КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛИМЕР КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

AННОТАЦИЯ

Использование композитов обычно позволяет уменьшить массу конструкции при сохранении или улучшении ее механических характеристик. В качестве матрицы чаще используют термореактивные синтетические смолы (полиэфирные, фенольные, эпоксидные и др.), а также термопластические полимеры (полиамиды, полиэтилен, полистирол и др.).

ABSTRACT

The use of composites usually makes it possible to reduce the mass of a structure while maintaining or improving its mechanical characteristics. As a matrix, thermosetting synthetic resins (polyester, phenolic, epoxy, etc.), as well as thermoplastic polymers (polyamides, polyethylene, polystyrene, etc.) are more often used.

Kлючевые слова: Композиционные материалы (композиты) – многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жесткостью и т.д.

Keywords: Composite materials (composites) are multicomponent materials, usually consisting of a plastic base (matrix) reinforced with fillers with high strength, rigidity, etc.

Благодаря соединению двух разнородных материалов и сочетанию их свойств в одном композиционном материале, многие композиты превосходят традиционные материалы и сплавы по своим механическим свойствам и в то же время они легче. Использование композитов обычно позволяет уменьшить массу конструкции при сохранении или улучшении ее механических характеристик [1]. Композиционные материалы (композиты) – многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жесткостью и т.д. Между ними создается адгезионное или аутогезионное взаимодействие, которое обеспечивает монолитность материала. Их применение дает значительный экономический эффект. Стеклопластики относятся к полимерным композиционным материалам, армированы стеклянными волокнами, формуемыми из расплавленного неорганического стекла. В качестве матрицы чаще используют термореактивные синтетические смолы (полиэфирные, фенольные, эпоксидные и др.), а также термопластические полимеры (полиамиды, полиэтилен, полистирол и др.)[2]. Эти материалы обладают достаточно высокой прочностью, низкой теплопроводностью, высокими электроизоляционными свойствами, прозрачностью для радиоволн. Углепластики – это композиции из полимерной матрицы и упрочнителей в виде углеродных волокон (карбоволокон). Углеродные волокна получают из синтетических и природных волокон на основе целлюлозы, сополимеров акрилонитрила и др. Термическая обработка волокна проводится в три этапа: окисление (+220 °С), карбонизация (+1000…1500 °С), графитизация (+1800…3000 °С). При этом образуются волокна с содержанием углерода до 99,5% по массе. Основными преимуществами углепластиков по сравнению со стеклопластиками являются их низкая плотность и более высокий модуль упругости. Углепластики – очень легкие и прочные материалы. Углеродные волокна и углепластики имеют практически нулевой коэффициент линейного расширения [3-4]. Все углепластики хорошо проводят электричество, имеют черный цвет, что несколько ограничивает области их применения. На основе углеродных волокон и углеродной матрицы создают композиционные углеграфитовые материалы – наиболее термостойкие композиционные материалы (углепластики), способные долго выдерживать температуры до +3000 °С в инертных или восстановительных средах. Углеродные волокна пропитывают фенолформальдегидной смолой, подвергая затем действию высоких температур (+2000 °С), при этом происходит пиролиз органических веществ и образуется углерод. Из углепластиков делают высокотемпературные узлы ракетной техники и скоростных самолетов, тормозные колодки и диски для скоростных самолетов и многоразовых космических кораблей, электротермическое оборудование. Боропластики – это композиции из полимерного связующего и упрочнителя – борных волокон [5-6]. Для получения бороволокнитов применяют модифицированные эпоксидные и полиамидные связующие. Волокна могут быть как в виде мононитей, так и в виде жгутов, оплетенных вспомогательной стеклянной нитью, или лент, в которых борные нити переплетены с другими нитями. Бороволокниты имеют высокие прочность при сжатии, сдвиге, твердость, тепло- и электропроводность. Боропластики используются главным 20 образом в авиационной и космической технике для изготовления деталей, подвергающихся длительным нагрузкам в условиях агрессивной среды. Органопластики — это композиты из полимерного связующего и наполнителей. Наполнителями служат органические синтетические, реже – природные и искусственные волокна в виде жгутов, нитей, тканей, бумаги и т.д. В термореактивных органопластиках матрицей служат, как правило, эпоксидные, полиэфирные и фенольные смолы, а также полиимиды. Материал содержит 40–70% наполнителя. Содержание наполнителя в органопластиках на основе термопластичных полимеров – полиэтилена, ПВХ, полиуретана и т.п. – варьирует в пределах от 2 до 70%. Органопластики обладают низкой плотностью (они легче стекло- и углепластиков), относительно высокими прочностью при растяжении, сопротивлением удару и динамическим нагрузкам, но низкой прочностью при сжатии и изгибе [7-8]. Таким образом, принцип получения полимерных композиционных материалов заключается в создании заранее заданной комбинации двух различных фаз (наполнителя и матрицы) с помощью тех или иных технологических приемов. Получаемый материал может быть изотропным или анизотропным в зависимости от того, в какой форме применен в них наполнитель - в виде дисперсных частиц или армирующего волокна, ткани и т.п.

