Упругие свойства стеклопластиков

Сегодня мы подготовили материал по теме: "упругие свойства стеклопластиков" с советами и комментариями.

Упругие свойства стеклопластиков

Стеклопластики с хаотическим расположением волокон с удовлетворительной для инженерной практики точностью можно считать изотропными материалами. Их механические свойства во всех направлениях вокруг любой точки являются одинаковыми.

У ориентированных стеклопластиков механические свойства в различных направлениях различны. Такие материалы являются анизотропными.

Анизотропия может быть природной или конструкционной, причем материалы с конструкционной анизотропией являются неоднородными анизотропными материалами. Ориентированные стеклопластики относятся к конструктивно анизотропным материалам; анизотропия упругих и прочностных свойств этих материалов создается в процессе изготовления изделий и является регулируемой величиной.

Необходимо установить, к какому классу анизотропных материалов можно отнести ориентированные стеклопластики, и определить зависимость между напряжениями и деформациями для этих материалов.

Анизотропные материалы могут иметь некоторую пространственную симметрию строения, что в значительной мере упрощает изучение их механических свойств. Практически все ориентированные стеклопластики можно отнести к ортотропным или трансверсально-изотропным материалам.

Изделия, изготовленные из стеклотекстолитов, армированных тканью разного переплетения, или укладкой ровницы в двух взаимно-перпендикулярных направлениях, имеют слоистую структуру и обладают определенной симметрией строения.

В каждой точке такого материала имеются три взаимно-ортогональные плоскости симметрии механических свойств: плоскость, параллельная срединной плоскости листа, и еще две, перпендикулярные к ней и взаимно-перпендикулярные плоскости.

Анизотропные материалы, имеющие такую симметрию механических свойств, называются ортотропными. Координатные оси, совпадающие с направлением армирования, т. е. с осями симметрии механических свойств, назовем основными.

Технические характеристики стеклопластикового профиля

Стеклопластики, а также продукция, созданная из них, в наше время пользуются огромной популярностью благодаря потрясающим эксплуатационным и техническим характеристикам, позволяющим использовать такие изделия в электротехнической, химической, нефтегазовой промышленности, а также в транспорте, строительстве и даже быту.

И именно поэтому стеклопластик сегодня является одним из наиболее перспективных композитных материалов. Отдельно следует обратить внимание на его превосходные технические характеристики.

Чем так хорош стеклопластик?

В первую очередь следует отметить, что данный материал не подвергается разрушительному воздействию влаги и воды, поэтому можно не беспокоиться, что изделие окислится, сгниет, покроется грибком или плесенью. Это очень важный критерий отбора элементов, особенно в случае, если изделия необходимы на производствах, где зачастую требуется полная стерильность.

Помимо этого стеклопластик, созданный на основе полиэфирных смол, не горюч и полностью устойчив к воздействию УФ — лучей. И даже в процессе горения изделие не будет выделять ядовитых, вредных для здоровья человека или состояния окружающей среды соединений.

Изделия из стеклопластика достаточно легкие, что позволяет существенно снизить нагрузку на несущие конструкции и, соответственно, избежать их преждевременного износа.

Важная характеристика, которая позволяет стеклопластику активно использоваться на химических производствах – абсолютная устойчивость к различным агрессивным средам. Материал не подвержен воздействию щелочей и кислот и может выдержать соприкосновение с весьма опасными и едкими элементами.

Однако это далеко не все положительные качества стеклопластика.

Также следует отметить то, что:

  • материал отличается повышенной прочностью, и при установке изделия не требуется армирование металлом;
  • стеклопластик обладает весьма широким температурным диапазоном возможного использования – его можно эксплуатировать при температуре от +110 о С до -60 о С;
  • данный материал не потрескается и не ссохнется;
  • в процессе сверления и обработки электропилой не возникнет трудностей и проблем, таких как сколы, расслоения, изломы;
  • при работе с электричеством стеклопластик не требует заземления.

Ступинский завод стеклопластиков готов предложить стеклопластиковый профиль, который будет соответствовать всем требованиям и нормам, продиктованным сферой деятельности покупателя.

Так, в зависимости от индивидуальных характеристик каждого конкретного типа стеклопластика, можно подобрать для себя профиль электротехнического назначения, профиль из эпоксидной или полиэфирной смолы.

Мы можем гарантировать качество всей предлагаемой продукции. Более подробно ознакомиться с конкретными характеристиками стеклопластика и изделий из него, можно при помощи данных, имеющихся на нашем сайте.

Основные параметры и характеристики стеклопластиковых профилей
на основе эпоксидной смолы

Наименование показателя Значение
Плотность, г/см3 2,1±0,15
Водопоглощение, % 0,2
Разрушающее напряжение при статистическом изгибе поперек волокон, МПа
Профиль сплошной фигурный 700*
Профиль сплошной прямоугольный 700**
Профиль полый круглый 300
Профиль полый фигурный и полый прямоугольный 900
Массовая доля стекловолокна, % 80±2,5
Разрушающее напряжение при растяжении вдоль волокон, МПа
Профиль сплошной круглый, для Ø от 15 до 22 мм 800
Профиль сплошной круглый, для Ø более 22 мм 700
Ударная вязкость поперек волокон, кДж/м2
Профиль сплошной фигурный и сплошной прямоугольный 350
Профиль сплошной круглый 250
Профиль полый фигурный и полый прямоугольный 200
Разрушающее напряжение при сжатии вдоль оси, МПа
Профиль полый круглый 150
ПРОФИЛЬ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Водопоглощение, % 0,1
Разрушающее напряжение при статистическом изгибе поперек волокон, МПа 300
Стойкость к нагреванию в течении 24 ч., ºС 180
Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом 1·1012
Электрическая прочность поперек волокон при частоте 50Гц, в условиях комнатной среды, трансформаторного масла, кВ-эфф/мм 5.0***
* — для трапециевидного профиля
** — для профиля толщиной до 5 мм
*** — или электроизоляционной кремнийорганической жидкости

