Документ 2668041

Ïëàñòè÷åñêèå ìàññû, ¹1, 2013
Ñûðüå è âñïîìîãàòåëüíûå ìàòåðèàëû
Ñòàòüÿ ïðåäñòàâëåíà È.Ä. Ñèìîíîâûì-Åìåëüÿíîâûì
ÓÄÊ 678.067.5:539.61
Ðîëü ïîâåðõíîñòíûõ ÿâëåíèé íà ãðàíèöå ðàçäåëà íàïîëíèòåëü-ñâÿçóþùåå
â ôîðìèðîâàíèè ìåõàíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ïëàñòèêîâ
Î.Ñ. ÒÀÒÀÐÈÍÖÅÂÀ, Ä.Å. ÇÈÌÈÍ, Í.Í. ÕÎÄÀÊÎÂÀ
Ó÷ðåæäåíèå Ðîññèéñêîé àêàäåìèè íàóê Èíñòèòóò ïðîáëåì õèìèêî-ýíåðãåòè÷åñêèõ òåõíîëîãèé Ñèáèðñêîãî îòäåëåíèÿ ÐÀÍ, ã. Áèéñê
Àëòàéñêîãî êðàÿ
labmineral@mail.ru
Ïîêàçàíî, ÷òî íà ïðî÷íîñòíûå õàðàêòåðèñòèêè ïëàñòèêîâ çíà÷èòåëüíîå âëèÿíèå îêàçûâàþò ïîâåðõíîñòíûå ÿâëåíèÿ íà ãðàíèöå ðàçäåëà
ñòåêëÿííîå âîëîêíî-ýïîêñèäíîå ñâÿçóþùåå - ñìà÷èâàíèå, ïðîïèòêà è àäãåçèÿ, çàâèñÿùèå îò õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà èñõîäíîãî ñòåêëà è
ñîäåðæàíèÿ â ïîëèìåðå ðåàêöèîííîñïîñîáíûõ ãðóïï.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ïëàñòèê, àðìèðóþùèå âîëîêíà, ýïîêñèäíûå ñâÿçóþùèå, âÿçêîñòü, ñìà÷èâàíèå, ïðîïèòêà, àäãåçèÿ, ïðî÷íîñòü.
The strength characteristics of plastics are shown to be significantly influenced by surface phenomena at the glass fiber-epoxy binder interface, that
is, wetting, impregnation and adhesion depending on the chemical composition of the initial glass and on the content of reactive groups in the polymer.
Keywords: plastic, reinforcing fibers, epoxy binders, viscosity, wetting, impregnation, adhesion, strength.
ñòåêëÿííîãî è áàçàëüòîâîãî ðîâèíãîâ àíàëîãè÷åí çàâèñèìîñòÿì, ïîëó÷åííûì ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå.
9
8
7
Óãîë ñìà÷èâàíèÿ, ãðàä
Ïðè ñîçäàíèè íàïîëíåííûõ êîìïîçèòîâ ñ âûñîêèìè òåõíè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè âûáîð àðìèðóþùåãî ìàòåðèàëà è òèïà ñâÿçóþùåãî äîëæåí îñóùåñòâëÿòüñÿ ñ ó÷åòîì ïîâåðõíîñòíûõ ÿâëåíèé, ïðîèñõîäÿùèõ íà ãðàíèöå ðàçäåëà ôàç ïîëèìåð-òâåðäîå òåëî, ê êîòîðûì îòíîñÿòñÿ ñìà÷èâàíèå, ïðîïèòêà è àäãåçèÿ. Õîðîøèå ñìà÷èâàíèå è ïðîïèòêà íàïîëíèòåëÿ
ïîëèìåðîì, à òàêæå âûñîêàÿ àäãåçèîííàÿ ïðî÷íîñòü ìåæäó
íèìè ñëóæàò çàëîãîì äëÿ îáåñïå÷åíèÿ íåîáõîäèìûõ ôèçèêîìåõàíè÷åñêèõ ïîêàçàòåëåé èçäåëèé. Ýòî â ïîëíîé ìåðå îòíîñèòñÿ ê ïëàñòèêàì íà îñíîâå ñèëèêàòíûõ âîëîêîí è ýïîêñèäíûõ ñâÿçóþùèõ, â òîì ÷èñëå èçãîòàâëèâàåìûõ ìåòîäîì
íàìîòêè.
Îáúåêòàìè èññëåäîâàíèé â öåëÿõ ñîçäàíèÿ ïîëèìåðíîãî
êîìïîçèòà ñ ïîâûøåííûìè ìåõàíè÷åñêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè â íàñòîÿùåé ðàáîòå âûáðàíû ðîâèíãè èç áàçàëüòîâûõ è
ñòåêëÿííûõ êîìïëåêñíûõ íèòåé, î÷èùåííûå îò çàìàñëèâàòåëåé ïóòåì âûäåðæêè â ìóôåëüíîé ïå÷è ïðè 300°Ñ â òå÷åíèå
2 ÷, è ýïîêñèäíûå ñâÿçóþùèå, ñðåäè êîòîðûõ òðàäèöèîííî
ïðèìåíÿåìûå â ïðîèçâîäñòâå íàìîòî÷íûõ èçäåëèé ÝÄÈ è
ÝÕÄÈ, à òàêæå ðàçðàáîòàííîå ñ èñïîëüçîâàíèåì àçîòñîäåðæàùåé ñìîëû ÓÏ-610 ñâÿçóþùåå ÒÑ.
