокна (Ϭ⁺ 0,27 – 0,30 ГПа) используют для изготовления препрегов с непрерывными высокопрочными и высокомодульными волокнами, перерабатываемыми в изделия прессованием, автоклавным формованием, намоткой.

Полиэфиримиды - аморфные (Тс 215°С), теплостойкие (НДТ/А 200°С) термопласты с высоким уровнем упругопрочностных свойств (Ϭ⁺ 42 МПа, Е_ви 2100 МПа).

Пленочные препреги фирмы Melann Manufacturing Co. (ПЭИ-пленки толщиной 12,7-75,4 мм на основе ПЭИ с р 1,27г/см³, с молекулярной массой 42000г/моль ) использованы для изготовления плоских панелей толщиной 1,27см прессованием ( NASA LANGLEY RC) при 343°С, 2,1 МПа в течении 15 мин.

Конструкционные свойства однонаправленных термопластичных ТВПКМ на основе ПЭИ- связующего при 20°С аналогичны свойствам эпоксидных ВПКМ, но сохраняются без изменений при 150°С (Ϭ^- при 180°С составляет 66% от Ϭ^- при 20°С ).

Наряду с пленочными препрегами для изготовления ПЭИ ТВПКМ используют волоконные препреги: пряжа из волокон ПЭИ, стеклянных, арамидных фирмы AKZO для изделий авиакосмического назначения, препреги Catex из волокон ПЭИ, стеклянных , кварцевых, углеродных, арамидных фирмы Ten Gate (трубопроводы системы кондиционирования, антенные обтекатели).

Термопластичные полиимиды и ТВПКМ на их основе перерабатываются в изделия в жестких условиях из-за высоких температур перехода в вязко-текучее состояние и высоких вязкостей расплавов. Для придания термопластичности их цепи включают ароматические и имидные циклы в мета-положении, а в качестве «шарниров» используют группы =С=0, -СН₂- ( PI 2080, LARC-TPI, CPI ),метилиндановые циклы ( Matrimid 5218), фторсодержащие C(CF₃)₂-rpynnbi (Avimid К ). Для получения ТПМК используют растворы и расплавы из пленок и волокон термопластичных полиимидов.

Пленки термопластичных полиимидов Durimid 100 и 120 (Ϭ⁺1380МПа, Е⁺3450 МПа, ε⁺5%), LARC-TPI (Ϭ+1360МПа, Е+3450МПа, ε+4,8%), LARC-CPI (Ϭ+3210МПа, Е+9520МПа, ε+4%, сохраняет свойства после 100 часов в 30%-ном растворе NaOH, пленка Kapton- несколько часов)_. PI 2080 используют в пленочной технологии изготовления ТВПКМ, волокна- в волоконной технологии.

ПОЛИИМИД LARC-TPI имеет наиболее высокий среди полиариленов и полигетероариленов уровень конструкционных свойств (таблица 128).

Таблица 128. Сравнительные упругопрочностные свойства ненаполненных полигетероариленов и полиариленов.

	ТИП ПОЛИГЕТЕРОАРИЛЕНА(1,4) и ПОЛИАРИЛЕНА(2,3).
Свойства	1. Полиимид LARC- TPI 1500	2. Полиэфирсульфон PES200P	З.Полиэфир- эфиркетон РЕЕК	4.Полиимид Vespel SP-l (спекание)
Ϭ+, МПа	132	84	91	85
Е+, ГПа	4,3	2,4	3,6	-
ε+, %	4,0	40,0	150,0	7,5
Ϭви, МПа	199,0	130	151	132
Еви,ГПа	4,8	2,6	3,8	3,1

Полиимидные углепластики LARC-TPI/C6000 получают прессованием препрегов: нагрев до 200°С, подача давления 4МПа, нагрев до 335°С со скоростью 5 °С/мин., выдержка при 335°С и 4МПа в течении 30 мин., охлаждение под давлением.

Аморфно-кристаллический полиимид LARC-CPI (Т_с222°С, Т_ПЛ350°С, Т₁₀488°С, воздух, 525°С, азот) с высокой концентрацией связей Сар-О-Сар и Сар-СО-Сар- в цепи (при синтезе используют диаминофеноксибензоил) используют для изготовления клеев авиационного назначения (пленочные, со стеклотканью 112Е), формованных изделий из порошков (частицы 170мкм), пленок. ТВПКМ получают, используя соответствующую ПАК (табл. 129). Пленки из LARC-CPI получают, используя 15%-ный раствор в ДМААе с последующей имидизацией при 100, 200, 300⁰С в течение часа на воздухе. Энергетический параметр трещиностойкости G_ic 380 – 5180 Дж/м² (в зависимости от молекулярной массы LARC, K_ic 1120 – 4000 МПа·м^0,5.

Таблица 129. Свойства однонаправленных прессованных углепластиков LARC-CPI/AS-4 12 K,67% об.

Условия нагрева и испытаний	Свойства
	Ϭви.МПа	Еви ГПа	тсд, МПа
24°С	1800	106	78
24°С, после 100ч. при 315°С (испытание при 180°С)	1785	160	75
180°С	1545	110	57
180°С, после 100ч. при 315°С (испытание при 200°С)	1560	110	_
200°С	1340	99	47,6
200°С, после 100ч. при 315°С	1480	101	47
230°С	1210	96,0	37
230°С, после 100/500час. при 315°С	1365/1035*	97,2/64	38,6/40,0

* - потеря массы 2,86%.

Одним из направлений совершенствования технологии изготовления изделий из ТПКМ является разработка и использование препрегов на основе биволокон (лент и тканей из них), внешняя оболочка которых выполняет роль связующего (матрицы), расплав которой обеспечивает монолотизацию материала, а упрочняющая сердцевина – требуемый уровень упругопрочностных свойств.

Термопластичные органо- и стеклопластики эффективно заменяют полимерные слои в многослойных метало-полимерных материалах типа Алор, Сиал (за рубежом Arall, Grall), благодаря большей деформативности при изготовлении изделий из них штамповкой.