Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Тенденции


Тенденции/Полимерные композиты на основе химических волокон: получение и состав

Полимерные композиты на основе химических волокон: получение и состав

27 октября 2006
Технический текстиль №13, 2006

Перепелкин Кирилл Евгеньевич

Основные методы и стадии получения композитов и изделий


Для получения композитов и/или формования изделий из наполненных и армированных термопластов и реактопластов применяются различные исходные составы: порошкообразные и волокнистые наполнители; матрицы (связующие) в виде расплавов или жидких композиций (растворов и эмульсий, компаундов, содержащих исходные мономеры или олигомеры), премиксов (на основе эпоксидных, полиэфирных или других связующих), паст, порошков, гранул и таблеток, рыхловолокнистых смесей, препрегов (на основе нитей, жгутов, лент, тканей, нетканых матов и холстов, бумаг, пропитанных связующим) и др.

Стадии получения волокнистых композитов и изделий из них в зависимости от вида матрицы (связующего), представлены в табл. 5.

Основные параметры процессов получения композитов - это давление, температура и время. Давление обеспечивает уплотнение материала и создание изделий заданной формы. Температурно-временные режимы получения деталей и изделий определяются протеканием в материале физических (кристаллизация, релаксация) и химических (отверждение и сшивка) процессов. Кроме того, продолжительность технологического процесса зависит от скорости прогрева или охлаждения перерабатываемого материала, что определяет выравнивание температуры по его толщине.

Промежуточной стадией получения армированных волокнистых полуфабрикатов в технологическом процессе получения композиционных материалов или изделий является пропитка волокнистых наполнителей. Для этого используют расплавы термопластов и растворы, жидкие олигомеры или дисперсии исходных компонентов для реактопластов. Пропитку ведут на машинах периодического или непрерывного действия, затем следует сушка (при пропитке растворами или дисперсиями) и охлаждение пропитанного наполнителя.

В процессах переработки термопласты, в том числе наполненные, переводятся в высокоэластическое или вязкотекучее состояние и при снижении температуры затвердевают. В расплавленном или текучем состоянии материал деформируется, приобретая форму детали или изделия. При охлаждении термопластов происходят процессы кристаллизации и релаксации (снятия внутренних напряжений), что необходимо для придания изделию стабильности размеров и формы.

При переработке реактопластов на первой стадии материал также плавится или размягчается, деформируется и приобретает необходимую форму. На второй стадии протекают реакции образования химических сшивок и сетчатой структуры полимера. Часто при отверждении реактопластов с выделением тепла происходит разогрев материала, вызывая его деструкцию. Поэтому в цикле формования может появиться необходимость отвода выделяющегося тепла.

После процесса формования изделий происходит их усадка как вследствие уменьшения объема при охлаждении и кристаллизации, так и особенно при отверждении реактопластов. Неполнота этих процессов может приводить к последующим усадочным явлениям и короблению готовых изделий.

При использовании исходных материалов, содержащих растворители, а также при отверждении реактопластов для сохранения монолитности композита низкомолекулярные продукты реакции должны быть удалены. Получению монолитного материала способствует также применение давления, поскольку остаточная часть низкомолекулярных компонентов, выделившаяся в виде газовой фазы (пузырей), под давлением может быть растворена со временем и уже не препятствует нормальному процессу формования изделий.

Армированные волокнистые полуфабрикаты (АВП) являются промежуточными материалами, содержащими заданное количество волокнистого наполнителя и полимерной матрицы. АВП являются удобной выпускной формой полуфабрикатов. На их основе различными методами переработки получают композиционные материалы и изделия самой различной формы. Основные виды АВП зависят от вида используемого АВН: премиксы и волокниты, препреги, АВП с термопластичными матрицами (полиэтиленом, полипропиленом, полиамидами и пр.) и заранее добавленными красителями или другими компонентами могут храниться до их переработки в композиты практически неограниченное время.

АВП с термореактивными матрицами изготовляют на основе олигомеров термореактивных смол, не полностью отвержденных и потому текучих при нагревании (фенолформальдегидных, полиэфирных, эпоксидных и др.) с добавлением порошкообразных наполнителей, красителей, смазывающих веществ (для исключения прилипания к пресс-формам). Срок хранения таких АВП определяется техническими условиями, поскольку даже при комнатной температуре происходит медленное отверждение связующего. Часто рекомендуется их хранение при пониженной температуре.

