Полимерные композиционные материалы : основные типы

Пт, 25 Июль 2008 | Тема: Сырье

Композиционные материалы (композиты) – многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жесткостью и т.д. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств. Многие композиты превосходят традиционные материалы и сплавы по своим механическим свойствам и в то же время они легче. Использование композитов обычно позволяет уменьшить массу конструкции при сохранении или улучшении ее механических характеристик.

Компонентами композитов являются самые разнообразные материалы – металлы, керамика, стекла, пластмассы, углерод и т.п. Известны многокомпонентные композиционные материалы – полиматричные, когда в одном материале сочетают несколько матриц, или гибридные, включающие в себя разные наполнители. Наполнитель определяет прочность, жесткость и деформируемость материала, а матрица обеспечивает монолитность материала, передачу напряжения в наполнителе и стойкость к различным внешним воздействиям.

Полимерные композиционные материалы

Композиты, в которых матрицей служит полимерный материал, являются одним из самых многочисленных и разнообразных видов материалов. Их применение в различных областях дает значительный экономический эффект. Например, использование ПКМ при производстве космической и авиационной техники позволяет сэкономить от 5 до 30% веса летательного аппарата. А снижение веса, например, искусственного спутника на околоземной орбите на 1 кг приводит к экономии 1000 долларов. В качестве наполнителей ПКМ используется множество различных веществ.

Стеклопластики

Полимерные композиционные материалы, армированные стеклянными волокнами, которые формуют из расплавленного неорганического стекла. В качестве матрицы чаще всего применяют как термореактивные синтетические смолы (фенольные, эпоксидные, полиэфирные и т.д.), так и термопластичные полимеры (полиамиды, полиэтилен, полистирол и т.д.). Эти материалы обладают достаточно высокой прочностью, низкой теплопроводностью, высокими электроизоляционными свойствами, кроме того, они прозрачны для радиоволн. Использование стеклопластиков началось в конце Второй мировой войны для изготовления антенных обтекателей – куполообразных конструкций, в которых размещается антенна локатора. В первых армированных стеклопластиках количество волокон было небольшим, волокно вводилось, главным образом, чтобы нейтрализовать грубые дефекты хрупкой матрицы. Однако со временем назначение матрицы изменилось – она стала служить только для склеивания прочных волокон между собой, содержание волокон во многих стеклопластиках достигает 80% по массе. Слоистый материал, в котором в качестве наполнителя применяется ткань, плетенная из стеклянных волокон, называется стеклотекстолитом. Стеклопластики – достаточно дешевые материалы, их широко используют в строительстве, судостроении, радиоэлектронике, производстве бытовых предметов, спортивного инвентаря, оконных рам для современных стеклопакетов и т.п.

Углепластики

Наполнителем в этих полимерных композитах служат углеродные волокна. Углеродные волокна получают из синтетических и природных волокон на основе целлюлозы, сополимеров акрилонитрила, нефтяных и каменноугольных пеков и т.д. Термическая обработка волокна проводится, как правило, в три этапа (окисление – 220° С, карбонизация – 1000–1500° С и графитизация – 1800–3000° С) и приводит к образованию волокон, характеризующихся высоким содержанием (до 99,5% по массе) углерода. В зависимости от режима обработки и исходного сырья полученное углеволокно имеет различную структуру. Для изготовления углепластиков используются те же матрицы, что и для стеклопластиков – чаще всего – термореактивные и термопластичные полимеры. Основными преимуществами углепластиков по сравнению со стеклопластиками является их низкая плотность и более высокий модуль упругости, углепластики – очень легкие и, в то же время, прочные материалы. Углеродные волокна и углепластики имеют практически нулевой коэффициент линейного расширения. Все углепластики хорошо проводят электричество, черного цвета, что несколько ограничивает области их применения. Углепластики используются в авиации, ракетостроении, машиностроении, производстве космической техники, медтехники, протезов, при изготовлении легких велосипедов и другого спортивного инвентаря.

На основе углеродных волокон и углеродной матрицы создают композиционные углеграфитовые материалы – наиболее термостойкие композиционные материалы (углеуглепластики), способные долго выдерживать в инертных или восстановительных средах температуры до 3000° С. Существует несколько способов производства подобных материалов. По одному из них углеродные волокна пропитывают фенолформальдегидной смолой, подвергая затем действию высоких температур (2000° С), при этом происходит пиролиз органических веществ и образуется углерод. Чтобы материал был менее пористым и более плотным, операцию повторяют несколько раз. Другой способ получения углеродного материала состоит в прокаливании обычного графита при высоких температурах в атмосфере метана. Мелкодисперсный углерод, образующийся при пиролизе метана, закрывает все поры в структуре графита. Плотность такого материала увеличивается по сравнению с плотностью графита в полтора раза. Из углеуглепластиков делают высокотемпературные узлы ракетной техники и скоростных самолетов, тормозные колодки и диски для скоростных самолетов и многоразовых космических кораблей, электротермическое оборудование.

Боропластики

Композиционные материалы, содержащие в качестве наполнителя борные волокна, внедренные в термореактивную полимерную матрицу, при этом волокна могут быть как в виде мононитей, так и в виде жгутов, оплетенных вспомогательной стеклянной нитью или лент, в которых борные нити переплетены с другими нитями. Благодаря большой твердости нитей, получающийся материал обладает высокими механическими свойствами (борные волокна имеют наибольшую прочность при сжатии по сравнению с волокнами из других материалов) и большой стойкостью к агрессивным условиям, но высокая хрупкость материала затрудняет их обработку и накладывает ограничения на форму изделий из боропластиков. Кроме того, стоимость борных волокон очень высока (порядка 400 $/кг) в связи с особенностями технологии их получения (бор осаждают из хлорида на вольфрамовую подложку, стоимость которой может достигать до 30% стоимости волокна). Термические свойства боропластиков определяются термостойкостью матрицы, поэтому рабочие температуры, как правило, невелики.

Применение боропластиков ограничивается высокой стоимостью производства борных волокон, поэтому они используются главным образом в авиационной и космической технике в деталях, подвергающихся длительным нагрузкам в условиях агрессивной среды.