Îäíèì èç óñëîâèé ïîëèìîëåêóëÿðíîãî êîíòàêòà ìåæäó
âîëîêíàìè è ïîëèìåðíîé ìàòðèöåé ÿâëÿåòñÿ èõ ïîëíîå ñìà÷èâàíèå â ïðîöåññå ïðîïèòêè. ×åì âûøå ñìà÷èâàåìîñòü âîëîêíà, òåì ëó÷øå ðàñòåêàåòñÿ ñâÿçóþùåå ïî åãî ïîâåðõíîñòè
è îñòàåòñÿ ìåíüøå ïóñòîò, ÿâëÿþùèõñÿ êîíöåíòðàòîðàìè íàïðÿæåíèÿ è ïðè÷èíîé ïðåæäåâðåìåííîãî ñòàðåíèÿ è ðàçðóøåíèÿ ïëàñòèêîâ [1, 2]. Îöåíêó ñìà÷èâàåìîñòè âîëîêîí ýïîêñèäíûì ñâÿçóþùèì ïðîâîäèëè ïî èçìåíåíèþ êðàåâîãî óãëà
ñìà÷èâàíèÿ, èçìåðÿåìîãî ìåòîäîì "ïîêîÿùåéñÿ êàïëè". Äëÿ
ýòîãî çàêðåïëåííûé â ðàìêå ðîâèíã ïîìåùàëè â ïðîåêöèîííûé àïïàðàò, íàíîñèëè íà åãî ïîâåðõíîñòü èç ïèïåòêè êàïëþ
ñâÿçóþùåãî è ÷åðåç îïðåäåëåííûå ïðîìåæóòêè âðåìåíè ñíèìàëè åå ïðîåêöèþ, ïî êîòîðîé îïðåäåëÿëè óãîë ñìà÷èâàíèÿ.
Ýêñïåðèìåíòû ïîêàçàëè, ÷òî áàçàëüòîâîå âîëîêíî ñìà÷èâàåòñÿ ýïîêñèäíûì ñâÿçóþùèì ëó÷øå, ÷åì ñòåêëÿííîå (ðèñ. 1).
Ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû ñìà÷èâàåìîñòü âîëîêîí
âîçðàñòàåò. Ïðè ýòîì õàðàêòåð èçìåíåíèÿ óãëà ñìà÷èâàíèÿ äëÿ
6
1
5
2
4
3
2
1
0
0
1
2
Âðåìÿ, ìèí
3
4
5
Ðèñ. 1. Ñìà÷èâàåìîñòü âîëîêîí ýïîêñèäíûì ñâÿçóþùèì ÝÄÈ
ïðè 20°Ñ (õ) è 50°Ñ (•): 1 - ñòåêëÿííîå, 2 - áàçàëüòîâîå.
Ïðîïèòêà ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç îïðåäåëÿþùèõ ôàêòîðîâ, âëèÿþùèõ íà ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèå è ýêñïëóàòàöèîííûå ñâîéñòâà
êîìïîçèöèé. Ïðîíèêíîâåíèå ïðîïèòûâàþùåãî ñîñòàâà âãëóáü
ñòðóêòóðû âîëîêíèñòîãî ìàòåðèàëà ïðîèñõîäèò ïîä äåéñòâèåì
êàïèëëÿðíûõ ñèë. Ïîñêîëüêó èç-çà îïòè÷åñêîé íåïðîçðà÷íîñòè
áàçàëüòîâîãî âîëîêíà èññëåäîâàíèå ïðîöåññà ïðîïèòêè åãî
ñâÿçóþùèì ïîä ìèêðîñêîïîì çàòðóäíåíî, èñïîëüçîâàëè ýêñïðåññ-ìåòîä, ïðèíÿòûé äëÿ ñðàâíèòåëüíîé îöåíêè ïðîïèòêè
àðìèðóþùèõ ìàòåðèàëîâ ñ ïîìîùüþ êàòåòîìåòðà Â-630. Ìåòîäèêà ýêñïåðèìåíòà çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì. Ðîâèíã ñ ïîäâåøåííûì ê íåìó ãðóçîì çàêðåïëÿëè íà øòàòèâå è îïóñêàëè
êîíåö ñ ãðóçîì â ñòàêàí äëÿ ñâÿçóþùåãî, ñíàáæåííûé ðóáàøêîé äëÿ ïîäà÷è òåïëîíîñèòåëÿ è ïîääåðæàíèÿ íåîáõîäèìîé
òåìïåðàòóðû âî âðåìÿ ýêñïåðèìåíòà. Âåëè÷èíó ãðóçà ðàññ÷èòûâàëè â çàâèñèìîñòè îò ëèíåéíîé ïëîòíîñòè ðîâèíãà. Äëÿ
îáåñïå÷åíèÿ ëó÷øåé âèäèìîñòè ãðàíèöû ðàçäåëà ôàç ñâÿçóþùåå ïîäêðàøèâàëè êðàñèòåëåì. Ïî êðàþ ñòàêàíà óñòàíàâëèâàëè íà÷àëüíóþ òî÷êó îòñ÷åòà ãðàäóèðîâî÷íîé øêàëû îêóëÿðà
è çàëèâàëè â íåãî ñâÿçóþùåå. Çàòåì îïðåäåëÿëè âûñîòó
47
Ñûðüå è âñïîìîãàòåëüíûå ìàòåðèàëû
Ïëàñòè÷åñêèå ìàññû, ¹1, 2013
ïîäúåìà æèäêîñòè è ñ ïîìîùüþ ñåêóíäîìåðà çàìåðÿëè âðåìÿ
îïûòà. Çà ñêîðîñòü ïðîïèòêè ïðèíèìàëè âåëè÷èíó èçìåíåíèÿ
âûñîòû ïîäúåìà æèäêîñòè çà 1 ìèí.