Готовыми к применению АВП являются пресс-волокниты, изготовляемые на основе коротко резаных волокон как дисперсных наполнителей с применением термореактивных связующих. Их выпускная форма - таблетки или частицы неправильной формы. Такие АВП перерабатываются в изделия обычно методом горячего прессования.

Методы получения изделий из волокнистых полимерных композитов



Для формования изделий из наполненных полимеров и термопластичных АВП применяются следующие методы: литье под давлением; литьевое прессование; прямое прессование высоковязких термопластов; прокатка; экструзия; каландрование; вакуум- и пневмоформование; метод окунания и напыления; метод ротационного формования; метод штамповки из листов и др.

Особенностью изготовления изделий из армированных полимерных материалов на основе реактопластов является во многих случаях образование материала в процессе изготовления изделия. Применяются следующие основные методы: прессование; послойная выкладка на макете; пултрузия; прокатка; напыление; формование в стягиваемой форме и термокомпрессионное формование; намотка и обмотка тел вращения; пропитка армирующего наполнителя в разъемной форме; вакуумный и вакуумно-автоклавный методы; пресс-камерный метод и др.

Для соединения деталей из волокнистых полимерных материалов применяются процессы сварки, склеивания, механической сборки.

Для заключительной обработки изделий из волокнистых полимерных материалов применяются: термическая стабилизация (релаксация), радиационная и лазерная обработка, механическая обработка и другие методы.

Полимерные композиты различного волокнистого состава


Под органопластиками (органокомпозитами) подразумевают полимерные материалы, армированные наполнителями на основе химических волокон, с использованием термопластичных и термореактивных связующих (матриц). В их число обычно не включают композиты на основе АВН из природных, углеродных и неорганических волокон, выделяя их в отдельные группы.

Состав органопластиков может быть весьма различным в зависимости от назначения и комплекса желаемых свойств. В качестве армирующих чаще всего применяются следующие АВН: полиэфирные (для органопластиков электротехнического назначения); термостойкие, например из метаарамидных волокон (для органопластиков, эксплуатируемых при высоких температурах, в том числе электротехнического и антифрикционного назначения); параарамидные (для высокопрочных и высокомодульных органопластиков).

В качестве связующих используются фенолформальдегидные, полиэфирные, а также эпоксидные, эпоксифенольные, полиимидные и другие реактопласты (последние - для высокопрочных органопластиков). Содержание связующего в зависимости от схемы армирования составляет 30...50%.

В качестве термопластичных матриц используются полиолефины (полиэтилен высокой плотности, полипропилен), фторопласты, поливинилхлорид, полиуретаны и др. Содержание наполнителя составляет от 5 до 70% (об.), реже - более высокое. Введение в термопласты АВН повышает их механические свойства и эксплуатационные характеристики (табл. 6).

Получение органопластиков не имеет заметных отличий от получения других видов армированных композитов, разница состоит лишь в выборе компонентов и технологических режимов.

Свойства органопластиков существенно зависят от вида АВН и матрицы, соотношения компонентов, схемы армирования (расположения волокон), особенностей взаимодействия компонентов матрицы с волокнами, технологии изготовления. Для этих материалов характерны низкая плотность, высокие механические показатели, особенно удельные, сравнительно низкая теплопроводность, хорошие диэлектрические свойства, устойчивость к действию активных сред.

Для органопластиков характерна умеренная теплопроводность в направлениях, перпендикулярных расположению армирующего наполнителя (0,012...0,02 Вт/(см·К). Они также имеют высокие диэлектрические показатели, особенно в случае армирования полиэфирными волокнами: невысокую диэлектрическую проницаемость (3,7...4,2), низкий тангенс угла диэлектрических потерь (0,01...0,25) в широком диапазоне частот, высокое объемное электрическое сопротивление (1013...1015 Ом·см) и электрическую прочность (20...30 кВ/мм).

Термостойкость органопластиков определяется соответствующими показателями компонентов. В то же время они довольно устойчивы к действию активных сред - многих растворителей, нефтепродуктов, воды.