Органопластики

Композиты, в которых наполнителями служат органические синтетические, реже – природные и искусственные волокна в виде жгутов, нитей, тканей, бумаги и т.д. В термореактивных органопластиках матрицей служат, как правило, эпоксидные, полиэфирные и фенольные смолы, а также полиимиды. Материал содержит 40–70% наполнителя. Содержание наполнителя в органопластиках на основе термопластичных полимеров – полиэтилена, ПВХ, полиуретана и т.п. – варьируется в значительно больших пределах – от 2 до 70%. Органопластики обладают низкой плотностью, они легче стекло- и углепластиков, относительно высокой прочностью при растяжении; высоким сопротивлением удару и динамическим нагрузкам, но, в то же время, низкой прочностью при сжатии и изгибе.

Важную роль в улучшении механических характеристик органопластика играет степень ориентация макромолекул наполнителя. Макромолекулы жесткоцепных полимеров, таких, как полипарафенилтерефталамид (кевлар) в основном ориентированы в направлении оси полотна и поэтому обладают высокой прочностью при растяжении вдоль волокон. Из материалов, армированных кевларом, изготавливают пулезащитные бронежилеты.

Органопластики находят широкое применение в авто-, судо-, машиностроении, авиа- и космической технике, радиоэлектронике, химическом машиностроении, производстве спортивного инвентаря и т.д.

Полимеры, наполненные порошками

Известно более 10000 марок наполненных полимеров. Наполнители используются как для снижения стоимости материала, так и для придания ему специальных свойств. Впервые наполненный полимер начал производить доктор Бейкеленд (Leo H.Baekeland, США), открывший в начале 20 в. способ синтеза фенолформфльдегидной (бакелитовой) смолы. Сама по себе эта смола – вещество хрупкое, обладающее невысокой прочностью. Бейкеленд обнаружил, что добавка волокон, в частности, древесной муки к смоле до ее затвердевания, увеличивает ее прочность. Созданный им материал – бакелит – приобрел большую популярность. Технология его приготовления проста: смесь частично отвержденного полимера и наполнителя – пресс-порошок – под давлением необратимо затвердевает в форме. Первое серийное изделие произведено по данной технологии в 1916, это – ручка переключателя скоростей автомобиля «Роллс-Ройс». Наполненные термореактивные полимеры широко используются по сей день.

Сейчас применяются разнообразные наполнители так термореактивных, так и термопластичных полимеров. Карбонат кальция и каолин (белая глина) дешевы, запасы их практически не ограничены, белый цвет дает возможность окрашивать материал.

Применяют для изготовления жестких и эластичных поливинилхлоридных материалов для производства труб, электроизоляции, облицовочных плиток и т.д., полиэфирных стеклопластиков, наполнения полиэтилена и полипропилена. Добавление талька в полипропилен существенно увеличивает модуль упругости и теплостойкость данного полимера. Сажа больше всего используется в качестве наполнителя резин, но вводится и в полиэтилен, полипропилен, полистирол и т.п. По-прежнему широко применяют органические наполнители – древесную муку, молотую скорлупу орехов, растительные и синтетические волокна. Для создания биоразлагающихся композитов в качество наполнителя используют крахмал.

Текстолиты

Слоистые пластики, армированные тканями из различных волокон. Технология получения текстолитов была разработана в 1920-х на основе фенолформальдегидной смолы. Полотна ткани пропитывали смолой, затем прессовали при повышенной температуре, получая текстолитовые пластины. Роль одного из первых применений текстолитов – покрытия для кухонных столов – трудно переоценить.

Основные принципы получения текстолитов сохранились, но сейчас из них формуют не только пластины, но и фигурные изделия. И, конечно, расширился круг исходных материалов. Связующими в текстолитах является широкий круг термореактивных и термопластичных полимеров, иногда даже применяются и неорганические связующие – на основе силикатов и фосфатов. В качестве наполнителя используются ткани из самых разнообразных волокон – хлопковых, синтетических, стеклянных, углеродных, асбестовых, базальтовых и т.д. Соответственно разнообразны свойства и применение текстолитов.

Смолы синтетические термопластичные

Полимерные материалы и изделия из них в современном мире применяются повсеместно, а объемы их производства, масштабы и области применения с каждым годом только увеличиваются. Одной из перспективных областей использования полимерных материалов является их применение в качестве матриц или связующих для получения композиционных материалов, которые в последнее время получают все более широкое распространение за счет своих улучшенных технологических свойств, таких как пониженная усадка, за счет механической прочности в сочетании с легкостью, а также благодаря наличию у большинства из них комплекса специальных свойств – повышенной стойкости к воздействию различных факторов, диэлектрических характеристик и др.

В технологии получения полимерных композиционных материалов (ПКМ) под матрицей понимается полимер в чистом виде, а полимерным связующим называют композицию на основе полимера с добавлением различных добавок.

Свойства и структура матрицы во многом определяют способ получения композиционного материала и такие его свойства, как прочность, химическая стойкость, тепло- и влагостойкость. Следовательно, выбор матрицы является одной из основных задач в разработке составов ПКМ. В технологии получения ПКМ существует общая классификация, по которой различают термореактивные и термопластичные матрицы.

В качестве термореактивных матриц редко применяются полимеры в чистом виде. В основном применяют реактопласты, представляющие собой полимерную основу, называемую синтетической смолой или просто смолой, в которую вводят наполнители, разбавители, загустители, стабилизаторы, красители, смазки, отвердители, а также инициаторы, катализаторы и ускорители отверждения. Особенностью реактопластов является способность под действием тепла и химически активных добавок (отвердителей) приобретать пространственную структуру, что сопровождается потерей текучести [1]. Рассмотрим основные виды смол, применяемых в производстве ПКМ.

