Содержание:

1. Состав стеклопластика.
2. Армирующий наполнитель.
   
3. Связующие смолы.
   
4. Отвердители стеклокомпозита.
   
5. Добавки BYK.
   

Часть 1 из 5 

Состав стеклопластика

Технология производства изделий из стеклокомпозита включает в себя разработку полимерной матрицы и состава армирующего наполнителя, ориентации армирующих элементов, геометрической укладки составляющих в пространстве и толщины. Это напрямую оказывает влияние на свойства готового изделия под конкретные характеристики: химическая стойкость, термостойкость, экологичность, прочность, плотность.

Технические характеристики и физико-механические свойства стеклопластиков регулируются также составом связующих смол (табл.1)

Таблица 1. Характеристики стеклокомпозита на основе базовых смол

В зависимости от состава и назначения стеклопластики делят на группы:

• конструкционные;
• термостойкие;
• радиопрозрачные;
• микросферотекстолиты.

Конструкционные стеклопластики

Выполнены на основе связующих и различных наполнителей. Свойства конструкционного стеклопластика зависят от вида армирующего наполнителя. Средними показателями являются:

• прочность при растяжении 645 МПа;
• прочность при сжатии 530 МПа;
• прочность при изгибе 10 ГПа.

Термостойкие стеклопластики

Термостойкие стеклопластики обладают высокими прочностными характеристиками и способны выдерживать температуру до 300°С без изменения физико-механических и диэлектрических свойств. К ним относятся термопласты на основе полиимидных и фенолоформальдегиднофурфуроловых связующих.

Радиопрозрачные стеклопластики

В состав радиопрозрачных стеклопластиков входит кремнийорганический связующий и кварцевая ткань, что придает материалу высокие диэлектрические свойства. Исходя из состава, стеклопластик имеет следующие показатели:

• диэлектрическая проницаемость 1,8 - 4,6;
• тангенс угла диэлектрических потерь 0,004 - 0,0214
• прочность при растяжении 355 МПа;
• прочность при сжатии 130 МПа;
• прочность при изгибе 270 МПа.

Микросферотекстолиты

Выполнены на основе эпоксидных и фенольных связующих, способны выдерживать температуру до 350°С и обладают хорошими диэлектрическими характеристиками. Показателями микросферотекстолитов являются:

• диэлектрическая проницаемость 2,23 - 2,46;
• тангенс угла диэлектрических потерь 0,007 - 0,018;
• прочность при изгибе 200 МПа.

Часть 2 из 5 

Армирующий наполнитель

В состав стеклянных наполнителей входят оксиды кремния, алюминия, магния, кальция. Для получения волокон с особыми свойствами включают в состав оксиды бора, натрия, циркония.

Стеклоровинг

Волокнистый наполнитель стеклокомпозита. Имеет вид жгута, состоящего из сплошных не скрученных стеклянных нитей. Из прямого стеклоровинга изготавливают тканые (стеклоткань) и нетканые (стекломаты) материалы. Крученый стеклоровинг используется для получения шнуров, канатов, шпагатов.

Основой стеклоровинга является алюмоборосиликатное вещество марки типа Е с добавлением циркония. Стеклянные волокна, которые составляют первичную нить, имеют диаметр 10 - 25 мкм. Для защиты от повреждений и лучшей совместимости со связующими смолами нити обработаны замасливателем.

Различают два вида стеклоровинга:

1. Прямой (однопроцессный). Имеет вид не скрученного жгута в одну сложную волокнистую нить, применяется с полиэфирными и эпоксидными связующими смолами.
2. Сложенный (ассемблированный). Состоит из нескольких сплошных стеклянных нитей.

Ассемблированный ровинг

Сложенный стеклоровинг, который бывает малосложенный и многосложенный.

Малосложенный (текстурированный) ровинг представляет собой стекловолокнистый жгут из нескольких сложных волокон с равномерным натяжением. При изготовлении многосложенного (рассыпающегося) ровинга используют специальный вид замасливателя, который позволяет использовать ровинг для напыления.

Нетканые материалы. Стекломаты

Стекломаты представляют собой нетканое полотно, собранное из беспорядочно расположенных стеклянных нитей различного размера, которые пропитаны связующим веществом. В зависимости от плотности полотна и используемого связующего существуют маты нескольких видов:

• Порошковый. При склеивании используют порошковый наполнитель. Имеет рыхлую структуру, низкую эластичность, плотность 100 - 850 г/м2.
• Эмульсионный. Стеклянные волокна длиной 5 - 45 мм соединены эмульсионным клеевым составом. Плотность 100 - 850 г/м2.
• Длинноволокнистый. Прослойки стекловолокна соединены связующим полимером. Плотность 120 - 920 г/м2.

Стеклоткань

Стеклоткань представляет собой материал из тканого стекловолокна с толщиной нити 30 - 90 мкм. Существует несколько разновидностей стеклоткани, но в качестве армирующего материала для стеклокомпозита применяется конструкционная и ровинговая ткань. Плотность материала 30 - 1800 г/м2.