Íà ðèñ. 2 ïðèâåäåíû êèíåòè÷åñêèå êðèâûå ïðîïèòêè áàçàëüòîâîãî è ñòåêëÿííîãî âîëîêíà ñâÿçóþùèì ÝÄÈ ïðè òåìïåðàòóðå 20 °Ñ.
Ñêîðîñòü ïðîïèòêè, ìì/ìèí
10
8
6
1
2
4
2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Âðåìÿ, ìèí
Ðèñ. 2. Êèíåòèêà ïðîïèòêè âîëîêîí ýïîêñèäíûì ñâÿçóþùèì
ÝÄÈ ïðè 20°Ñ: 1 − ñòåêëÿííîå; 2 − áàçàëüòîâîå.
Ñêîðîñòü è ïîëíîòà ïðîïèòêè ýïîêñèäíûì ñâÿçóþùèì áàçàëüòîâîãî âîëîêíà ïðåâîñõîäÿò óðîâåíü ýòèõ ïàðàìåòðîâ
äëÿ ñòåêëÿííîãî, ÷òî êîððåëèðóåò ñ äàííûìè î ëó÷øåì åãî
ñìà÷èâàíèè ïîëèìåðîì (ðèñ. 1).
Óñëîâíàÿ âÿçêîñòü, ñ
250
200
150
1
2
100
3
50
0
10
20
30
40
50
Òåìïåðàòóðà îÑ
Ðèñ. 3. Òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü âÿçêîñòè ñâÿçóþùèõ:
1 − ÒÑ; 2 − ÝÄÈ; 3 − ÝÕÄÈ.
Äëÿ êà÷åñòâåííîé ïðîïèòêè àðìèðóþùåãî ìàòåðèàëà íåîáõîäèìà íèçêàÿ âÿçêîñòü ñâÿçóþùåãî, êîòîðàÿ íå äîëæíà
çíà÷èòåëüíî ìåíÿòüñÿ â òå÷åíèå âñåãî âðåìåíè íàìîòêè èçäåëèÿ â îïðåäåëåííîì òåìïåðàòóðíîì äèàïàçîíå. Èçìåðåíèå
âÿçêîñòè ñâÿçóþùèõ ïðîâîäèëè ñ èñïîëüçîâàíèåì âèñêîçèìåòðà ÂÇ-1, ïðåäñòàâëÿþùåãî ñîáîé öèëèíäð ñ êîíóñíûì
äíèùåì, â öåíòðå êîòîðîãî íàõîäèòñÿ îòâåðñòèå (ñîïëî) äèàìåòðîì 5,4 ìì. Âèñêîçèìåòð ñíàáæåí ðóáàøêîé äëÿ òåïëîíîñèòåëÿ, ñ ïîìîùüþ êîòîðîé ïîääåðæèâàåòñÿ çàäàííàÿ òåìïåðàòóðà. Óñëîâíàÿ âÿçêîñòü âûðàæàåòñÿ â ñåêóíäàõ (âðåìÿ èñòå÷åíèÿ ÷åðåç ñîïëî âèñêîçèìåòðà îïðåäåëåííîãî îáúåìà
æèäêîñòè ïðè òåìïåðàòóðå ýêñïåðèìåíòà).
Èç ïðåäñòàâëåííûõ íà ðèñ. 3 çàâèñèìîñòåé âèäíî, ÷òî ó
èññëåäóåìûõ ñâÿçóþùèõ íåîáõîäèìûé äëÿ ïåðåðàáîòêè óðîâåíü âÿçêîñòè ðåàëèçóåòñÿ ïðè ðàçíûõ òåìïåðàòóðàõ, îäíàêî
48
ó ñâÿçóþùåãî ÒÑ îí äîñòèãàåòñÿ ïðè áîëåå íèçêèõ, ÷òî â
ïðîìûøëåííûõ óñëîâèÿõ ïîçâîëÿåò óìåíüøèòü ýíåðãîçàòðàòû íà èçãîòîâëåíèå èçäåëèé.
Îäíèì èç óñëîâèé ïîëó÷åíèÿ âûñîêèõ ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ êîìïîçèòà ÿâëÿåòñÿ ñîçäàíèå ïðî÷íîé àäãåçèîííîé ñâÿçè ìåæäó ïîâåðõíîñòüþ íàïîëíèòåëÿ è ñâÿçóþùåãî,
êîòîðàÿ îáåñïå÷èâàåò èõ ñîâìåñòíóþ ðàáîòó ïðè íàãðóæåíèÿõ. Åñëè òàêîé ñâÿçè íå áóäåò, òî êîìïîçèò ïðè ìåõàíè÷åñêèõ âîçäåéñòâèÿõ ëåãêî òåðÿåò ñïëîøíîñòü è ðàçðóøàåòñÿ.