Основные параметры и характеристики стеклопластиковых профилей
на основе полиэфирной смолы

Наименование показателя Значение
Плотность, г/см3 1,8±0,15
Водопоглощение, % 2,5
Массовая доля стекловолокна, % 60±10
Разрушающее напряжение при растяжении вдоль волокон, МПа
Профили сплошные 400
Профили полые 270
Изгибающее напряжение при разрушении вдоль волокон, МПа 400±100*
* — в зависимости от толщины профиля (стенок профиля, если профиль полый)

Химическая стойкость стеклопластикового профиля

N Химическая среда Концентрация реагента, % Время выдержки, сут. Температура выдержки, °С Оценка стоимости
1 Азотная кислота 30 7 38 Хорошая
2 Фосфорная кислота 50 7 65 Хорошая
3 NaOH 50 7 65 Хорошая
4 Соляная кислота 30 7 71 Плохая

Примечание: Оценка стойкости по уменьшению физико-механических характеристик, в %:

  • хорошая от 0 до 15;
  • удовлетворительная от 15 до 25;
  • плохая свыше 25

© 1968-2017, ООО «Ступинский завод стеклопластиков»

Россия, Московская область, Ступино, ул. Загородная, вл. 5/1

Влияние воды на свойства стеклопластиков

Рисунок 1.- Внутренние напряжения в области деффекта(х200)

Рисунок 2. — Начало разрушения, вызванного пузырьком воздуха, и область распространения трещин(х1 58)

Читайте так же:  Предвесенний уход за деревьями и кустарниками

Рисунок 3.-Зависимость водопоглащения от времени выдержки в воде при 20С: 1 — ПЭ, 2 — эпоксидный стеклопластик

Рисунок 4. — Изменение относительной прочности влажного стеклопластика

Изучение водопоглощения стеклопластиков свидетельствует о значительной его величине от времени выдержки. Выдержка в воде значительно снижает механические свойства стеклопластика. Например, за 5 лет выдержки в воде снижение предела прочности при растяжении составляет 13%, при сжатии – 15%, при изгибе – 17%, модуля нормальной упругости – 6-10% (рисунок 4). Снижение механических свойств и процессы диффузии воды способствуют ослаблению адгезионной прочности стекловолокон с полимерным связующим, в результате чего происходит обнажение волокна (рисунки 5 и 6), верхний тканевый слой легко отслаивается от изделия, обнажая следующий слой.

Рисунок 5. — Изменение поверхности стеклопластиков в процессе старения: а — до испытания, b — после испытания

Рисунок 6. — Внешний вид образцов стеклопластика после 2,5 лет испытания под действием климатических факторов(УФ-излучение, вода, абразивный износ)

На поперечном срезе изделия (рисунок 7) можно видеть разрушение верхнего слоя стеклопластика, отслаивание связующего и обломков стекла, образование трещин.

Рисунок 7. — Разрушение поверхности стеклопластиков при старении

Вода адсорбируется на поверхности гидрофильных окислов ( SiO 2) в виде гидроксильных групп и молекул, которые удерживаются поверхностными гидроксилами за счет водородных связей, о чем свидетельствуют данные спектроскопических исследований: частота полос поглощения 3750 см-1, 3650 см-1. У вершины трещины, дефекта ионы натрия или другие катионы под действием воды подвергаются гидролизу с образованием гидроокиси металла, которая, в свою очередь, вызывает гидролиз силоксановых связей, ослабляя таким образом сетчатую структуру двуокиси кремния. Экспериментально определенная энергия активации (18,8 ккал/моль) отождествлялась с энергией активации диффузии иона натрия в массе стекла (20-25 ккал/моль). Пластическая деформация стекла в области перед трещиной очень мала и вместо равномерного распределения напряжения происходит растрескивание материала по ослабленным центрам. Стеклопластики при силовых воздействиях имеют тенденцию к прогрессирующему и необратимому повреждению. В некоторых случаях нагрузка при возникновении повреждений составляет всего лишь 10% от соответствующего статического предела прочности. В условиях растяжения первый признак поврежденности проявляется в виде отслаивания волокон от матрицы, расслаивания (рисунок 8)до полного разрушения образца.

Рисунок 8 – Характер разрушения различных типов образцов стеклопластика при растяже нии

К силовым полям внешних факторов следует отнести и влияние абразивных частиц, присутствующих как в воздухе, так и в воде. Исследования этого фактора свидетельствуют о появлении абразивной эрозии, которая вызывается ударами механических частиц, взвешенных в воде или в воздухе. Стеклопластики в значительной степени подвержены абразивному износу. При воздействии воздушной струи с абразивом по величине объемного разрушения стеклопластики превосходят углеродистую сталь и капрон в 15-20 раз [6]. Испытания показывают, что износостойкость полимерных материалов определяется их эластичностью: чем меньше модуль упругости и больше коэффициент Пуассона, тем лучше материал сопротивляется ударам абра-зивных частиц.(рисунки 9, 10)

Рисунок 9 – Абразивный износ полимерных материалов в зависимости от скорости потока: 1 – ПЭ; 2 – стеклопластик

Рисунок 10 – Потери объема см3 через 6 часов испытаний на гидроабразив-ный износ в среде вода-песок: 1 – стеклопластик; 2 – ПЭ

Влияние температуры на физико-механические свойства стеклопластиков

Физико-механические показатели стеклопластиков как конструктивного мате риала в значительной степени зависят от его температурно-влажностного состояния. В отечественной и зарубежной литературе вопросы поведения стекло пластиков при различных температурах недостаточно освещены, что в известной мере ограничивает возможности применения их в строительных конструкциях.