Из фенолоальдегидных смол, называемых также фенольными, в основном применяют фенолоформальдегидные смолы, которые получают поликонденсацией фенолов с формальдегидом. При избытке фенола получают термопластичные новолачные смолы (отверждаются в присутствии отвердителей), а при избытке формальдегида – термореактивные резольные смолы. В отвержденном состоянии эти смолы отличаются высокими прочностными, электроизоляционными свойствами и химической стойкостью. К недостаткам этих смол относятся большая объемная усадка при отверждении, хрупкость, необходимость высокого давления формования для получения материалов с малой пористостью, а также токсичность, из-за которой область их применения в последние годы сильно уменьшилась, хотя до недавнего времени они были наиболее часто применяемыми термореактивными матрицами. Наиболее широко эти смолы применяются для получения ПКМ с такими наполнителями, как древесина, бумага, ткань и стекло.

Аминоальдегидные смолы, называемые также аминосмолами, получают поликонденсацией карбамида (меламина, анилина) с формальдегидом. Наиболее распространены карбамидоформальдегидные смолы, называемые также карбамидными. В отвержденном состоянии аминосмолы отличаются свето- и дугостойкостью, устойчивостью к растворителям и смазочным маслам. К недостаткам ПКМ на основе аминосмол можно отнести склонность к растрескиванию при длительной эксплуатации и значительное водопоглощение. Применяются для получения ПКМ с такими же наполнителями, как и фенольные смолы.

Читайте также:  Проверка напряжения в сети

Полиэфирные смолы разделяют на насыщенные и ненасыщенные. Из насыщенных полиэфирных смол, называемых также алкидными, в получении ПКМ применяют глифталевые смолы (глифтали), которые в основном модифицируют растительными маслами или жирными и смоляными кислотами [2]. В отвержденном состоянии глифтали обладают хорошей водостойкостью, атмосферостойкостью и термостойкостью до 150 °С, но неустойчивы к действию щелочей. Применяются для получения ПКМ с такими наполнителями, как слюда, стекло и бумага.

Ненасыщенные полиэфирные смолы представляют собой ненасыщенные олигомеры (олигоэфиры), например полималеинаты (полифумураты) и олигоэфиракрилаты, их смеси и их растворы в способных сополимеризоваться мономерах (стирол, метилметакрилат, диаллилфталат и др.). Растворение и сополимеризация с получением полиэфирмалеинатов (полиэфирфумаратов) и полиэфиракрилатов, а также ортофталевых, изофталевых и винилэфирных смол являются условиями отверждения этих смол. В отвержденном состоянии полиэфирные смолы отличаются водостойкостью, химической стойкостью к действию кислот, органических жидкостей и окислителей. Важными преимуществами этих смол являются малая вязкость, облегчающая совмещение с наполнителем, и способность отверждаться в широком интервале температур без применения высокого давления. К недостаткам полиэфирных смол относятся сравнительно невысокие механические свойства в отвержденном состоянии, невысокая адгезия ко многим наполнителям, достаточно большая усадка, невысокая стойкость к щелочам, и горючесть. Следует отметить, что эти недостатки в настоящее время могут быть уменьшены за счет введения различных добавок и получения модифицированных полиэфирных смол. Необходимо учитывать наличие в полиэфирных смолах токсичных соединений, в первую очередь стирола, который растворяет полиэфир и сополимеризуется с ним в процессе приготовления и отверждения смолы. Стирол составляет до трети состава полиэфирных смол [3]. В основном эти смолы применяют для получения ПКМ с волокнистыми наполнителями и в первую очередь стекловолокнами.

Кремнийорганические смолы, называемые также силиконовыми или полиорганосилоксановыми, в отвержденном состоянии могут применяться в широком интервале температур (от –200 до +350 °С), характеризуются высокими диэлектрическими свойствами, химической стойкостью и гидрофобностью (используется для создания водоотталкивающих покрытий). К недостаткам кремнийорганических смол относятся сравнительно низкие механические свойства, формование при высоких давлениях и длительный цикл отверждения. Применяется для получения ПКМ с волокнистыми и листовыми наполнителями.

Эпоксидные смолы отличаются высокими адгезионными свойствами, отверждением в широком интервале температур при малой усадке и возможностью долго находиться в неотвержденном состоянии, что важно при получении пропитанных полуфабрикатов (препрегов). В отвержденном состоянии эпоксидные смолы отличаются высокими механическими свойствами и химической стойкостью, однако у них низкая теплостойкость, что проявляется в уменьшении прочности и жесткости с повышением температуры. Применяются для получения ПКМ с такими наполнителями, как волокна, ткани и бумаги [1].

Полиимидные смолы также отличаются долгим периодом нахождения в неотвержденном состоянии. Наибольшее распространение среди полиимидных получили бисмалеимидные связующие [2]. Отвержденные полиимиды отличаются термостойкостью, химической стойкостью, высокими механическими свойствами и низким тепловым коэффициентом расширения. Недостатком являются технологические трудности применения, связанные с потерей пластичности и растворимости на конечных стадиях получения. Как и большинство термореактивных матриц применяются для получения ПКМ с волокнистыми наполнителями.

Полиуретановые смолы обладают хорошей адгезией к большинству наполнителей, не растворяются в воде и во многих растворителях (кроме сильнополярных растворителей), устойчивы к действию кислот. В отвержденном состоянии отличаются эластичностью, теплостойкостью и хорошими диэлектрическими свойствами. К недостаткам относятся горючесть и токсичность [2]. Применяются для получения ПКМ со стеклянным наполнителем, наполнителями в виде микросфер, а также резиновой крошки.

Фурановые смолы характеризуются высокими теплостойкостью и химической стойкостью, но при этом у них малая жизнеспособность, т.е. промежуток времени от момента приготовления до начала гелеобразования. Другим недостатком этих смол является высокая температура саморазогрева смесей в процессе реакции поликонденсации. Применяются для получения полимербетонов, а также ПКМ с такими наполнителями, как стекло, асбест, дерево и графит.

