ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Наполнители из "Основы переработки пластмасс" Важную роль в полимерной композиции играют наполнители. Многие свойства пластических масс могут быть существенно улучшены при введении в них разнообразных наполнителей. [c.40] Содержание наполнителя в пластмассах может варьироваться в широких пределах и в расчете на общую массу композиции обычно составляет 15—50%. Однако существуют высоко-наполненные пластмассы, в которых концентрация наполнителя может в несколько раз превышать содержание самого полимера [20а]. [c.41] Интересны и перспективны проводимые в настоящее время под руководством академика Н. С. Ениколопова работы в области получения высоконаполненных термопластов непосредственно в процессе синтеза. Идея заключается в том, что наполнитель используют в качестве носителя катализатора, и в результате процесса синтеза наполнитель покрывается слоем образующегося полимера (частицы наполнителя как бы инкапсулированы в оболочке полимера). Таким образом, наполненная композиция получается непосредственно в реакторе, что не только упрощает, облегчает и делает менее энергоемким процесс смешения, но и способствует созданию более прочной связи между компонентами. Материалы нового класса получили название нор-пласты . [c.41] Наиболее распространены твердые наполнители, которые можно подразделить на порошкообразные и волокнистые [19, с. 9]. В некоторых случаях одни и те же наполнители, такие, как, например, графит, стекло, различные металлы, применяют как в виде порошков, так и в виде волокон. Активные волокнистые наполнители называют армирующими. [c.41] Основными требованиями, предъявляемыми к наполнителям, являются следующие 1) способность смешиваться с полимером с образованием системы заданной степени однородности 2) способность смачиваться расплавом или раствором полимера 3) стабильность свойств в процессах хранения наполнителя, переработки и эксплуатации пластмасс 4) доступность и дешевизна 5) по возможности низкая абразивность. [c.41] Требования к наполнителям, предназначенным для смешения с реактопластами, несколько отличаются от требований к наполнителям для термопластов. Так, поскольку реактопласты перерабатываются в виде маловязких расплавов или растворов, к наполнителям для таких систем предъявляют менее жесткие требования относительно размеров частиц они могут быть существенно больше размеров частиц наполнителей для термопластов. Однако они непременно должны вести себя в реакции отверждения как инертные вещества. [c.41] Наполнители, предназначенные для термопластов, должны состоять из частиц с шероховатой поверхностью, так как это способствует повышению адгезионной прочности на границе раздела полимер — наполнитель. Однако пористость наполнителей для пластифицированных термопластов нежелательна, поскольку вызывает поглощение наполнителем пластификатора, содержащегося в системе. [c.42] При использовании порошкообразных наполнителей исследователям и технологам приходится решать ряд сложных задач, таких, как определение оптимального размера частиц, концентрации наполнителя, желательного вида структуры системы полимер — наполнитель (или, чаще, полимерная композиция — наполнитель). В последнем случае следует определить, какой тип структуры (более или менее равномерное распределение частиц в объеме полимерной матрицы, образование цепочечных структур, состоящих из частиц наполнителей, или же, например, формирование из цепочечных структур трехмерной сетки и т. п.) наиболее целесообразен для достижения заданного комплекса свойств изделий. Было показано [22, 23], что оптимальные реологические, физико-механические и эксплуатационные свойства наполненных пластмасс наблюдаются при образовании цепочечных структур, состоящих из частиц наполнителя. Однако такие структуры формируются самопроизвольно только при определенном соотношении энергий взаимодействия в системах наполнитель — наполнитель, наполнитель —полимер и полимер — полимер. В некоторых случаях удается Принудительно сформировать цепочечные структуры за счет воздействия на неотвержденную композицию внешнего магнитного или электрического поля [24, с. 135]. [c.42] Оптимальная концентрация наполнителя определяется, исходя из концентрационных зависимостей наиболее важных эксплуатационных характеристик материала и данных по экономике процесса его переработки. [c.42] В качестве примера рассмотрим составление композиции, одной из определяющих характеристик которой является удельное объемное электрическое сопротивление. [c.42] Из рис. 1.2—1.4 видно, что химическая природа полимерного связующего определяет не только исходные значения ру (для материала без электропроводящего наполнителя), но и ход концентрационной зависимости lgpv=/( ). Из рис. 2.4 следует вывод о значительном влиянии типа электропроводящего наполнителя на величину ру получаемых композиций. [c.43] Анализируя результаты, представленные выше, можно сделать заключение, что химическое строение исходных компонентов существенно влияет на формирование электрических свойств композиции. В рассмотренных случаях значения компонентов смесей были одного порядка. Однако при различных сочетаниях полимеров и наполнителей получаются композиции со значениями ру, отличающимися друг от друга -на несколько порядков. Это приводит к мысли о том, что частицы электропроводящего компонента распределяются в полимерном связующем по-разному в зависимости от природы связующего и наполнителя. [c.43] По мере увеличения концентрации электропроводящего наполнителя имеет место переход от значений ру, типичных для полимера, к значениям