Порівняння властивостей смоли
Вибір системи смоли, яка буде використовуватися в будь -якому компоненті, залежить від ряду її властивостей, напевно, є найважливішим у більшості складених структур:
1. Властивості зв'язку
2. Механічні властивості
3. Мікроскопічна стійкість до тріщин
4. Сила втоми
5. Деградація корозії води
Властивості зв'язку
Було обговорено, як властивості адгезії системи смоли важливі для досягнення повного спектру механічних властивостей композиту. У сендвіч -структурах важлива адгезія матриці смоли до арматури волокна або основного матеріалу.
Поліестерні смоли, як правило, мають найнижчі властивості адгезії трьох описаних тут систем. Вінілові Лестерні смоли демонструють кращі властивості зв'язку, ніж поліестер, але системи епоксидної смоли забезпечують найкращі показники всіх клеїв і тому часто зустрічаються у багатьох високоміцних клеїв. Це пояснюється їх хімічним складом та наявністю полярних гідроксильних та ефірних груп. Оскільки епоксидні смоли виліковуються з низькою швидкістю усадки, різні поверхневі контакти, встановлені між рідкою смолою, і прикріпленнями не порушуються в процесі затвердіння. Властивості скріплення епоксидних смол особливо корисні для побудови ламінатів серцевинних сот, де невелика площа поверхні скріплення означає, що необхідне максимальне скріплення.
Сила зв’язку між смолою та волокном залежить не лише від властивостей склеювання системи смоли, але й впливає на поверхневе покриття армуючих волокон.
Механічні властивості
Два важливі механічні властивості будь -якої системи смоли - міцність на розрив і жорсткість. На малюнках 22 та 23 показані результати тестів, проведених на комерційно доступних поліестер, вінілові Лестер та системи епоксидної смоли, вилікувані при 20 градусах і 80 градусів.
Після семиденного періоду затвердіння при кімнатній температурі видно, що типові епоксидні смоли пропонують більш високу продуктивність як за силою, так і за жорсткістю, ніж типові поліефірів та вінілових ефірів.
Не менш важливим для композитних дизайнерів та будівельників є кількість усадки смоли під час та після затвердіння. Задріння пояснюється перестановкою та переорієнтацією молекул смоли в рідинних та напівгельних фазах. Поліестери та вінілові ефіри потребують значної кількості молекулярної перестановки, щоб досягти вилікованого стану і може виявити усадку до 8%. Однак різний характер епоксидної реакції призводить до дуже невеликої перестановки та відсутності летючих двопродуктів, зменшуючи типову епоксидну усадку приблизно до 2%. Певною мірою відсутність усадки відповідає за кращі механічні властивості епоксиду, ніж поліестер, оскільки усадка пов'язана з внутрішніми напруженнями, які можуть послабити матеріал.
Крім того, усадка в товщині ламінату призводить до "друку" підсилюючого волокна, що є важким і дорогим косметичним дефектом для усунення.
Мікроскопічні тріщини
Сила ламінату зазвичай розглядається з точки зору того, скільки навантаження він може витримати, перш ніж він повністю не виходить з ладу. Ця кінцева міцність або розривна сила - це момент, коли смола виявляє катастрофічний перелом і арматури, що підсилюють.
Однак перед досягненням цієї остаточної міцності ламінат досягне рівня напруги, де смола почне тріскати від шарів арматури волокон, які не узгоджуються з нанесеним навантаженням, і ці тріщини поширюватимуться через матрицю смоли. Це відоме як "поперечне мікрокрекінг", і хоча ламінат ще не вийшов повністю, процес розриву вже розпочався. Таким чином, інженери, які хочуть довговічної структури, повинні забезпечити, щоб їх ламінати не перевищували цю точку за звичайними послугами.
Штам, який ламінат може досягти перед мікропакуванням, дуже залежить від міцності та властивостей склеювання системи смоли. Для систем крихкої смоли, наприклад, більшості поліестерів, це відбувається задовго до того, як ламінат виходить з ладу, і тому обмежує штам, яким можуть витримати такі ламінати. Наприклад, останні тести показали, що для ламінатів з поліестеру\/скляного скла, мікрокрування, як правило, відбувається приблизно при 0. 2% штаму, при цьому кінцеве пошкодження не відбулося до 2. 0% штаму. Це відповідає корисній силі лише 10% кінцевої сили. Оскільки кінцева міцність ламінату під напругою визначається міцністю волокна, ці мікрокрони смоли не одразу знижують остаточні показники ламінату.
Однак у таких середовищах, як вода або вологе повітря, мікрокрування ламінату поглинає більше води, ніж безперешкодний ламінат. Це призведе до збільшення ваги, вологи в смолі та масовому агенті, зменшення жорсткості та зменшення остаточних показників з часом.
Збільшення адгезії смоли\/волокна зазвичай випливає з хімії смоли та її сумісності з хімічною поверхневою обробкою, застосованою до волокон. Тут добре відомі властивості епоксидних клеїв допомагають ламінату досягти більш високих штамів мікрокрокування. Як згадувалося раніше, міцність смоли важко виміряти, але широко позначається його кінцевим штамом відмови. Порівняння різних систем смоли показано на малюнку 25.
