Основные характеристики и принципы создания полимерных композитов на основе термореактопластов

Армирующие наполнители в полимерных композиционных материалах (ПКМ) играют роль силового элемента, а полимерное связующее — матрицы, предназначенной для передачи и распределения усилий в структуре материала.

Основные физико-механические и технологические свойства наиболее используемых и перспективныхсвязующих приведены в таблице 1.

Все перечисленные связующие относятся к классу термореактопластов и состоят из двух основных компонентов: основы (смолы) и отвердителя. Для уменьшения хрупкости, повышения пожаростойкости, регулирования текучести в состоянии переработки, повышения вибродемпфирующих свойств, регулирования теплопроводности и т.п. в состав водятся различные добавки – пластификаторы, антиперены, тиксотропные и электропроводящие наполнители и т.д.

Таблица 1 – Типичные свойства термореактивных полимерных матриц.

Основная особенность данного типа связующих такова, что после введения отвердителя происходит необратимая реакция полимеризации. Материал переходит из вязкотекучего в твердое состояние. После полимеризации материал не может быть изменен никаким методом переработки кроме механической обработки. Всю гамму термореактопластов обычно подразделяют на отдельные группы. Например, по температуре полимеризации (температуре переработки) можно выделить:

¾ связующие холодного отверждения (полимеризация идет при температуре 20 – 60ºС);

¾ связующие горячего отверждения (полимеризация идет при температуре 150 – 180ºС).

Связующие горячего отверждения и, соответственно, ПКМ на их основе имеют наиболее высокие механические характеристики. Связующие холодного отверждения позволяют создать наиболее дешевый технологический процесс с минимальными затратами на оснастку и технологическое оборудование. Чаще всего, в качестве связующих холодного отверждения используют полиэфирные связующие, которые отличаются высокой усадкой (из-за стирола, входящего в состав композиции) и гидрофильностью. Наиболее «популярными» и обладающими оптимальными технологическими и механическими характеристиками являются эпоксидные связующие. Последние не выделяют летучих компонентов в ходе полимеризации (что снижает требования к технологической оснастке), обеспечивают наилучшие механические характеристики конечного продукта. Однако данные связующие отличаются повышенной стоимостью, по сравнению с остальными. При необходимости получить изделие с повышенной термостойкостью без добавления специализированных добавок, используют фенолоформальдегидные и полиимидные связующие. Однако при их полимеризации происходит выделение летучих побочных продуктов, что усложняет технологию процесса. Также необходимо отметить, что, в связи с выделением летучих компонентов при полимеризации фенолоформальдегидных связующих, стеклопластики на их основе проявляют нестабильность свойств при эксплуатации в условиях большой влажности. В настоящее время для создания термостойких композитов вместо эпоксидных и полиимидных смол за рубежом все больше используют бисмалеимиды – соединения, получаемые по реакции диамина с малеиновым ангидридом с последующей химической или термической имидизацией олигоамидокислоты.

Перечислим основные требования к связующему:

¾ высокая температура стеклования;

¾ низкое водопоглощение и слабое изменение свойств при поглощении воды;

¾ высокая ударная прочность;

¾ высокая прочность и жесткость;

¾ хорошая адгезия к армирующим наполнителям;

¾ нетоксичность.