6 Стеклопластики

Стеклопластик - композиционный материал, состоящий из стеклянного наполнителя и синтетического полимерного связующего. Для стеклопластика характерно сочетание высоких прочностных, диэлектрических свойств, сравнительно низкой плотности и теплопроводности, высокой атмосферо-, водо - и химстойкости. Механические свойства стеклопластика определяются преимущественно характеристиками наполнителя и прочностью связи его со связующим, а температуры переработки и эксплуатации - связующим. Наибольшей прочностью и жёсткостью обладают стеклопластики, содержащие ориентированно расположенные непрерывные волокна. Примеры стеклопластиковых изделий - стеклопластик применяют как конструкционный и теплозащитный материал при производстве корпусов лодок, катеров, судов и ракетных двигателей, кузовов автомобилей, цистерн, рефрижераторов, радиопрозрачных обтекателей, бассейнов для плавания и др.

Стеклопластики нашли широкое применение в различных отраслях промышленности: В строительстве в качестве отделочных материалов. - В электротехнической промышленности в качестве электроизоляционных и конструкционных материалов для изготовления коллекторов электрических машин, деталей и корпусов приборов, крышек и т.д. - В авиационной промышленности - контейнеров, бензобаков, деталей внутренней отделки самолетов, корпусов реактивных двигателей и пр. - В судостроении - корпуса лодок и катеров, а также теплоходов с палубой и надстройками. - В строительстве зданий гражданского и промышленного типа (кровля, санузлы и т. д.). - В машиностроении - изготавливаются кузова, детали обвеса автомашин, крыши и сиденья автобусов и вагонов, цистерны, контейнеры и пр. - В угольной промышленности - корпуса гидравлических стоек, водоотливные трубы. - В нефтегазовой, химической и других отраслях промышленности из стеклопластиков изготавливают трубы различного диаметра.

Основными компонентами наполнителя стеклопластиков являются стекловолокнистые армирующие материалы. Тонкие высокопрочные стеклянные волокна обеспечивают прочность и жесткость стеклопластика. Наполнителем служат в основном стеклянные волокна в виде нитей, жгутов (роввингов), тканей, матов, рубленых волокон.

Связующим может быть полиэфирные, феноло-формальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические смолы, полиимиды, алифатические полиамиды, поликарбонаты и др.

Связующее должно соответствовать некоторым требованиям:

- придавать материалу монолитность;

- равномерно распределять усилия между волокнами;

- защищать волокно от химических, атмосферных и других внешних воздействий;

- придавать материалу способность формироваться в изделия самых различных форм и размеров;

- принимать часть усилий, развивающихся в материале при работе под нагрузкой.

Стеклопластик обладает многими очень ценными свойствами, дающими ему право называться одним из материалов будущего.

Преимущества стеклопластиков:

- малый вес. Удельный вес стеклопластиков колеблется от 0,4 до 1,8 и в среднем составляет 1,1 г/см3. Например, удельный вес металлов значительно выше, например, стали – 7,8, а меди - 8,9 г/см3. Даже удельный вес одного из наиболее легкого сплава, применяемого в технике, - дуралюмина составляет 2,8 г/см3. Таким образом, удельный вес стеклопластика в среднем в пять-шесть раз меньше, чем у черных и цветных металлов, и в два раза меньше, чем у дуралюмина. Это делает стеклопластик особенно удобным для применения на транспорте. Экономия в весе на транспорте переходит в экономию энергии; кроме того, за счет уменьшения веса транспортных конструкций (самолетов, автомобилей, судов и т.п.) можно повысить их полезную нагрузку и за счет экономии топлива увеличить радиус действия.

- высокая коррозионная стойкость. Стеклопластики как диэлектрики совершенно не подвергаются электрохимической коррозии. Существует целый ряд смол, позволяющие получить стеклопластики стойкие к различным агрессивным средам, в том числе и к воздействию концентрированных кислот и щелочей.

- хороший внешний вид. Стеклопластики при изготовлении хорошо окрашиваются в любой цвет и при использовании стойких красителей могут сохранять его неограниченно долго.

- высокие механические свойства. При своем небольшом удельном весе стеклопластик обладает высокими физико-механическими характеристиками. Используя некоторые смолы и определенные виды армирующих материалов, можно получить стеклопластик, по своим прочностным свойствам превосходящий некоторые сплавы цветных металлов и стали.

- теплоизоляционные свойства. Стеклопластик относится к материалам с низкой теплопроводностью. Кроме того, можно значительно повысить теплоизоляционные свойства путем изготовления стеклопластиковой конструкции типа “сэндвич”,используя между слоями стеклопластика пористые материалы, например пенопласт. Благодаря своей низкой теплопроводности, стеклопластиковые сэндвичевые конструкции с успехом применяются в качестве теплоизоляционных материалов в промышленном строительстве, в судостроении, в вагоностроении и.т.д.

- электроизоляционные свойства. Стеклопластики являются прекрасными электроизоляционными материалам при использовании как переменного, так и постоянного тока, что обуславливает широкое применение изделий из стеклопластика в электро- и радиотехнике.

- оптические свойства. Кроме того, можно изготовить изделия из стеклопластика на основе светопрозрачных смол, которые по оптическим свойствам немногим уступают стеклу.

- износостойкий, т.е. с высокой стойкостью к абразивному износу.

- стойкий к механической нагрузке, т.е. в состоянии сильно превышать значения ударостойкости и гибкости по отношению к натуральному камню.

- стойкий к пятнам, т.е. не имеющий пор.

- антистатический: в состоянии разряжать электростатический ток.

- морозостойкий, нечувствительный к циклам замерзания/размерзания с возможностью использования и в наружной среде.

- стойкий к ультрафиолетовым лучам, т.е. не меняющий свой цвет при ультрафиолетовом облучении.

- нескользящий, с возможностью использования и там, где требуется свойство нескольжения.

- антибактериальный, т.е. с поверхностью отталкивающей бактерии и плесень.

Недостатки стеклопластиков:

- небольшой модуль упругости

- чувствительность к процессу изготовления и к режиму последующей эксплуатации

- анизотропия прочностных, упругих и других свойств.

- материал крайне токсичен.

- дорог в изготовлении.

- слишком часто не соблюдаются технологии при применении стеклопластика.

24