Наполнители

Наполнители вводят для улучшения механических свойств - пластмасс, уменьшения усадки во время отверждения полиме­ра, повышения стойкости к действию различных сред, а также для снижения стоимости полимерных материалов. Б качестве наполнителей могут использоваться практически любые мате­риалы, в том числе и сами полимеры, если придать им опреде­ленную форму и размеры. Содержание наполнителя в пластмас­сах'может изменяться в широких пределах. В зависимости от характера взаимодействия с полимером наполнители условно делятся на инертные и активные. Инертные наполнители прак­тически, не изменяют свойства полимера, но являясь более до­ступными и дешевыми, снижают Стоимость пластмассы. Актив­ные наполнители существенно улучшают эксплуатационные

свойства полимерных материалов.'; Активные волокнистые на­полнители называют также армирующими.

I Наполнители могут находиться в твердом, жидком или газо­образном состоянии. Они должны относительно, равномерно рас­пределяться в объеме образующейся композиции и иметь четко выраженную границу раздела с непрерывной полимерной фазрй (матрицей). Кроме того к наполнителям предъявляются следу­ющие требования:

способность смешиваться с полимером с образованием си­стемы заданной степени однородности;

.способность смачиваться раствором или расплавом поли­мера;

стабильность свойств в процессах переработки, при хране­нии и эксплуатации пластмасс; доступность и низкая стоимость; возможно более низкая абразивность..

Различный характер процессов, протекающих при получении изделий из термо - и реактопластов обусловливает некоторые различия и в требованиях к наполнителям для этих материа­лов.

Наполнители для реактопластов могут быть более грубодис­персными и"менее'"однородными1 по размеру частиц, чем напол­нители для термопластов. Это связано с тем, что реактопласты перерабатываются в виде расплавов или растворов с относитель­но невысокой вязкостью, и следовательно, хорошо пропитывают наполнитель. Наполнители не должны оказывать каталитическо­го действия на отверждение полимера и желательно, чтобы они содержали функциональные группы, способные участвовать в - .образовании химических связей полимер —наполнитель.

^ ] Наполнители для термопластов должны иметь шероховатую поверхность, так как это обеспечивает прочное ‘ механическое сцепление наполнителя с поверхностью полимера. В некоторых случаях наполнители для термопластов должны обладать мини­мальной пористостью, чтобы не поглощать содержащиеся в пластмассе другие добавки.1

Все наполнители по физическому состоянию можно разде­лить на порошкообразные, волокнистые, зернистые и листо­вые. По своей природе наполнители делятся на органические и неорганические.

Порошкообразные (дисперсные) наполнители должны иметь развитую удельную поверхность, т. е. наименьший размер ча­стиц, Введение тонкодисперсных наполнителей связано с неко­торыми технологическими трудностями, так как возможно за - густевание композиции и снижение текучести материала. При выборе оптимальных размеров частиц, особенно для реактопла­стов, необходимо учитывать склонность частиц к агломерации и седиментации, повышению плотности наполненных пластмасс

и снижению вязкости полимера. Поэтому, как правило, размер частиц не превышает 40 мим и чаше всего составляет 1—15'мкм.

Для улучшения технологических свойств высоконаполненных композиций в отдельных случаях применяют наполнители с раз­мером частиц до 200—300 мкм.

Из органических наполнителей наибольшее распространение получила древесная мука, содержащая в основном целлюлозу и лигнин. Она имеет низкую стоимость и широко используется в производстве реактопластов. Недостатками древесной муки я. вляются ее невысокие тепло-, влаго - и химическая стойкость. Для повышения тепло - к химической стойкости используют тех­нический углерод (сажу), измельченный кокс и графит.

Из неорганических наполнителей используются мел, каолин,, тальк, слюда. Мел с размером частиц 5—-20 мкм является одним из важнейших наполнителей для полиэтилена и поливи­нилхлорида. Каолин с размером частиц около 2 мкм использу­ют для наполнения полиэтилена и поливинилхлорида и других пластмасс. Тальк с размером частиц 3—5 мкм и слюду приме­няют в качестве наполнителя термо - и реактопластов с целью улучшения их электроизоляционных свойств. Дешевые при­родные диоксиды кремния (песок, кварц) и силикаты (асбест, нефелин и другие) применяют для наполнения полиолефинов, поливинилхлорида, полиамидов, полиуретанов, эпоксидных, фенольных олигомеров и других. Фториды и сульфаты бария, кальция повышают тепло - и химическую стойкость полимеров.