В качестве термопластичных матриц применяют как чистые полимеры, так и композиции, включающие пластификаторы, стабилизаторы, растворители, красители. Особенностью термопластов является способность обратимо переходить при нагревании в высокоэластичное либо вязкотекучее состояние [4]. При выборе термопласта нужно учитывать особенности его переработки, степень кристалличности и возможность деструкции. Так полимеры кристаллической структуры обладают повышенной теплостойкостью, химической стойкостью, прочностью и плотностью, низкими эластичностью, поверхностным трением, а также высокой усадкой и анизотропией свойств. Полимеры аморфной структуры обладают одинаковыми физико-механическими свойствами во всех направлениях, характеризуются низкой усадкой при литье, средними химической стойкостью и износостойкостью, высоким поверхностным трением, и они, как правило, прозрачные. Рассмотрим полимеры, наиболее широко применяемые в качестве термопластичных матриц.

Полиэтилен (ПЭ) хорошо выдерживает ударные нагрузки без разрушения, придает композиту диэлектрические свойства, водостойкость, стойкость к кислотам и низкое водопоглощение. Этот полимер склонен к фотохимической деструкции, а его термодеструкция протекает при температуре 290 °С. Различают ПЭ низкого давления (высокой плотности), который отличается более высокой прочностью, теплостойкостью и химической стойкостью, и ПЭ высокого давления (низкой плотности), у которого более высокая газопроницаемость. ПЭ хорошо сваривается и механически обрабатывается [1, 2].

Полипропилен (ПП) обладает высокой износостойкостью, водостойкостью, стойкостью к кислотам и щелочам, имеет самую высокую среди термопластов прочность на изгиб. Этот полимер является хорошим диэлектриком, однако неустойчив к действию сильных окислителей и отличается низкой морозостойкостью (–5 °C). Медленно окисляется на воздухе, а в отсутствие воздуха его термодеструкция проявляется при 300 °С. Также хорошо сваривается и механически обрабатывается [1, 2].

Полистирол (ПС) также является хорошим диэлектриком, обладает средней химической стойкостью, высокой радиационной стойкостью, однако отличается хрупкостью, низкой теплопроводностью и легко подвергается старению. Термодеструкция начинается при температуре выше 266 °С [1, 2]. Сополимеры стирола обладают более высокой термостойкостью и стойкостью к ударным нагрузкам. Широко распространены сополимеры стирола с бутадиеном (ударопрочный полистирол – УПС), сополимер стирола с акрилонитрилом, отличающийся масло- и бензостойкостью, а также тройной сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола (АБС-пластик) с исключительно высокими прочностными характеристиками, химической стойкостью, теплостойкостью и хорошей совместимостью с металлами [2].

Поливинилхлорид (ПВХ) является аморфным полимером с хорошими электроизоляционными свойствами, стойким к химическим реагентам и не поддерживающим горение. Он атмосферостоек, но обладает низкими морозостойкостью (–10 °С) и теплостойкостью. Термодеструкция происходит при температуре 150–170 °С [1]. Кроме того, непластифицированный ПВХ отличается жесткостью и низкой термостабильностью, а пластифицированный ПВХ – эластичностью и более высокой морозостойкостью, однако его недостаток – склонность к постепенной миграции пластификатора. Стоит отметить, что ПВХ превосходит все другие полимеры по возможности модификации различными добавками, что позволяет получить материал, обладающий необходимыми для условий эксплуатации свойствами.

Политетрафторэтилен (ПТФЭ или тефлон) отличается высокой степенью кристалличности (95 %), температурой плавления 310–315 °С и самой большой среди полимеров плотностью (2100–2300 кг/м3). Это непрозрачный полимер с низким коэффициентом трения, хороший диэлектрик, не подвержен действию грибков и отличается самой высокой среди полимеров химической стойкостью. Его термодеструкция начинается при 415 °С [1]. В меньшей степени как связующие применяются и другие фторполимеры (фторопласты или фторлоны), такие как политрифторхлорэтилен, поливинилиденфторид, а также сополимеры тетрафторэтилена (ТФЭ) и хлортрифторэтилена [2].

Полиэтилентерефталат (ПЭТФ или ПЭТ) отличается прочностью, износостойкостью, низким коэффициентом трения, гигроскопичностью, стабильностью формы изделий, химической стойкостью, а также стойкостью к световым, рентгеновским и γ-лучам. К недостаткам можно отнести средние диэлектрические свойства [1, 2].

Полиметиленоксид (полиформальдегид) относится к линейным полимерам, хорошо сопротивляется усталостным и динамическим знакопеременным нагрузкам, устойчив к нейтральным растворителям и щелочам, обладает низкой ползучестью, хорошей водостойкостью, высокими износостойкостью, жесткостью и механической прочностью, низким коэффициентом трения и хорошо обрабатывается резанием [1, 2]. К недостаткам относятся чувствительность к минеральным кислотам, склонность к ультрафиолетовой и фотохимической деструкциям, горючесть, высокая усадка при формовании, слабая адгезия к металлам, невысокая цветостойкость и токсичность продуктов деструкции.

Полифениленоксид (ПФО) легко перерабатывается, в том числе повторно, нетоксичен, отличается теплостойкостью, износостойкостью, высокой стабильностью размеров и высокой ударной вязкостью, негорючестью, хорошими диэлектрическими свойствами, стойкостью к агрессивным средам и грибку. Недостатками являются высокая стоимость и высокая вязкость расплава. Из ПФО можно получать тонкостенные изделия сложной формы [1].

Полифениленсульфид (ПФС) характеризуется высокой термостойкостью (260 °С), устойчивостью к окислению, радиационной и химической стойкостью, жесткостью и прочностью, низким водопоглощением, огнестойкостью и диэлектрическими свойствами. Широко используется для пропитки тканей, получения ПКМ с минеральными наполнителями и стекловолокном [1, 2].

Поликарбонат (ПК) прозрачен, обладает низкой гигроскопичностью, стабильностью формы изделий, хорошими теплоизоляционными свойствми, огнестойкостью и стойкостью к действию микроорганизмов [1]. Недостатками ПК являются малая поверхностная твердость (легко царапается), высокий коэффициент теплового расширения, ультрафиолетовая деструкция, нестойкость к щелочам, концентрированным кислотам и ацетону. ПК легко механически обрабатывается.