ру, характерным для порошкообразного электропроводящего наполнителя. Переход происходит не плавно, а скачкообразно. Этот скачок появляется в области концентраций, при которых происходит переход структуры композиции от изолированных, случайно переплетенных цепочечных структур к непрерывной трехмерной сетке. В большинстве случаев на практике наполненные пластмассы не содержат цепочечных структур наполнителя такие пластмассы практически изотропны. [c.44] При определении оптимальных размеров частиц наполнителя следует учитывать возрастание склонности частиц к агломерации с увеличением степени дисперсности, а также повышение скорости седиментации с возрастанием размеров частиц, плотности наполнителя и снижением вязкости полимерного связующего. Необходимо также иметь в виду, что чем более тонкодисперсным является наполнитель, тем труднее его ввести в систему, тем более, что вязкость полимеров при наполнении существенно возрастает. Обычно размер частиц наполнителя составляет 1 —15 мкм и не превышает 40 мкм. В редких случаях используют наполнители, средние размеры частиц которых достигают 200—300 мкм. [c.44] Из неорганических минеральных порошкообразных наполнителей наибольшее распространение получили мел, каолин, тальк, слюда, диоксид титана, никель. Мел — один из важнейших наполнителей полиэтилена и лоливинилхлорида. Размеры частиц мела колеблются от 0,4 мкм (химически осажденный мел) до 5—20 мкм (молотый мел). В этот интервал входят размеры частиц мела 5—8 мкм (дезинтегрированный мел) и 2— 5 мкм (отмученный мел). Полиэтилен и поливинилхлорид наполняют также каолином и диоксидом титана. Тальк и слюду вводят как в термопласты, так и в реактопласты. Полиолефины, поливинилхлорид, полиамиды, полиуретаны, эпоксидные и фе-нольные смолы можно наполнять также песком, кварцем, диатомитом, асбестом, бентонитом, вермикулитом, нефелином, пемзой и другими порошками. В последнее время в качестве кремнийсодержащих наполнителей используют порошкообразный 5102. а также силикаты А1, Са, М и др. [24]. [c.45] Микроскопическая картина распределения частиц карбонильного никеля со средним размером ср=2 мкм в эпоксидном связующем при воздействии однородного магнитного поля. [c.45] Было показано, что формирование цепочечных структур наполнителя в пластических массах (как и в эластомерах) сопровождается не только увеличением электропроводности материала, но и повышением его прочности [25, с. 34]. Оказалось, что в направлении, в котором ориентируются цепочки, состоящие из частиц наполнителя, прочность материала существенно выше, чем в других направлениях. Природа этого усиления для термопластов и реактопластов различна. В кристаллизующихся термопластах вдоль цепочечных структур наполнителя при охлаждении и затвердевании расплава формируются соответствующие кристаллические образования, усиливающие материал в этом направлении. В реактопластах при формировании непрерывной структуры наполнителя на поверхности твердых частиц, по-видимому, образуется ориентированный слой полимерного связующего. Отверждение ориентированного слоя полимерного связующего приводит к образованию в объеме материала армирующей структуры ориентированного на поверхности цепочечных структур термореактивного связующего. [c.46] Так как формирование цепочечных структур происходит более или менее равномерно по всему объему, то увеличение прочности носит изотропный характер. Однако распределение напряжений в объеме материала в процессе эксплуатации изделий, как правило, неоднородно. Таким образом, использование активных наполнителей по обычной технологии приводит к равномерному увеличению прочности материала во всех направлениях, в то время как максимальные напряжения локализуются в определенных точках или элементах объема. Мобилизация ресурса прочности материала в одном направлении приводит соответственно к его ослаблению в другом направлении. Поэтому представляется заманчивым формировать цепочечные структуры наполнителя именно в тех направлениях, в которых в процессе эксплуатации изделия возникают наиболее опасные напряжения. Такой способ был реализован [25, с. 341 26, с. 1297] при формировании цепочечных структур ферромагнитного наполнителя вдоль силовых линий магнитного поля. С использованием перемещающегося магнитного поля оказалось возможным формировать цепочечные структуры наполнителя практически любой формы и в любом направлении [26, с. 1297, 1298]. [c.46] Из рассмотренного ясно, что при использовании в качестве ингредиента полимерной композиции порошкообразного наполнителя в процессе переработки пластмасс приходится решать ряд сложных задач, связанных с выбором типа наполнителя, степени наполнения, степени диспергирования, режима отверждения наполненной композиции и др. Эти задачи не должны решаться интуитивно или методом проб и ошибок . [c.46] При выборе оптимальных размеров частиц наполнителей необходимо учитывать, что влияние наполнителей на комплекс эксплуатационных свойств материала тем сильнее, чем больше удельная поверхность порошкообразного наполнителя, т. е. чем меньше размеры его частиц. С этой точки зрения естественно стремление технологов использовать высокодисперсные наполнители. Это стремление ограничивается, однако, тем, что в большинстве случаев более тонкодисперсные наполнители стоят дороже и при слишком малых размерах частицы наполнителя склонны к агломерации. Поэтому в ряде случаев приходится проводить оптимизацию по размерам частиц наполнителя с учетом указанных выше соображений, а также с учетом скорости седиментации частиц наполнителя в системах с низкой вязкостью. [c.47] Вернуться к основной статье