Òàê êàê â àðìèðîâàííûõ ïëàñòèêàõ ñèëüíî ðàçâèòà ïîâåðõíîñòü âîëîêîí, òî, åñòåñòâåííî, ÷åì ïðî÷íåå àäãåçèîííàÿ
ñâÿçü ìåæäó ýòèìè âîëîêíàìè è ïîëèìåðíûìè ïëåíêàìè,
òåì ïðî÷íåå ìàòåðèàë. Îöåíêó âåëè÷èíû àäãåçèè ïîëèìåðíîãî ñâÿçóþùåãî ê âîëîêíàì ðàçëè÷íîãî ñîñòàâà îñóùåñòâëÿëè ïðÿìûì ìåòîäîì, ñóùíîñòü êîòîðîãî ñîñòîèò â îïðåäåëåíèè ïðî÷íîñòè ñêëåèâàíèÿ ïðè ñäâèãå âîëîêíà îòíîñèòåëüíî ñëîÿ îòâåðæäåííîãî ñâÿçóþùåãî. Äëÿ ýòîãî ïëåíêó
ñâÿçóþùåãî òîëùèíîé ~ 400 ìêì âûñóøèâàëè äî óäàëåíèÿ
ðàñòâîðèòåëÿ è íàðåçàëè íà ïîëîñêè øèðèíîé îò 0,3 äî 0,5
ìì. Çàòåì íà äâå ïîëîñêè ïëåíêè íàíîñèëè ðàñòâîð òîãî æå
ñâÿçóþùåãî è ìåæäó íèìè ïîìåùàëè èññëåäóåìîå âîëîêíî,
êîòîðîå îêàçûâàëîñü òàêèì îáðàçîì âêëååííûì â ñëîé ïîëèìåðà. Ïîëó÷åííûå îáðàçöû ïîìåùàëè ìåæäó äâóìÿ ìåòàëëè÷åñêèìè ïëàñòèíêàìè è îòâåðæäàëè. Ðåæèì ïîëèìåðèçàöèè
(âðåìÿ, äàâëåíèå, òåìïåðàòóðà) óñòàíàâëèâàëè äëÿ ïëåíîê
êàæäîãî ñâÿçóþùåãî çàðàíåå. Ïîñëå ïîëèìåðèçàöèè èçìåðÿëè ìèêðîìåòðîì òîëùèíó ñêëåéêè, à ïîä ìèêðîñêîïîì ñ îêóëÿð-ìèêðîìåòðîì − äëèíó íàõîäÿùåéñÿ â ñìîëå ÷àñòè âîëîêíà, ò. å. äëèíó ñêëåéêè l. Ñ÷èòàÿ, ÷òî ïîëèìåð öåëèêîì îáâîëàêèâàåò ïîãðóæåííûé â íåãî ó÷àñòîê âîëîêíà è, ÷òî äèàìåòð d ýòîãî ó÷àñòêà ïîñòîÿíåí, ïëîùàäü ñêëåèâàíèÿ îïðåäåëÿëè êàê ïëîùàäü áîêîâîé ïîâåðõíîñòè öèëèíäðà (πdl). Îáðàçåö âêëåèâàëè â áóìàæíóþ ðàìî÷êó, êîòîðóþ çàêðåïëÿëè â
çàæèìàõ ðàçðûâíîé ìàøèíû, è èñïûòûâàëè. Àäãåçèîííóþ
ïðî÷íîñòü ðàññ÷èòûâàëè ïî ôîðìóëå:
σàä = F/S = F/πdl,
ãäå F − èçìåðÿåìàÿ ñèëà ñäâèãà, Í; S − ïëîùàäü êîíòàêòà, ì2.
Ïîñëå èñïûòàíèÿ îáðàçåö êîíòðîëèðîâàëè ïîä ìèêðîñêîïîì íà õàðàêòåð ðàçðóøåíèÿ ñêëåéêè â òîì ìåñòå, ãäå áûëî
âîëîêíî.
Íà ïðî÷íîñòü àäãåçèîííîé ñâÿçè âëèÿåò öåëûé ðÿä ôàêòîðîâ, èç êîòîðûõ íàèáîëåå ñóùåñòâåííûìè ÿâëÿþòñÿ: ñòðóêòóðà ïîëèìåðà, åãî õèìè÷åñêèå è ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà, íàïðÿæåíèÿ, âîçíèêàþùèå â ñêëååííîé ñèñòåìå, õèìè÷åñêèé
ñîñòàâ âîëîêîí è ñîñòîÿíèå èõ ïîâåðõíîñòè [3].
Òàáëèöà 1. Âëèÿíèå õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà ñòåêëà è òèïà
ñâÿçóþùåãî íà àäãåçèþ.
 òàáëèöå 1 ïðèâåäåíû äàííûå, èëëþñòðèðóþùèå âëèÿíèå
õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà íåêîòîðûõ ñèëèêàòíûõ âîëîêîí, ïðèìå-
Ïëàñòè÷åñêèå ìàññû, ¹1, 2013
íÿåìûõ â ïðîèçâîäñòâå ïëàñòèêîâ, íà âåëè÷èíó àäãåçèè, à
òàêæå çàâèñèìîñòü àäãåçèîííîé ïðî÷íîñòè îò òèïà ïîëèìåðíîãî ñâÿçóþùåãî.