Применение органопластиков достаточно широкое. Они являются важными конструкционными электро- и радиотехническими материалами, используются в изделиях машиностроения, в том числе транспортного и химического, в летательных аппаратах, в качестве радиопрозрачных материалов, для изготовления спортивного снаряжения, в медицинской технике.

Арамидопластики могут быть выделены в особый вид органопластиков с наиболее высокими механическими и термическими характеристиками.

Достижение наиболее высоких механических характеристик требует использования высокомодульных армирующих наполнителей: нитей, жгутов, лент, тканей, материалов на основе резаных волокон, а также высокопрочных термореактивных связующих с высокой адгезией к арамидным волокнам. Применение резаных арамидных волокон и нетканых материалов менее эффективно, так как в этих случаях высокие механические свойства арамидных волокон не реализуются полностью, однако оно все же позволяет рационально использовать отсортированные партии арамидных волокон или АВН с более низкими показателями свойств.

В качестве матриц часто используются эпоксидные, эпоксифенольные, полиимидные и другие модифицированные связующие на основе эпоксидов и полиимидов. Реже - термостойкие термопласты. Применение обычных типов термореактивных и термопластичных матриц, как правило, не позволяет использовать высокие механические и термические свойства арамидных волокон и потому малоэффективно.

Получение органопластиков не имеет заметных отличий от получения других видов армированных композитов, разница состоит лишь в выборе компонентов и технологических режимов

Свойства арамидопластиков наиболее высокие среди различных видов органокомпозитов. Их механические характеристики сведены в табл. 7табл. 8. По удельному модулю упругости арамидопластики превосходят стеклопластики почти в 2 раза, а по прочности - в 1,3...1,8 раза. Они имеют высокие усталостные характеристики, устойчивы к вибрации и обладают высоким коэффициентом поглощения звука и вибрации.

Благодаря высокой анизотропии свойств арамидных волокон арамидопластики целесообразно эксплуатировать в условиях действия растягивающих нагрузок в направлении армирования. В то же время их прочность при растяжении в других направлениях, при сжатии и сдвиге сравнительно невысока. Для ее повышения находят применение гибридные армирующие наполнители с включением в их состав углеродных, стеклянных и других неорганических волокон и нитей, расположение которых определяется необходимыми механическими характеристиками изделий. Как материалы с весьма высокими механическими показателями однонаправленные органопластики рассматриваются отдельно.

Теплофизические свойства арамидопластиков непосредственно зависят от расположения армирующего наполнителя. Их теплопроводность в направлении, перпендикулярном к волокнам, невысока. Коэффициент термического расширения в направлении армирования может быть даже отрицательным (варьируется в диапазоне 2·10-5 ... -4·10-6 1/°С).

Диэлектрические характеристики арамидопластиков находятся на уровне показателей других органопластиков.

Термостойкость арамидо­пластиков достаточно высокая, применение термостойких связующих позволяет длительно эксплуатировать их при температуре до 200...250 °С. Это трудногорючие материалы. При использовании фенольных и полиимидных связующих в процессе высокотемпературного пиролиза они способны к коксованию с высоким выходом кокса. Арамидопластики устойчивы к действию активных сред, многих органических растворителей, нефтепродуктов, воды.

Применение арамидопластиков определяется их высокими механическими и термическими свойствами. Они эффективны в тех областях, где требуются высокие удельные механические характеристики - в летательных аппаратах, транспортных средствах, защитном (бронежилеты, каски), спасательном и спортивном снаряжении, медицинской технике.

Стеклопластики - это композиционные материалы на основе стекловолокон и полимерных связующих. Для армирования используются различные виды стекловолокон, нитей и волокнистых материалов.

Стекловолокнистые наполнители и связующие для стеклопластиков подбираются с учетом эксплуатационных условий:

- для стеклопластиков конструкционного назначения применяются стекловолокнистые наполнители из бесщелочного алюмоборосиликатного стекла

- для материалов и изделий, работающих в условиях высоких механических нагрузок, применяют АВН из высокопрочных и высокомодульных стеклонитей на основе магнезиально-алюмосиликатного стекла, имеющие прочность на 25...50%, а модуль упругости на 25...30% выше, чем обычные стеклонити

- устойчивые в кислых средах стеклопластики (химическое оборудование, аккумуляторные баки и др.) изготовляют из хемостойкого боросиликатного стекла, для этой цели используют также базальтовые АВН

- крупногабаритные изделия, не несущие очень высокие механические нагрузки (корпуса судов, строительные панели и др.), изготовляют из тканей на основе дешевого щелочного алюмоборосиликатного стекла

- термостойкие изделия, работающие при температуре 300°С и выше, изготовляют из кремнеземных и кварцевых нитей;

- для композитов электротехнического назначения используют АВН из боросиликатного стекла, имеющие диэлектрическую проницаемость на 30...40% ниже, чем у других видов стекол.

