Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2013 » Август » 20 » Стеклянные волокна
16:16
Стеклянные волокна

Как мы уже говорили, в полимерных композициях используются различные наполнители для изменения свойств и удешевления материала. Стеклянное волокно обладает набором интересных свойств, имеет низкую себестоимость, просто в производстве и имеет огромную сырьевую базу.

Любой наполнитель полимерной композиции должен отвечать набору требований, чем больше он соответствует этим требованиям, тем шире применяется в полимерной промышленности. Первое требование – высокая адгезия к полимерной матрице. Это свойство наполнителя зависит от трех составляющих: развитость (шероховатость) поверхности, сродство материала наполнителя к полимеру (близость полярности) и возможность образования между наполнителем и полимером достаточно прочных химических связей.

Что касается сродства материалов, здесь стоит сказать, что малополярные полимеры вообще имеют плохую адгезию к любой поверхности. Поэтому, чем выше полярность материала наполнителя, тем лучше.

Возможность образования прочных связей с полимерной матрицей, наилучшим образом обеспечивается в полимерных волокнах. Разумеется, при наличие в них двойных связей или групп, по которым возможна сшивка.

Самой высокой удельной площадью поверхности обладают: сухая древесина, натуральные целлюлозные волокна, бумага и другие пористые материалы. Как правило, собственная прочность таких материалов не высока.

Второй показатель наполнителя для полимерных композиций заключается в собственной механической прочности. Прежде всего, это прочность на разрыв и жесткость. Если наполнитель имеет форму близкую к сфере или кубу, то важна также прочность на срез, смятие, сдвиг, устойчивость к ударным нагрузкам и пр.

Стеклянное волокно обладает разрывной прочностью 80-210 кгс/мм2, модуль упругости при растяжении 480-11000 кгс/мм2, относительное удлинение при растяжении 0,5-4,0%, в зависимости от сорта стекла. Эти показатели являются весьма неплохими, лучшими показателями обладают только высокопрочные полимерные волокна, углеродное волокно, борное или алюмоборосиликатное волокно. Но, эти материалы дороже в производстве, чем стеклянное волокно. Можно с уверенностью сказать, что в своей ценовой категории, стекловолокно является практически самым прочным наполнителем. К сожалению, гладкость поверхности волокна снижает его адгезию к полимерной матрице. Что особенно сказывается на разрывной прочности материала поперек волокна.

Стеклянное волокно имеет небольшой диаметр 3-100 мкм (толщина человеческого волоса 70-110 мкм), что и обуславливает их эластичность. При деформации с определенной угловой скоростью, подвергается перестроению весьма небольшое количество звеньев кристаллической решетки. Поэтому, за время деформирования, по статистическим представлениям, успевает произойти релаксация всех структур. При повышении температуры, скорость релаксации увеличивается, как за счет увеличения межатомных расстояний, так и за счет повышения подвижности структурных элементов. Как Вы наверное знаете, даже оконное стекло может с годами деформироваться от нагрева солнечным светом. Чем толще слой материала, тем больше времени необходимо для перестроения всех внутренних структур в сечении изделия. Поэтому, из хрупкого стекла можно отлить тонкие и гибкие нити.

Несмотря на все вышесказанное, стекло все таки, сохраняет некоторую хрупкость. Поэтому, материалы, содержащие стекловолокно, не отличаются особой гибкостью. Как правило, это жесткие пластики.

В ряде случаев, очень важна термостойкость материала, его тепло и электроизоляционные качества. Стекло обладает прекрасными свойствами в этом отношении. Термостойкость стекловолокна составляет 900-1700оС, в зависимости от сорта стекла. Наибольшей термостойкостью обладают кварцевые стекла, их температура плавления достигает 1700оС, при содержании диоксида кремния в среднем 95-99%.

Низкий коэффициент теплового расширения стекла (особенно кварцевого) обуславливает высокую стабильность свойств полимерных композиций на основе данных наполнителей. При этом, следует подбирать полимер имеющий соответствующий коэффициент теплового расширения. Наименьшими коэффициентами теплового расширения обладают кремнийорганические полимеры (силиконы), боропластики и ряд других, как правило, стериорегулярных и высокополярных полимеров с большой молекулярной массой ММ.

Очень важное свойство любого наполнителя – технологичность. Например, газовая сажа склонна марать все к чему прикасается и сильно пылит. Древесная мука требует высокой гидроизоляции, так как притягивает воду, кроме того, она пожароопасный материал. К главным технологическим недостаткам стеклянного волокна, следует отнести его хрупкость при перематывании и других механических воздействиях в ходе технологического цикла. Другой недостаток – проблемы с дозировкой наполнителя на одну партию и ориентация волокна в изделии. Эти проблемы решаются для каждого материала отдельно. Например, использование гранулированного полуфабриката из нарезанного на небольшие фрагменты жгута стекловолокна, пропитанного олигомером. Для высокопрочных изделий применяют ориентированное армирование, например, намоткой волокна с одновременной пропиткой полимерным материалом.

