Эпоксидные полимеры и композиции - Чернин И.3.
Скачать (прямая ссылка):
92. Смехов Ф. М. и др. — Лакокрас. материалы и их примен., 1973, № 6, с. 31—33.
93. Хиппель А. Р. Диэлектрики и их применение. Пер. с англ. М., Госэнерго-издат, 1959. 336 с.
94. Ватанабэ Э., Каною К. — Денси гидзюцу сого кенкюсё ихо, Bull. Electro-techn. Labor., 1974, vol. 38, N 10, p. 541—550.
глава 8
ЭПОКСИДНЫЕ АРМИРОВАННЫЕ ПЛАСТИКИ
Армированные пластики, представляющие собой сочетание непрерывной полимерной матрицы (со сравнительно малыми значениями модуля упругости и прочности) с прочными высокомолекулярными волокнами, появились сравнительно недавно, но уже сейчас играют значительную роль во многих отраслях техники. Наиболее прочные стекло-, боро- и углепластики получаются на эпоксидных связующих [1, 5, 6], что обусловлено особыми свойствами эпоксидных полимеров, которые делают их наиболее пригодными в качестве матрицы для композиционных материалов.
Волокнистые композиты отличаются от однородных полимеров и наполненных порошками пластиков тем, что они состоят из двух или более непрерывных по крайней мере в одном направлении фаз — сравнительно малопрочной непрерывной матрицы, заполняющей пространство между армирующими волокнами, и высокопрочных и высокомодульных волокон, которые могут быть ориентированными или хаотично расположенными. Роль матрицы сводится к передаче нагрузки между волокнами, которые воспринимают основную долю общей нагрузки. Возможность выбирать различные волокна, их ориентацию и различные типы связующих позволяет создавать разнообразные материалы и в широких пределах изменять их характеристики. По прочностным и другим свойствам многие армированные пластики превосходят любой из входящих в их состав компонентов или резко отличаются от них. Основным преимуществом композитов, сделавших их одним из наиболее перспективных новых материалов, является возможность достижения высокой прочности на единицу массы.
Как известно, удельная прочность и удельная жесткость многих эпоксидных композитов в несколько раз превосходят соответствующие показатели лучших сортов стали и титана, что позволяет эффективно использовать их в тех областях техники, в которых важное значение имеет масса конструкции, — в авиационной, ракетной и космической технике, на транспорте. В качестве связующих для высокомодульных и высокопрочных пластиков применяются практически только эпоксидные полимеры. Поэтому армированные эпоксидные пластики являются сейчас одними из наиболее изученных полимерных материалов.
Механические и диэлектрические характеристики армированных эпоксидных пластиков достаточно хорошо изучены и подробно описаны [1, 5, 6, 22—24], поэтому мы не будем рассматривать эти вопросы, ограничившись рассмотрением физико-химических процессов, происходящих на границе раздела
207
эпоксидный полимер — армирующий наполнитель в подобных-системах, а также на структуре армированных пластиков.
Армированные пластики являются гетерогенными структурно-неоднородными системами со стохастической, но в большинстве^ случаев достаточно близкой к регулярной структурой [7|. Свойства подобных систем тесно связаны с их структурой [5— 9], т. е. с пространственным расположением наполнителя и связующего, строением границы раздела между ними, а также количеством и характером структурных дефектов. Нерегулярность структуры армированных пластиков сильно затрудняет ее количественное описание, исследование взаимодействия структурные элементов и выяснение количественной связи между структурой и различными физическими характеристиками материала.
В литературе наибольшее внимание уделяется изучению адгезии между матрицей и наполнителем и взаимодействия на межфазной границе. Физико-химические процессы, протекающие при формировании структуры материала и ее изменении при эксплуатации изучены в значительно меньшей степени, хотя их влияние на свойства пластиков очень велико. В частности, со структурными изменениями связано влияние на свойства пластиков технологии их изготовления и изменение их характеристик при различных видах старения. Поэтому в данной главе мы сосредоточим внимание именно на структуре армированных материалов и ее влиянии на их свойства, а также приведем основные характеристики эпоксидных полимеров, применяемых для изготовления армированных пластиков.
Эпоксидные связующие и армирующие наполнители
По сравнению с другими полимерами, применяемыми для изготовления армированных пластиков, эпоксидные смолы обладают рядом преимуществ, которые делают их незаменимыми в качестве связующих для высокопрочных композитов:
низкая линейная усадка (менее 2%) и отсутствие низко.мо-лекулярных продуктов отверждения;
высокая адгезия, превосходящая адгезию большинства других смол, связанная со сравнительно высокой полярностью и способностью эпоксидных групп к химическому взаимодействию с поверхностью многих материалов;
возможность получения этих смол в различном физическом у состоянии —от твердых до низковязких, что позволяет исполь-/' зовать самые различные технологические приемы;
высокие механические показатели, превышающие показатели других сетчатых полимеров;
