4.2 Методы получения полимерных изделий с волокнистыми наполнителями

Методы получения изделий из полимерных композиций с волокнистыми наполнителями очень разнообразны и зависят как от вида связующего, так и от вида наполнителя. Принципиально отличаются эти методы для полимеров, содержащих короткие и непрерывные волокна.

4.2.1 Получение пкм с короткими волокнами и изделий из них

В качестве коротких волокон в полимерных композициях могут применяться как природные волокна (волластонит, асбест), так и рубленные или разрезанные до заданной длины (обычно 8 мм) волокна. Материалы с короткими волокнами получают или смешением волокна с полимером или пропиткой волокон полимерным связующим. Пропитка возможна при использовании жидких олигомерных связующих, которые после пропитки волокна и формования изделия отверждают. Термопласты и высокомолекулярные поликонденсационные смолы смешивают с волокнами на роторных, валковых или шнековых смесителях. При этом полимеры находятся в вязкотекучем состоянии. Под действием высоких напряжений сдвига при смешении происходит дополнительная ломка и укорачивание волокна, что соответствующим образом сказывается на его прочностных свойствах.

Для переработки композиций с короткими волокнами в изделия применяют обычные методы переработки полимеров, характерные для термопластов и реактопластов соответственно: литье под давлением, экструзия, прессование и другие. Эти методы подробно описаны в большом числе учебников, и здесь не рассматриваются.

Композиции, наполненные волокнами, характеризуются очень высокой вязкостью. Поэтому технологические режимы их переработки несколько отличаются от режимов переработки ненаполненных полимеров.

4.2.2 Методы получения изделий с длинными волокнами

Для получения полимерных изделий, наполненных непрерывными волокнами, используют как непосредственно волокна в виде пучков, ровницы или пряжи, так и различные текстильные материалы, а также маты или путаницу из волокна. В качестве полимерного связующего в таких материалах практически всегда используют различные низковязкие реактопласты невысокой молекулярной массы (эпоксидные, фенолформальдегидные, кремнийорганические, полиэфирные и др.), которые после формования изделия отверждают химическим путем. Такое ограничение в выборе связующего обусловлено невозможностью проведения процесса смешения без разрушения волокна. Связующее должно за счет капиллярных сил и под действием силы тяжести или небольшого давления проникнуть между волокнами и достаточно равномерно распределиться там (должна произойти пропитка наполнителя связующим). Это возможно только при сравнительно невысокой вязкости связующего.

В последнее время все чаще в качестве связующего стали применять и термопласты (полиамид, полипропилен и др.). В этом случае волокна наполнителя укладывают или переплетают с волокнами термопластичного связующего, так, чтобы волокна связующего и наполнителя были достаточно равномерно распределены в объеме заготовки. Затем из такой заготовки формуют изделие под давлением при температуре выше температуры плавления связующего. Термопластичные волокна плавятся, растекаются за счет приложенного давления и связывают волокна. После оформления изделия его фиксируют охлаждением. Однако такой способ получения ПКМ еще не нашел широкого применения.

Процессы получения изделий из композиций с бесконечно длинными волокнами очень специфичны и зависят не только от вида связующего и наполнителя, но и в значительной степени от конфигурации формуемого изделия.

В зависимости от метода изготовления изделий ориентация волокон в нем может быть одноосной, двухосной, слоистой и многоосной.

Можно выделить два основных метода получения изделий из полимерных материалов на основе непрерывных волокон и текстильных лент - это протяжка и намотка.