При обычных температурах свойства стеклопластиков в основном определяются направленностью стекловолокна его составом и процентным содержанием в материале, а также зависят oi вида связующего. Известно, что стекловолокно сохраняет свою прочность до температуры 300—350°, поэтому тепло стойкость стеклопластиков определяется видом и свойствами связующего. Немало важное влияние на теплостойкость материала оказывает также технология его изготовления.

Изменение физико-механических показателен стеклопластиков при повышенных температурах происходит главным образом в результате структурных преобразований в связующих (деполимеризаиия структурирование), появления дополнительных внутренних напряжений в материале и ослабления адгезионных связей между стекловолокном и клеящим составом.

Нередко теплостойкость стеклопластиков изучалась по показателям теплостойкости Мартенса и по изменению веса. Но эти критерии являются условны ми и совершенно недостаточными

В ряде зарубежных стран проведены исследования влияния температуры на прочностные и упругие характеристики стеклопластиков, однако полученные результаты зачастую не совпадают между собой. Это в большой мере объясняется разнообразием и спецификой свойств стеклопластиков, изготавливаемых по разным технологическим режимам 5,6. Кроме того, несомненно сказалось и различие в методах изготовления и испытания образцов.

Ниже описываются результаты проведенных в ЦНИИСКе испытаний отечественных стеклопластиков на растяжение и изгиб при повышенных температурах. Исследовалось несколько промышленных и опытных партий материала, изготовленного на основе стекломатов и полиэфирных фенольных связующих. Изучены также стеклотекстолиты (КАСТ, КАСТ-В и материалы на полиэфирном связующем ПН-1) и стеклопластик АГ-4С.

Образцы на растяжение (3—5 образцов на каждую опытную точку) изготавливались по ГОСТ 4649—55, на изгиб (5—8 образцов) — в соответствии с ГОСТ 4648—56. Испытания проводились на машинах «Шоппер», оборудованных специальными нагревательными камерами. Скорость движения подвижной головки составляла при растяжении 20 мм!мин., при изгибе — 30—50 мм/мин. Предварительно на контрольных образцах определялись основные физико-механические характеристики: объемный вес стеклопластиков, количество стекловолокна, пределы прочности и модули упругости при растяжении и изгибе. Температура 80° была принята как соответствующая максимально возможному нагреву элементов строительных конструкций солнечными лучами.

Влияние повышенных температур на механические свойства стеклопластиков выявлялось прн двух различных температурных режимах: при первом образцы нагревали до заданной температуры, выдерживали определенное время и испытывали в нагретом состоянии: при втором режиме после выдерживания в течение некоторого времени в условиях заданной температуры образцы охлаждали и испытывали при 20°.

Результаты испытаний представлены в табл. 1.

Как видно из приведенных данных наиболее резкое снижение прочностных показателей стеклопластиков наблюдается в начале температурного воздействия. Снижение пределов прочности при растяжении и изгибе стеклопластиков на основе полиэфирного связующего (ПН-1) при кратковременных испытаниях lt= = 80°) составляет соответственно 25,6— 50,2% и 31.1—86,3%. Для стеклопластиков на фенольных связующих (феноло-спирты. Р-21. К-6) эти параметры равны 26,6—27 и 33,4—51,8%, а для стеклотекстолитов КАСТ-В, КАСТ и стеклопластика АГ-4С соответственно составляют 21,3—22% и 19.7—41,5%.

Читайте так же:  Выращивание баклажанов в домашних условиях

Ранее было отмечено, что в стабильности механических свойств при повышенных температурах стеклопластиков, изготовленных на основе стекловолокнистых наполнителей одного типа, определенную роль играет вид полимерных связующих. Наибольшее снижение прочности при 80° наблюдается у стеклопластиков на полиэфирных связующих. При использовании фенолоспиртов снижение прочности при изгибе стеклопластика уменьшается на 18,4% в сравнении со снижением прочности пластика на основе Р-21.

Следует отметить, что однонаправленное расположение стеклонаполнителя в материале обеспечивает наиболее стабильные прочностные показатели его при повышенных температурах. Так, например, снижение прочности на растяжение при направленном расположении наполнителя (1:0) составляет 26,6%. а равнопрочного (1:1) —37,2%.

Влияние типа стеклонаполнителя на стабильность физико-механических свойств при повышенных температурах изучалось на стеклопластиках со связующим— полиэфирной смолой ПН-1 В качестве стеклонаполнителей были использованы стеклоткань (марки Т-1) и маты из рубленого стекловолокна бесщелочного состава.

В первом случае стеклонапонитель представляет собой единую высокопрочную структуру, все элементы которой взаимосвязаны. В стекломатах отдельные волокна (длиной 1,5—2 см) хаотично расположены в материале и связаны между собой полимерной клеящей средой, что приводит к повышению роли связующего в стабильности показателей структурной прочности материала при повышенных температурах.