Порошки металлов и стружка (опилки) железа, меди, алю­миния, свинца и т. д.;ре_зко повышают тепло - и электропровод­ность пластмасс.) Кроме того" они придают им стойкость к дей­ствию электромагнитного и проникающего излучений. Такие пластмассы могут применяться для изготовления различного инструмента и оснастки, заделки дефектов в металлическом лиггье и т. д:

] Волокнистые наполнители применяются в виде непрерывного и рубленого волокна (штапельное) длиной от нескольких де­сятков миллимикронов (коротковолокнистые) до нескольких десятков миллиметров (длинноволокнистые).

Пластмассы, наполненные (армированные) волокнистыми наполнителями, позволяют значительно улучшить физнко-мс-. химические свойства, тепло-, износо - и химическую стойкость и другие показатели пластмасс. При использовании волокон В' виде непрерывных нитей получают изделия с исключительно высокими прочностными характеристиками. ,

Волокна могут проявлять свойства как обычных дисперсных, так и армирующих наполнителей. Это зависит от размера во­локон, соотношения механических показателей полимера и напол­нителя и характера взаимодействия на поверхности раздела, полимерная матрица — волокно.

Для эффектизного армирования термопластов длина волок­на должна быть не менее 200 мкм. при наполнении реактопластов она может варьироваться.

Из органических волокнистых наполнителей наиболее широ­кое распространение получил хлопок (коротковолокнистый липт, очесы - - отходы текстильного производства). Хлопок лег­ко окрашивается, обладает хорошими физико-химическими и электроизоляционными свойствами. Существенным достоинст­вом хлопка является его низкая стоимость и доступность.

К его недостаткам относятся значительное водопоглощение и низкая химическая стойкость, Хлопок используют в производ­стве реактопластов.

В последние годы все большее применение находят синтети­ческие волокна (полиамидные, полиэфирные, полиакрилони - трллыгые). Пластмассы, наполненные этими волокнами, харак­теризуются высокой коррозионной и химической стойкостью, малым коэффициентом трения и высокой износостойкостью. Недостаток этих наполнителей — невысокая теплостойкость и ограниченный выбор полимеров для наполнения, так как многие из них могут влиять на структуру и механические свойства во­локна. Для повышения теплостойкости можно использовать углеродные (графитизированные) нити, которые выдерживают температуру выше 2000ПС. Их получают нагреванием полимер­ных волокон в среде инертного газа до тех пор, пока в резуль­тате отщепления атомных группировок от основных цепей не образуются волокна, состоящие из графита. Такие волокна обладают высокими, гибкостью и прочностью при низкой плот­ности. что позволяет получать при их использовании прочные и нехрупкие полимерные материалы.

Из неорганических волокон важнейшее значение имеют ас­бестовое и стеклянное.

Применяются дне модификации асбестового волокна: змееви­ковая (хризотил) и рогообманковая (крокидолит). Хризотил имеет длинноволокнистую структуру и характеризуется повы­шенной прочностью. Крокидолит — значительно короче, но имеет повышенную кислогостойкоегь.

Применение асбестовых волокон в качестве наполнителя для термо - и реактопластов способствует повышению тепло-, огне-, атмосферо - и химической стойкости пластмасс.

Стеклянные волокна резко улучшают диэлектрические свой­ства, тепло-, нзпосо - и химическую стойкость пластмасс, многие физико-химические показатели, понижают коэффициент трения. Недостаток стекловолокна — низкая адгезия к некоторым поли­мерам.

Термопласты обычно содержат 15—-10%, а реактопласты 30—80% волокнистых наполнителей от массы полимерного ма­териала.