Èç äàííûõ òàáëèöû 1 ñëåäóåò, ÷òî õèìè÷åñêèé ñîñòàâ ñòåêëà îêàçûâàåò îïðåäåëåííîå âëèÿíèå íà ïðî÷íîñòü àäãåçèîííîé ñâÿçè. Íàèìåíüøåé ïðî÷íîñòüþ ñöåïëåíèÿ îáëàäàþò
íàòðèéùåëî÷íûå âîëîêíà. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî â èõ
ñòðóêòóðå ñîäåðæèòñÿ äîâîëüíî çíà÷èòåëüíîå êîëè÷åñòâî îêñèäîâ ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ (äî 20 %), â òî âðåìÿ êàê â àëþìîáîðîñèëèêàòíûõ îíî íå ïðåâûøàåò 2%, à â áàçàëüòîâûõ íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ 2−5 %. Áîëüøîå ñîäåðæàíèå îêñèäà íàòðèÿ â ñòåêëå ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî ñëàáî ñâÿçàííûå èîíû ùåëî÷íîãî ìåòàëëà, ïðåîäîëåâàÿ çà ñ÷åò ýíåðãèè òåïëîâîãî äâèæåíèÿ ìåñòíóþ ñâÿçü, ìèãðèðóþò íà ïîâåðõíîñòü òîíêèõ âîëîêîí è òåì ñàìûì ñïîñîáñòâóþò ðàçðóøåíèþ èõ ïîâåðõíîñòè. Àäãåçèÿ ïîëèìåðîâ ê òàêîé îñëàáëåííîé ïîâåðõíîñòè
ìåíüøå, ÷åì ê ïîâåðõíîñòè ñòåêîë, ñòðóêòóðà êîòîðûõ îáðàçîâàíà ïðî÷íûìè êðåìíèé-êèñëîðîäíûìè ñâÿçÿìè è ñâÿçÿìè
êðåìíèÿ è êèñëîðîäà ñ äâóõ- è òðåõâàëåíòíûìè ìåòàëëàìè
(Al3+, Mg2+, Fe2+, Fe3+ è äð.).
Êðîìå õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà ñòåêëà, íà âåëè÷èíó àäãåçèè
áîëüøîå âëèÿíèå îêàçûâàåò ïðèðîäà ñâÿçóþùåãî, è, â ïåðâóþ î÷åðåäü, ñòðóêòóðà ñìîëû, íàëè÷èå â íåé ôóíêöèîíàëüíûõ ïîëÿðíûõ ãðóïï, îáðàçóþùèõ õèìè÷åñêèå è âîäîðîäíûå
ñâÿçè ñ ãèäðîêñèëüíûìè ãðóïïàìè íà ïîâåðõíîñòè ñòåêëà.
Êîìïîçèòû íà îñíîâå ýïîêñèäíûõ ñâÿçóþùèõ îáëàäàþò
âûñîêîé àäãåçèîííîé ïðî÷íîñòüþ. Ïðè ýòîì îïðåäåëÿþùèì
ÿâëÿåòñÿ ñîäåðæàíèå â ñìîëå ðåàêöèîííîñïîñîáíûõ ýïîêñèäíûõ ãðóïï: ñ óâåëè÷åíèåì èõ àäãåçèîííàÿ ïðî÷íîñòü ìàòåðèàëà âîçðàñòàåò (òàáëèöà 1).
Ïîñêîëüêó áëèæàéøåå îêðóæåíèå ýïîêñèäíûõ ãðóïï âî
âñåõ ïîëèìåðíûõ ìîëåêóëàõ ðàññìàòðèâàåìûõ ñâÿçóþùèõ
ñõîäíî ïî ñòðîåíèþ, ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî âêëàä ïîÿâëÿþùèõñÿ ìîñòèêîâ õèìè÷åñêîé ñâÿçè â îáùóþ ñèëó ñöåïëåíèÿ
ìåæäó âîëîêíîì è ïîëèìåðíîé ìàòðèöåé áóäåò â îñíîâíîì
çàâèñåòü îò âåðîÿòíîñòè âñòðå÷è àêòèâíûõ ãðóïï ñâÿçóþùåãî ñ àäñîðáöèîííûìè ãðóïïàìè ñòåêëà. Ïîýòîìó ðàçëè÷èÿ
â àäãåçèîííîé ïðî÷íîñòè êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ íà
îñíîâå ýòèõ ñâÿçóþùèõ äîëæíû áûòü îáóñëîâëåíû ðàçíèöåé
èõ âàí-äåð-âààëüñîâîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ñî ñòåêëîâîëîêíîì.
Ñ èñïîëüçîâàíèåì îáùåé òåîðèè âàí-äåð-âààëüñîâûõ ñèë
ðàññ÷èòàíû ñèëû ìîëåêóëÿðíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó ñèëèêàòíûìè âîëîêíàìè è ïîëèìåðíîé ìàòðèöåé [4], êîòîðûå
ñîñòàâèëè äëÿ ÝÄÈ − 1,96·106 Í/ì2; ÝÕÄÈ - 2,14·106 Í/ì2;
ÒÑ - 2,38·106 Í/ì2. Ñîîòâåòñòâåííî ðàñïðåäåëèëèñü â ýòîì
ðÿäó è çíà÷åíèÿ àäãåçèîííîé ïðî÷íîñòè (òàáëèöà 1). Ïîëó÷åííûå äàííûå ñîãëàñóþòñÿ ñ ðåçóëüòàòàìè, ïðèâåäåííûìè â ðàáîòå [5].