Чтобы выявить, в какой степени снижение прочности зависит от неполной полимеризации связующих, допущенной в процессе изготовления этих стеклопластиков, образцы предварительно выдерживались при 80е в течение 250 час. и затем испытывались в нагретом и охлажденном состояниях. Результаты испытаний (табл. 1) показывают значительное повышение теплостойкости стеклопластиков на основе полиэфирных связующих. По-видимому, это объясняется тем- что, в отличие от фенольно-формальдегидных, полиэфирные стеклопластики изготовляются контактным методом холодного отверждения (нанесение стекло-волокпистого наполнителя на форму, пропитка его смолой и последующая тщательная укатка материала валиками при нормальной температуре). Испытываемые образцы полиэфирных стекло пластиков предварительно в течение го да выдерживались в помещении. Вез>ль- таты испытаний показывают, что технологические режимы изготовления эти 4 партий стеклопластиков не обеспечивают завершения полимеризации связующих. При соответствующем изменении технологии изготовления стеклопластиков прочностные свойства этих материалов могут быть повышены.

С увеличением времени термообработки стеклопластиков до 1000 час. наблюдается некоторое снижение их прочностных характеристик, что по-виднмому стеклопластика АГ-4С, снижаются в большей степени, нежели деформативные характеристики.

На основании проведенных экспериментальных исследовании можно сделать вывод о значительном падении прочности некоторых видов отечественных стеклопластиков при изгибе и несколько меньшем при растяжении причем снижение модуля при изгибе меньше, чем падение предела прочности.

Вид полимерного связующего оказывает решающее влияние на стабильность механических показателе и стеклопластиков при повышенных температурах Наибольшее понижение прочностных и упругих свойств при повышенных температурах объясняется одновременным развитием двух структурных процессов, противоположно влияющих на их прочностные свойства. С одной стороны, завершается полимеризация и поликонденсация связующих; с другой — происходят процессы термической деструкции, снижающие механические характеристики. Соотношение этих процессов и их влияние на физико механические свойства стеклопластиков определяются температурой и временем термообработки.

В связи с этим интересно отметить, что Л. Н Голубенкова, Г. Л. Слонимский и В А. Каргин, изучая процесс отверждення фенольно-формальдегидных резольных смол, пришли к выводу, что повышение температуры может привести как к увеличению, так и уменьшению прочностных характеристик смол в зависимости от степени воздействия температуры на структурные связи смол. Они также установили, что для каждого вида исследованных смол существует температурный интервал, прогревание в котором вызывает снижение прочностных характеристик

Помимо определения предела прочности стеклопластиков, изучалось снижение модуля упругости при изгибе в результате первичного нагрева. Данные табл. 2 показывают, что снижение модуля упругости при изгибе двух видов стеклопластиков на основе полиэфирного связующего (АН-1) при 40° составляет 25— 28% Для стеклопластиков на основе фе вольных связующих понижение модуля упругости при изгибе при 80° не превышат 28 2%.

Дополнительная термообработка материала при 80° в течение 250 час. приводит к повышению прочностных показателей Это свидетельствует о том, что в производстве стеклопластиков, выпускаемых ныне, остается незавершенным процесс полимеризации связующих Таким образом, встает вопрос об изменении технологических режимов производства этих материалов с тем, чтобы значительно повысить их физико-механические свойства.

Свойства стеклопластиков

Стеклопластик обладает многими очень ценными свойствами, дающими ему право называться одним из материалов будущего. Ниже перечислены некоторые из них. Малый вес. Удельный вес стеклопластиков колеблется от 0,4 до 1,8 и в среднем составляет 1,1 г/см3. Напомним, что удельный вес металлов значительно выше, например, стали – 7,8, а меди — 8,9 г/см3. Даже удельный вес одного из наиболее легкого сплава, применяемого в технике, — дуралюмина составляет 2,8 г/см3.
Таким образом, удельный вес стеклопластика в среднем в пять-шесть раз меньше, чем у черных и цветных металлов, и в два раза меньше, чем у дуралюмина. Это делает стеклопластик особенно удобным для применения на транспорте. Экономия в весе на транспорте переходит в экономию энергии; кроме того, за счет уменьшения веса транспортных конструкций (самолетов, автомобилей, судов и т.п.) можно повысить их полезную нагрузку и за счет экономии топлива увеличить радиус действия.

Стеклопластики являются прекрасными электро- изоляционными материалам при использовании как переменного, так и постоянного тока.

Высокая коррозионная стойкость

Стеклопластики как диэлектрики совершенно не подвергаются электрохимической коррозии. Существует целый ряд смол, позволяющие получить стеклопластики стойкие к различным агрессивным средам, в том числе и к воздействию концентрированных кислот и щелочей.

Хороший внешний вид

Стеклопластики при изготовлении хорошо окрашиваются в любой цвет и при использовании стойких красителей могут сохранять его неограниченно долго. Прозрачность. На основе некоторых марок светопрозрачных смол можно изготовить стеклопластики, по оптическим свойствам немногим уступающим стеклу.

Высокие механические свойства

При своем небольшом удельном весе стеклопластик обладает высокими физико-механическими характеристиками. Используя некоторые смолы и определенные виды армирующих материалов, можно получить стеклопластик, по своим прочностным свойствам превосходящий некоторые сплавы цветных металлов и стали.

Стеклопластик относится к материалам с низкой теплопроводностью. Кроме того, можно значительно повысить теплоизоляционные свойства путем изготовления стеклопластиковой конструкции типа “сэндвич”, используя между слоями стеклопластика пористые материалы, например пенопласт. Благодаря своей низкой теплопроводности, стеклопластиковые сэндвичевые конструкции с успехом применяются в качестве теплоизоляционных материалов в промышленном строительстве, в судостроении, в вагоностроении и т.д.

