Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2013 » Август » 19 » Наполнители полимерных композиций.
20:07
Наполнители полимерных композиций.

В промышленности практически не находят применения чистые полимеры, это связано, как со спецификой их свойств, так и с процессами старения полимеров, так и с высокой стоимостью высококачественных полимеров. В чистом виде применяются только полимеры контактных линз (так как, им нужны прекрасные оптические свойства). Контактные линзы изготавливают из высококачественного полипропилена и полярных полимеров с очень стериорегулярной структурой. Остальные примеры применения чистых полимеров относятся к протезированию внутренних органов. Например, искусственные клапаны сердца изготавливают из титанового сплава, а седло клапана изготовлено из высокопрочного селикона.

Несмотря на эти штучные примеры, основная масса применяемых в промышленности полимеров, входят в состав полимерных композиций. Основа (но, не всегда по массе) любой полимерной композиции – полимер (иначе, высокомолекулярное соединение). Для повышения стойкости полимеров к старению, в их состав вводят антиоксиданты, часто являющиеся одновременно ловушками свободных радикалов.

Для расширения температурных пределов эксплуатации (повышение высокоэластических свойств, снижение хрупкости) в полимерную матрицу вводят пластификаторы. Для достижения специфических физико-механических свойств, часто используют сплав двух или нескольких полимеров. В том числе, при использовании вторичного сырья, когда не хотят заниматься сортировкой близких по свойствам полимеров.

Кроме того, в полимеры могут вводиться пигменты для окраски полимерной композиции. Если введение всех вышеперечисленных компонентов не позволяет получить требуемые свойства, вводятся наполнители полимерных композиций. Их существует превеликое множество, от обычного песка и опилок до высокодисперсной сажи и кевларового волокна.

Для начала, разберемся, зачем же вводятся наполнители. В полимерной композиции наполнитель может выполнять одну или несколько из следующих функций:

1. Удешевление материала. Так как, высококачественные полимеры стоят достаточно дорого, то имеет смысл их разбавить более дешевым веществом. Разумеется, в разумных пределах, дабы материал не потерял эксплуатационных свойств. Например, в автомобильную покрышку вводят только 20-30% каучука, остальное: нить корда, сажа, дибутилфталат, антиоксиданты и др.

2. Облегчение материала. Многие полимеры имеют плотность значительно больше плотности воды, для снижения массы готовых изделий, или, например, придания им плавучести, можно ввести какой-нибудь пористый или рыхлый наполнитель. Например, спеченный силикагель, древесную муку, опилки, обожженную глину и пр. Например, поливинилхлоридная электроизоляция проводов содержит до 40% по массе древесной муки.

3. Повышение электрического сопротивления и снижение теплопроводности. Как и предыдущее свойство, повышается при введении пористых наполнителей. Электроизоляционные свойства сильно повышает введение минеральных наполнителей. Например, кремнезем, кварц, алюмоборосиликатные волокна и пр.

4. Повышение ударной вязкости. Многие полимеры при высокой прочности и достаточной жесткости имеют высокую хрупкость, особенно при низких температурах. Для повышения прочности изделий из данных материалов, их армируют, обычно волокном. Армирование может быть линейным или трехмерным, ориентированным или хаотичным. Наилучшими свойствами обладают углеродное волокно и синтетические волокна, например, кевлар, нейлон, лавсан. Худшие свойства имеют хлопковые и льняные натуральные волокна, но, они имеют низкую стоимость, малую плотность и могут использоваться для получения углеродного волокна.

Также, для повышения прочностных свойств, материал может армироваться войлоком (из стекловолокна, полимерного волокна и даже, спрессованного металлического волокна) или слоистым материалом. Из последних, наибольшее применение нашли деревянный шпон и бумага. Шпон практически канул в лету, материалы на его основе используются сейчас только для отделки мебели и в качестве эстетического строительного материала. Хотя, в былые времена, это был один из основных материалов авиационной промышленности.

