ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физические свойства дисперсных наполнителей из "Деструкция наполненных полимеров " Рассмотрим кратко основные физические характеристики дисперсных наполнителей, к которым относятся форма, размер частиц и их распределение по размерам, удельная поверхность, характер упаковки частиц, оптические, теплофизические, физико-механические и электрические свойства. [c.94] размер частиц и их распределение по размерам. Часто выбор наполнителя определяется размером его частиц и их полидисперсностью, т.е. распределением частиц по размерам. Большинство неорганических наполнителей представляет собой минералы, добываемые из соответствующих пород и руд с необходимой обработкой, последующим дроблением и тонким измельчением. При этом частицы наполнителей приобретают, как правило, неправильную форму и характеризуются значительной полидисперсностью по размерам. Ряд наполнителей, которые получены химическими методами (осаждением из растворов, пирогенным и др.), имеет частицы достаточно правильной формы и высокой дисперсности. К ним, например, относятся осажденные силикаты, стеклосферы, аэросил, карбонат кальция и глинистые минералы, диатомит и др. [c.94] Для количественной характеристики формы и размеров частиц наполнителей используют такие показатели, как отношение наибольшего диаметра частиц к наименьшему, а также диаметр эквивалентной сферы, т.е. диаметр такой сферы, объем которой равен объему частицы [55]. [c.95] Для определения полидисперсности частиц наполнителей используют микроскопию, ситовой анализ и седиментационные методы [104]. Микроскопический метод оценки формы, размеров и полидисперсности частиц наполнителей является наиболее точным, но очень трудоемким и длительным. [c.95] Ситовой анализ широко используется для определения размера и грубой оценки распределения частиц наполнителя по размерам. Крупные частицы анализируют сухим ситовым способом, а мелкие (менее 100-150 мкм)-мокрым. Ситовой анализ наиболее широко используется для исследования частиц размером более 50 мкм. Точность оценки размеров частиц и их распределения по размерам зависит от способа изготовления сит и их набора по размеру ячейки. Сита, изготовленные переплетением тонкой проволоки, используют, как правило, для анализа крупных частиц (100 мкм и более), так как плетеные сита не могут обеспечить высокую точность фиксирования размеров мелких частиц, проходящих в ячейки, вследствие колебания диаметра проволоки, искажения формы и размера ячейки, износа проволоки и других причин. Плоские микросита, изготовленные электроформованием, имеют размеры отверстий от 120 до 10 мкм и дают более точные значения размеров частиц. [c.95] Седиментационные методы, основанные на использовании закона Стокса, используют для частиц размером меньше 40 мкм, так как для более крупных частиц дают большие ошибки, особенно если в качестве флотационной жидкости применяют воду. [c.95] Удельная поверхность-один из важнейших параметров дисперсных наполнителей, поскольку эффективность наполнителей в большинстве случаев определяется их удельной поверхностью. Эта характеристика особенно важна в тех случаях, когда поверхность наполнителя подвергается химическому модифицированию или способна активно взаимодействовать с полимерами. [c.96] Наиболее точным и стандартным методом определения удельной поверхности наполнителей является метод низкотемпературной адсорбции азота, основанный на использовании уравнения БЭТ [105]. Применяют и другие методы определения удельной поверхности (адсорбция красителей из растворов [105], продувка газа через порошок [104]) или оценивают ее расчетным путем (по диаграммам Гейтса и диаметру частиц, эквивалентному диаметру сферы) [55]. [c.96] Удельная поверхность наполнителей колеблется в очень широких пределах от долей м /г (сульфат бария, кварц и др.) до сотен м /г (технический углерод, аэросил, осажденные кремнеземы и др.). Такой широкий диапазон удельной поверхности наполнителей требует ее учета при проведении сравнительных исследований их влияния на физико-химические, химические и механические свойства полимерных композиций. [c.96] Характер упаковки частиц. На практике для определения плотности упаковки всех дисперсных наполнителей, состоящих из частиц одинакового размера, используют метод маслопотло-щения [55]. Для определения оптимального набора фракций, обеспечивающих получение минимальной или максимальной упаковки частиц, используют способ, разработанный С. Фур-насом и описанный в [55]. В этом методе в соответствии с интервалами размеров частиц, определяемых ситовым анализом, выбран в качестве единичного интервал размеров от 1 до y/l, т. е. 1,414. При определении незанятого наполнителем объема для частиц с таким интервалом размеров фактор формы исключается или компенсируется при расчетах. Этот метод позволяет выбрать необходимые размеры частиц для конкретного применения наполнителя. [c.96] Для достижения минимальной плотности упаковки наполнителя необходимы частицы одинакового размера, обладающие высокой удельной поверхностью и требующие большого количества полимерного связующего для их смачивания. Такой же эффект дают частицы с высоким коэффициентом формы волокна, частицы игольчатой формы и т.