В качестве полимерных матриц применяются преимущественно термореактивные смолы (фенольные, эпоксидные, полиимидные), а также термостойкие термопласты - ароматические полиамиды, полисульфоны, поликарбонаты. Низкоплавкие термопласты типа полиолефинов применяются относительно редко, так как они имеют низкую адгезию к стекловолокнам и не позволяют реализовать свойства стекловолокнистых наполнителей. Однако используется стеклонаполненный полиамид. Для стеклопластиков электрорадиотехнического назначения используются связующие с высокими диэлектрическими характеристиками: кремнийорганические, эпоксидные и др.

Для удобства применения в ограниченных количествах изготовляются АВП на основе стекловолокнистых наполнителей и полимерных смол, т.е. содержащие заданное количество армирующего наполнителя и полимерной матрицы материалы, подготовленные для изготовления деталей и изделий - на основе термореактивных связующих и реже - термопластов (препреги, пресс-волокниты, премиксы).

Получают стеклопластики с применением методов прессования, выкладки с последующим прессованием, пултрузии и др. Высокопрочные и высокомодульные углепластики изготовляют из стеклонитей, жгутиков (ровинга), жгутов и лент с высокими механическими характеристиками. В качестве связующих применяют чаще всего термореактивные смолы - фенольные, полиэфирные, эпоксидные, полиимидные, которые обеспечивают высокую адгезию и высокую степень реализации механических свойств стекловолокон. Наполненные термопласты перерабатывают методами прессования, литьевого прессования, литья и др.

Полученные материалы и изделия при необходимости подвергают механической обработке. Однако из-за абразивных свойств стекловолокон предпочтительно применение твердосплавного или алмазного инструмента.

Основные характеристики стеклопластиков (пресс-волокнитов, текстолитов, материалов на основе однонаправленных армирующих волокон) достаточно известны и приведены в справочной литературе. Некоторые показатели сведены в табл. 9.

Механические свойства стеклопластиков в направлении армирования в значительной мере определяются свойствами армирующих волокон и их расположением, в меньшей степени они зависят от связующего. Температурные характеристики стеклопластиков обусловлены в основном свойствами связующих.

Стеклотекстолит превосходит обычные текстолиты и органотекстолиты по механическим характеристикам, теплостойкости, электроизоляционным свойствам, действию влаги и активных сред, другим зксплуатационным воздействиям.

Стеклонаполненные пресс-материалы и текстолиты служат для изготовления различных деталей, в качестве конструкционных, электрорадиотехнических, хемостойких и др. Широкое применение стеклопластики находят в судостроении, транспортных стредствах, при изготовлении крупных емкостей и для других целей.

Базальтопластики во многом близки к стеклопластикам. Однако более высокая стойкость базальтовых волокон к кислотам и щелочам по сравнению со стекловолокнами позволяет получать более хемостойкие материалы.

В качестве наполнителей используются рубленые базальтовые волокна, нити, жгуты, ткани, нетканые материалы, в редких случаях - бумаги. В качестве связующих используются те же виды, что и в производстве асбо- и стеклопластиков.

Технология переработки базальтопластиков и стеклопластиков в композиты и изделия также во многом похожа. Основной метод переработки - прессование под давлением до 30...50 МПа

Свойства базальтопластиков определяются как характеристиками применяемого волокна, так и свойствами связующего. Они являются высококачественными конструкционными материалами с высокими механическими свойствами, термо- и огнестойкостью и особенно хемостойкостью. Поскольку базальтовые волокна более стойки к действию влаги, чем стекловолокнистые материалы, и мало изменяют свои диэлектрические характеристики при увлажнении, они используются также как высокотемпературные конструкционные диэлектрики.