По способу плетения нити стеклоткани различают:

• с полотняным переплетением (стеклорогожа), где ровинги переплетаются в каждом пересечении, поэтому ткань плотная и плохо поддается изгибу;
• с саржевым переплетением, когда ровинги образуют диагональные рубчики в переплетении, ткань имеет меньшую плотность и идеально подходит в качестве армирующего материала и изготовления объектов сложной конфигурации;
• с сатиновым переплетением, ровинги образуют рисунок в плетении, поэтому ткань очень гибкая и имеет низкую плотность.

Рубленое стекловолокно

Рубленое стекловолокно получают двумя способами:

1. Разрезание ровинговых жгутов на нити с длиной отрезка 6 - 35 мм.
2. Обработка стеклонитей на молотковой дробилке с получением нитей длиной 0,8 мм, которые в дальнейшем используют в качестве армирующего наполнителя.

Стеклокомпозиты на основе рубленого стекловолокна обладают анизотропными свойствами. Связующим для рубленого волокна являются полиэфирные, винилэфирные или формальдегидные смолы.

Часть 3 из 5 

Связующие смолы

Полиэфирные ненасыщенные смолы

В состав полиэфирных ненасыщенных смол входят растворы продуктов поликонденсации гликолей с малеиновым ангидридом и модифицирующими кислотами в мономерах. Это ненасыщенные олигомеры (олигоэфиры): полималеинаты, олигоэфиракрилаты.

Многокомпонентная смесь полиэфирных ненасыщенных смол включает в себя ряд химических веществ с необходимыми для формирования стеклокомпозита функциями (табл. 2). Для полимеризации смолы необходимы дополнительные компоненты. Это акселераторы (ускорители) и катализаторы (отвердители).

Таблица 2. Роль компонентов полиэфирных ненасыщенных смол и их содержание в смеси

Полиэфир образуется при поликонденсации многоатомных спиртов (гликолей) с многоосновными кислотами (фумаровая или адипиновая кислота) или ангидридами (малеиновый ангидрид, фталевый ангидрид).

После полимеризации полиэфирный олигомер приобретает трехмерную сетчатую структуру. Если исходный продукт имел относительно малую молекулярную массу, соответствующую 2000, то в результате полимеризации его молекулярная масса резко возрастает.

Растворителем для полиэфирных ненасыщенных смол служит стирол, а также нелетучий диметакрилат триэтиленгликоля.

Инициатор отверждения - это перекись или гидроперекись, которая при взаимодействии с ускорителем запускает процесс полимеризации. В качестве ускорителя используют соли кобальта, в частности нафтенат и октоат кобальта.

Эпоксидная смола

Эпоксидные смолы образуются в результате реакции поликонденсации эпихлоргидрина с многоатомными фенолами, спиртами, полиаминами, многоосновными кислотами и представляют собой олигомеры.

При применении эпоксидной смолы в качестве связующего на характеристики стеклокомпозита влияет выбранный вид отвердителя (гексаметилендиамин, полиэтиленполиамины, малеиновый ангидрид).

Наиболее используемая эпоксидно-диановая смола, которая применяется в составе с различными видами отвердителей. Это третичные амины и их аналоги, а также фенолы. Технические характеристики представлены в таблице 3 для высшего сорта эпоксидной смолы.

Таблица 3. Технические характеристики эпоксидно-диановой неотвержденной смолы

Винилэфирные смолы

Представляют собой полиэфирные ненасыщенные смолы с эпоксидной основой. Содержание стирола составляет 35 %.

В зависимости от состава винилэфирные смолы имеют следующие разновидности:

• винилэфирная смола на основе бисфенола А;
• бромсодержащие винилэфирные смолы, обладают высокой химической стойкостью в широком спектре рН;
• винилуретановые смолы, получают путем введения уретановых групп в состав винилэфирных смол, что повышает их анизотропные свойства;
• наволочные формальдегидные смолы с высокой стойкостью к высоким температурам и окислителям.

В качестве инициаторов отверждения для винилэфирных смол применяют перекиси и гидроперекиси, а ускорителями являются нафтенаты, октоаты кобальта и амины. Отвердителем служит пероксид метилэтилкетона с повышенным содержанием димера, а также гидропероксид кумола, который является наиболее предпочтительным из-за отсутствия вспенивания.

После отверждения связующие на основе винилэфирных смол приобретают следующие характеристики и свойства:

• прочность при растяжении 60 - 80 МПа;
• модуль растяжения 2500 - 3700 МПа;
• прочность на изгиб 90 - 140 МПа;
• температура тепловой деформации 60 - 135 °С.

Часть 4 из 5 

Отвердители стеклокомпозита

Для связующих на основе различных смол применяются отвердители, которые подразделяются на группы:

1. Аминные. Алифатические, циклоалифатические, ароматические амины: полиэтиламин, аминоакрилаты, триэтилентетрамин, полиамины.
2. Полиамидные.
3. Амидные.
4. Кислотные соединения. Дикарбоновые кислоты и их ангидриды: малеиновый, фталевый, метилэндиковый, гексагидрофталевый.

Для эпоксидных смол отвердителями являются первичные и вторичные диамины, полиамины, алифатические и ароматические полимеркаптаны.

Для отверждения полиэфирных ненасыщенных и винилэфирных смол используют отвердители, в состав которых входит инициатор, ускоритель и ингибитор. При этом процентное соотношение отвердителя к объему смолы составляет от 0.8 до 2.5 %.

Инициаторами служат перекиси, гидроперекиси или смеси перекисей (бензоилпероксид, пероксид метилэтилкетона). Для каждой группы инициаторов применяется отдельный ускоритель:

• для пероксид метилэтилкетона - нафтенат кобальта и октоат кобальта;
• для бензоилпероксида - третичные амины: диметиланилин и диэтиланилин.

В качестве ингибиторов применяются фенол, трикрезол, хиноны и некоторые органические кислоты. В среднем на стадии изготовления ингибитора вводится 0,02-0,05%.

Часть 5 из 5 

Добавки BYK

Для улучшения качества стеклокомпозита применяются добавки:

1. Тиксотропные добавки;
2. Противоусадочные добавки;
3. Технологические добавки;
4. Смачивающие добавки;
5. Добавки деаэраторы.

Тиксотропные добавки

В качестве тиксотропной добавки в состав смолы вводится аэросил - диоксид кремния (SiO2) в виде мелкодисперсного порошка в количестве 1 - 3 % от веса смолы. Частицы порошка образуют в смоле сетку с частым расположением ячеек из частиц порошка, что предотвращает текучесть смолы.

Для улучшения тиксотропных свойств используется добавки BYK-405, а также BYK-410, BYK-411 и BYK-420. Это растворы модифицированных мочевин в N-метилпирролидоне, которые включают в себя тонкие игольчатые микрокристаллы. Микрокристаллы образуют трехмерную решетку при помощи водородных связей, тем самым исключая текучесть смол.

Технологические добавки

Технологические добавки облегчают извлечение изделий из формы. Среди технологических добавок следует выделить:

• BYK-P 9912. Имеет характеристики внутренней смазки для армированных волокнами конструкций.
• BYK-P 9920. Экологичная добавка обладает свойствами пеногашения.

Для полиэфирных ненасыщенных и винилэфирных смол рекомендуются добавки ВYK–P 9051, BYK–P 9065. Для эпоксидных смол - BYK–P 9065.

Смачивающие добавки

Смачивающие добавки представляют собой полимерные вещества, в состав которых входят полярные и неполярные группы, с большой молекулярной массой. Они способствуют снижению поверхностного натяжения между жидкой фазой смолы и твердой фазой армирующего наполнителя, а также позволяют сократить количество стирола в смоле.

Для полиэфирных ненасыщенных и винилэфирных и эпоксидных смол рекомендуются добавки BYK–W 9010, BYK–W 9011.

Добавки деаэраторы

Деаэраторы высвобождают воздух из наполнителя и армирующих материалов путем объединения мелких пузырьков в крупные комплексы и последующего выталкивания их на поверхность. Чаще всего деаэраторы используются совместно с пеногасителями, что повышает их эффективность, но деаэраторы и пеногасители должны быть в определенной степени несовместимы. От их несовместимости зависит способность разрушать пенные пузырьки. несовместимость можно регулировать изменением молекулярной массы полимера или его полярности.

Основой для деаэраторов, применяемых для эпоксидных смол, служат модифицированные полисилоксаны, безсиликоновые полимеры (используются для аминного составляющего) или сочетание обоих составляющих:

• на основе силикона: BYK-077, BYK-067 A, BYK-A 525, BYK-S 732;
• на основе безсиликоновых полимеров: BYK-A 501, BYK-A 535, BYK-1788, BYK-1788;
• на основе сочетания силикона и безсиликоновых полимеров:BYK-A 530, BYK-P 9920.

Состав деаэраторов для винилэфирных и полиэфирных ненасыщенных смол зависит от применяемого отвердителя. Деаэраторами являются следующие добавки BYK:

• BYK-081, используется для изделий, контактирующих с пищевыми продуктами;
• BYK-A 500, для прозрачных изделий;
• BYK-A 501, обладает высокой степенью несовместимости;
• BYK-A 505, изготавливается из вторичного сырья;
• BYK-A 515, для винилэфирных смол;
• BYK-A 535, применим для контакта с пищевыми продуктами;
• BYK-A 550, имеет высокую эффективность и дает незначительное помутнение;
• BYK-A 555, универсальная;
• BYK-A 560, имеет высокую эффективность и смачиваемость волокон.

Для полиэфирных ненасыщенных смол отвердителем является перекись метилэтилкетона (стандартный отвердитель), но для винилэфирных смол этот отвердитель вызывает ряд неудобств, и в этом случае используется гидроперекись изопропилбензола.

Добавка BYK-P 9928, применяемая для винилэфирных смол, снимает эти проблемы и позволяет использовать стандартный отвердитель. Кроме того добавка BYK-P 9928 снижает агрессивность кобальта в винилэфирной смоле и улучшает их взаимодействие.