Содержание стекловолоконного компонента (массовая доля стекловолокна) может составлять 60 % содержания связующего, || что эквивалентно 50 %-ному объемному содержанию стеклово-|| локна. Содержание стекловолокон в промышленных сортах СНТП Ч обычно находится в пределах 20 ... 40 % (массовая доля). Опти­мальное содержание армирующего компонента определяется сле­дующими параметрами: заданным уровнем прочности материала, уменьшением прочностных характеристик с ростом содержания стекловолокон, стоимостью композита и легкостью переработки.

В табл. 7.5 приведены данные об изменении механических свойств СНТП из нейлона 66 в зависимости от содержания стекло­волокна [16], которое изменялось в пределах 0 ... 60 % (массо­вая доля).

7.5. Влияние содержания стекловолокна на физико-механические свойства нейлона 66 Свойства Массовая доля стекловолокна VCB_ н % 0 10 20 30 40 50 60 Плотность, кг/м3 1140 1210 1280 1370 1460 1570 1700 При растяжении: Предел текучести, МПа 83 90 131 172 214 221 228 Удлинение, % 60 3,5 3,5 3,0 2,5 2,5 1,5 При изгибе: Предел текучести, МПа 103 138 200 234 290 317 345 Модуль упругости, ГПа 2,8 4,1 6,2 9,0 11,0 15,2 19,3 При сжатии: Предел текучести, МПа 34 90 159 186 193 200 207 Теплостойкость (температура 66 243 246 252 260 260 260 Потери формы), °С Коэффициент линейного расши­ 8,1 2,9 2,5 2,3 2,2 1,8 1,6 Рения, 10?, £-05, м/м/°С Влагопоглощение за 24 ч, % Усадка расплава, 103, £-03, м/м 1,6 1,1 0,9 0,9 0,6 0,5 0,4 15 6,5 5,0 4,0 3,5 3,0 2,5

Влияние содержания (массовой доли FCB. м) стекловолокна на механические свойства СНТП с нейлоном 6 и поликарбонатом приведены на рис. 7.2 и 7.3 по данным [17]. Другие термопласты ведут себя аналогично. Вначале предел прочности при растяже­нии СНТП возрастает, а затем с увеличением содержания волокна рост прочности замедляется. Зависимость модуля упругости при растяжении для СНТП от содержания волокна сходна с анало­гичной зависимостью для прочности, но кривая для модуля более полога.

Изменение прочности при изгибе и изменение модуля упруго­сти при различном содержании стекловолокна почти идентичны аналогичным зависимостям этих свойств при растяжении. Однако для всех видов термопластов воз­растание прочности на изгиб при увеличении содержания волокна происходит быстрее. В отличие от этого прочность при сжатии изменяется медленнее, чем при изгибе и растяжении. Уменьше­ние влияния на физико-механиче­ские свойства волоконной компо­ненты при больших нагрузках, особенно при испытаниях на рас­тяжение, может быть результа­том наличия конгломератов во­локон, плохого перемешивания со связующим матрицы, что при­водит к возникновению сдвиговых напряжений.

Определение ударной вязко­сти (ударной прочности) при ис - • ностн 0в и модуля упругости Е пытаниях образцов С надрезом (2) при растяжении от содержания дает различные результаты для стекловолокна (массовая доля) разных СНТП. Ряд термоплас - VCB. м в СНТП иа основе иейлоиа 6

Тов характеризуется линейной

Бе, МПа

Е, ГПа

О ю го зо чо усвм,% Рис. 7.2. Зависимость предела проч-

Зависимостью ударной вязкости от содержания стекловолокна, а для других эта зависимость экстремальна. Для некоторых связующих наблюдается обратный эффект — падение ударной вязкости с ростом содержания волокна. Одни материалы, подвер­гавшиеся исследованиям на ударную вязкость, были более жест­кими, чем исходные связующие, другие с ростом содержания волокна характеризовались большей хрупкостью. Для всех этих материалов более информативным является определение ударной вязкости на образцах без надрезов. Измерения продольной удар­ной вязкости показывают высокую чувствительность ряда СНТП к скорости деформирования. Особенно это касается жестких термо­пластов и композитов. На рис. 7.4 показана зависимость ударной вязкости (определенной на образцах с надрезом) от содержания

Рнс. 7.3. Зависимость предела прочности ав (1) и модуля упругости Е (2) при растяжении от содержания стекловолокна Усв. м в СНТП на основе поликарбоната

Рис. 7.4. Зависимость ударной вязкости по Изоду а от содержания стекло­волокна fCB. м в СНТП со связующими:

1 — полипропиленом (прямое прессование) [61; і —• поликарбонатом (полнкарбофилом) [171; 3 — нейлоном 66 (Ннафнл G-1) [171; 4 — нейлоном 6—ЛНП (LNР); 5 — САН (SANl прямое прессование І61

Стекловолокна в различных материалах. Два компаунда из них были получены плавлением смеси, остальные — методом предва­рительного гранулирования.

Рис. 7.5. Зависимость модуля упругости при изгибе £и от времени t для СВТП на основе нейлона 66 (Ниафил G-1-30) (а) и поликарбоната (ПоликарбофиЛ

2
3
І і і і

6,1 V г. і

О 20 to ВО 80 t,4 0 20 40 ВО 80 t ч а) В)

Ползучесть термопластов под различными нагрузками сни­жается с ростом содержания стекловолокна. На рис. 7.5 приведено изменение во времени модуля упругости при изгибе СНТП на основе нейлона 66 и поликарбоната по сравнению с модулем исходных термопластов [17]. Рис. 7.6 иллюстрирует динамику изменения стрелы прогиба образца стеклонаполненного поли­са, ГПа

1 — 55,2 МПа. 23 ?С; 2 — 65,2 МПа, S3 °С; 3 — ненаполненная смола ОРЯ 13,8 МПа

Н 23 °С

Е, т

Б в, МПа 138

168

Рис. 7.6. Кривые длительной ползучести (изменение стрелы прогиба Д/ во вре. мени t) при напряжении: 1 — 13,8; 2 — 3,4 МПа

Рис. 7.7. Результаты испытаний иа длительную ползучесть прн изгибе [зави­симость деформации еи от времени t при температуре 125 °С в отсутствие влаги; материал образца Цител 70 G-33-HSI-L (иейлои 66 4- 33 % стекловолокна фирмы «Дюпон»)] при напряжении: 1 — 20,7; 2 « 6,9; 3 — 3,4 МПа

Рис. 7.8. Температурная зависимость предела прочности при растяжении ств образцов СВКМ «Зител 70-G-33» (нейлон 66 4- 33 % стекловолокна) прн раз­личной относительной влажности ф: 1 •—> сухой материал; 2 Ф = 50 %; 3 —• Ф = 100 %

Эфира при двухопорном прогибе под действием силы тяжести [18]. Изменение деформации изгиба во времени для стеклонаполненного (массовая доля Усв. м = 30 %) нейлона 66 при 125 °С показано на рис. 7.7 [19]. Значения релаксации напряжений для ряда теплостойких наполненных и ненаполненных связующих при 23 °С и при 149 °С представлено в табл. 7.6 [20]. Для большинства ненаполненных термопластов модуль ползучести (оцениваемый по кривым напряжение — дефор­мация ползучести) зависит от бв>МПа п{ " " ■

О woo гооо зооо шо t, v

-Ї6 -18 10 38 66 93 121 т;с

Ж

Рис. 7.9. Кривые старения образцов «Зител 71-G-33» (нейлон 66 - J- 33 % стекло­волокна). Зависимость предела прочности при растяжении <тв от времени ста­рения t при температуре: г — 157; 2 — 170; 3 — 190 "О

7.6. Релаксация продольных напряжений в наполненных'и ненаполненных теплостойких связующих прн напряжении 17,2 МПа

Падение напряжения, %, через время, ч: 1 5 15 1 5 15 При 23 С При 49 °С

'св. и, %

Исходное связующее

ЭТФЭ ФЭП

По л ифен и л енсу льфид Полиэфирсульфон Нейлон 66 Полиэфир Полисульфон Пол ним ид Полиамид-имид Полиарилсульфон Пол и-п-оксибензоат

20	12,0	17	21	30	32	38
20	20,0	31	38	НВ	НВ	НВ
40	2,0	5	9	28	28	28
40	7,0	12	16	52	63	70
50	2,0	5	8	17	: 22	24
40	9,0	20	28	54 '	T 58	74
40	5,0	9	14	НВ	НВ	НВ
30	7,0	14	19	38	40	43
0	0,5	1	2	3	4	8
0	5,0	7	11	7	10	16
0	8,0	И	16	40	42	48

Примечание. НВ — не выдерживает нагрузку; ФЭП — фторирован­ный сополимер этиленпропилен; ЭТФЭ —■ сополимер этилентетрафторэтилен.

7.7. Предел прочности прн растяжении наполненных н ненаполненных теплостойких термопластов прн повышенных температурах МПа, при Т, °С Исходное связующее ^св. м- 23 93 149 177 204 232

TOC o "1-3" h z ЭТФЭ 20

ФЭП 20

Полифениленсульфнд 40

Полиэфирсульфон 40

Нейлон 66 50

Полиэфир 40

Полисульфон 40

Полним ид 30

Полиамид-имид 0

Полиарисульфон 0

Пол и-я-оксибензоат 0

77,9	47,2	27,6	13,8	РН2	РН
34,5	29,0	15,9	8,3	РН	РН
160	77,2	55,8	33,1	7,7	РН
157	134	90,3	33,8	21,4	РН
215	110	85,5	50,3	15,2	РН
134	51,0	28,3	4,1	РН	РН
119	103	15,9	7,6	РН	РН
89,6	42,7	33,1	21,4	15,9	12,4
189 1	137	112	78,6	56,5	47,6
76,5	71,7	60,0	51,0	39,3	22,1
95,8	77,2	64,1	53,8	44,1	26,9

1 После предварительного отжига. 1 РН — разрушается под нагрузкой.

Стекловолокнами связующих АБС, САН, полистирола и наполне­ние на 15 % нейлона 6 делают для этих СВКМ независимым от нагрузки модуль ползучести вплоть до напряжений 34,5 МПа [21 ]. При 40 %-ном наполнении при напряжении 34,5 МПа поли-; стирол, жесткий поливинилхлорид, полисульфон и поликарбонат имеют совсем незначительную ползучесть даже после 1000 ч на- гружения [22]. 170

7.8. Предел прочности при растяжении наполненных и иенаполненньи теплостойких связующих после термостарения Прн 260 °С і'йі Ї. < Исходное связующее с®; м /о В, МПа, Через время, А 100 250 500 750 1000 150Q ЭТФЭ 20 77,9 79,3 69,0 48,3 34,5 26,2 15,9 ФЭП 20 34,5 35,2 33,1 32,4 32,4 31,7 31,0 Полифениленсульфид 40 160 113 110 107 103 100 95,2 Пол иэф ир сул ьфон 40 157 108 102 98,6 94,5 84,1 72,4 Полиимид 30 89,6 103 98,6 92,4 88,3 82,7 77,2 Полиамид-нмид 0 189 188 183 179 169 162 152 Полиарилсульфон 0 90,3 79,3 72,4 69,0 65,5 57,9 52,4 Поли-п-оксибензоат 0 159 124 112 110 107 104 89,6 Нейлон 66 50 214 121 11,0 64,8 — — — Полиэфир 40 152 Пл * Полисульфон 40 140 Пл — — — —1 —1 * Пл — плавление.

Значения прочностных свойств наполненных и ненаполненных термопластов (см. табл. 7.6) при повышенных температурах при­ведены в табл. 7.7 [20]. Эффект термостарения при 260 °С иллю­стрируется данными табл. 7.8 [20]. Испытания проводились при 23 °С. Характерные зависимости тех же параметров для СВКМ на основе нейлона 66 представлены на рис. 7.8 и 7.9 соответственно [19]. Кривые зависимости напряжение — деформация, получен­ные при различных температурах для СНКМ (СНТП) на основе нейлона 66 приведены на рис. 7.10 [19]. На рис. 7.11 приведены

Рнс. 7.10. Зависимость напряжения а—деформация 8 для СНТП при различ­ных условиях испытаний: А — «Знтел 70-С-ЗЗ»; б — «Зител 71-G-33» (нейлон 66 + 33 % стекловолокна); 1, 2, І, 5 — сухой материал; 3 — относительная влажность Ф = 50 %; температура: 1 —40; 2 — +23; 3 Н23; 4 — +93; 5 — +149 °С

138

ПО

28

55

83

-18 38 93 149 204 Г,"С

Рис. 7.11. Зависимость предела прочности ств при растяжении СНТП с поли - феиилеисульфидом от температуры Т:

I » наполнен 40 % стекловолокна; 2 ненаполненный полимер ІІ8І

Рнс. 7.12. Зависимость предела прочности тсд при сдвиге СНТП от температуры Т:

I — «Зител 70-G-33» (нейлон 66 + 33 % стекловолокна); 2 — «Знтел 70-0-43» (нейлон 66 + 43 % стекловолокна); 3 — «Знтел 77-0-33* (нейлон 612 + 33 % стекловолокна)

Кривые зависимости прочности от температуры для наполненного и ненаполненного полифен ил енсульфи да. Влияние температуры на сдвиговые свойства трех СНТП из нейлона представлено на рис. 7.12 [191.

Изменение прочностных характеристик СНТП из нейлона 66 с двумя различными степенями наполнения и нейлона 612 со сте­пенью наполнения Усв. м = 33 % в зависимости от относительной влажности образцов, показано на рис. 7.13 [19].

Тсд, МПа -40 4 49 S3 Т,°С

Бв, МПа О 20 40 60 80 <р,%

83 55

Рис. 7.13. Зависимость предела прочно­сти прн растяжении ав от относительной влажности образца (р для СНТП «Зи - : тел 70-G-43» (нейлон 66 + 43 % стеклово-; локиа) (/); «Зител 77-0-33» (нейлон 612 + , + 33 % стекловолокна) (2), «Зител 701 0-43» (нейлон 66 + 33 % стекловолокна)! J

Типичные усталостные кривые (напряжения, растяжения и сжатия — число циклов) для двух композитов с нейлоном пред­ставлены на рис. 7.14 [19].

55

Б, МПа

1

Рис. 7.14. Сопротивление усталости при напряжениях растяжения—сжатия <7, частоте циклов / = 1800 мин-1 и числе циклов п для СНТП:

1, 2 — «Знтел 70 0-33»: З, 4 — «Знтел 71 0-33* (нейлон 66 + 33 % стекловолокна)! 1, 3 — сухне образца; 2, 4 относительная влажность ф = 50 %

Рис. 7.15. Зависимость предела прочности при растяжении <тв от времени I в процессе экспозиции при климатических испытаниях (шт. Флорида) образцов СВТП:

1 — «Знтел 70 0-33»; 2 — «Знтел 71 0-33* (нейлон 66 + 33 % стекловолокна); 3 — «Знтел 70 0-13»; 4 — «Знтел 71 0-13* (нейлон 66 + 13 % стекловолокна)

Действие климатических факторов на предел прочности при растяжении для ряда композитов с нейлоном при экспозициях до 3 лет показано на рио. 7.15 [19].