п. [c.97] Оптические свойства. Цвет и окраску наполнителей обычно определяют визуально. Количественно окраску сухих порошков наполнителей оценивают по величине отражения световых волн определенной длины плоской поверхностью отпрессованных таблеток. Если окружающая среда воздух, а традиционные неорганические наполнители имеют коэффициент преломления около 1,5, то коэффициент отражения, характеризующий долю отраженного от образца света, равен 0,0438. В полимерной среде, коэффициент преломления которой равен % 1,5, коэффициент отражения частиц наполнителя не превышает 0,00001, т.е. частицы наполнителя, диспергированные в полимере, практически не отражают света. [c.97] Другие оптические свойства наполнителей связаны с областями спектра, лежащими по обе стороны видимой области-рентгеновской, ультрафиолетовой, инфракрасной и микроволновой. [c.97] Рентгеновское излучение используют в структурном анализе кристаллических наполнителей, так как длина его излучения (0,1-10 нм) соизмерима с межатомными расстояниями. Рентгеновское исследование наполнителей представляет существенный интерес в случае, когда в процессе их химического модифицирования или контакта с мономерами, олигомерами и полимерами меняются расстояния между кристаллическими решетками, как это происходит в случае некоторых глинистых минералов-монтмориллонита и вермикулита, обладающих расширяющейся кристаллической решеткой [86]. Проникновение модификаторов, полимеров или других полярных веществ в меж-слоевое пространство кристаллов этих наполнителей может быть зафиксировано рентгенографически по изменению межслоевого расстояния [106]. Эти эффекты имеют существенное значение при исследовании топохимических особенностей взаимодействия полимера с поверхностью наполнителя. [c.97] Теплофизические свойства. Поскольку наполненные полимеры перерабатываются, а также эксплуатируются в ряде случаев при повыщеннь1х температурах, то теплофизические свойства дисперсных наполнителей (теплопроводность, удельная теплоемкость) имеют большое значение. [c.98] Значения коэффициентов теплопроводности для неорганических наполнителей находятся в интервале (4,2-33,3) 10 Вт/(м К). Для графита его значение равно 0,42-10 Вт/(м-К), а для металлов, в частности для меди,-до 3,8 Вт/(м-К). Теплопроводность полимеров обычно на порядок ниже теплопроводности большинства минеральных наполнителей, что обусловлено рассеиванием тепловой энергии в результате свободного вращения атомов в полимерах. Более высокая теплопроводность наполнителей по сравнению с полимерами является причиной диссипации энергии, что способствует повышению термической стабильности полимеров, наполненных химически малоактивными наполнителями. [c.98] Удельная теплоемкость большинства неорганических наполнителей равна примерно 0,8, а полимеров-1,26-2,1 Дж/г. [c.98] Большинство наполнтелей расширяются неодинаково в различных направлениях вследствие неоднородности состава или кристаллической структуры. Термический коэффициент линейного расширения неорганических наполнителей находится в пределах (1-8)10 К . При повыщенных температурах в наполненных HOjmMepax возникают значительные напряжения вследствие существенного различия в термических коэффициентах расширения полимеров и наполнителей. [c.98] Физико-механические свойства. Важным физико-механическим свойством дисперсных наполнителей является их твердость, которая определяется, как правило, по шкале Mo a, широко используемой для сравнения твердости минералов и их абразивной способности. К наиболее мягким наполнителям относится тальк и вермикулит, к более твердым - каолинит, слюда, асбест, к еще более твердым-кальцит, барит, стекло, полевой шпат, диоксиды титана и кремния, к наиболее твердым-ко-рунды, оксид алюминия и алмаз. [c.98] Электрические свойства. Существенное различие в электрических свойствах дисперсных наполнителей проявляется только при полном отсутствии влаги, адсорбированной на их поверхности. Наполнители, на поверхности которых находятся ОН-группы, вода и другие адсорбированные соединения, имеют повышенную поверхностную электропроводность. [c.98] Вернуться к основной статье