Зернистые наполнители относятся к новым видам наполни­телей и представляют собой полые сферы, чешуйки и гранулы различной формы из стекла, углерода, полимеров. Размеры частиц колеблются от 2 до 500 мкм, а размер гранул достигает нескольких миллиметров. Такие наполнители придают пласт­массам коррозионную стойкость и благодаря наличию граней изменяют их оптические свойства, регулируют коэффициент трения (устраняют проскальзывание). В случае использования полых сфер уменьшается плотность, улучшаются теплоизоляци­онные свойства композиций.

Листовые наполнители используются в виде бумаги, шпона, тканых и нетканых материалов (тканей, холстов, сеток, пленок, матов и др.)., пористой или волокнистой структуры. Они служат основой для получения слоистых пластиков.

Полимерные материалы с такими наполнителями обладают значительной анизотропией свойств, повышенными физико-ме­ханическими характеристиками, химической стойкостью, высо­кими электроизоляционными показателями. Они применяются как конструкционные, электроизоляционные и поделочные мате­риалы.

Листовые наполнители используют, главным образом, для наполнения термореактивпкх полимеров.

Влияние наполнителей па свойства пластмасс весьма велико (табл. 1.1).

Из других типов наполнителей используют также газообраз­ные и жидкие.

В качестве газообразных наполнителей используют различ­ные газы (азот, водород, аммиак, диоксид углерода и др.), иизкокиияшие углеводороды (пентан, изолентап и др.). а также твердые вещества органического и неорганического происхож­дения (карбонаты аммония, натрия, порофоры и др.), которые вспенивают полимерные материалы.

Пористая структура может создаваться и при протекании физических процессов, приводящих к возникновению в массе полимера парогазовой фазы, или химических процессов, сопро­вождающихся выделением газообразных продуктов. Содержа­ние порообразователек в композиции составляет обьнщо. 1—- 10% от массы полимера.

Газонаполненные пластмассы (ненопласты) характеризуют­ся малой плотностью, хорошими тепло - и звукоизоляционными свойствами.

В качестве жидких наполнителей применяют вод) и мине ральные масла.

Воду используют при получении жестких материалов на ос­нове полиэфирных смол; минеральные масла —для сохранения слоя смазки па поверхности трения. Пластмассы с. жидким и;:-

Таблица LI. Влияние некоторых наполнителей ка свойства пластмасс (Р — реактопласт, Т — термопласт)

СизЗгтда. придаваемые материалу <~)

Наполнитель

1

Г?

ёс

У,

I-

и

з

м •„ сз

5 НС 5 о '•

S й 1

с =

tt.

Si

Ъъ

У *

х'х >•. и

с

ь Л С £

прочность при растя - Ж<*ни к

к г

S

“S

рч а

i

о

С

X

а

*

Л и •J

п

а

аз

н

X

О

н

О Л гг; и 1“ О

аз о Ь *

о Л

С - И

:> с к R

у

5 О

£

ТГ Л JJ

* 5 ’= ь о с

S ж ш

га Д ы

6 о <** •*

” ж я

S*»

-о и

О Я С П К о

Л П *Л

Древесная мука

?

Целлюлоза (хлоп­

т,

Р

-{•

+

ч*

Л-

I

•tr

ковое волокно)

Полиакрилонн-

Т.

Р

Ч-

+

+

_• -

ч*

-J-

. - г

трнлыюе волокно

Полиамидное во­

Т,

Р

ч

+

+

■;

+

.j.

локно

1

Графит

т,

Р

Ч-

Ч~

I

+

+

Технический угле­

т.

Р

+

+

+

1

род (газовый)

I

1

Асбест

т-

Р

4-

г

-j-

-1-

+

+

1

Каолин

т,

Р

ч*

4-

ч~

Слюда

т

т

Р

Н

1

t

т

г

•I-

+

+

Стеклянное волок­

Г,

Р

"i ’

ч-

+

“1"

ч»

Г

+

. J.

но

Тальк

7,

Р

’ 1

*”Г

+

Ч-

полнигелег получают отверждением стабильных эмульсин, в которых наполнитель является дисперсной фазой, а полимер — дисперсионной средой.

Оставить комментарий