Базальтопластики применяются в основном как хемостойкие материалы и изделия, для футеровки оборудования, а также для изготовления изделий электротехнического назначения.

Углепластики - это композиционные материалы на основе углеродных волокон и полимерных связующих, где для армирования используются различные виды углеродных волокон и волокнистых материалов.

Состав углепластиков определяется требованиями к изготовляемым из них изделиям. К углепластикам на основе карбонизованных или графитированных волокон относятся: пресс-материалы на основе углеродных (обычно карбонизованных) нетканых материалов и резаных волокон; углетекстолиты на основе углеродных (карбонизованных) и графитированных тканей; высокопрочные и высокомодульные углепластики на основе углеродных (графитированных) нитей, лент, жгутов в виде профилей, намотанных изделий, листов.

Графитированные волокна и волокнистые материалы имеют более высокие механические и термические свойства, однако они довольно дорогие.

В качестве полимерных матриц применяются преимущественно термореактивные смолы (эпоксидные, полиимидные, фенольные), а также термостойкие термопласты: ароматические полиамиды, полисульфоны, поликарбонаты. Применение низкоплавких термопластов типа полиолефинов, алифатических полиамидов мало целесообразно, так как они не позволяют реализовать многие свойства углеродных наполнителей.

Для удобства применения на основе углеродных и графитированных волокон и полимерных смол выпускают АВП, т.е. материалы, содержащие заданное количество армирующего наполнителя и полимерной матрицы, подготовленные для изготовления деталей и изделий: препреги, пресс-волокниты, премиксы.

Получают углепластики обычно из заранее подготовленных премиксов или препрегов, используя методы прессования, пултрузии, выкладки с последующим прессованием. Высокопрочные и высокомодульные углепластики изготовляют из соответствующих видов углеродных нитей, жгутов и лент с высокими механическими характеристиками. Для наиболее полной реализации механических свойств углеродных наполнителей используется преимущественно однонаправленная и перекрестная укладка. В качестве связующих применяют чаще всего термореактивные смолы - эпоксидные, фенольные, полиимидные, которые обеспечивают высокую адгезию и высокую степень реализации механических свойств углеродных волокон.

Углеродным волокнам присуща высокая хрупкость, что требует осторожности при их переработке в углепластики: необходимо проводить прессование при высоких давлениях, а также избегать резких перегибов армирующих наполнителей.

Основные характеристики углепластиков (пресс-волокнитов, текстолитов, материалов на основе однонаправленных армирующих наполнителей) приведены в литературе, ряд из них сведен в табл. 10.

Механические свойства углепластиков в направлении армирования определяются в значительной мере свойствами армирующих волокон и их расположением, в меньшей мере они зависят от связующего. Температурные характеристики углепластиков определяются в основном свойствами связующих.

Углеродные пресс-материалы и текстолиты служат для изготовления различных деталей, в качестве антифрикционных, хемостойких и др. Из них изготовляют, в частности, вкладыши подшипников. На основе пресс-волокнитов и листовых углеродных препрегов с фенольными и другими хемостойкими матрицами изготовляют детали насосов, арматуру, теплообменники, композиционные хемостойкие покрытия на металлических изделиях (чаще всего емкостях и другой химической аппаратуре). Углепластики используются также взамен ранее применявшихся материалов на основе асбеста (фаолит).

Углепластики на основе фенольных и полиимидных связующих, а также углерод-углеродные материалы используются в качестве высокотермостойких конструкционных изделий и покрытий. Выбор указанных связующих обусловлен тем, что при карбонизации они превращаются в кокс с высоким выходом по углероду, образуя при этом достаточно прочную углеродную матрицу. Углерод-углеродные материалы могут эксплуатироваться при высоких температурах, а в инертной среде - до 2500°С.

Высокопрочные и высокомодульные углепластики, а также углетекстолиты применяются для изготовления наиболее ответственных деталей и изделий в летательных аппаратах, в судах, других транспортных средствах, медицинской технике, в спортивных изделиях, протезах.

Термопласты, содержащие углеродные волокна в количестве до 2...3%, применяются как антистатические материалы. Эффективность применения углеродных волокон как наполнителя существенно выше, чем традиционных добавок технического углерода, так как волокна образуют электропроводную «сетку» в материале при существенно меньшем их содержании.