5. Повышение огнестойкости. Этот показатель принято подразделять на абляционную защиту и статическую стойкость к нагреву. Первый показатель связан с воздействием реактивной струи пламени. Второй показывает стойкость к длительному или кратковременному нагреванию изделия. Минеральные наполнители, вроде асбеста или талька, мела или кварцевых волокон, имеют очень высокую огнестойкость. В этом случае, кратковременное (1-50 секунд) сопротивление материала пламени достигает 1-2 тысяч градусов Цельсия, для пластинки толщиной в 4-8 мм. Что позволяет использовать данные материала даже для изготовления сопловых блоков реактивных двигателей (в основном, только на ТРТ).

6. Повышение твердости и жесткости материала. Это достигается, как за счет собственной прочности наполнителя (например, кварцевого песка), так и за счет поляризации ("псевдо кристаллизации”) полимера в прилегающем к поверхности полярного наполнителя слое. Кроме того, наполнитель может образовать физическую сетку связей между собой (полимербетоны) или с ММ полимера (например, газовая сажа или некоторые оксиды переходных металлов).

Кроме всех вышеперечисленных свойств, следует отметить, что существует тьма специальных свойств, оговариваемых регламентами на соответствующую продукцию. Например, для отрезных вулканитовых (сильно сшитая термостойкая резина) дисков предусмотрено наличие в составе порошкообразного абразивного материала, выполняющего функцию режущего инструмента для обработки металла или камня. Другой пример – уплотнительные прокладки магистралей реакторного блока АЭС или ядерных энергосиловых установок судов. Данный материал содержит достаточно много солей бария и тяжелых металлов, иногда вводят кадмиевую пудру. Это сделано для повышения сопротивления проникающей радиации. Совсем специфический случай – СТТ, где наполнителем служит минеральный окислитель, обеспечивающий сгорание горюче-связующего без доступа атмосферного кислорода.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что почти каждая полимерная композиция содержит тот или иной наполнитель, выполняющий одну или несколько из вышеприведенных функций. Среди широкого спектра наполнителей для полимерных материалов, особое место занимает стекловолокно. Так как, оно сочетает достаточно высокую прочность, высокую термостойкость и абляционную защиту материала, низкую стоимость, огромную сырьевую базу, широкие возможности для варьирования свойств готового материала. Из недостатков стекловолоконных наполнителей, следует отметить: достаточно высокая масса, плохая адгезия к полимерному связующему, низкая усталостная прочность, не позволяющая применять наполнитель в циклически нагруженных изделиях.

Подробнее о стекловолоконных наполнителях мы поговорим в соответствующей статье, а сейчас подведем маленький итог.

Итак, полимерная композиция – это многокомпонентная система, включающая: полимер (в 100% случаев), антиоксидант и другие антистарители (99,9% композиций), пластификатор (около 80% композиций), второй или еще несколько полимеров (примерно 70% наименований композиций), инертный наполнитель (около 40% композиций), активный наполнитель для дополнительной физической сшивки или армирования (около 60% композиций). Наполнители для специальных целей мы перечислять не будем, они, как правило, относятся к двум выше упомянутым видам наполнителей. При этом композиция может одновременно содержать активный и инертный наполнители для выполнения в композиции различных функций. Активные наполнители отличаются специфическим взаимодействием с полимерной матрицей, повышающим прочностные свойства материала.

Категория: Полимерные материалы | Просмотров: 3755 | Добавил: Chemadm | Теги: свойства полимеров, полимерные композиции, виды наполнителей полимеров | Рейтинг: 4.6/32
Всего комментариев: 2
1
1  
Чем активный наполнитель отличается от инертного?

0
2  
Активный наполнитель образует с полимерной матрицей физические связи (вроде адсорбции или координационных связей) или слабые химические взаимодействия. Такие взаимодействия приводят к изменениям физико-механических свойств полимера, наиболее типичный пример - введение газовой сажи в резины. Инертный наполнитель не образует с полимером значительных взаимодействия и просто занимает объем и массу в полимерной матрице. В ряде случаев сложно точно отнести наполнитель к одному из выше приведенных типов, нужно подробно рассматривать конкретную композицию.

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]