Материал: Основы создания полимерных композитов

ционных материалов, изготовленных на основе стеклоткани сатино­ вого переплетения марки УТС-76 и стеклоткани полотняного пере­ плетения марки ЭЗ-200-76, имеющих практически одну и ту же тол­ щину и поверхностную плотность.

tg<?

Рис. 39. Температурная зависимость тангенса угла механических потерьдля композитов, полученных методом РНК на основе стеклотканисатинового переплетения УТС-76 (7) и стеклоткани полотняного переплетения ЭЗ-200-76 (2)

Что касается дешевых и широкодоступных армирующих мате­ риалов: ровинговой стеклоткани ТР-0,7 толщиной 700 мкм и нетка­ ного нитепрошивного материала НПУ-0,5-76 толщиной 500 мкм, то низкие показатели хсдв и сги соответствующих стеклопластиков, а так­ же их внешний вид позволяют сделать вывод о нецелесообразности их использования при изготовлении композиционных материалов методом РНК. Эти результаты свидетельствуют о том, что с ростом толщины армирующих материалов осложняются условия для взаимоперемешивания компонентов связующего как за счет увеличения диффузионного пути, так и за счет роста микрообъемов смешения. При этом понижается полнота взаимодействия функциональных групп связующего, что уменьшает густоту сшивки и способствует росту неоднородности структуры композиционных материалов РНК.

Итак, в результате проведенной работы установлено, что при из­ готовлении композитов одним из наиболее перспективных способов - пропиткой армирующих материалов методом РНК - в качестве ар­ мирующих материалов целесообразно использовать стеклоткани са­ тинового переплетения, широко выпускаемые промышленностью, такие, как стеклоткани марок Т-11, Т-10, Т-41 и УТС-0,22. На основе указанных стеклотканей разработаны динамически прочные компо­ зиты марок ПСРНК-1 и ПСРНК-2 (ТУ 6-11-15-270-84).

436

5.5.Влияние поверхностной обработки стекловолокна на свойства ди­ намически прочных композитов l u l l вида

Роль процессов, происходящих на границе раздела фаз в стекло­ пластиках, имеющих чрезвычайно развитую поверхность контакта составляющих компонентов, весьма значительна, причем существуют различные подходы к их объяснению [31 - 35]. В настоящем разделе представлены впервые полученные результаты сопоставительных ис­ следований по влиянию типа поверхностной обработки стеклово­ локна на свойства композитов, изготовленных методами РНК и тра­ диционными, в широком диапазоне времени нагружения.

Как указывалось в гл. 1, высокая адгезия связующего к стеклово­ локнистому наполнителю - одно из обязательных условий получения качественных динамически прочных композитов. Существующие к началу настоящих исследований промышленные составы для поверх­ ностной обработки стекловолокна под эпоксидные связующие (пря­ мой замасливатель № 78 и текстильный -парафиновая эмульсия (ПЭ)) ограничивали производство динамически прочных композитов в си­ лу высокой токсичности первого и малой эффективности второго.

Специально для производства динамически прочных компози­ тов были разработаны малотоксичные составы прямых замасливателей, достигающих по эффективности замасливатель № 78. Крите­ риями оценки разрабатываемых замасливателей являлись три фак­ тора: экологическая безопасность, технологичность и эффективность.

Первый фактор обеспечивался подбором рецептуры замасли­ вающих композиций.

Одним из основных показателей технологичности замасливате­ лей является прохождение нити и ровингов через нитепроводящую гарнитуру без пушения и обрывов, для чего технологи производят предварительную оценку замасливателей по коэффициентам трения и истиранию нити в петле на специальном приборе.

Что касается эффективности разрабатываемых замасливающих композиций, то, учитывая высокую материало- и трудоемкость на­ турных испытаний динамически прочных композитов, а также слож­ ность их аппаратурного оформления, предварительную оценку про­ изводили по показателю пропитываемости экспериментальных об­ разцов стекловолокнистых армирующих материалов и по величине разрушающего напряжения при межслойном сдвиге (rcde) кольцевых образцов, изготовленных намоткой стекловолокна в виде ровинга. Эта характеристика композита (тс6в сегментов) наиболее чувстви­ тельна к адгезионной связи полимерной матрицы и поверхностью стекловолокна.