Читайте так же:  Физические свойства строительных материалов

Простота в изготовлении

Видео (кликните для воспроизведения).

Существует много способов изготовления стеклопластиковых изделий, большинство из которых требует минимальных вложений в оборудование. Например, для ручного формования потребуются только матрица и небольшой набор ручных инструментов (прикаточные валики, кисти, мерные сосуды и т.д.). Матрица может быть изготовлена практически из любого материала, начиная с дерева и заканчивая металлом. В настоящие время широкое распространение получили стеклопластиковые матрицы, которые имеют сравнительно небольшую стоимость и длительный срок службы.

СТЕКЛОПЛАСТИК СВОЙСТВА

Свойства стеклопластика.

Свойства стеклопластика зависят,главным образом,от состава,диаметра и длины стекловолокна,его ориентации и процентного содержания,а также от взаимодействия на границе «стекловолокно-связующее» и технологии изготовления.

Среди свойств,присущим всем видам стеклопластиков,можно отметить следующие:

Малый удельный вес.

Удельный вес стеклопластика — от 0,4 до 2.0 г/см3 (средний — 1,1г/см3).Для сравнения:удельный вес стали — 7,8 г/см3 ,меди — 8,9 г/см3,дуралюмина — 2,8 г/см3.

Высокие механические свойства.

При небольшом удельном весе стеклокомпозиты обладают высокими физико — механическими характеристиками.Например,прочность стеклопластика в 9 раз выше,чем у ПВХ и в 2-4 раза выше,чем у алюминия.Используя некоторые смолы и определенные виды армирующих материалов,можно получить стеклопластики,превосходящие по прочностным свойствам некоторые сплавы цветных металлов и стали.

Стеклокомпозиты являются хорошими электроизоляционными материалами при использовании как переменного,так и постоянного тока.

Высокая коррозионная стойкость.

Стеклопластики не подвергаются электрохимической коррозии (как диэлектрики),бактериальному разложению,устойчивы к различным агрессивным средам (в том числе к воздействию солей,кислот и щелочей) и продуктам биологической жизнедеятельности.

Стеклопластики относятся к материалам с низкой теплопроводностью (0,24 Вт/мК) и являются изоляторами.Для сравнения:лист стеклопластика толщиной 1мм эквивалентен листу стекла толщиной 5 мм.Кроме того,их теплоизоляционные свойства можно значительно повысить путем изготовления конструкции типа «сэндвич»,используя между слоями стеклопластика пористые материалы (например пенопласт).

Низкий тепловой коэффициент линейного расширения.

Материал обладает высокой стойкостью к большому диапазону и резким перепадам температур (диапазон рабочих температур — от -60 до +80С) При изготовлении с применением поверхностного защитно-декоративного слоя гелькоута стеклопластик стоек к воздействию ультрафиолета.Кроме того,материал обладает сейсмостойкостью (100%-е упругое восстановление после деформации),устойчивостью к ветровым нагрузкам при скорости до 300 км/час.

Трудногорючесть и огнестойкость.

При пожаре стеклопластик не выделяет сильнодействущего газа-диоксина.Кроме того,он имеет класс А огнестойкости по системе ASTM.

На основе некоторых марок светопрозрачных смол можно изготовить стеклопластики,по оптическим свойствам практически не уступающие стеклу (светопропускание до 92%)

Хороший внешний вид.

При изготовлении стеклопластики могут окрашиваться в массе в любой цвет,а при использовании стойких красителей могут сохранять его неограниченно долго.

Согласно заключению Санитарно-эпидемиологического надзора РФ,стеклокомпозитные изделия не вредны для здоровья человека,а содержание вредных веществ в них не превышает установленных норм.

Механические свойства стеклопластиков в направлении армирования в значительной мере определяются свойствами армирующих волокон и их расположением,в меньшей степени они зависят от связующего.Например,замена основы стекловолокна с Е — стекла на S — стекло позволяет повысить прочность композита на 40%.Температурные характеристики стеклопластиков обусловлены,в основном,свойствами связ

Эпоксидная смола.

Смолы применяются в судостроительной промышленности для пропитки волокон в процессе изготовления изделий из волоконно-армированного пластика. Независимо от природы волокна (стекловолокно , углеволокно , кевлар , древесное волокно) , адгезия смолы и пропитываемость волокон являются самым важным моментом для производства качественного изделия.

Эпоксидные смолы представляют самое универсальное семейство смол , применяемых для производства композитных конструкций и судоремонта. Практически по всем параметрам эти смолы обеспечивают самые высокие показатели клеевого шва и прочности . В настоящее время разработаны смолы , не содержащие вредных для здоровья веществ и не выделяющие при отверждении фенола . Смолы обладают крайне малой усадкой . В случае ремонта компонента , изначально изготовленного на основе полиэфирных и винилэфирных смол и подвергнутого деформации и трещинам , хорошо армированная эпоксидная смола имеет прочность связи с основой 2000 пси (у винилэфирной 500 пси) . Не имеет значения , из какого сочетания древесины , углеволокна , кевлара , стекловолокна и заполнителя состоит ремонтируемое изделие , смола хорошо впитается и навсегда образует с ним композитное единое целое. Когда эпоксидная смола используется в качестве химически стойкого барьерного слоя , покрытие ею обладает очень низким водопоглощением ( менее 0.5%) и можно быть уверенным в том , что отделочные покрытия будут иметь хорошее сцепление с эпоксидной основой , а основа – с корпусом судна . Современные эпоксидные смолы могут обладать низкой вязкостью и контролируемым временем отверждения.

