МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Л.И. Бондалетова, В.Г. Бондалетов ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Рекомендовано в качестве учебного пособия Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета Издательство Томского политехнического университета 2013 УДК 620.22-419.8(075.8) ББК 30.36я73 Б81 Бондалетова Л.И. <...> Б81 Полимерные композиционные материалы: учебное пособие / Л.И. Бондалетова, В.Г. Бондалетов; Томский политехнический университет. <...> Получение препрегов методом пропитки арматуры в смолах . <...> Получение препрегов с использованием порошковых дисперсных полимеров. <...> Сравнение метода смешения и полимеризационного наполнения . <...> Полимеризационное наполнение – химическая прививка катализатора либо инициатора к поверхности наполнителя и последующая полимеризация или сополимеризация мономеров на этих поверхностях – возможно, открывает новую страницу в химии и технологии композитов. <...> 5 ГЛАВА 1 ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ Основным классом материалов, удовлетворяющих жестким, часто противоречивым друг другу требованиям, таким как обеспечение минимальной массы конструкций, максимальной прочности, жесткости, надежности, долговечности при работе в тяжелых условиях нагружения, при высоких температурах и в агрессивных средах являются композиционные материалы. <...> Одним из самых модных в наше время является выражение «композиционные материалы», содержащее в новой 6 форме очень старую и простую мысль о том, что совместная работа разнородных материалов дает эффект, равносильный созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих»*. <...> К отраслям, активно использующим композиционные материалы, относятся <...>
Полимерные_композиционные_материалы.pdf
УДК 620.22-419.8(075.8)
ББК 30.36я73
Б81
Бондалетова Л.И.
Б81
Полимерные композиционные материалы: учебное пособие
/ Л.И. Бондалетова, В.Г. Бондалетов; Томский политехнический
университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического
университета, 2013. – 111 с.
В пособии изложены общие сведения о композитах, принципы создания
полимерных композиционных материалов. Приводятся основные
технологические методы получения композиционных материалов и методы
формования изделий на их основе. Содержатся данные об особенностях
структуры и свойствах основных видов полимерных композитов:
дисперсно- и газонаполненных, армированных волокнами, смесях полимеров,
пластифицированных пластмасс.
Предназначено для студентов и магистрантов, обучающихся по
направлению 240100 «Химическая технология».
УДК 620.22-419.8(075.8)
ББК 30.36я73
Рецензенты
Кандидат химических наук директор ООО «Томпласт-ЛТД»
Ю.Г. Юрьев
Кандидат химических наук главный технолог
Института химии нефти СО РАН
А.В. Борило
© ФГБОУ ВПО НИ ТПУ, 2013
© Бондалетова Л.И., Бондалетов В.Г., 2013
© Оформление. Издательство Томского
политехнического университета, 2013
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .......................................................................................................... 5
Глава 1. Общие представления о композиционных
материалах ..................................................................................... 6
1.1. Краткий исторический очерк .............................................................. 7
1.2. Определение композиционных материалов .................................... 10
1.3. Классификация композиционных материалов ................................ 11
Контрольные вопросы .................................................................................. 14
Глава 2. Матричные материалы ............................................................. 15
2.1. Металлические матрицы .................................................................... 15
2.2. Полимерные матрицы ......................................................................... 17
2.2.1. Термореактивные полимеры ....................................................... 17
2.2.2. Термопластичные полимеры ...................................................... 23
2.2.3. Эластомеры ................................................................................... 27
2.3. Керамические матрицы ...................................................................... 28
Контрольные вопросы .................................................................................. 29
Глава 3. Основные характеристики наполнителей ............................. 30
3.1. Дисперсные наполнители .................................................................. 30
3.2. Волокнистые наполнители .............................................................. 34
3.3. Листовые наполнители ........................................................................ 35
3.4. Объемные наполнители.................................................................... 36
3.5. Получение заготовок для ПКМ ......................................................... 36
3.5.1. Получение препрегов методом пропитки арматуры
в смолах ......................................................................................... 37
3.5.2. Получение препрегов с использованием порошковых
дисперсных полимеров................................................................. 38
3.5.3. Получение сотовых конструкций ............................................... 39
Контрольные вопросы .................................................................................. 41
Глава 4. Способы получения и характеристики волокон .................. 42
4.1. Стеклянные волокна ........................................................................... 43
4.2. Углеродные волокна .......................................................................... 46
4.3. Борные волокна ................................................................................... 47
4.4. Органические волокна ....................................................................... 49
4.5. Объединение упрочняющих элементов ........................................... 52
Контрольные вопросы ................................................................................... 53
3
Стр.3
Глава 5. Принципы создания полимерных
композиционных материалов .................................................. 54
5.1. Классификация и особенности свойств полимерных
композиционных материалов ............................................................ 54
5.2. Влияние фазовой структуры полимерного композиционного
материала на его свойства ................................................................. 60
5.2.1. Содержание наполнителя в ПКМ ............................................... 60
5.2.2. Размер и форма дисперсных частиц в ПКМ ............................. 62
5.2.3. Межфазное взаимодействие (свойства МФС) .......................... 64
Контрольные вопросы .................................................................................. 67
Глава 6. Технология получения полимерных
композиционных материалов .................................................. 68
6.1. Получение полимерных композиционных
материалов смешением компонентов ............................................... 69
6.1.1. Подготовка компонентов пкм к смешению .............................. 70
6.1.2. Технология введения наполнителя ............................................ 85
6.1.2.1. Смешение с малым количеством добавки .......................... 88
6.1.2.2. Введение пластификаторов в полимеры ............................. 88
6.1.2.3. Смешение полимеров ............................................................ 89
6.1.2.4. Диспергирующее смешение ................................................. 90
6.1.2.5. Смешение порошков ............................................................. 90
6.1.2.6. Оценка качества смешения ................................................... 91
6.2. Получение полимерного слоя на поверхности наполнителя
методом радикальной полимеризации ............................................. 92
6.3. Ионно-координационная полимеризация на
поверхности наполнителей ................................................................ 96
6.4. Модификация матрицы ..................................................................... 102
6.5. Сравнение метода смешения и полимеризационного
наполнения ........................................................................................ 103
Контрольные вопросы ................................................................................ 107
Заключение .................................................................................................. 108
Список использованных источников ........................................................ 109
4
Стр.4