Намотка кольцевых образцов стеклопластиков с внутренним диаметром 146 мм и толщиной 5 ± 0,3 мм производилась на кольце­ вой лабораторной машине. Испытания сегментов, вырезанных из кольцевых образцов, на сдвиговую прочность осуществлялась по ме­

437

тодике НПО "Стеклопластик". На основании наиболее технологич­ ных составов замасливателей были наработаны экспериментальные образцы нитей, ровингов и соответствующих стекловолокнистых ар­ мирующих материалов и изготовлены кольцевые образцы вышеука­ занных размеров.

Данные по прочности кольцевых образцов, а также по пропитываемости экспериментальных образцов стекловолокнистых арми­ рующих материалов представлены в табл. 19, 20 и на рис 39. В табл. 19 даны также рецептуры замасливающих композиций, разра­ ботанных для обработки стекловолокна специально для динамически прочных композитов, а также, для сравнения, - составы и рецептуры замасливателей № 78 и ПЭ. Кроме того, в табл. 19 и 20 приведены данные по классу токсичности замасливающих композиций (данные санитарно-гигиенических исследований БЕЛНИСГИ) и результаты физико-механических и динамических испытаний стеклопластиковых композитов, изготовленных методами РНК и традиционным на ос­ нове стекловолокнистого армирующего материала с использованием соответствующих составов для поверхностной обработки стеклово­ локна. В качестве связующего для стеклопластиков обоих видов при­ меняли эпоксидиановую смолу ЭД-16 с отвердителем - ароматиче­ ским полиамином марки Т.

Анализ данных табл. 19, 20 и рис. 39 свидетельствует о том, что разработанные составы прямых замасливателей № 1 и № 14, достигая по эффективности замасливатель № 78 (прочность кольцевых образ­ цов, физико-механические и динамические показатели композитов на их основе не уступают таковым на замасливателе № 78), имеют суще­ ственный выигрыш в экологическом отношении (класс токсичности 4, вместо класса 2 у замасливателя № 78).

Как видно из табл. 19, во все составы прямых замасливателей для динамически прочных композитов включены аминосодержащие силановые аппреты с третичным азотом, что и позволяет им образо­ вывать стабильные водные растворы и выполнять роль своеобраз­ ного "мостика" между стекловолокном и связующим:

Введение в состав замасливателей дополнительных групп

—NH2, — сн/ —\сн—

идругих групп (с компонентами: полиамином Т, эмульсолом Т, ТЭГ-1) способствует, видимо, устранению или сужению слабого по­ верхностного слоя связующего с нарушенной стехиометрией, о чем свидетельствуют свойства соответствующих стеклопластиков.

438

Таблица 19

Составы замасливающих композиций и композиционных материалов на их основе

т

Компоненты ТЭГ-1 и волан резко увеличивают токсичность замасливателя № 78. Заключением БЕЛНИСГИ от 07.09.89 он запре­ щен к употреблению в производстве стекловолокна в то время, как полиамин Т, эмульсол Т и рицинокс, являясь малотоксичными ком­ понентами, способствуют экологической безопасности замасливателей № 1 и 14.

Кроме того, данные табл. 20 показывают, что влияние состояния поверхности раздела на свойства традиционных композитов менее существенно по сравнению с таковыми композитов РНК. Так, с пере­ ходом от ПЭ к прямым замасливателям физико-механические и ди­ намические показатели традиционных композитов увеличиваются на 15%, в то время как у композитов РНК - более чем вдвое.

Как будет показано ниже, к аналогичному выводу приводят и проведенные исследования по определению относительного "вклада" адгезионных и когезионных сил в обеспечение работоспособности композитов обоих видов в статических (область долговечностей от 1 до 103 с) и динамических (область долговечностей от 10-7 до 105 с) ре-

440