Смола ЭД-20
(эпоксидно-диановая неотвержденная).

Эпоксидная смола ЭД-20 представляет собой прозрачную вязкую жидкость желтоватого цвета без видимых механических включений. Массовая доля эпоксидных групп — 19,9-22,0%. Применяется с отвердителем ПЭПА (полиэтиленполиамин) или другими отвердителями для эпоксидных смол. Соединение смолы с отвердителем должно производиться при температуре не ниже 20°С. Время желатинизации примерно 1,5 часа, а время полного отверждения 24 часа. Гарантийный срок хранения 1,5 года.
  • для изготовления и ремонта деталей корпусов лодок, яхт, самолетов, автомобилей и т. д.
  • в мебельной, электротехнической и радиотехнической промышленности
  • в качестве компонента заливочных и пропиточных компаундов, клеев, герметиков, связующих для армированных стеклопластиков.

Внимание! Вся информация по использованию материалов носит рекомендательный характер. Мы основываемся на информации заводов изготовителей и наших клиентов, которые используют данные материалы. Наша компания не несет ответственности за изделия изготовленные из продаваемых нами материалов, мы можем лишь принять обратно эти материалы, поэтому просим перед изготовлением ответственных изделий делать контрольный образец или обращаться к профессионалам. Мы будем рады получить любую информацию по применению наших материалов для последующей публикации на нашем сайте и получения покупателями более точной информации по применению.

Инструкция по применению:

Эпоксидная смола ЭД-20 — двухкомпонентная смола. Для её отверждения требуются отвердители для эпоксидных смол (ПЭПА, ТЭТА, и т.д.). При использовании отвердителя марки ПЭПА (полиэтиленполиамин), его требуется от 5 до 30 %, в зависимости от вида работ. Среднее соотношение 10 -15% от массы смолы.

Соединение смолы с отвердителем должно производится при температуре не ниже чем 20 °C. Время желатинизации составляет, примерно — 1,5 часа, а время полного отверждения — 24 часа.

Просим учесть, что при изготовлении эпоксидых полов время полного отверждения в зависимости от площади пола, температуры окружающей среды, пропорции компонентов, и других факторов, может составлять около месяца. При большом количестве отвердителя время застывания уменьшается, но возрастает вероятность потрескивания покрытия. Поэтому для заливки полов мы предлагаем обращаться к профессионалам в этой области.

Читайте так же:  Что необходимо знать о продаже земельного участка

Гарантийный срок хранения эпоксидной смолы составляет — 1,5 года, а отвердителя — 2 года.

Запрещается смешивать сразу большое количество смолы с отвердителем без использования специальных аппаратов для смешивания во избежание вскипания.

При изготовлении изделий из стеклопластика рекомендуется для каждой партии смолы и отвердителя делать пробный образец.

Использовать в помещениях, оборудованных проточно-вытяжной вентиляцией, применять средства индивидуальной защиты, хранить в плотно закрытой таре в темном месте при температуре окружающей среды от 15 до 40°С.

Полимерные материалы : влияние условий эксплуатации на прочность полимеров

К основным условиям эксплуатации, определяющим работоспособность пластмассовых изделий, относятся температура окружающей среды, ее влажность и наличие внешнего химически агрессивного воздействия.

Температура окружающей среды

Тепловое поведение полимерных материалов является их важнейшей характеристикой, определяющей выбор пластмасс и их эффективное использование. Большинство пластиков отчетливо реагирует на, как принято говорить, температуру. Причина этого заключается в цепном макромолекулярном строении полимеров. Чем подвижнее кинетические фрагменты макромолекул, тем рельефнее их реакция на интенсивность теплового поля. Подвижность же макроцепей и, следовательно, температурная деформируемость и прочность определяются химическим строением, физической организацией полимеров (кристаллические или аморфные), морфологией их надмолекулярной структуры (пачечная, фибриллярная, сферолитная, сетчатая), видом и интенсивностью межмолекулярных связей и, наконец, тем, к какому классу полимеров (термопластичным или термореактивным) они относятся.

1. Чем ниже физико-механические свойства термопласта, тем он чувствительнее к изменениям температуры. Так, среди полиолефинов полипропилен, прочность и жесткость которого позволяет отнести его к конструкционным материалам, при нагреве до 80 0С теряет около 25% стандартной прочности при изгибе, в то время как полиэтилен высокой плотности уже при 60 0С сохраняет лишь половину исходной прочности. Сходные соотношения наблюдаются при испытаниях полиолефинов на растяжение и изгиб.

2. Аморфные полимеры в целом демонстрируют меньшую зависимость деформационно-прочностных свойств от температуры. Вместе с тем и в этой группе большая теплостойкость материала определяет соответственно и повышенное сопротивление тепловому воздействию. Такие пластики как полиарбонат (ПК), полиэтилентерефталат (ПЭТФ), полисульфон (ПСФ) при Т больше 100 0С сохраняют более 70% прочности.

3. Жесткость полимерных материалов при стандартной температуре не согласуется с их прочностью при нагреве. При близком значении стандартной твердости всех представленных пластиков материалы на основе полимеров стирола (ПС, УПС, АБС) демонстрирует наиболее отчетливую зависимость прочности при растяжении от температуры.

4. Введение рубленного стекловолокна в термопласты (содержание до 30%) способствует уменьшению теплозависимости свойств, причем не только при нагревании, но и при температурах до -60 0С. И в этом случае свойства полимерного связующего определяют поведение наполненного композита.

