ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

“МАТИ” - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. К.Э.ЦИОЛКОВСКОГО

____________________________________________________________

Кафедра "Технология переработки неметаллических материалов"

Утверждено на заседании кафедры

"___" _________________ 2008 г.

Зав. кафедрой ТПНМ

____________________ Бухаров С.В.

Армирующие волокна

для полимерных композиционных материалов

(УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ)

Составитель: Мийченко И. П.

МОСКВА – 2008

Методическое пособие предназначено в помощь студентам для более углубленного изучения материаловедческих дисциплин по учебным планам бакалавриата, инженерии и магистратуры по направлению подготовки «Материаловедение и технология новых материалов».

В учебном пособии рассмотрены вопросы раздела "Волокнистые наполнители для полимерных композиционных материалов" в соответствии с учебной программой дисциплины "Технология получения полуфабрикатов полимерных и композиционных материалов".

Содержание

1 Стеклянные волокна	4
1.1 Исторический очерк	5
1.2 Общие сведения о получении стекол и стеклянных волокон	7
1.3 Характеристика стекловолокон	12
1.4 Поверхностные свойства стеклянных волокон	22
1.5 Текстильные формы стекловолокнистых наполнителей	28
Литература	34
2 Базальтовые волокна	35
2.1 Общая характеристика базальтовых волокон	35
2.2 Составы и свойства базальтовых волокон	39
2.3 Текстильные формы базальтоволокнистых наполнителей	47
Литература	51
3 Углеродные волокна	52
3.1 Исторический очерк	52
3.2 Особенности структуры волокнистых форм углерода	54
3.3 Типы и свойства углеродных волокнистых наполнителей	68
Литература	90
4 Арамидные волокна	92
4.1 Исторический очерк	92
4.2 Особенности структуры арамидных волокон	96
4.3 Свойства арамидных волокнистых наполнителей	105
4.4 Текстильные формы арамидных волокон	111
Литература	119

1 Стеклянные волокна

Одним из основных типов армирующих наполнителей для получения ПКМ (или армированных пластиков, АП) являются волокнистые наполнители на основе стеклянных волокон. Стеклянные волокна получают высокоскоростной вытяжкой из однородной стекловидной массы, представляющей собой искусственно получаемый сплав различных оксидов, основным из которых является оксид кремния SiО₂. Состав и количество других типов оксидов определяет особенности и состава и свойств получаемого стекловолокна. Стеклянные волокна изготавливают в виде непрерывных или штапельных волокон и ваты. Непрерывные и штапельные волокна применяют в качестве армирующих наполнителей, стекловату, получаемую методом раздува, использую в качестве теплоизоляционного материала и в производстве фильтров. Из стеклянных волокон путем специальной обработки (вытяжки, кручения, плетения) получают различные стекловолокнистые наполнители: нити и жгуты, ровинги и плетеные ленты, ткани, рубленную стеклопряжу и маты на ее основе, комбинированные и измельченные волокна. Стеклянные волокна являются также исходным материалом для получения стеклянных чешуек, грубых холстов, пропитанной связующими пряжи и плетеных веревок, фильтрующих материалов, элементов волоконной оптики и т.п. Стекловолокнистые наполнители могут быть получены из волокон различного диаметра и состава.

Изделия конструкционного и общего назначения из стеклопластиков находят широкое применение в автомобиле-, приборо-, самолето- и судостроении, электротехнике, строительстве, производстве технологической оснастки и инструментов, транспортных средств, антикоррозионной защиты. Области их применения неуклонно расширяются по мере совершенствования составов и технологии получения стекловолокнистых форм.

Наполнители на основе стеклянных волокон характеризуются высокой твердостью, грибо-, хим- и термостойкостью, исключительно высокой прочностью при растяжении, идеальной упругостью вплоть до разрушения (предел текучести не проявляется, а удлинение при разрыве не превышает 3-5%), высокой удельной поверхностью и наличием на ней гидроксильных групп, обеспечивающих полное смачивание наполнителя полимерными связующими, химическое взаимодействие гидроксильных групп волокна с функциональными группами связующего и высокую прочность сцепления матрицы с волокном на границе раздела фаз, низкие механические потери даже по сравнению с металлами. Стеклянное волокно хорошо перерабатывается на текстильном оборудовании благодаря малому диаметру волокон и относительно низкому модулю упругости волокна (не более 100 ГПа).

В настоящее время разработаны различные составы стекол специального назначения, из которых получают волокна отличающиеся повышенными электрическими свойствами, термо-, щелоче- или кислотостойкостью, прочностью или жесткостью, способностью поглощать жесткие излучения, например, рентгеновские.

К недостаткам стекловолокнистых наполнителей можно отнести высокую хрупкость, обусловливающую резкое снижение прочности стекловолокон при наличии поверхностных дефектов. Это требует защиты поверхности стекловолокон нанесением замасливателей и/или аппретов. Для стекловолокон характерна очень гладкая поверхность без волнистости или выступов, что затрудняет фиксирование их при укладке по слоям. Для стекло и волокон на их основе характерен относительно низкий уровень усталостной прочности при действии напряжений, превышающих предел пропорциональности, а также сравнительно низкий модуль упругости при растяжении. Высокая гидрофильность поверхности стекловолокон обусловливает повышенное водопоглощение, что отрицательно сказывается на прочностных характеристиках изделий на их основе во влажной атмосфере.