Âëèÿíèå ïðîïèòêè, ñìà÷èâàíèÿ è àäãåçèè ñâÿçóþùèõ ê
ñèëèêàòíûì âîëîêíàì íà ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà êîìïîçèòîâ
èññëåäîâàëè íà îáðàçöàõ îäíîíàïðàâëåííîãî ìèêðîïëàñòèêà
è êîëåö, à òàêæå íà êîëüöåâûõ îáðàçöàõ, âûðåçàííûõ èç ñòåêëî- è áàçàëüòîïëàñòèêîâûõ òðóá äèàìåòðîì 110 ìì è òîëùèíîé ñòåíêè 5 ìì, èçãîòîâëåííûõ â ïðîìûøëåííûõ óñëîâèÿõ ìåòîäîì êîñîñëîéíîé ïðîäîëüíî-ïîïåðå÷íîé íàìîòêè.
Ïîëó÷åíèå ìèêðîïëàñòèêà ïðîâîäèëè îáðàáîòêîé ðîâèíãà
ýïîêñèäíûì ñâÿçóþùèì íà ëàáîðàòîðíîì ñòåíäå, âêëþ÷àþùåì â ñåáÿ øòàòèâ ñ äâóìÿ íèòåíàòÿæèòåëÿìè, ïðîïèòî÷íóþ
ñòåêëÿííóþ âàííî÷êó ñ òåðìîìåòðîì, íèòåðàñêëàä÷èê è ïðèåìíîå óñòðîéñòâî äëÿ îáðàáîòàííîãî ðîâèíãà â âèäå êâàä-
Ñûðüå è âñïîìîãàòåëüíûå ìàòåðèàëû
ðàòíîé ðàìêè, ðàáî÷óþ ÷àñòü êîòîðîé ïðåäâàðèòåëüíî îáðàáàòûâàëè àíòèàäãåçèâîì. Ðîâèíã ñ ïàêîâêè (áîáèíû) ïðîïóñêàëè ÷åðåç íèòåíàòÿæèòåëè è ïðîïèòî÷íóþ âàííî÷êó ñî
ñâÿçóþùèì. Ïðîïèòàííûé ñâÿçóþùèì ðîâèíã ïî âûõîäó èç
âàííî÷êè ïîäàâàëñÿ â îòæèìíîå óñòðîéñòâî (ðåçèíîâàÿ òðóáî÷êà ñ âèíòîâûì çàæèìîì), ïîçâîëÿþùåå ðåãóëèðîâàòü êîëè÷åñòâî ñâÿçóþùåãî â ìèêðîïëàñòèêå. Çàòåì îáðàáîòàííûé
ñâÿçóþùèì ðîâèíã ïîñòóïàë ÷åðåç íèòåïðîâîäíèê è íèòåðàñêëàä÷èê íà ïðèåìíóþ ðàìêó, ïðåäñòàâëÿþùóþ ñîáîé äâà
ïëå÷à äëèíîé 180 ìì èç àëþìèíèåâîãî ïðóòêà äèàìåòðîì 20
ìì, æåñòêî ñîåäèíåííûõ ìåæäó ñîáîé òàêèìè æå òðóáêàìè
äëèíîé 300 ìì. Øàã ðàñêëàäêè ðîâèíãà íà ðàìêå ñîñòàâëÿë 3
ìì.
Äëÿ áîëåå ðàâíîìåðíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ñâÿçóþùåãî ðàìêó
ñ îáðàáîòàííûì ðîâèíãîì âûäåðæèâàëè 12−14 ÷ ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå, ïîñëå ÷åãî ïîäâåðãàëè åãî îòâåðæäåíèþ ïî ñòóïåí÷àòîìó ðåæèìó, îòðàáîòàííîìó äëÿ êàæäîãî
âèäà ñâÿçóþùåãî. Ïîñëå îòâåðæäåíèÿ ìèêðîïëàñòèê ñíèìàëè ñ ðàìêè è ðàçðåçàëè íà îòðåçêè äëèíîé (130±5) ìì. Èñïûòàíèÿ ïðîâîäèëè íà ðàçðûâíîé ìàøèíå Ð-0,05 ñ ïîñòîÿííîé
ñêîðîñòüþ äâèæåíèÿ íèæíåãî çàæèìà, êîòîðàÿ ïðè ðàñòÿæåíèè îáðàçöà äîëæíà îáåñïå÷èâàòü èçìåðåíèå íàãðóçêè ñ ïîãðåøíîñòüþ íå áîëåå 1 %. Ðàññòîÿíèå ìåæäó çàæèìàìè óñòàíàâëèâàëè ðàâíûì 70 ìì, ÷òî ñîîòâåòñòâîâàëî ðàáî÷åé
äëèíå îáðàçöà ìèêðîïëàñòèêà. Ñêîðîñòü ïåðåìåùåíèÿ ïîäâèæíîãî çàæèìà îïðåäåëÿëè íà îñíîâå 3−4 ïðåäâàðèòåëüíûõ
èñïûòàíèé òàê, ÷òîáû ñðåäíÿÿ ïðîäîëæèòåëüíîñòü ðàñòÿæåíèÿ îáðàçöà äî ðàçðûâà ðàâíÿëàñü (10±2) ñ. Îáðàçöû ìèêðîïëàñòèêà çàæèìàëè â òèñî÷íûå çàæèìû ðàçðûâíîé ìàøèíû,
áåç ïåðåêîñà ïî îòíîøåíèþ ê èõ îñè, ñ èñïîëüçîâàíèåì äîïîëíèòåëüíûõ ïðîêëàäîê èç áóìàãè.
