Композитные материалы

Композитные материалы и в частности стеклопластики, можно разделить на несколько боль­ших групп. В основу деления могут быть положены раз­личные признаки, например:

- вид армирующего наполнителя (стеклотекстолиты, ориентированные стеклопласти­ки, стеклопластики на основе рубленого стекловолокна, стекломатов и т. д.);

- тип связующего (фенольные, эпок­сидные, кремнийорганические, полиэфирные стеклоплас­тики и т. д.);

- метод изготовления изделий (прессованные, намотанные, стеклопластики контактного и вакуумного формования и т. д.);

- целевое назначение (конструкцион­ные, электро- и термоизоляционные, декоративные стек­лопластики и т. д.).

Прессованные стеклопластики получаются методом прямого горячего прессования. Это одна из наиболее распространенных по применению в промышленности групп стеклопластиков. Широкое применение прессованных стеклопластиков объясняется:

- высокой механической прочностью, пре­вышающей прочность изделий из пресспорошков, прессматериалов с волокнистыми органическими наполнителя­ми, а также из термопластов;

- более высокой, чем у мно­гих других видов стеклопластиков и пластмасс, тепло­стойкостью, обусловленной применением для их изготов­ления термостойких армирующих наполнителей и в боль­шинстве случаев термостойких связующих на основе фе­нольных и кремнийорганических смол или их модифика­ций.

Изделия из стеклопластиков на основе этих связующих могут длительное время работать при повышенных температурах и даже выдерживать кратковременные воздействия температур в несколько тысяч градусов. 

Мето­дом прессования могут быть получены стеклопластиковые детали сложной конфигурации, обладающие высокой точностью и чистотой поверхности. Следует отметить также высокую производительность процесса прессования, возможность его механизации и автоматизации.

Существуют две разновидности метода прямого горя­чего прессования:

- производится прессо­вание таблеток (заготовок) из рубленого стекловолок­на, предварительно укладываемого вручную или насасы­ваемого воздушным потоком прнссформу, имею­щую конфигурацию изделия. Связующее вводится в процессе изготовления таблетки или непосредственно в прессформу при прессовании изделия;

- прессование изделий производится из прессматериалов — стекловолокнистых армирующих наполнителей, предварительно пропитанных связующим. Таким обра­зом, стекловолокнистые прессматериалы — это полуфаб­рикаты, из которых в дальнейшем получаются стекло­пластики.

Стекловолокнистые прессматериалы выпускаются трех типов, различающихся длиной и расположением стекловолокна:

-  ориентированные (тип «С»);

- с хао­тически расположенным стекловолокном (тип «В»);

- в виде коротких лент из склеенных связующим стек­лянных нитей (так называемая «крошка»).

Материалы типа «С» представ­ляют собой свернутые в рулон ленты из склеенных свя­зующим параллельных стеклянных нитей. Одним из наиболее распространенных прессматериалов этого типа является прессматериал марки АГ-4С (ГОСТ 10087—62), получаемый путем пропитки непре­рывных стеклянных нитей марки НС-150/2 или НС-170/2 феноло-формальдегидной смолой, модифицированной поливинилбутиралем. 

Прессматериал 33-18С изготовляется на основе эпоксидной смолы и полиурета­на. В состав связующего прессматериала 27-63С входят эпоксидная и феноло-анилино-формальдегидная смолы, в состав связующего прессматериала  феноло-меламино-формальдегидная смола.

Прессматериалы типа «В» получаются путем пропит­ки связующим рубленого стекловолокна (стеклянных нитей или жгутов). Длина стеклянных волокон в прессматериалах этого типа колеблется от 10 до 120 мм. Са­мый распространенный прессматериал с хаотически рас­положенным стекловолокнистым наполнителем — АГ-4В (ГОСТ 10087—62). Связующим для него, как и для АГ-4С, служит модифицированная поливинилбутиралем феноло-формальдегидная смола Р-2. В качестве наполни­теля используется стекловолокно ВСО-6. Длина его в прессматериале обычно составляет 50—70 мм. Иногда в качестве наполнителя в прессматериалах типа «В» применяется кремнеземное волокно. Известны прессматериалы типа «В», в которые кро­ме стекловолокна вводятся порошкообразные наполните­ли для снижения стоимости материала и придания ему определённых физико-механических и технологических свойств.

Пастообразный прессовочный стекловолокнис­тый материал ППСМ представляет собой композицию на основе инициированных полиэфирных смол с инициа­торами и стекловолокнистых, а также мелкодисперсные минеральных и органических наполнителей.

Прессматериалы третьего типа («крошка») изготов­ляются, главным образом, из материалов типа «С» пу­тем разрезки их на кусочки (ленточки) небольшой дли­ны, чаще всего 10—50 мм. К ним можно отнести также пропитанную смолой рубленую стеклян­ную ткань (например, мате­риал ТВФЭ-2) и дозирую­щийся стекловолокнистый материал ДСВ-2-Р-2М.

Прочность образцов из ориен­тированных прессматериалов значительно выше прочно­сти образцов из материалов типа «В» и «крошка». Тип полуфабриката в известной степени предопределяет его назначение, поскольку распо­ложение и длина стеклянных волокон имеют решающее значение для прочности деталей из стеклопластиков.

Полуфабрикаты типа «С» применяются, главным об­разом, для изготовления силовых деталей. Если в дета­лях из прессованных стеклопластиков армирующие стек­лянные волокна (все или значительная их часть) нахо­дятся в состоянии одноосного растяжения, то по вели­чине удельной прочности они не уступают деталям из луч­ших конструкционных металлов и сплавов.

Удельная жесткость стеклопластиков ниже чем у металлических материалов, поэто­му при одинаковых напряжениях деформации конструкций из стеклопластиков значительно больше, чем дефор­маций металлических конструкций. С другой стороны, благодаря меньшему модулю упругости, стеклопластики лучше противостоят вибрации и обладают более высокой демпфирующей способностью.

Прессовочные стекловолокнистые материалы типа «В» и «крошка» почти не применяются для изготовления высоконагруженных деталей простой геометрической формы. Но они незаменимы для изделий сложной фор­мы, от которых требуется одновременно достаточно вы­сокая прочность, хорошие электроизоляционные и тепло­изоляционные свойства. Таким образом, область приме­нения стекловолокнистых прессматериалов того или иного типа зависит не только от назначения изделий, но также и от их размеров и конфигурации.

Косвенной характеристикой размеров детали может служить ее масса. Прессованные детали из стеклоплас­тиков можно условно разделить по массе на три группы:

- мелкие — до 100 г,

- средние — до 1 кг,

- крупные — свыше 1 кг.

Крупные детали могут быть изготовлены из прессма­териала любого типа, однако, как правило, тип полу­фабриката для изготовления данной детали выбирается в зависимости от ее конструкции. На практике методом прямого горячего прессования из стекловолокнистых прессматериалов изготовляют три вида деталей: пло­ские, цилиндрические и детали сложной конфигурации. Процесс изготовления деталей каждого из названных видов имеет свои особенности. Естествен­но, что и свойства материала зависят от вида детали.