Полиарилаты обладают высокой прочностью и термостойкостью и могут конкурировать с конструкционными металлическими материалами. Отличаются стойкостью к ультрафиолетовому и ионизирующему излучениям, разбавленным агрессивным средам [1].

Полиакрилаты, среди которых наиболее распространен полиметилметакрилат (ПММА), отличаются прозрачностью, атмосферостойкостью, механической прочностью, хорошими диэлектрическими свойствами, морозостойкостью, а также водостойкостью и химической стойкостью при обычной температуре. Недостатками этих полимеров являются низкая теплостойкость и малая поверхностная твердость.

Полиамиды (ПА) разделяют на алифатические и ароматические. Известны полиамиды, содержащие в основной цепи как алифатические, так и ароматические фрагменты. Все полиамиды отличаются высокой твердостью, прочностью на изгиб, износоустойчивостью, водостойкостью, стойкостью к маслам и растворителям, хорошей совместимостью с металлами. Для алифатических полиамидов характерны низкая теплостойкость (100–120 °С), более высокая реакционная способность, а ароматические полиамиды отличаются высокой теплостойкостью (300–400 °С), стойкостью к термической и термоокислительной деструкциям [2].

Полиимиды (ПИ) отличаются стабильностью физико-механических свойств в широком температурном интервале (от минус 200 до плюс 300 °С). Для изделий из ПИ характерны высокая стабильность размеров, низкая ползучесть при высоких температурах, низкий коэффициент трения, устойчивость к действию γ-излучения, быстрых электронов и нейтронов, а также стойкость к органическим растворителям и разбавленным кислотам [1, 2].

Разновидностью полиимидов являются полиэфиримиды (ПЭИ), отличающиеся хорошими диэлектрическими свойствами, высокой прочностью при растяжении, жесткостью, низким коэффициентом теплового расширения, стойкостью к кислотам, маслам, бензину, спиртам и слабым щелочам, устойчивостью к действию γ-излучения [2]. Полиэфиримиды сохраняют свои свойства в интервале температур от –70 до +180 °С. Основным недостатком является не очень хорошая стойкость к трещинам и чувствительность к горячим гидравлическим жидкостям.

Полисульфоны (ПСФ) обладают прочностью, стойкостью к радиоактивному излучению, хорошими диэлектрическими свойствами, химической стойкостью, термостойкостью, прозрачностью и негорючестью. Могут использоваться при температурах от–100 до +200 °С. Недостатком ПСФ является высокая стоимость [2].

Полиэфиркетоны (ПЭК), среди которых наиболее распространен полиэфирэфиркетон (ПЭЭК), отличаются деформационной теплостойкостью, термостойкостью, химической и радиационной стойкостью, низким водопоглощением, высокой ударной прочностью и хорошими диэлектрическими свойствами. Недостатками ПЭК являются сложность переработки и высокая стоимость [2].

Поливинилацетат (ПВА) обладает хорошими адгезионными свойствами, светостойкостью и эластичностью, но обладает малой твердостью, низкими теплостойкостью и морозостойкостью, невысокими водостойкостью и химической стойкостью. ПВА хорошо совмещается с пластификаторами и различными добавками, что повышает его адгезионные свойства, водостойкость и поверхностную твердость [5].

Кроме того, для всех термопластов характерна более высокая производительность при переработке и возможность формования изделий сложной формы и больших размеров по сравнению с реактопластами. Другими преимуществами является возможность вторичной переработки, а значит, и использования отходов производства и потребления [4, 6], практически бесконечная жизнеспособность препрегов, более низкая горючесть и токсичность продуктов горения, сочетание прочности и теплостойкости. В основном термопласты применяются для получения ПКМ с разнообразными порошкообразными наполнителями, в первую очередь минеральными (мел, кварц и др.), а также волокнами, в основном стеклянными.

Читайте также:  Оформление открытого балкона и варианты дизайна

Для рассмотренных связующих преимущества могут быть усилены, а недостатки уменьшены путем их модификации [5–8]. Перспективной в настоящее время является модификация одних синтетических смол другими с получением новых соединений, например эпоксидно-фенольные смолы обладают повышенной термостойкостью по сравнению с эпоксидными, а эпоксидно-полиэфирные – повышенной стойкостью к ударным нагрузкам. Кроме того, посредством модифицирующих соединений или введения отвердителей из термопластичных связующих могут быть получены термореактивные, такие как полиакрилатные и полиамидные смолы, а из термореактивных связующих могут быть получены термопластичные, например термопластичные полиуретаны. Другим перспективным направлением развития технологии получения ПКМ является комбинирование нескольких связующих с получением так называемых полиматричных композиционных материалов. Однако основным способом модификации свойств ПКМ остается применение различного рода наполнителей.

Таким образом, за счет многообразия применяемых связующих и их свойств, а также за счет широких возможностей их модификации возможно совершенствование существующих и создание новых ПКМ. В этом направлении проводится большое количество разработок, что подтверждает тенденцию к расширению объемов производства и использования ПКМ в самых разнообразных областях человеческой деятельности, из которых они за счет своих преимуществ со временем смогут вытеснить другие материалы.

Смолы, применяемые в радиоэлектронной промышленности Текст научной статьи по специальности « Химические технологии»

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Воробьев Александр

Электроизоляционные смолы – это группа природных и синтетических веществ, способных образовывать пленки из раствора или расплава. Смолы по химическому составу представляют собой низкомолекулярные или высокомолекулярные органические или элементоорганические вещества (или смеси этих веществ).

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Воробьев Александр

Текст научной работы на тему «Смолы, применяемые в радиоэлектронной промышленности»

Компоненты и технологии, № 3’2003

в радиоэлектронной промышленности

Электроизоляционные смолы — это группа природных и синтетических веществ, способных образовывать пленки из раствора или расплава. Смолы по химическому составу представляют собой низкомолекулярные или высокомолекулярные органические или элементоорганические вещества (или смеси этих веществ).