Производство стеклянного волокна включает плавление гранулированного стекла с последующим продавливанием расплава сквозь фильеру. Фильера – пластинка с мелкими отверстиями, оформленная в виде фильтрующего вкладыша. Толщина получаемого волокна зависит от диаметра отверстий в фильере и степени вытяжки волокна в процессе остывания. Отливка волокна производится в верхней части колонны, струйки расплава стекают вниз, сквозь поток газа, обычно воздуха. Если воздух подогрет, то охлаждение расплава происходит медленнее и стеклянная мононить успевает вытянуться, уменьшившись в диаметре. При вытяжке, несколько повышается эластичность и разрывная прочность волокна. Степень вытяжки задается соотношение между расходом расплава через фильеру и скоростью намотки готового волокна в нижней части колонны.

Для предотвращения намагничивания волокна и его слипания, а также, для предотвращения лишних царапин, нити, перед намоткой на бобину замасливают. То есть, распыляют на них раствор вязкой органики в петролейном эфире или другом растворителе. В качестве замасливателя может применяться минеральное масло или дибутилфталат. Замасливание позволяет предотвратить запутывание волокна при перемотке и несколько защищает его от внешних воздействий.

Перед применением стеклянное волокно отмывают от органического покрытия растворителем и сушат. Для лучшей адгезии к полимеру, волокно может подвергаться промывке в минеральной кислоте. При этом, с поверхности стеклянной нити вымываются катионы металла и остаются группы –SiO3H, способные образовывать химическую связь с полимером.

Другой метод повышения адгезии заключается в нанесении на волокно тонкой пленки адгезива, например – эпоксидной смолы. Адгезив выполняет функцию клеевого слоя между стеклом и полимером. Все виды адгезивов и других веществ, улучшающих скрепление стекла с полимером, называют – аппреты. Если не смыть замасливатель с волокна, то он снижает сцепление последнего с полимерной матрицей, выступая в роли антиадгезива.

Стеклянное волокно может использоваться, как непосредственно для изготовления изделий, так и для производства полуфобрикатов – препрегов. Препреги представляют собой гранулированный или иной формы полуфабрикат для горячего прессования. Волокнистый наполнитель, пропитанный неотвержденной реактопластовой смолой (например, феноло-формальдегидной). Данные полуфабрикаты могут производится прямо в том же цехе, где и стеклянное волокно, что позволяет обойтись без замасливания и последующей отмывки.

Кроме того, стеклянное волокно используется для наполнения композиций в виде: холстов, тканей (как прошивных, так и не прошивных), войлоков, жгутов (роумингов) и пр. Чем больше ориентировано стеклянное волокно в полимере, тем выше его прочность, но, тем больше механических нагрузок натерпится волокно, пока станет изделием. Поэтому, в каждом случае подбирают свою технологию.

Промышленность производит ряд видов стеклянного волокна, которое может быть использовано для производства композиций и для иных целей. В первую очередь, это наиболее дешевое силикатное волокно, по составу оно может быть близко к обычному оконному стеклу. Затем, термостойкое силикатное волокно, отличающееся высокой температурой плавления и малым коэффициентом теплового расширения. Кроме того, различают высокопрочные и высокомодульные волокна, используют эти наполнители для производства высоконагруженных и особо ответственных изделий. В электротехническом машиностроении используются пластики на основе полупроводящего волокна. Это волокно содержит большое количество оксидов меди и серебра, удельное поверхностное сопротивление таких материалов 102-1010 Ом. Натрийборосиликатное волокно отличается низкой, а свинцовоокисное высокой, диэлектрической проницаемостью. Капиллярные волокна, имеющие осевой канал, используются для производства некоторых датчиков химической аппаратуры (например, иономеров или кондуктометров), а так же, для изготовления композиций, отличающихся специфическим набором диэлектрических, теплофизических и радиопроводящих свойств (например, для изготовления сферических кожухов антенн РЛС).

В последнее время, стекловолокно нашло широкое применение для изготовления высокочастотных, безиндукционных кабелей для передачи информации. При этом, информация передается посредством набора монохроматических лучей, идущих через пучок (100-10000 штук) волокон. Во избежание помех, каждое стеклянное волокно покрыто с поверхности слоем изолирующего материала, образующего на границе раздела фаз (стекло-полимер) светоотражающий слой. Данная технология уже широко применяется для изготовления высокоскоростных ЭВМ и систем связи.

Как и для полупроводников, свойства стеклянного волокна сильно зависят даже от небольших количеств примесей. Что открывает дополнительные возможности к совершенствованию данных материалов.

Категория: Полимерные материалы | Просмотров: 2663 | Добавил: Chemadm | Теги: стекловолокно, полимерные композиции, наполнители полимеров | Рейтинг: 4.8/32
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]