Çà ðàçðûâíóþ íàãðóçêó Ð ìèêðîïëàñòèêà ïðèíèìàëè ñðåäíåå àðèôìåòè÷åñêîå çíà÷åíèå âñåõ ðåçóëüòàòîâ èñïûòàíèÿ.
Ñðåäíåå ðàçðóøàþùåå íàïðÿæåíèå σð (Ïà) ýëåìåíòàðíîé
íèòè ïðè ðàñòÿæåíèè â ìèêðîïëàñòèêå âû÷èñëÿëè ïî ôîðìóëå:
σð = Ðρ105/9,81Ò,
ãäå Ò − ëèíåéíàÿ ïëîòíîñòü ðîâèíãà, òåêñ; ρ − óäåëüíàÿ ïëîòíîñòü ðîâèíãà, êã/ñì3.
Ìåòîä èçãîòîâëåíèÿ îäíîíàïðàâëåííûõ êîëåö îñíîâàí íà
ïðîõîæäåíèè àðìèðóþùåãî ìàòåðèàëà â âèäå ðîâèíãà, êîìïëåêñíîé íèòè èëè æãóòà ÷åðåç ñâÿçóþùåå è íàìîòêå åãî íà
ñáîðíóþ ãðóïïîâóþ îïðàâêó îïðåäåëåííîãî äèàìåòðà è øèðèíû ñ ïîñëåäóþùèì îòâåðæäåíèåì ïðè çàäàííîì ðåæèìå.
Òàáëèöà 2. Ïðî÷íîñòíûå õàðàêòåðèñòèêè ïëàñòèêîâ.
49
Ïðèìåíåíèå
Ïëàñòè÷åñêèå ìàññû, ¹1, 2013
Èñïûòàíèÿ îáðàçöîâ îäíîíàïðàâëåííûõ êîëåö ïðîâîäèëè
íà ðàçðûâíîé ìàøèíå Ð-50. Ïðåäåë ïðî÷íîñòè ïðè ðàñòÿæåíèè σð ðàññ÷èòûâàëè ïî ôîðìóëå:
σð = Ðk/2bh,
ãäå Ð − ðàçðóøàþùàÿ íàãðóçêà, Í; b è h − øèðèíà è òîëùèíà
îáðàçöà, ì; k − ýêñïåðèìåíòàëüíî íàéäåííûé ïîïðàâî÷íûé
êîýôôèöèåíò, ó÷èòûâàþùèé âëèÿíèå èçãèáà â ìåñòå ðàçðóøåíèÿ îáðàçöà.
Âûÿâëåííûå â õîäå ýêñïåðèìåíòîâ ïðåèìóùåñòâà áàçàëüòîâîãî âîëîêíà ïåðåä ñòåêëÿííûì â ñìà÷èâàíèè è ïðîïèòêå
åãî ýïîêñèäíûì ñâÿçóþùèì è â áîëåå ïðî÷íîé àäãåçèîííîé
ñâÿçè ìåæäó íèìè, åñòåñòâåííî, ñêàçàëèñü íà ïîâûøåíèè
ìåõàíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ïîëèìåðíûõ êîìïîçèòîâ (òàáëèöà 2).
Âûïîëíåííûå â ðàìêàõ íàñòîÿùåé ðàáîòû èññëåäîâàíèÿ
ïîêàçàëè, ÷òî ïîâåðõíîñòíûå ÿâëåíèÿ íà ãðàíèöå ðàçäåëà
âîëîêíî-ïîëèìåð îêàçûâàþò çíà÷èòåëüíîå âëèÿíèå íà ôîðìèðîâàíèå ìåõàíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê àðìèðîâàííûõ ñèëèêàòíûìè âîëîêíàìè êîìïîçèòîâ. Ïðè ýòîì óñòàíîâëåíî,
÷òî íàëè÷èå íà ïîâåðõíîñòè áàçàëüòîâûõ âîëîêîí ñèëàíîëüíûõ è ãèäðîêñèëüíûõ ãðóïï ïðèìåñíûõ ìåòàëëîâ, ÿâëÿþùèõñÿ àêòèâíûìè àäñîðáöèîííûìè öåíòðàìè, ñïîñîáíûìè
âñòóïàòü âî âçàèìîäåéñòâèå ñ ýïîêñèäíûìè ñâÿçóþùèìè,
îáóñëîâëèâàåò áîëåå âûñîêóþ ñêîðîñòü ïðîïèòêè, ñìà÷èâàåìîñòü è àäãåçèîííóþ ïðî÷íîñòü, ñëåäñòâèåì ÷åãî ÿâëÿåòñÿ
ïîâûøåíèå ìåõàíè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ èçãîòàâëèâàåìûõ ñ èõ
ïðèìåíåíèåì êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ. Ïîêàçàíî, ÷òî
èñïîëüçîâàíèå ýïîêñèäíîé ñìîëû ñ áîëüøèì ñîäåðæàíèåì
ôóíêöèîíàëüíûõ ãðóïï ïðè íèçêîé âÿçêîñòè îáåñïå÷èâàåò
áîëåå ãëóáîêîå ïðîíèêíîâåíèå ñâÿçóþùåãî â ìåæâîëîêîííîå
ïðîñòðàíñòâî è ñöåïëåíèå åãî ñ âîëîêíàìè, ÷òî òàêæå ïîëîæèòåëüíî ñêàçûâàåòñÿ íà ïðî÷íîñòíûõ ñâîéñòâàõ êîìïîçèòîâ.