По физическому состоянию смолы являются в основном переохлажденными расплавами аморфного (коллоидного) состояния с отсутствием резко выраженной температуры плавления.

Для смол характерны две температуры, определяющие их физическое состояние: температура стеклования Т1 и температура текучести Т2. При температуре стеклования смола представляет собой твердое хрупкое вещество, при нагревании выше температуры стеклования смола делается пластичной и уже при дальнейшем нагревании до температуры текучести Т2 становится совершенно жидкой. Эта температура примерно соответствует температуре плавления кристаллических тел. При нагревании выше температуры текучести смола представляет собой жидкое вещество.

Состояние пластичности или интервал размягчения у разных смол различен: у низкомолекулярных он находится в пределах 20-50 °С, у высокомолекулярных — в пределах 50-150 °С.

При нормальной температуре смолы, в зависимости от своей природы, могут быть как твердыми хрупкими веществами, так и жидкостями с различной степенью вязкости. Смолы в большинстве своем нерастворимы в воде, мало гигроскопичны, хорошо растворимы в соответствующих органических растворителях, обладают преимущественно хорошими клеящими и высокими диэлектрическими свойствами.

Диэлектрические свойства смол зависят в основном от их полярности. У неполярных смол диэлектрические свойства, такие, как tg в, е и р, очень высоки (например, полиэтилен). У полярных смол, например, фенолоформальдегидных, диэлектрические свойства ниже и заметно зависят от температуры.

Механические свойства в основном определяются энергией межмолекулярного притяжения, суммарная величина которой в значительной мере превосходит энергию валентных связей внутри самой молекулы.

Природные смолы — это продукты жизнедеятельности животных или растительных организмов.

Синтетические смолы — вещества, получаемые в результате химического синтеза из низкомолекулярных продуктов (мономеров).

Электроизоляционные синтетические смолы применяются как в чистом виде, например, полиэтилен, полистирол, капрон, так и для изготовления лаков и компаундов — в этих случаях зачастую смолы применяются в сочетании с другими материалами, например с растительными маслами, пластификаторами, отвердителями; наполнителями и т. п.

По признаку исходных мономеров и различных реакций получения синтетические смолы делятся на конденсационные и полимеризационные.

Конденсационные смолы получаются в результате реакции поликонденсации, когда происходит взаимодействие двух или нескольких мономерных молекул. В результате этого взаимодействия образуется полимер с выделением побочных продуктов реакции (Н20, НС1, ЫН3 и др.), причем элементарный состав полимера отличается от элементарного состава мономера (первоначального продукта).

К поликонденсационным смолам относятся: полиэфирные, эпоксидные, полиамидные, кремний-органические, фенолоформальдегидные, мочевино-формальдегидные, меламиноформальдегидные, анилиноформальдегидные и др.

По электрическим характеристикам и влагостойкости конденсационные смолы стоят несколько ниже, чем полимеризационные, так как при выделении побочных продуктов реакции несколько нарушается монолитность лаковой пленки этих смол.

Полимеризационные смолы получаются в результате реакции полимеризации из ненасыщенных мономерных соединений путем их уплотнения в более крупные полимерные молекулы без выделения побочных продуктов. Взаимодействие молекул мономера происходит за счет раскрытия двойных связей или разрыва циклов с последующим соединением образовавшихся свободных радикалов силами главных валентностей.

К полимеризационным смолам относятся поли-стирольные, полихлорвиниловые, поливинилацета-левые, полиакриловые и др.

По отношению к нагреванию синтетические смолы делят на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные смолы в процессе прогрева не теряют своих свойств (способности плавиться и растворяться в растворителях). Они способны многократно подвергаться процессам нагрева и охлаждения.

Полимеризационные смолы являются материалами термопластичными, их рабочая температура определяется в основном температурой стеклования. За небольшим исключением (фторопласт и т. п.), они относятся к низким классам по нагревостойкос-ти, поэтому в электротехнической промышленности они нашли применение главным образом в высокочастотной и кабельной технике.

Компоненты и технологии, № 3’2003

Термореактивные смолы при нагревании переходят в неплавкое и нерастворимое состояние.

Конденсационные смолы в большинстве являются термореактивными (например, ре-зольные, полиэфирные, кремнийорганичес-кие), но могут быть и термопластичными (например, новолачные, полиамидные).

Переход термореактивных смол в неплавкое и нерастворимое состояние сопровождается процессом конденсации, выражающимся в сшивании поперечными мостиками линейных молекул и образовании молекул пространственной трехмерной структуры.

В сочетании с другими изоляционными материалами в виде связующих составов (лаков и компаундов) они могут быть отнесены к более высоким классам нагревостойкости, поэтому применяются в основном для изоляции электрических машин и аппаратов.

В производстве электроизоляционных лаков и компаундов нашли широкое применение следующие синтетические смолы:

1. Полиэфирные смолы, получаемые в результате реакции поликонденсации много-

атомных спиртов с многоатомными кислотами.

2. Фенолоформальдегидные смолы, представляющие собой продукты реакции поликонденсации фенола или его гомологов (крезола, ксиленола) с формальдегидом.

3. Эпоксидные смолы — продукты реакции поликонденсации многоатомных фенолов (дефенилолпропана, резорцина) и соединений, содержащих эпоксидную группу (эпи-хлоргидрин глицерина).

4. Кремнийорганические смолы, получаемые в результате гидролиза и последующей поликонденсации мономеров алкил-, арил-хлорсиланов и других соединений кремния.

5. Азотсодержащие смолы, к которым могут быть отнесены меламино- и анилинофор-мальдегидные смолы, получаемые в результате реакции поликонденсации меламина и анилина с формальдегидом.

6. Полиамидные смолы, представляющие собой продукты конденсации дикарбоновых кислот с полиметилендиаминами.

7. Полиуретановые смолы, получаемые при взаимодействии веществ, содержащих изоцианатные (-N = C = O) и гидроксильные (ОН) группы, обычно применяются диизоцианаты (2-4-толуилендиизоцианат или 1,6-гексаме-тилендиизоцианат) и полиэфиры, содержащие свободные гидроксильные группы.