5. Температура весьма существенно влияет на жесткость термопластов, характеризуемую их модулем упругости. Деформируемость кристаллизующихся термопластов (ПЭВП, ПА 12, ПА 66) резко изменяется даже при сравнительно небольшой вариативности температуры в нешироком (-40. +40 0С) интервале. Эту особенность необходимо обязательно учитывать, выбирая пластик для изготовления деталей конструкционного назначения, особенно предназначенных для работы в условиях длительных циклических напряжений (ПА66, СФ, ПК).

6. Ударная вязкость термопластов в функции температуры принципиально антибатна поведению модуля упругости, то есть с возрастанием температуры она увеличивается, а с понижением – соответственно, падает. Необходимо учитывать, что на получаемые результаты существенно влияет методика оценки этого параметра. Даже при испытании по методу Шарпи наличие или отсутствие надреза на образце приводит к несовпадающим результатам. Образцы без надреза имеют существенно меньшую теплозависимость, чем образцы с концентратором напряжений (надрез).

Влияние температуры на термореактивные пластики определяется, прежде всего, поведением сетчатого связующего. Известно, что в области стеклообразного состояния с повышением температуры деформационно-прочностные свойства медленно понижаются до достижения температуры размягчения, превышение которой сопровождается ускоренным падением свойств. В отдельных случаях в температурном интервале 10-20 градусов значение модуля упругости и разрушающего напряжения уменьшается на два десятичных порядка. Наличие дисперсных наполнителей, оказывающих аддитивное действие на композит, несколько сглаживает эту ступень, а в случае высоконаполненных армированных пластиков переход связующего из твердого, стеклообразного в высокоэластичное состояние происходит еще медленнее.

Анализ данных по тепловой прочности стеклопластиков (табл. 1) показывает, что при изгибе резкое падение разрушающих напряжений происходит при температурах, выше температуры размягчения соответствующей эпоксидной смолы.

Таблица 1: Прочность эпоксидных стеклопластиков при различных температурах

Температура размягчения отвержденного связующего, 0С

Разрушающее напряжение при изгибе, МПа, при тем-ре, 0С

Разрушающее напряжение при сжатии, МПа, при тем-ре, 0С

Большинство реактопластов способны эксплуатироваться в криогенных условиях при температурах до -60 0С, при этом их деформационно-прочностные характеристики, включая и ударную вязкость, даже несколько возрастают (табл. 2 и 3). Один из наиболее распространенных стеклопластиков, материал АГ-4В, получаемый на фенолоформальдегидном связующем, модифицированном поливинилбутиралем, сохраняет высокие значения свойств до температуры 100 0С и не утрачивает их полностью до 300 0С (см. табл. 2).

Таблица 2: Влияние температуры на свойства АГ-4В

предел прочности при растяжении, МПа

предел прочности при сжатии, МПа

предел прочности при изгибе, МПа

модуль упругости при сжатии, ГПа

модуль упругости при изгибе, ГПа

ударная вязкость, кДж/м 2

Применение кремнийорганических связующих (материал РТП, табл. 3) позволяет расширить температурный диапазон использования этих материалов от -60 до +400 0С. Введение в состав связующего нитрильного каучука (СНК-2-27, табл. 3) способствует сохранению высоких физико-механических свойств в области низких температур.

Таблица 3: Влияние температуры на свойства стекловолокнистых пресс-материалов

предел прочности при изгибе, МПа

предел прочности при сжатии, МПа

модуль упругости при изгибе, ГПа

ударная вязкость, кДж/м 2

Влажность

Под действием влаги и водяных паров в полимерных материалах могут происходить весьма существенные изменения, причем в гидрофильных пластиках они проявляются резче, чем в гидрофобных. Диффузия влаги в полимер сопровождается уменьшением в нем межмолекулярного взаимодействия, которое до определенного уровня может оказаться полезным с точки зрения прочностных свойств, но дальнейшее возрастание влагосодержания оказывает отрицательное воздействие. Так, при испытании на прочность в воде пленок из ПЭТФ, УПС, целлофана и волокон ПА пластифицирующее действие диффундировавшей в полимер воды приводит на начальной стадии испытаний к некоторому увеличению прочности, по-видимому, за счет ускорения процессов релаксации и уменьшения внутренних напряжений.

Читайте так же:  Уход за садом и почвой

Интересно, что этот эффект установлен на примере гидрофобных полимеров (ПЭТФ, УПС) широко используемых в качестве упаковочных материалов в пищевой промышленности, а также в медицине и биотехнологии.

В то же время сорбируемая поверхностью полимера влага, способствуя образованию новых поверхностей, может облегчать появление микротрещин с последующей утратой изделиями своих потребительских свойств. Такой эффект наблюдается у жестких аморфных термопластов типа поликарбоната и блочного полистирола. Полиамиды относятся к гидрофильным полимерам. Они характеризуются гигроскопичностью и способны сорбировать влагу из воздуха даже в стандартных условиях относительной влажности (50-60%, температура 20 0С). В зависимости от химического строения и состава влагопоглощение полиамидов может составлять от 0,7 до 4%.

Деформационно-прочностные характеристики полимеров, определенные после сушки образцов до содержания влаги около 0,1%, существенно превышают те же свойства тех же пластиков, но выдержанных в течение 24 ч в стандартных условиях (табл. 4, индекс «вл»).