Боропластики. Армирую­щим материалом в них являются борные нити или АВН на их основе. Боропластики состоят из армирующих борных мононитей, жгутов, а также лент или тканей (в двух последних борные нити обычно переплетены другими нитями) и термореактивных высокопрочных или термостойких связующих - эпоксидных, полиимидных и др.

Процессы получения боропластиков и стеклопластиков примерно аналогичны. Из-за большого диаметра борных мононитей (80...100 мкм) и их высокой хрупкости они не выдерживают перегибов, поэтому нитепроводящие детали не должны иметь высокой кривизны. Изделия изготовляют методами послойной выкладки, намотки с последующим формованием в автоклавах под давлением до 1,6 МПа при температуре до 200°С (эпоксидные смолы) или до 300°С (полиимидные смолы).

Для повышения адгезии к связующим волокна перед применением подвергают травлению азотной кислотой, что существенно повышает прочность композита при сдвиге и ударную вязкость. Последняя может быть увеличена путем введения в связующее коротких неорганических волокон или игольчатых кристаллов.

Боропластики являются высокопрочными, высокомо­дульными композитами. В основном они изготовляются как однонаправленные материалы. Их свойства сведены в табл. 11.

Для сохранения высоких механических свойств борных нитей в изделиях они не должны иметь резких перегибов (допустимый радиус изгиба не менее 300 мм). Термостойкость и хемостойкость боропластиков определяются в основном соответствующими показателями связующих. Их высокая стойкость к действию активных сред, эксплуатационных воздействий (влаги, смазочных материалов), атмосферных факторов в течение 10 лет снижается не более чем на 10...15%.

Из-за высокой стоимости борных волокон боропластики весьма дороги. Они применяются как конструкционные материалы с высокими удельными механическими характеристиками для изготовления высоконагруженных деталей в наиболее ответственных изделиях - летательных аппаратах, космической технике, так как позволяют существенно снизить массу изделия.

Антифрикционные композиционные материалы на основе полимеров предназначены для работы в паре с металлическими поверхностями в присутствии жидкостей, не обладающих смазочным действием (водой и др.). Однако некоторые их виды могут использоваться и при работе в присутствии органических смазочных материалов, если последние не вызывают набухания антифрикционного слоя.

К данным материалам относятся как наполненные реактопласты, так и термопласты с наполнителем. Основа термореактивных антифирик­ционных материалов - фе­нолоформальдегидные, эпоксидные, эпоксикремнеорганические, фурановые смолы. Антифрикционные термопласты - полиэтилен высокой плотности, полиамиды, полиацетали (полимеры и сополимеры формальдегида), полиарилаты, полиимиды, фторполимеры (фторопласты). ПКМ на основе фторопластов обычно применяют без смазки. Для повышения триботехнических свойств в антифрикционные материалы в качестве дисперсных наполнителей вводят графит, дисульфид молибдена, гексагональный нитрид бора, фторопласты, графитированные углеродные волокна, металлические порошки и другие наполнители.

В качестве антифрикционных ПКМ используются также армированные пластики на основе резаных волокон, тканей, нетканых материалов - прессованные пластики, текстолиты, намотанные изделия (втулки), а также древесина твердых пород, древесные пластики. Высокие триботехнические свойства имеют волокнистые антифрикционные слои, изготовленные на основе двух- и многослойных тканей. Антифрикционный лицевой слой изготовляют из фторопластовых нитей, тогда как нижний слой состоит из обычных волокон, позволяющих приклеивать материал к твердой поверхности.

Углеграфитовые антифрикционные ПКМ изготовляют на основе пористых углеродных ПКМ и углерод-углеродных волокнистых материалов.

Получение антифрикционных полимерных материалов основывается на обычных методах переработки: прессовании, литьевом прессовании, намотке и др.

Триботехнические свойства антифрикционных ма­териалов в паре с металлическими поверхностями определяются их составом - они отличаются сравнительно низким коэффициентом трения и малой степенью износа. Из антифрикционных ПКМ изготовляют вкладыши, направляющие втулки, подшипники и другие детали узлов трения, работающих в паре с металлическими полированными поверхностями. Они используются для работы в условиях сухого трения или жидкостного трения с водой и другими несмазывающими жидкостями. Возможно применение и органических смазочных веществ, если они не вызывают набухания антифрикционного материала. Фторопластовые антифрикционные материалы не требуют применения смазок.