8. Полиимиды, получаемые при взаимодействии диангидридов поликарбоновых кислот с ароматическими диаминами.

9. Полимеризационные смолы на основе полимеров виниловых соединений, получаемые в результате реакции полимеризации следующих мономеров: хлорвинила (винилхло-рида), перхлорвинила, акрилатов и метакрилатов, стирола, винилового спирта и т. п.

На основе вышеописанных синтетических

смол изготавливаются различные электроизоляционные лаки и компаунды.

LiveInternetLiveInternet

Музыка

Рубрики

Читайте также:  Обжимные гильзы для соединения проводов

Подписка по e-mail

Поиск по дневнику

Цитатник

ArtMarbleStudio – камины, фонтаны, декор и прочее из натурального камня и бронзы Атмосф.

короб из бумажных трубочек – поэтапно. 🙂 и чуть-чуть про тенты, сетки, пленки. 🙂 кор.

Шьем пилотку к 9 Мая Шьем пилотку к 9 Мая автор мастер класса Oksana .

Большая книга научных развлечений 1. 2. 3. 4. .

Ваза с цветами из бумаги в подарок маме Вазу с цветами, открытку ручной работы из бумаги, мож.

Собака амигуруми

Любительниц рукоделия и, в частности, вязания спицами и крючком, в нашей стране миллионы, при этом, многие из современных мастериц с огромным удовольствием осваивают новые технологии и приемы создания изделий из клубка ниток и крючка. К примеру, амигуруми является одним из самых новых и модных направлений простого вязания крючком. Представляю вам 10 вариантов с пошаговыми фото — как связать крючком собаку амигуруми. Следующий год станем годом собаки. И поэтому уже сейчас можно начать вязать этих милых и очаровательны животных.

Японские амигуруми — это маленькие смешные игрушечки, которые представляют собою различные зверушки, фигурки, и даже неодушевленные предметы, наделенные человеческими чертами, причем, очень милыми и забавными. Вязание амигуруми зародилось не так давно, в Японии, когда японские мастерицы придумали интересную технику создания миниатюрных игрушечек, образы которых были списаны с героев знаменитых во всем мире японских аниме.

  1. Собака крючком в технике амигуруми своими руками
  2. Как связать амигуруми собачку чихуахуа
  3. Как связать миниатюрную собачку амигуруми
  4. Собака амигуруми мастер-класс
  5. Амигуруми щенок своими руками — как связать крючком
  6. Как связать закладку в виде собачки крючком
  7. Как связать собаку в шапке крючком
  8. Как связать крючком щенка с бантиками
  9. Голубой пудель видеоурок
  10. Вяжем щенка-пуделя крючком

Собака крючком в технике амигуруми своими руками

В этом мастер-классе свяжем это милое и любимое многими животное крючком. Такая собачка амигуруми может стать небольшим сувениром для друзей и родных. Готовую собачку украсим желтым сердечком из фетра. Читать далее…

Как связать амигуруми собачку чихуахуа

Маленькие комнатные собачки породы чихуахуа являются любимцами многих. Мы свяжем такую собачку в данном мастер-классе крючком. Читать далее…

Как связать миниатюрную собачку амигуруми

Следующий год станем годом собаки. И поэтому уже сейчас можно начать вязать этих милых и очаровательны животных. Мы свяжем маленькую собачку крючком. Читать далее…

Собака амигуруми мастер-класс

В этом мастер-классе свяжем вот такого друга для своего ребенка или в подарок кому-то из близких. Читать далее…

Амигуруми щенок своими руками — как связать крючком

Такой милый щенок станет прекрасным подарком. В этом мастер-классе я покажу, как связать щенка в технике амигуруми своими руками с пошаговыми фотографиями. Читать далеее…

Как связать закладку в виде собачки крючком

Читать стало очень модно и это радует. Но не всегда прочитываешь книгу сразу. Поэтому приходится пользоваться закладками. А сегодня мы свяжем милую закладку в виде собачки с помощью крючка. Читать далее…

Как связать собаку в шапке крючком

В этом мастер-классе с пошаговыми фотографиями мы свяжем собачку своими руками в шарфе и шапке крючком. Такая симпатичная зимняя поделка, связанная крючком в технике амигуруми. Читать далее…

Как связать крючком щенка с бантиками

В этом мастер-классе я покажу как связать такого милого щенка с бантиками крючком своими руками с пошаговыми фотографиями. Такая поделка станет прекрасным подарком или украшением интерьера. Читать далее…

Голубой пудель видеоурок

Вяжем щенка-пуделя крючком

Забавные миниатюрные игрушечки амигуруми особенно нравятся маленьким детишкам, поэтому, часто это хобби увлекает молодых мам и старших сестричек. Вместе с тем, собака амигуруми может стать милым и стильным украшением женской шляпки, девичьей сумки или рюкзачка, мобильного телефона или заколки.

Вязаные собачки к Новому году

Новый 2018 год по китайскому и японскому календарям будет годом Желтой земляной собаки. Поэтому самое время вооружаться крючком и спицами и начинать готовить подарки для близких. Мы собрали здесь фото вязаных собачек для вдохновения тех, кто давно вяжет, и мастер-классы для начинающих.

Этот раздел будет пополняться, и чтобы не пропустить новинки, подписывайтесь на наши новости :). Итак, выбирайте:

Вязаные собачки к Новому году

Собачка амигуруми — мастер-класс

Собачка с пышными ушками — мастер-класс

Болонка самой королевы! Мастер-класс

Собачка, связанная спицами — мастер-класс:

Если у вас тоже получилось связать символ года Собаки, присылайте на наш новогодний конкурс, с удовольствием опубликуем.

Собачка Светланы Александровой:

Собачки Оксаны Александровой:

«Собачка амгуруми». Заикина Ольга.
Игрушка связана крючком.

«Роки — «Символ 2017 года». Николюк Лиза.
Основа — папье-маше из бумаги, сверху намотаны мохнатые нитки, ушки связаны крючком, глазки и носик наклеены сверху.

