Как улучшить термостойкость пластиковых композитов на основе стекловолокна?

Повышение теплостойкости FRP на пластиковой основе

Среди множества легких и высокопрочных гибких композитов на основе пластика, разработанных в последние годы, ограниченная теплостойкость по-прежнему является препятствием для применения при более высоких температурах. Повышение теплостойкости требует оптимизации материалов, контроля процессов и практических мер. В следующих разделах представлены эффективные и простые меры по улучшению теплостойкости FRP на пластиковой основе.

Выбор предпочтительных смоляных матриц

Повышение термостойкости начинается с выбора компонентов из пластмасс на основе FRP, устойчивых к нагреву. Первым шагом в улучшении является подбор смол с высокой тепловой стабильностью. Например, температурная устойчивость модифицированных эпоксидно-фенольных и полиимидных смол превосходит стандартные эпоксидные смолы. Эти смолы также отлично подходят для длительной эксплуатации при высоких температурах. Они сохраняют свою структурную целостность, устойчивы к термическому разрушению и минимизируют движение молекулярных цепей смолы при нагреве, что повышает тепловую стабильность. Выбор смол имеет решающее значение для обеспечения соответствия требуемым температурным условиям конечного применения, чтобы изделия из пластмасс на основе FRP корректно работали в заданных условиях.

Оптимизация выбора волоконного армирования

Выбор правильных волокон имеет очень важное значение для достижения желаемого повышения теплостойкости огнестойких композитов из стеклопластика. Стекловолокно подходит для большинства целей. Однако для значительного улучшения термостабильности целесообразно использовать композиты на основе стекловолокна повышенной прочности. Из всех стеклопластиковых композитов наиболее широко применяются гибридные композиты стекло-углерод. Армирующие волокна арамида используются в верхнем диапазоне. Более оптимально то, что температура стеклования композита значительно повышается за счёт присутствия арамида. Тем не менее, основное внимание уделяется сохранению прочности композита при высоких температурах, хотя также учитываются влияние температуры плавления, расширение при более низких температурах и сохранение прочности композита при высоких температурах. Эксплуатационные характеристики композита также способствуют надёжному строительству, обеспечивая устойчивость к деформации при воздействии тепла и прочность конструкции.

Добавить термостойкие добавки

Использование специфических добавок — это эффективный способ повышения термостойкости пластиковых композитов без значительного изменения состава материала. Теплостабилизаторы, такие как замещённые фенолы и фосфиты, предотвращают термоокисление смолы. Антипирены улучшают огнестойкость и дополнительно повышают общую тепловую стабильность. Кремнезёмные наночастицы и углеродные нанотрубки являются примерами нанонаполнителей, которые можно добавлять в смолу для снижения теплопередачи. Эти добавки значительно замедляют термическое разрушение и сохраняют механические свойства при повышенных температурах. Потеря массы также уменьшается. Однако при неправильном дозировании добавок существует риск ухудшения эксплуатационных характеристик материала.

Оптимизация производственных процессов

Способ выполнения производственных процессов требует значительного внимания к термостойкости конечного продукта из FRP. Правильное отверждение имеет важное значение, поскольку чрезмерное или недостаточное отверждение может вызвать внутренние дефекты, ухудшающие тепловые характеристики изделия. Контроль температуры и продолжительности отверждения позволяет смоле формировать плотную сшитую структуру, обеспечивающую максимальную термостойкость. Помимо процесса отверждения, важную роль играет также процесс формования; пресс-формование и пултрузия позволяют получать композиты с равномерным распределением волокон и минимальным количеством пустот, что способствует повышению тепловой стабильности. Наконец, высокотемпературная стойкость материала улучшается за счет дополнительной термообработки после отверждения, которая завершает реакцию сшивки и снижает остаточные напряжения.

Применение методов модификации поверхности

Благодаря модификации поверхности достигается дополнительный слой тепловой защиты. Нанесение на поверхность композита полимерного материала с термостойким слоем создаёт барьер, который отражает или рассеивает тепло. Широко распространены керамические и силиконовые покрытия, обладающие диэлектрическими свойствами тепловой изоляции. Другие виды обработки поверхности, такие как плазменное травление, также улучшают адгезию покрытия к основе из композита, обеспечивая долговечность сцепления. Такие модификации препятствуют проникновению тепла в композит, снижая внутренние тепловые напряжения и деградацию смолы матрицы.

Учитывайте адаптацию к окружающей среде

Теплостойкость может быть обусловлена свойствами материала, но также может зависеть от адаптации к конкретной среде, в которой используется материал. Знание диапазона температур, продолжительности воздействия, агрессивности окружающих веществ или их сочетания определяет эффективность теплостойкого материала в данных условиях. Например, применение FRP в условиях высоких температур и агрессивной среды под капотом автомобилей. После проектирования компонент из FRP можно изготовить таким образом, чтобы он выдерживал термоциклы, поскольку конструкцию и толщину можно спроектировать соответствующим образом. Выявление ранних признаков термодеградации возможно во время регулярного технического обслуживания и осмотра, что позволяет продлить срок службы теплостойкого FRP.