ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Повышение адгезии углеродных волокон к связующим из "Углеводородные и другие жаростойкие волокнисты материалы" Свойства пластиков и особенно углепластиков зависят от межслоевой прочности (прочность на сдвиг), определяемой адгезией волокна к связующим. Вдоль поверхности раздела между полимером и волокном необходима достаточно прочная связь с тем, чтобы матрица передавала максимальное усилие волокну. Слабое сцепление матрицы с волокном ведет к отрыву компонентов друг от друга при небольших напряжениях сдвига, и вследствие нарушения сплошности материала создаются напряжения, вызывающие разрушение пластика. [c.286] Углеродные волокна, особенно высокопрочные высокомодульные, обладают недостаточной адгезией к связующим. Межслое-вая прочность углепластиков значительно меньше предела прочности при растяжении, что является существенным недостатком углепластиков. В литературе большое внимание уделяется изысканию путей улучшения адгезии углеродного волокна к связующим. Адгезия зависит от структуры и поверхностных свойств волокна, типа применяемых связующих, пространственных схем расположения волокна в пластике, условий получения пластиков и других факторов. [c.286] Автор [68] использовал нити невысокой прочности с удельной поверхностью до 340 м /г. По стандартной методике (ЫОЬ) готовились кольца с применением эпоксидных связующих. Если волокна подвергались термической обработке при 200°С, то удавалось получить только 50% качественных колец, так как сорбированная вода, снижающая адгезию, полностью не удалялась. При повышении температуры обработки (рис. 6.12) механические свойства пластика улучшались. Оптимальная температура обработки 600 °С. Исследование влияния удельной поверхности на прочность пластиков при растяжении и изгибе проводилось на образцах углеродного волокна, обработанного при 900 °С. Отмечено некоторое улучшение этих показателей с увеличением удельной поверхности волокна. Следовательно, при увеличении удельной поверхности, с одной стороны, возрастает сорбция влаги, из-за чего снижается адгезия, с другой стороны, улучшается адгезия вследствие очистки поверхности от инородных примесей. [c.287] Для улучшения адгезии рекомендуется обработка волокна другими реагентами, в частности смесью водяного пара и СОг, азотной кислотой, смесью азотной и серной кислот, смесью хлорита калия и азотной кислоты [70], 20%-ным раствором бихромата калия в ортофосфорной кислоте [71], водным раствором соединений бора с последующей обработкой потоком нейтронов [72]. Для уменьшения коррозии углеродное волокно обрабатывают смесью кислорода с серным ангидридом, галоидами, галоидсодержащими углеводородами [73]. Предпочтение отдается смеси воздуха с хлором. Обработка проводится в следующих условиях содержание хлора в воздухе 1 объемн. % температура 500—1000 °С продолжительность обработки подбирается с таким расчетом, чтобы потери массы волокна не превышали 3%. [c.288] Указывается на возможность применения для обработки углеродного волокна водного раствора гипохлорита натрия, содержащего свободный хлор [35]. [c.288] Изучение смачиваемости показало, что в результате обработки высокомодульного волокна 60%-пой HNO3 (температура 70°С) в течение 1 ч в месте контакта угол между волокном и неотверж-денной смолой уменьшается с 72 до 66°. При окислении высокопрочного волокна напряжение сдвига углепластика увеличивается в 2,6 раза [74, 75]. [c.288] В результате обработки азотной кислотой изменяется структура, а главное — увеличивается полярность углеродного волокна вследствие образования на его поверхности новых групп, улучшающих адгезию волокна к связующему. [c.288] Следует отметить также, что напряжение сдвига углепластика на основе высокопрочного волокна и эпоксидной смолы в 1,7 раза выше, чем на основе высокопрочного волокна и полиэфирной смолы. [c.288] Из большого числа предложенных методов улучшения адгезии углеродного волокна к связующим, видимо, практически наиболее приемлемым является обработка волокна кислородом воздуха, водяным паром в смеси с СО2 и другими доступными реагентами. [c.288] Вследствие различия между коэффициентами расширения и модулем упругости углеродного волокна и матрицы получаемые композиции характеризуются низкой ударной прочностью. Для устранения этого недостатка разработаны два способа предварительной обработки волокна. Один из способов заключается в том, что к углеродному волокну прививается полимер, совместимый с матрицей, другой способ предусматривает присоединение эластомера, который непосредственно прилегает к поверхности волокна и служит своеобразным амортизатором межслоевых напряжений на границе углеродное волокно — матрица. [c.289] Более подробно этот вопрос рассмотрен в работе [77]. Изучались углепластики на основе полиэфирной и эпоксидной смол. Вначале подбирали полимеры, совместимые с матрицей. С полиэфирной смолой совмещается сополимер стирола и малеинового ангидрида, а с эпоксидной — сополимер стирола с малеиновым ангидридом или с метилметакрилатом. При использовании эпоксидных смол сополимер выполняет роль сшивающего реагента, так как на первой стадии реакции ангидридные группы сополимера реагируют с гидроксильными группами, а на второй — карбоксильные с эпоксигруппами смолы. [c.289] Связь углеродного волокна с полимером может быть ковалентной, что достигается путем радикальной или ионной привитой со-полимеризаццц. [c.289] Концевые группы блока А окисляются до перекисей, которые инициируют прививку смеси стирола и малеинового ангидрида к блоку А. [c.290] В углеродное волокно карбоксильные группы вводили путем его окисления (в среде озонированного воздуха продолжительность 5 ч, температура 70 °С). [c.290] Окисление волокна мало влияет на прочность пластика при сдвиге, что не согласуется с данными других исследователей. [c.291] Простой способ улучшения адгезии сводится к подшлихтовке углеродного волокна он с успехом применяется при производстве стеклопластиков. Для этого волокно погружают на 10 мин в ацетоновый раствор сополимера стирола и малеинового ангидрида, который служит сшивающим агентом при отверждении полиэфирной смолы. [c.291] Вернуться к основной статье