«Пес Джек». Молоканова Валерия.
Вязание.

«Джуля. Джуля и Рэйчил. Пес Барбос. Жучка.» Молоканова Валерия.

«Мирон». Сорокина Людмила Викторовна.
Игрушка-собачка по кличке Мирон. Связана крючком №2, из разноцветных ниток.

И еще для вдохновения — идеи вязаных собачек к Новому году, подборка идей из интернета, по этим фото опытные рукодельницы могут связать подарки для всех:

Собачка амигуруми. Схема вязания.

Сегодня очередное пополнение среди наших четвероногих друзей. Сегодня у нас с вами появится очень милый щенок амигуруми.

Автор амигуруми схемы такой чудной собачки – Rachel. В ее блоге «Little Yarn Friends» я и нашла этого милаху! Поблагодарим Rachel! И начнем вязать!

Собачка амигуруми

Нам понадобится:
– пряжа белая и немного черной, голубой, желтой;
– крючок;
– пара глаз;
– наполнитель;
– игла и ножницы.

Сокращения:
СБН – столбик без накида
П – прибавка
У – убавка
ВП – воздушная петля

ГОЛОВА.
Белая пряжа.

1: 6СБН в кольцо амигуруми (6)
2: 6П (12)
3: (1СБН, 1П) – 6 раз (18)
4: (2СБН, 1П) – 6 раз (24)
5: (3СБН, 1П) – 6 раз (30)
6: (4СБН, 1П) – 6 раз (36)
7: (5СБН, 1П) – 6 раз (42)
8: (6СБН, 1П) – 6 раз (48)
9: (7СБН, 1П) – 6 раз (54)
10-13: 54СБН (54)
14: (8СБН, 1П) – 6 раз (60)
15-16: 60СБН (60)
17: (1У, 8СБН) – 6 раз (54)
18-21: 54СБН (54)
22: (1У, 7СБН) – 6 раз (48)
23: (1У, 6СБН) – 6 раз (42)
24: (1У, 5СБН) – 6 раз (36)
25: (1У, 4СБН) – 6 раз (30)
26: (1У, 3СБН) – 6 раз (24)

Если вы используете безопасные глазки, прикрепите их между 15 и 16 рядами.

Начитайте наполнять голову.

27: (1У, 2СБН) – 6 раз (18)
28: (1У, 1СБН) – 6 раз (12)

Закончите вязание, оставив длинную нить для пришивания к туловищу.

МОРДОЧКА.
Белая пряжа.

1: 6СБН в кольцо амигуруми (6)
2: 6П (12)
3: (1СБН, 1П) – 6 раз (18)
4: (2СБН, 1П) – 6 раз (24)
5-8: 24СБН (24)

Закончите вязание, оставив нить для пришивания.

УШИ – 2 детали.
Белая пряжа.

1: 6СБН в кольцо амигуруми (6)
2: 6П (12)
3: (1СБН, 1П) – 6 раз (18)
4: (2СБН, 1П) – 6 раз (24)
5-6: 24СБН (24)
7: (2СБН, 1У) – 6 раз (18)
8-15: 18СБН (18)
16: (2СБН, 1У) – 4 раза, 2СБН (14)

Не наполняйте уши.

Закончите вязание, оставив нить для пришивания. Сложите деталь пополам и сшейте отверстие.

ТУЛОВИЩЕ.
Белая пряжа.

1: 6СБН в кольцо амигуруми (6)
2: 6П (12)
3: (1СБН, 1П) – 6 раз (18)
4: (2СБН, 1П) – 6 раз (24)
5: (3СБН, 1П) – 6 раз (30)
6: (4СБН, 1П) – 6 раз (36)
7-15: 36СБН (36)
16: (5СБН, 1П) – 6 раз (42)
17-19: 42СБН (42)
20: (1У, 5СБН) – 6 раз (36)
21: (1У, 4СБН) – 6 раз (30)
22: (1У, 3СБН) – 6 раз (24)
23: (1У, 2СБН) – 6 раз (18)

Начинайте наполнять деталь.

24: (1У, 1СБН) – 6 раз (12)

Добавьте наполнителя при необходимости.

Закончите вязание, оставив нить для пришивания.

ПЕРДНИЕ ЛАПЫ – 2 детали.
Белая пряжа.

1: 6СБН в кольцо амигуруми (6)
2: 6П (12)
3: (1СБН, 1П) – 6 раз (18)
4-7: 18СБН (18)
8: (1У, 1СБН) – 6 раз (12)
9-18: 12СБН (12)

Закончите вязание, оставив нить для пришивания.

ЗАДНИЕ ЛАПЫ – 2 детали.
Белая пряжа.

1: 6СБН в кольцо амигуруми (6)
2: 6П (12)
3: (1СБН, 1П) – 6 раз (18)
4-7: 18СБН (18)
8: (1У, 1СБН) – 6 раз (12)

Начните наполнять деталь.

9: 12СБН (12)
10: (1СБН, 1П) – 6 раз (18)
11-14: 18СБН (18)

15: (1У, 1СБН) – 6 раз (12)
16: 6У (6)

Закончите вязание. Стяните при помощи иглы отверстие.

ХВОСТ.
Белая пряжа.

1: 4СБН в кольцо амигуруми (4)
2: 4П (8)
3-10: 8СБН (8)

Закончите вязание. Оставьте нить для пришивания. Если необходимо, наполните.

НОС.
Черная пряжа.

1: 8СБН в кольцо амигуруми.

Закончите вязание, оставив длинную нить.

ОШЕЙНИК.
Голубая пряжа.

1: 2СБН, 1ВП, повернуть (2)

Продолжайте вязать так, пока ошейник не будет хорошо сидеть вокруг шеи щенка.

БИРОЧКА.
Желтая пряжа.

1: 6СБН в кольцо амигуруми (6)

Соберите детали, глядя на фотографии.

Вот и все, ваша собачка амигуруми готова!

Непременно посмотрите другие амигуруми схемы!

Желаю всем приятного вязания и отличного настроения!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *