по. доклад. После нанесения аппретов стеловолокно имеет структуру, представленную на рисунке 1
 Скачать 206.19 Kb.
|
|
После нанесения аппретов стеловолокно имеет структуру, представленную на рисунке 1.  Рисунок 1 – Схема структуры границы раздела стекловолоконо – полимерная матрица: 1 – стекловолокно; 2 – мономолекулярный слой аппрета; 3 и 4 – второй и третий слой аппрета; 5 – граничный слой аппрет-полимерная матрица; 6 и 7 – полимерная матрица различной структуры[2] Адгезионная прочность на границе раздела фаз волокно – связующее: В данной работе рассматривается основная проблема создания стеклопластиков, а именно недостаточная адгезионная прочность, которая напрямую связанная с поверхностью стекловолокна. Адгезия – это сцепление разнородных веществ, в результате которого образуется граница раздела фаз между волокном и матрицей. Известно, что свойства композитов определяются не только свойствами армирующих волокон и матриц, но и их взаимодействием на границе раздела, в первую очередь - прочностью сцепления волокна с матрицей. От того, насколько прочно связаны между собой компоненты армированного пластика, зависят напряжения, которые передает матрица на волокно. Соответственно, прочность границы раздела определяет, насколько полно может быть реализована в материале прочность волокнистого наполнителя. Поэтому изучение адгезионной прочности соединений «волокно – связующее» является одним из необходимых этапов создания композиционных материалов с заданными и регулируемыми свойствами и прогнозирования поведения армированных материалов при работе в различных условиях. Взаимодействие связующего со стекловолокном – достаточно сложный процесс, который определяется многими физико-механическими и физико-химическими факторами: фактической площадью контакта, внутренними напряжениями, трением, поверхностным натяжением, влиянием стекловолокна на процессы отверждения и кристаллизации. В связи с высокой гидрофильностью стеклянных волокон, на их поверхности всегда находится некоторое количество сорбированной влаги. Наличие влаги оказывает негативное влияние на адгезию полимерного связующего к стекловолокну, а также на процессы полимеризации термореактивного связующего. Для придания стекловолокну гидрофобных свойств используются аппреты или замасливатели. Модификация поверхности стекловолокон нанесением аппретов (методика проведения модификации): Для решения проблемы с адгезионным взаимодействием стеклянные волокна подвергают поверхностной модификации путем нанесения специальных химических веществ - аппретов, которые чаще всего вступают в химические реакции как с поверхностью волокна, так и со связующим при его отверждении, образуя, таким образом, химическую связь между волокном и связующим. Во всех этих соединениях кремнийорганическая группа вступает в реакцию с гидроксильными группами на поверхности стеклянных волокон, образуя химическую связь. Требования, предъявляемые к аппретам: Аппреты должны обладать способностью: • хорошо смачивать наполнитель; • проникать в наполнитель и заполнять дефекты на его поверхности; • создавать на поверхности армирующих волокон слой, совместимый с полимерным связующим; • снижать величину остаточного напряжения в промежуточном слое, возникающего вследствие усадочных явлений в процессе отверждения связующего; • перераспределять напряжения в матрице и переносить их на волокна при механическом воздействии на композиционный материал. В качестве аппретов для стекловолокна выбирают вещества содержащие: от 1 до 40% эфира акриловой кислоты, от 1 до 10% малеинового ангидрида и 50-98% этилена, который наносится из раствора с последующей сушкой. Аппрет наносят из раствора с массовой концентрацией 0,23-0,91% в органическом легколетучем растворителе и проводят ступенчатый подъем температуры с одновременной отгонкой растворителя. Структура границы раздела фаз аппретированного стекловолокна можно представить следующей схемой (рисунок 1). Непосредственно на поверхности стекловолокна 1 находится химически связанный с ней гидролитически устойчивый мономолекулярный слой аппрета 2 (граничный слой стекловолокно - аппрет). Затем расположены промежуточные слои 3, 4. Второй слой аппрета 3 состоит примерно из 10 молекулярных слоев, хемосорбированных на поверхности полисилоксанов, связанных между собой силоксановыми группами. Третий слой аппрета 4 насчитывает в среднем 270 молекулярных слоев и представляет собой конденсированные в разной степени олигомерные силоксаны, удерживающиеся между собой адсорбционными силами. Активные группы аппрета, контактирующие со связующим, образуют граничный слой аппрет - полимерная матрица 5. Далее расположены промежуточные слои полимерной матрицы 6 с градиентным распределением плотности, степени отверждения и других показателей и полимерная матрица 7.  Свойства после аппретирования: После проведения поверхностной модификации стекловолокон путем нанесения на поверхность стекловолокна аппретов возникают стойкие к гидролизу химические связи между волокном, связующим и аппретом, которые обеспечивают непрерывных переход от связующего к стекловолокну через поверхностный слой аппрета. В следствие чего увеличивается смачиваемость волокна связующим в несколько раз, и повышается адгезионная прочность границы раздела волокна и полимерной матрицы связующего. Также данная обработка стекловолокон позволяет повысить прочностные (предел прочности, модуль упругости) и диэлектрические свойства при длительном использовании стеклопластиков, как при нормальных условиях эксплуатации, так и в водной среде. По сравнению с не модифицированными стеклопластиками предел прочности при растяжении у стеклопластиков прошедших модификацию выше примерно в два раза, а модуль упругости примерно в полтора раза. Вывод: Из всего выше сказанного можно сделать вывод о том, что модификация поверхности стекловолокна для композиционных материалов является достаточно эффективной. Становится очевидным, что надмолекулярная структура стекловолокна, свойства поверхности, химическая природа прививаемых соединений, природа растворителя являются определяющим фактором создания качественных композиционных материалов. |