Лекция 2. Волокнистые наполнители

Стеклянные волокна. Основными компонентами химического состава стеклянных волокон являются взаимно растворимые оксиды кремния. магния, алюминия, титана, кальция, натрия и т. п. Непрерывные стеклянные волокна получают из расплавленной стекломассы вытягиванием струи через небольшие отверстия (фильеры) со скоростью до 20 м/с. Диаметр вытянутых элементарных волокон составляет 7...12мкм. Некоторое число этих волокон объединяется в первичную нить с одновременным нанесением замасливателя. который облегчает дальнейшую переработку волокна и защищает его от истирания и воздействия влаги. Первичные нити наматываются на бобины и используются непосредственно при получении КМ или для получения тканей, лент, рубленых волокон. Перед формированием изделий из стеклопластика замасливатели стекловолокон обычно удаляют химическим или термическим путем. В таблице 1 приведены усреднённые показатели физико-механических свойств армирующих стеклянных волокон. Прочность стеклянных волокон существенно зависит от температуры и их использования в композитах ограничивается температурой порядка 550....700К. Модуль упругости волокон с повышением температуры уменьшается незначительно, вплоть до температуры размягчения.

Таблица 1.

Свойства стекловолокон некоторых марок
	Отечественные	Стекловолокна США
	стекловолокна
Свойства	АБС^1	Т-273^2	MAC^3	квар-	тип Е	тип S	тип М
				цевые
Плотность, кг/м^3 Прочность при растяжении. MПa
Модуль упругости при растяжении Гпа					78,5	85,5
Коэффициент линейного термического расши­рения ∙10^6, К ^-1	5,39	4,95	5,66	0,55		2,9
Температура размягчения, К
1 Алюмоборосиликатное стекло.
2 Титаносодержащее бесщелочное стекло.
3 Магний алюмосиликатное стекло.

Стеклянные волокна при изготовлении изделий из КМ используются в виде первичных нитей, ровингов (некрученый жгут), крученых нитей и тканей на их основе. В процессе переработки стеклянных волокон заметно снижается прочностные характеристики изделий. В частности, некрученые нити и жгуты позволяют реализовать в готовых изделиях до 75% прочности элементарных волокон, крученые - до 60%. а в тканях этот показатель еще ниже.

Органические волокна. Высокопрочные и высокомодульные органические волокна были получены в начале 70-х годов на основе ароматических полиамидов. Это волокна типа СВМ в России и PRD-49 (Кевлар) в США.

В зависимости от состава полимера и метода формования получают органические волокна, имеющие плотность 1410... 1450 кг/м³, прочность при растяжении 1.8...3.5 ГПа. модуль упругости 70...140 ГПа.

Органическое волокно термостабильно вплоть до температуры 453 К. Оно сохраняет свои высокие механические характеристики при криогенных температурах. Однако при 573 К прочность органопластиков падает на 50%. В таблице 2 приведены механические,свойства органоволокна Кевлар.

Таблица 2

Физико-механические свойства волокон Кевлар

Свойства	Кевлар	Кевлар-29	Кевлар-49
Плотность ∙10^-3 .,кг/м^3	1,44	1,44	1,45
Относительное удлинение, %	4,0	3,0...4,0	2,8
Прочность при растяжении. МПa
Модуль упругости, ГПа
Усадка при 433 К, %	0,2		-

Углеродные волокна. В качестве исходного сырья для получения углеродных волокон используют высокопрочное гидратцеллюлозное волокно (ГЦ-волокно) или полиакрилонитрильное волокно (ПАН-ВОЛОКНО).

Основными стадиями технологического процесса получения углеродных волокон (на основе органических) являются пиролиз при 500...650 карбонизация при 1200...1700К и графитизация при температурах от 1200...1800 до 2900...3100К.

В последние годы для производства углеродных волокон начинают использовать более дешевые и доступные виды сырья - нефтяной пек. лигнин. фенольные смолы.

Основными преимуществами углеродных волокон являются:

исключительно высокая термостойкость, сравнительно низкая плотность. высокая прочность и жесткость, почти нулевой коэффициент линейного расширения, высокая химическая стойкость, В таблице 3 приведены усредненные значения свойств некоторых углеродных волокон.

В зависимости от условий получения и типа исходного сырья прочность и модуль упругости углеродных волокон находится соответственно в пределах 1...3,5 и 196...700 ГПа.

Механические характеристики углеродных волокон сохраняются неизменными при повышении температуры до 723 К.

Таблица 3

Свойства высокопрочных высокомодульных углеродных волокон
			Прочность	Модуль
Марка волокна, страна-	Исходное сырье	Плотноть,	при	упругости
производитель		кг/м^3	растяже- нии,	при растяже-
			ГПа	нии, ГПа
Торейка Т-500, Япония	Полиакрилонит-
	рильное волокно		3,2
Целион 6-70, США	Тоже		2,14
Торнел-50, США	Вискозное волокно ­		2,0
Высокопрочное, Россия	Полиакрилонит-		3.5
Высокомодульное, Россия	рильное волокно
	То же		2,5

Дата добавления: 2014-01-20