Ëèòåðàòóðà
1. ×åðíèí, È.Ç. Ýïîêñèäíûå ïîëèìåðû è êîìïîçèöèè / È.Ç. ×åðíèí,
Ô.Ì. Ñìåõîâ, Þ.Â. Æåðäåâ.- Ì.: Õèìèÿ, 1982. - 230 ñ.
2. Êèñåëåâ, Á.À. Ñòåêëîïëàñòèêè. - Ì.: Ãîñõèìèçäàò, 1961. - 240 ñ.
3. Ñòåêëÿííûå âîëîêíà / Ïîä ðåä. Ì.Ñ. Àñëàíîâîé. Àâòîðû:
Àñëàíîâà Ì.Ñ., Êîëåñîâ Þ.È., Õàçàíîâ Â.Å., Õîäàêîâñêèé Ì.Ä.,
Øåéêî Â.Å. - Ì.: Õèìèÿ, 1979. - 256 ñ.
4. Äçÿëîøèíñêèé È.Å., Ëèôøèö Ó.Í., Ïèòàåâñêèé Ë.Ï. Îáùàÿ
òåîðèÿ âàíí-äåð-âààëü-ñîâûõ ñèë // Óñïåõè ôèç. íàóê.- 73 (1961). ¹ 3. - 381 ñ.
5. Êîëåñíèêîâ, Â.È. Âëèÿíèå àäãåçèîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ íà
ãðàíèöå
ðàçäåëà
êîìïîíåíò
íà
ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèå
õàðàêòåðèñòèêè êîìïîçèòà / Â.È. Êîëåñíèêîâ, À.Â. Âîëêîâ, Í.À.
Ìÿñíèêîâ // Òðåíèå è èçíîñ. - 1995. - Ò. 16. - ¹ 2. - Ñ. 309-314.
Ñòàòüÿ ïðåäñòàâëåíà Ë.Â. ×óðñîâîé
ÓÄÊ 678
Ïîêðûòèÿ èç ïîðîøêîâûõ ôòîðîïëàñòîâ
Ý.ß. ÁÅÉÄÅÐ, Ã.Í. ÏÅÒÐÎÂÀ, Ý.Ê. ÊÎÍÄÐÀØÎÂ
ÔÃÓÏ "ÂÈÀÌ" ÃÍÖ ÐÔ
ad m i n @ viam.r u
 ñòàòüå ïðèâåäåíû ñâîéñòâà ïîðîøêîâûõ ôòîðîïëàñòîâ è ïîêðûòèé íà èõ îñíîâå. Ðàññìîòðåíà çàâèñèìîñòü àäãåçèè ïîêðûòèÿ ê ìåòàëëó
îò ñïîñîáà ïîäãîòîâêè ïîâåðõíîñòè ïëàêèðóåìîãî èçäåëèÿ, à òàêæå âëèÿíèå ðàçëè÷íûõ ôàêòîðîâ (âëàãè, òåìïåðàòóðû, ìèêðîáèîëîãè÷åñêîé
ñðåäû) íà ýêñïëóàòàöèîííûå ñâîéñòâà ïîêðûòèé èç ïîðîøêîâûõ ôòîðîïëàñòîâ.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ôòîðîïëàñòû, ïîðîøêîâûå ïîêðûòèÿ, ïëåíêîîáðàçîâàíèå, àä-ãåçèÿ, íàñûïíàÿ ïëîòíîñòü, ðàñòåêàåìîñòü, ïîäãîòîâêà
ïîâåðõíîñòè.
In the article properties of powder fluoroplastics and covers on their basis are resulted. The depen-dence of adhesion of a cover to metal from a way
of surface preparation of a planned product, and also influence of various factors (a moisture, temperature, the microbiological environment) on operational properties of covers from powder fluoroplastics is considered.
Keywords: fluoroplastics, powder covers, filming, adhesion, bulk density, spreadability, surface preparation.
Ïðàêòè÷åñêè âñå ïëàâêèå ôòîðîïëàñòû, âûïóñêàåìûå â âèäå
ïîðîøêîâ, ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïîêðûòèé
èç àýðîäèñïåðñèé ñ íàëîæåíèåì ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ (ýëåêòðîñòðóéíîå íàïûëåíèå) èëè ïëàçìû. Íàèáîëåå øèðîêîå
ïðèìåíåíèå íàøëè ôòîðîïëàñòû Ô-30Ï (ÒÓ Ï-236-70),
Ô-40Ï (ÒÓ 301-05-17-89), Ô-4ÌÁ "Ï" (ÒÓ 301-05-73-90).
50
Êà÷åñòâåííûå ïîêðûòèÿ èç ïëàâêèõ ôòîðîïëàñòîâ ìîæíî
ïîëó÷èòü òîëüêî â òîì ñëó÷àå, êîãäà ïîðîøêè, ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ íàïûëåíèÿ, îáëàäàþò âûñîêîé íàñûïíîé ïëîòíîñòüþ,
äîñòàòî÷íîé ðàñòåêàåìîñòüþ è òåðìîñòàáèëüíîñòüþ ïðè òåìïåðàòóðå ïëåíêîîáðàçîâàíèÿ, à òàêæå âûñîêèì çíà÷åíèåì
ïîêàçàòåëÿ òåêó÷åñòè ðàñïëàâà (òàáë. 1).