Фрикционные композиционные материалы изготовляют с использованием термостойких волокон и реактопластов - главным образом на основе асбесто­вых, углеродных, арамидных, стеклянных, ба­заль­товых высокомодульных волокон. Связующими служат термостойкие смолы - фенольные, модифицированные фенольные с содержанием каучуков и других ингредиентов. В качестве наполнителей используются барит, сурик, кремнезем, сернистый молибден и др. Важным компонентом является медная или латунная проволока, стружка или, реже, порошок, необходимые для интенсификации теплоотвода и снижения температуры поверхности трения.

Фрикционные ПКМ долж­ны обладать стабильным коэффициентом трения в пределах 0,25...0,5, высокой износостойкостью и термостойкостью. Интенсивность их изнашивания в условиях большого диапазона скоростей скольжения и нагрузок не должна превышать I = h/L = 10-7 (где h - толщина истертого слоя; L - путь трения). Полимерные фрикционные материалы применяются в условиях эксплуатации среднего уровня: при температуре на поверхности трения до 400...500°С, в объеме тела - не выше 200...250°С. Из-за вредности продуктов истирания ПКМ содержащих асбест, их применение сокращается, а в ряде стран запрещено.

Полимерные фрикционные материалы используются в основном для изготовления тормозных накладок и колодок, дисков и муфт сцепления в транспортных средствах, прессового оборудования, швейных машин и других устройств и механизмов, требующих быстрой и надежной остановки или плавного запуска в действие.

Существуют особые виды фрикционных ПКМ, работающих в тяжелых и сверхтяжелых условиях эксплуатации. Примером наиболее устойчивого к тяжелым условиям эксплуатации полимерного фрикционного материала является гетинакс, получаемый методом горячего прессования композиции из асбестового наплнителя, молотого барита, латунной стружки и фенолоформальдегидной смолы, работающий при температуре поверхности трения до 600°С. Еще более устойчивыми в сверхтяжелых условиях эксплуатации являются фрикционные ПКМ на основе углеродных волокон, графита и термостойких смол, способные работать в паре как с металлическим контртелом, так и с одноименной углеродной парой, в частности, в авиационных тормозах.

Выводы


В представленном обзоре рассмотрены основы материаловедения волокнистых полимерных композиционных материалов, получаемых на основе различных видов армирующих химических волокон, волокнистых наполнителей на их основе и различных матриц: термопластов и реактопластов. Приведены свойства различных видов ВПКМ: органопластиков, арамидопластиков, стеклопластиков, углепластиков, боропластиков и др.

На основе проведенного рассмотрения резюмированы особенности полимерных волокнистых композитов по сравнению с другими материалами, которые можно суммировать в виде следующих основных положений:

1. Сочетание различных видов волокнистых наполнителей и матриц (связующих) позволяет регулировать свойства ПКМ в широком диапазоне, выбирая оптимальные показатели для изделий широкого спектра применения.

2. Изделия из волокнистых ПКМ маломатериалоемки, технологичны в получении, переработке и обработке по сравнению со многими традиционными материалами, в частности металлами и керамикой.

3. Изделия из волокнистых композитов имеют высокую эксплуатационную надежность, практически не подвержены коррозии и не требуют специальной защиты или периодической покраски их поверхности.

По удельным массовым характеристикам волокнистые ПКМ могут во много раз превосходить изделия из традиционных материалов (металлов и др.). Поэтому массовые характеристики изделий из волокнистых композитов могут быть существенно снижены, что особенно важно для применения их в транспортных средствах, летательных аппаратах, средствах спасения, спортивном инвентаре.

Благодаря особенностям свойств и многим положительным эксплуатационным особенностям волокнистые ПКМ имеют большое будущее в самых различных областях и сферах применения.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ

НАШИ  ЖУРНАЛЫ И СПРАВОЧНИКИ

Смотреть архив

АНОНСЫ:
ЖУРНАЛ "РЫНОК ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ" №118

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "РЫНОК ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ" №117

                    ( читать ... )