Трехслойные фторопласт-стекловолоконные композиты

Работа выполнена на кафедре Наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов им. А. И. Меоса Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна под руководством профессора, д.т.н. Лысенко А. А.

Многослойные материалы в целом и их разновидности имеют потрясающее разнообразие форм, свойств и областей применения [1, 2]. Среди многослойных материалов можно выделить пакетные материалы (Например, пакеты для защитной одежды, собранные из тканей (трикотажа) различной природы), которые не являются композитами (КМ), слоистые материалы и материалы с покрытиями, которые, на наш взгляд, являются особыми, не типичными формами КМ, так как в них трудно выделить (определить), где наполнитель, а где матрица (триплексы, слоистые пластики, металлы с покрытиями, так называемые щеточные КМ, сэндвичевые и ячеистые материалы), а также типичные композиты, в которых абсолютно четко определяются как наполнитель, так и матрица (Многослойные КМ на основе бумаг и тканей: гетинаксы и текстолиты).

Нами разработаны 3-слойные композиты, которые могут являться основой для получения более сложных многокомпонентных (n-слойных) материалов мультифункционального назначения. В разработанных 3-слойных КМ в качестве наполнителей выступали стекловолоконные материалы: мультиаксиальные ткани и нетканые полотна, а в качестве связующих — фторопласты Ф-2М и Ф-4МБ, а также их модифицированные формы. Структура одного из видов наполнителей показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Вид мультиаксиального стеклонаполнителя с лицевой (а) и изнаночной (б) сторон

Основные характеристики фторполимеров, использованных в качестве матриц и пленочных материалов на их основе, представлены в таблице 1.

Таблица 1. Физико-химические показатели свойств фторопластов Ф-2М и Ф-4МБ [3, 4] и материалов на их основе

Идея разработки 3-слойных, бикомпонентных КМ состояла в том, чтобы создать материал со структурой, показанной на рисунке 2.

Рисунок 2. Структура фторопласт-стекловолоконного КМ. Фторопластовый слой 1 — является защитно-хемостойким и огнестойким; композитный, фторопласт-стекловолоконный слой 2 — является носителем пористого стекловолокнистого слоя 3; стекловолоконный слой 3 — служит исходным для формирования других композитных слоев, например, на основе фенольной, эпоксидной смол или иных видов связующих (матриц)

С целью формирования композитных фторполимер-стекловолоконных слоев были опробованы несколько методов получения, среди которых поверхностная пропитка стеклянных полотен, гель-технология и другие, однако, наиболее эффективным способом объединения матрицы и наполнителя оказалось термическое (диффузионное) склеивание при прессовании [5, 6].

Этот метод позволяет не только получать листовые КМ заданных размеров, сваривать отдельные листы в единый мат, но и создавать детали и изделия цилиндрической формы.

На рисунке 3 приведены фотографии 3-слойных стеклокомпозитов на основе фторопластов Ф-2М (а) и Ф-4МБ (б — г).

Рисунок 3. Внешний вид 3-слойных композитов: а — на основе Ф-2М (со стороны фторопластового покрытия); б, в — на основе Ф-4МБ при различных условиях сварки; г — на основе Ф-4МБ при испытании на раздир

Через прозрачные слои фторопластов отчетливо видна структура мультиаксиального полотна. По фотографии г (рисунок 3) можно судить о прочности сваривания (адгезионной связи) стекловолокнистого материала и фторопластового покрытия.

Фотография 3-слойного образца цилиндрической формы представлена на рисунке 4.

Рисунок 4. Отпрессованный цилиндр из композита: стеклоткань-фторопласт. 1 — внутренний (покровно-защитный) слой; 2 — внешний стекловолоконный слой

Выводы

Показана возможность создания 3-слойных композитов на основе фторопластов Ф-2М и Ф-4МБ и армирующих стекломатериалов.

С использованием метода диффузионной сварки получены плоские и цилиндрические изделия из стеклокомпозитов на основе фторопластов.

Список использованных источников

1. Лысенко А. А. Многослойные материалы. Классификация, свойства, области применения / А. А. Лысенко, О. В. Асташкина, А. Ю. Кузнецов //Сборник трудов VII Всероссийской научной конференции (с международным участием) и IV всероссийской школы молодых ученых «Физикохимия полимеров и процессов их переработки», 16-20 сентября 2019 г. — Иваново: Ивановский издательский дом, 2019. — С. 16–17.
   
2. Лысенко А. А. Что такое композит? / А. А. Лысенко // Композитный мир. — 2006. — № 2 (5). — С. 32–33.
   
3. Белый В. А. Полимерные покрытия. — Минск: Наука и техника, 1976. – 415 с.
   
4. Клинов И. Я. Коррозия химической аппаратуры и коррозионностойкие материалы. — М. Машиностроение, 1967. — 468 с.
   
5. Пророкова Н. П. Уникальный материал — бумага / Н. П. Пророкова, Е. П. Ширшова, О. В. Асташкина // Композитный мир. — 2020. — № 5 (92). — С. 52–56.
   
6. Michael J. Troughton Handbook of plastics joining: A practical guide / Michael J. Troughton. — NY (USA): Norwich, 2008. — 600 p.