8.1. Стеклопластики

Стеклопластики (СП) – материалы на основе полимерных матриц, упрочненных стеклянными волокнами. Отличительной особенностью СП является уникальное сочетание технических свойств: высокой прочности и демпфирующей способности, коррозионной и химической стойкости, низкой теплопроводности и плотности.

Стеклянные волокна (СВ) получаются из расплавленных стекломасс различного состава (температура 1200 – 1450°С) быстрым вытягиванием струи из фильер до получения волокон диаметром 3 – 100 мкм и длиной несколько десятков километров. Фильерная пластина имеет обычно несколько сотен отверстий. После вытягивания волокна собирают в пучок и обрабатывают замасливателем, который соединяет элементарные волокна в первичную нить, предотвращает склеивание нитей, облегчает размотку и кручение нитей, защищает их от истирания и разрушения во время текстильной переработки. Кроме замасливателей на поверхность волокон наносят составы (органосилоксаны и др.), увеличивающие смачивание волокон и повышающие их адгезию к полимерной матрице (аппреты). После этого нить с высокой скоростью наматывают на катушку. В производстве АП используются в основном волокна круглого сечения, но могут применяться также профильные волокна: квадратные, треугольные, полые и т.п.

Стеклянные волокна отличаются негорючестью, стойкостью к коррозии, высокой прочностью, сравнительно малой плотностью, высокими оптическими, диэлектрическими и теплофизическими свойствами. Для получения волокон используют стекла различных составов. Наиболее широкое применение для производства волокон находят стекла алюмоборосиликатного (Е-волокна) и магнийалюмосиликатного (S-волокна) состава. Е-волокна нестойки к действию сильных кислотных и щелочных сред и поэтому разработаны химически стойкие стекла: С-стекло; Е-CR-стекло (электрокоррозионностойкое) и AR-стекло (щелочностойкое). S-волокна по сравнению с E-волокнами, отличаются более высокой прочностью, жесткостью и теплостойкостью, но они более дорогие.

Наибольшее распространение получили стеклопластики на основе высокопрочных тонких стеклянных волокон, которые подразделяются на материалы с ориентированным и неориентированным расположением волокон. Ориентированное расположение волокон позволяет максимально реализовать в материалах прочность и модуль упругости волокон. Материалы с ориентированным расположением волокон (стекловолокниты) изготавливаются с использованием стеклонити, стеклоровинга (жгута), стеклошпона и термореактивных связующих методами намотки, протяжки или послойной выкладки.

Пластики, в которых в качестве наполнителя применяют стеклоткани, называются стеклотекстолитами, для которых используют ткани из алюмоборосиликатных волокон, обладающих высокой прочностью и хорошими диэлектрическими свойствами.

Широкое применение для производства изделий находят технологичные полуфабрикаты в виде премиксов, в которых связующие находятся на стадии олигомеров, либо представляют собой смесь олигомеров с мономером или раствор полимера в мономере. Оптимальная длина волокон в премиксах составляет 20 – 25 мм, а для изделий сложной конфигурации используют премиксы с длиной волокон 5 – 6 мм.

В производстве изделий используются также листовые пресс - материалы, близкие по составу к премиксам и представляющие собой маты из рубленых волокон длиной 50 мм, пропитанные связующими.

Для производства стеклопластиков из непрерывных и дискретных волокон используются вторичные структуры в виде нитей, жгутов, лент и тканей разнообразных текстур (тканевые, вязанные, плетеные, нетканые).

Комплексные нити являются первичными нитями, полученными в результате вытягивания пряди элементарных нитей (волокон) из фильер. Они применяются для текстильной переработки в крученые комплексные нити, ровинги и тканые материалы.

Крученые комплексные нити получают круткой и сложением непрерывных комплексных нитей (содержат до четырех комплексных нитей). Для одиночной нити число кручений на каждый метр составляет 30 - 90 (кратное 10), а для крученой комплексной 50 - 180.

Ровинги (жгуты) представляют собой непрерывную прядь, состоящую из определенного числа приблизительно параллельных первичных комплексных нитей.

Стеклянные ткани и сетки вырабатываются из крученых комплексных нитей или из ровингов методом ткачества и различаются составом стекла, видом переплетения (полотняные, сатиновые и саржевые), толщиной, массой и другими параметрами.

Ленты стеклянные конструкционного назначения изготавливают как тканые, так и нетканые.

Полотна нитепрошивные и вязальнопрошивные представляют собой непрерывные материалы, состоящие из основы в виде продольной системы ровинга, скрепляемые тонкими нитями с системой поперечного ровинга.

Полотна ориентированные представляют собой рулонные материалы, состоящие из продольной и поперечной системы ровингов или нитей, соединенные между собой с помощью термопластичных нитей.

Полотна холстопрошивные – многослойные холсты из отходов стекловолокон, пронизанные стеклянными кручеными комплексными нитями.

Материалы (полотна) трикотажные из стекловолокна вырабатываются в виде полотен, рукавов, заготовок.

Стекломаты представляют собой рулонные материалы, состоящие из хаотически расположенных штапельных стеклянных волокон или отрезков комплексных нитей, скрепленных связующими или без них.

В производстве СП наиболее широко применяют термореактивные смолы: фенолоформальдегидные, эпоксидные, полиэфирные, полиимидные, кремнийорганические и др., а также их композиции.

Термопластичные полимеры, применяемые в производстве СП, обладают высокой вязкостью, что затрудняет пропитку стеклянных наполнителей и получение композиций с высоким их содержанием. В качестве наполнителей используют короткие волокна длиной 0,1 - 1,0 или 3 – 12 мм и диаметром 9 – 19 мкм. Термопластичные материалы выпускают преимущественно в виде гранул, которые перерабатываются в изделия литьем под давлением, экструзией и др. методами.