Вторичный пластик занимает основное место благодаря своим превосходным свойствам. Пластик — это химический продукт, представляющий собой высокомолекулярные соединения и полимеры с длинной цепью. В промышленных масштабах пластмассы достигли 200 млн тонн в 2018 году с ростом 3-4% в год.

В мире существует более 300 видов пластмасс, из которых 30 % изготавливаются из смеси различных полимеров. В настоящее время в Соединенных Штатах Америки принят специальный код для кодирования пластмасс и маркировки материалов как отдела в составе промышленного предприятия по производству пластмасс. На рисунке 1 ниже показаны символы, которые необходимо добавить в код. Полиэтиленовые изделия и пластмассовые материалы европейского производства маркируются следующим образом:

1. PETE - полиэтилентерефталат PET (PETF)
2. HDPE - полиэтилен высокой плотности PE-HD (PEVP)
3. Y - PVC поливинилхлорид (PVC)
4. LDPE - ПЭ – полиэтилен низкой плотности (ПЭНП)
5. ПП – полипропилен ПП (ПП)
6. ПС – полистирол ПС (ПС)
7. Прочие – дополнительные полимеры в смеси

Рисунок 1. Маркировка пластиковых материалов

В настоящее время химический комплекс «Шуртангаз» выпускает несколько марок полиэтилена, используемых для производства пленки, а именно: Полиэтилен низкой плотности, линейный - Ф-0120, полиэтилен марки выпускается в виде гранул . Производимый полиэтилен упаковывается в полиэтиленовые мешки по 25 кг, при этом на поверхности должна быть указана следующая информация: - марка; масса; номер партии товара; Дата производства; название компании-производителя.

Таблица 1.

30 марок полиэтилена производства Республики Узбекистан

Ф-0120 физико-механические показатели полиэтилена: - плотность 0,918-0,922 г/см 3 ; - индекс утечки жидкости равен 0,8 - 1,5 г/10 мин; - коэффициент напряжения 1,30 - 1,38; Предел прочности при растяжении - МПа, не менее: - продольного - 9,0; - поперечного - 10,0. Предел прочности при растяжении - МПа, не менее: - продольного - 25,0; - поперечного - 28,0. Относительное удлинение, %, не менее: - продольное - 650; - поперечный - 800. Температура размягчения (точка) 84°С; Прочность F-0120 при нагревании составляет 140 г/мил; Прочность на перфорацию г/м2: -продольная-130;-поперечная-340. В состав пластика в основном входят углерод, водород, азот, кислород, хлор, фтор и бром. Некоторые вещества считаются токсичными и безвредными, когда они не соединены, но становятся инертными в составе органических полимеров. В таблице 1 ниже показаны некоторые типы полимеров, которые часто изготавливаются из вторичных пластиков, т.е. отходов. В связи с тем, что отходы, остающиеся от полимерных материалов, представляют собой проблему, эти изделия отличаются актуальностью улучшения их качества путем добавления различных наполнителей. В результате решения этих задач, помимо улучшения экологической обстановки, можно добиться того, чтобы пластмассовые изделия, изготовленные из дефицитного полимерного сырья, стали мощным сырьевым и энергетическим резервом.

Список литературы:

1. Седов Л. Н., Михайлов З. В., Ненасышенные полиэфиры. М., «Химия», 1977. С. 231.
2. Голосов А. П., Динцес А. И. Технология производства полиэтилена и полипропилена. М., «Химия». 1978, С. 263.
3. Справочник по пластическим массам; Изд. 2-е. Под ред. В. М. Катаева,  В. А. Попова, Б. И. Сажина. М., «Химия», 1975, т. I, т. II.
4. Бахман А., Мюллер К. Пенопласты. М. «Химия», 1978, С. 288. 
5. Торопцева А.М., Белогородская К.В., Бондаренко В.М. «Лабораторный практикум по химии и технологии ВМС», «Химия»., 1972., 415 с.
6. Методические пособия. Получение и изучение свойств газонаполненных пластмасс., Ташкент., 1987 г стр. 26.
7. Nusratovna S. N., Halimovich M. K. Characteristics of new kinds of shortenings // Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. – 2018. – №. 11-12. – С. 16-19.
8. Sadikova M. M., Sobirova N. N. SINTETIK YUVISH VOSITALARI ISHLAB CHIQARISHNI RIVOJLANTIRISH //SO ‘NGI ILMIY TADQIQOTLAR NAZARIYASI. – 2022. – Т. 1. – №. 4. – С. 179-183.