Таблица 4: Влияние влажности на свойства полиамидов

пределпрочности при растяжении/ предел прочности при растяжении «вл»

предел прочности при изгибе/ предел прочности при изгибе «вл»

предел прочности при сжатии/ предел прочности при сжатии «вл»

модуль упругости при растяжении/ модуль упругости при растяжении «вл»

модуль упругости при изгибе/ модуль упругости при изгибе «вл»

предел усталости/ предел усталости «вл»

твердость по Бринеллю/ твердость по Бринеллю «вл»

Существенное влияние влаги на свойства отмечается у композиционных пластиков с гидрофильными наполнителями (древесная мука и опилки, ПА-волокно, некоторые разновидности углеволокна). Так влагопоглощение древесно-стружечных пластиков может достигать 30% (ДСВ-СТ). В то же время использование фенолокрезоло-формальдегидных связующих уменьшает влагопоглощение ДСП до 1-3%.

Фено- и аминопласты с неорганическим наполнителем в среднем поглощают до 1,5% влаги. Влагопоглощение термореактивных стеклопластиков не превышает 1%. Даже при длительном кипячении (до 10 часов) они сорбируют до 2-4% влаги, однако их прочность при изгибе может понизиться примерно вдвое.

Принято считать, что композиты на термопластичном связующем характеризуются лучшей по сравнению с реактопластами влагостойкостью. Действительно, по данным стеклонаполненный поливинилхлорид поглощает не более 0,2% влаги, а композиции на основе фторопластов не поглощают ее вовсе. Стеклонаполненные ПК, ПФА, ПС и его сополимеры характеризуются влагопоглощением в диапазоне 0,08-0,8%. Однако необходимо учитывать, что применительно к композитам и армированным пластиком процесс сорбции влаги происходит по границе полимерное связующее-наполнитель и, следовательно, будет существенно зависеть как от соотношения физико-химических свойств компонентов системы, так и от технологических условий производства композита.

В целом при оценке возможности влияния внешней жидкой среды на пластмассы необходимо также учитывать насколько эта жидкость является растворителем для данной полимерной матрицы. Так, например, для ПММА активные растворители ацетон, этанол, бензол резко снижают прочность, в то же время керосин, олеиновая кислота и вода оказывают значительно меньшее ослабляющее действие.

Агрессивность среды

Перечень агрессивных агентов, влияющих на свойства полимерных материалов, чрезвычайно широк, но может быть, тем не менее, систематизирован в наиболее часто встречающиеся группы. Это минеральные и органические кислоты, а также растворы последних в воде, растворы щелочей и окислителей, алифатические и ароматические растворители, а также горюче-смазочные материалы. Воздействие агрессивной среды на полимер может сопровождаться его набуханием, диффузией среды в полимер и химическим взаимодействием, приводящим к деструкции пластика.

На определение стойкости полимерного материала к агрессивным средам имеются государственные стандарты, определяющие сопротивляемость в баллах. Чем значимее балл, тем выше сопротивляемость материала воздействию агрессивной среды. По ГОСТу 12020 стойкость к агрессивным средам оценивается по изменению их массы, причем по пятибальной шкале: 5 — высокая стойкость; 4 — удовлетворительная; 3 — материал устойчив не во всех случаях; 2 — стойкость недостаточна, к применению не рекомендуется; 1 — материал не стоек и быстро разрушается.

Высокой химической инертностью и стойкостью к деструкции обладают фторопласты. Марки фторопластов Ф-4; Ф-4 НТД; Ф-3; Ф-40 стойки ко всем средам, приведенным в таблице 5, значительную химстойкость демонстрируют и такие полиолефины, как ПЭНП; ПЭВП и ПП, а также непластифицированный ПВХ. Несколько уступает им по химстойкости ПК и полистирольные пластики (ПС). Гетероцепные полимеры типа полиамидов склонны к гидролитической деструкции и активному набуханию вследствие своей гидрофильности. Нестоек к агрессивным средам конструкционный термопласт — полиформальдегид.

Термореактивные пластики чувствительны к щелочным средам и растворам окислителей. Вместе с тем в химическом аппаратостроении широко используются высоконаполненные порошковым графитом (асбестом) антегмиты и фаолиты, полученные на основе фенолоформальдегидного или фенолоальдегидного связующего. Армированные полимерные материалы могут эксплуатироваться длительное время в кислотах и растворах щелочей концентрацией до 10%, а также в растворителях и горючесмазочных материалах. Из данных табл. 6 следует, что композит на густосетчатом связующем АГ-4В работоспособен во всех приведенных в таблице агрессивных средах. Модификация фенолформальдегидного связующего нитрильным каучуком (СНК 2-27) снижает стойкость высокопрочного реактопласта к бензину, бензолу и ацетону, и совершенно исключается возможность использования с этими средами термопластов М-601-А и М-390, представляющих собой композиты на основе сополимеров стирола и фторопласта.

Изменение механических свойств пластмасс оценивается в соответствии с ГОСТ 12020 по трехбалльной шкале. Хорошей (три балла) считается сопротивляемость, при которой прочность и деформируемость материала изменяются не более чем на 10% (для реактопластов — 15%). Удовлетворительной (два балла) считается стойкость, когда материал теряет по прочности до 15% (реактопласты — до 25%), а по деформируемости до 20%. И, наконец, одним баллом (1 балл) характеризуются пластики, утратившие более 15% (реактопласты — более 25%) прочности и одновременно 20% деформируемости. Оценка основных разновидностей полимерных пластиков по этому параметру при испытаниях в конкретных средах приведена в таблица 6.

Видео (кликните для воспроизведения).

Таблица 5: Сравнительная химическая стойкость полимерных материалов в различных агресивных средах

Источники

Упругие свойства стеклопластиков
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here