Сила втоми
Загалом, композити мають відмінну резистентність до втоми порівняно з більшістю металів. Однак, оскільки втома часто викликається поступовим накопиченням невеликої кількості пошкоджень, на поведінку втоми будь -якого композитного матеріалу впливатиме міцність смоли, його стійкість до мікрокрекінгу та кількість порожнеч та інших дефектів, що виникають під час виробничого процесу. З цієї причини ламінати епоксидної основи, як правило, виявляють дуже хорошу резистентність до втоми порівняно з поліефірним та вініловим ефіром, що є однією з головних причин їх використання в аеструктурах.
Деградація корозійної води
Важливою характеристикою будь -якої смоли, особливо в морському середовищі, є її здатність протистояти деградації за допомогою вхідної води. Усі смоли поглинають трохи води, додаючи вагу до ламінату, але що ще важливіше, як поглинена вода впливає на смолу та смолу\/волоконну зв’язок у ламінаті, що призводить до поступової та довгострокової втрати механічних властивостей. І поліефірні, і вінілові ефірні смоли сприйнятливі до деградації води через наявність гідролізубних груп ефіру в молекулярній структурі.
Як результат, можна очікувати, що тонкі поліефірні ламінати збережуть лише 65% їх міжшарової міцності зсуву після року занурення у воду, тоді як ламінати епоксидної смоли збережуть приблизно 90% після року занурення.
На малюнку 26 показано вплив води на епоксидні та поліефірні скляні ламінати, які були занурені у воду на 100 градусів. Це занурення з високою температурою дає занурені ламінати прискорені властивості деградації.
Проникність
Усі ламінати в морському середовищі дозволяють дуже невеликою кількістю води проходити через них у вигляді пари. По мірі проходження води вона реагує з будь -якими гідролізубними компонентами всередині ламінату, утворюючи крихітні клітини концентрованого розчину. Під осмотичним циклом більше води проходить через напівпрохідну мембрану ламінату, намагаючись розбавити цей розчин. Ця вода збільшує тиск рідини всередині клітини до 700 фунтів на кв. Дюйм. Врешті -решт тиск буде деформувати або розірвати ламінат або гелькот і може призвести до типової поверхні "курячої віспи". Гідролізубні компоненти в ламінаті можуть включати бруд та сміття, захоплені під час виробництва, але також можуть включати ефірні зв’язки в вилікуваному поліестері та, меншою мірою, вініловою обробкою.
Використання багатий смолою шару поруч із гелевим покриттям має важливе значення для поліефірних смол для зменшення цього типу деградації, але зазвичай єдиним ліками, коли процес починається, є заміну ураженого матеріалу. Для того, щоб запобігти виникненню інфільтрації в першу чергу, необхідно використовувати смолу, яка має як низьку проникність, так і високу стійкість до ерозії води. Пухи можна практично усунути при використанні спільно з армуючим матеріалом, який має аналогічну стійкість до поверхневої обробки і ламінований до дуже високого стандарту. Полімерні ланцюги з епоксидними ланцюгами протистоять впливу води набагато краще, ніж багато інших систем смоли. Показано, що такі системи мають відмінну хімічну та водостійкість, низьку проникність води та дуже хороші механічні властивості.
Підсумок порівняльних властивостей смоли
Розглянуті тут поліестер, вініловий ефір та епоксидні смоли, ймовірно, становлять близько 90% усіх систем термореактивних смол, що використовуються в структурних композитах. Підсумовуючи це, основними перевагами та недоліками цих типів є:
Інші смоли для композитів
Окрім поліестеру, вінілових ефірів та епоксидних смол, існує багато інших систем спеціальних смол, які використовуються, де потрібні їх унікальні властивості.
Фенольні смоли
В основному використовується там, де потрібна висока пожежна стійкість, фенольні смоли добре зберігають свої властивості при високих температурах. Для вилікуваних матеріалів кімнатної температури використання корозійних кислот призводить до неприємного поводження. Конденсований характер їх затвердіння, як правило, призводить до включення багатьох порожнеч та поверхневих дефектів, смола, як правило, є крихкою і має погані механічні властивості. Типова вартість: £ 2-4\/кг.
Феніл ізоціанат
В основному використовується в аерокосмічній галузі. Відмінні діелектричні властивості матеріалу роблять його ідеальним для використання у низьких діелектричних волокон, таких як кварц, які використовуються у виготовленні радомів. Матеріал також є стабільним температурою до 200 градусів. Типова вартість: 40 фунтів\/кг.
Силіконові смоли
Synthetic resins with silicon as the base material rather than carbon as the organic polymer. Good resistance to fire and high temperatures. Requires high temperature curing. Used in missile applications. Typical cost: >£ 15\/ кг.
Поліуретан
Високо пластичний матеріал, іноді змішаний з іншими смолами, через відносно низькі ламінатні механічні властивості при стисненні. Використання небезпечних ізоціанатів як вилікованих агентів. Типова вартість: £ 2-8\/кг.
Вісмалеймід (ІМТ)
Mainly used in aircraft composites requiring higher temperatures (230°C wet/250°C dry). For example, engine inlets, high speed aircraft flight surfaces. Typical cost:>£ 50\/кг.
Поліімід
Used where operation at higher temperatures is required than bismaleimide can withstand (use up to 250°C wet/300°C dry). Typical applications include missile and aircraft engine components. Extremely expensive resin (>80 фунтів\/кг) з токсичною сировиною, що використовується у виробничому процесі. Полііміди важко працювати через реакцію конденсації, яка вивільняє воду в процесі затвердіння, і відносно крихкі після затвердіння.pmr15 та larc160 - це два найпоширеніші полііміди в композитах.
Джерело "кордони в композитах"