Влияние наполнителей на прочность полимеров

По влиянию на прочность полимеров наполнители можно разделить на две группы усилители, увеличивающие прочность полимерного материала, и инертные наполнители, не увеличивающие его прочность. Нередко наполнитель вводят не для изменения свойств материала в определенном направлении, а просто для снижения стоимости изделия. Многие наполнители применяют для придания материалу определенного свойства, например негорючести, термостойкости и т. д. [551 ]. Но в ряде случаев наполнители являются обязательными компонентами композиции, без которых невозможно обеспечить необходимую прочность изделия. Это особенно резко проявляется в производстве резиновых изделий из синтетического каучука. Как известно, прочность вулканизатов некристаллизующихся синтетических каучуков очень мала, если в сырую резиновую смесь не вводить активных наполнителей (в больщинстве случаев технического углерода). [c.214]

Выше уже говорилось о том, что основная цель введения наполнителя — повышение прочностных характеристик получаемых материалов. Сложность процессов взаимодействия полимеров с наполнителями обусловливает тот факт, что зависимости прочностных свойств наполненных полимеров определяются многими факторами [15, 207]. Можно, однако, сделать некоторые общие выводы относительно влияния наполнителей на прочность полимеров. В частности, в большинстве случаев механическая прочность возрастает пропорционально содержанию и степени дисперсности наполнителя. [c.170]

При анализе причин усиления можно выделить также определенное упорядочение макромолекул и изменение поверхностной подвижности вблизи поверхности контакта каучук — сажа в результате адсорбции и ориентации на поверхности сажи под влиянием несимметричных силовых полей вокруг сажевых- частиц. Большое значение для упрочения имеет межмолекулярное взаимодействие в полимере чем оно меньше, тем заметнее эффект усиления [541]. В системах с сильными межмолекулярными взаимодействиями влияние наполнителя выражено значительно слабее. В кристаллизующихся каучуках важную роль играет процесс кристаллизации, протекающий на поверхности сажевых частиц. Весьма вероятно, что наибольшее повышение прочности достигается при некотором [c.271]

При оценке влияния наполнителей на электрическую прочность помимо образования неоднородного диэлектрика необходимо учитывать возможность изменения надмолекулярной структуры наполненных полимеров по сравнению с ненаполненными и вероятность увеличения макроскопической дефектности образцов. Нередко при введении наполнителей, особенно при высоких степенях наполнения, в материале возникают поры и трещины в таких случаях падение электрической прочности возможно даже при незначительном различии в значениях диэлектрической проницаемости и электрической проводимости-наполнителя и полимера. С другой стороны, некоторые мелкодисперсные добавки могут способствовать образованию однородной мелкосферолитной структуры образцов и тем самым приводить к увеличению ( пр [4, с. 112 129]. [c.146]

Свойства наполнителей оказывают существенное влияние на усиление смеси [1)106]. Особенно большое значение имеет удельная поверхность наполнителя (большая поверхность обусловливает большее усиление смеси), размер частиц (с уменьшением размера частиц повышается предел прочности на растяжение и удлинение), конечно, при предположении, что полимер смачивает всю поверхность наполнителя. Вредное влияние может оказывать склонность частиц наполнителя к агломерации, при агломерации частиц понижается удельная поверхность наполнителя и ухудшаются механические свойства. Для предотвращения агломерации частиц и для достижения как можно лучшей гомогенизации смеси наполнителя с полимером рекомендуется гидрофобизировать наполнитель алкил- или арилхлорсиланами [1759]. Гидрофобизация делает возможным лучшее смачивание поверхности наполнителя полимером тем самым устраняется опасность того, что смесь полностью разрушится адсорбированной на наполнителе пленкой влаги. [c.366]

Влияние дискретного наполнителя на прочность жесткоцепных полимеров м. б. объяснено с точки зрения статистич. теории распределения внутренних дефектов в твердом теле. Упрочняющее действие наполнителя связано с изменением условий перенапряжения на краях трещин, с релаксацией напряжений и перераспределением их на большее число центров прорастания микротрещин. Это должно увеличивать среднее напряжение, ведущее к разрушению тела. Микротрещина, развиваясь в наполненном полимере, может упереться в наполнитель и, следовательно, ее дальнейшее развитие будет требовать повышения напряжения. Чем больше концентрация наполнителя в полимере, тем больше создается препятствий для развития трещин благодаря этому тормозится процесс разрушения. Кроме того, в тонких слоях полимера, согласно статистич. теории прочности, число дефектов, приводящих к разрушению, должно быть меньше в определенных пределах увеличение прочности пропорционально уменьшению толщины слоя полимера. [c.164]

Влияние наполнителей на температуру плавления и свойства кристаллического полиэтилена высокой плотности (т. пл. 140° С) изучали Каргин и Соголова Авторами установлено, что при взаимодействии полиэтилена с поверхностью твердых частиц наполнителя (антраценом, антрахиноном, коксом, кварцевой мукой, хлористым калием, нафтенатом алюминия, асбестовой мукой и др., химически не взаимодействующими с полимером) температура плавления полиэтилена не меняется, а его механические свойства (прочность, удлинение) изменяются в широких пределах. Это свидетельствует о том, что наполнители разрушают только вторичные структуры в полиэтилене, не затрагивая первичные кристаллические области. [c.267]

Рис. 11.19. Влияние наполнителя (полимера) (/) и пористости (2) на прочность цемента при сжатии [46]

Очевидно, что введение твердого порошкообразного наполнителя должно всегда увеличивать модуль низкомодульной матрицы. Однако при любой оптимизации свойств должно быть тщательно учтено влияние наполнителей на такие свойства, как текучесть, прочность при растяжении и ударе (см. разд. 12.1.2.4, в котором обсуждается разрушение). Действительно, наличие наполнителя оказывает заметное сложное влияние на характер разрушения и на предел текучести, а также на прочность при растяжении и ударе. Хотя эти явления еще не до конца изучены даже для ненапол ненных полимеров [537, 676, 526], тем не менее необходимо рассмотреть имеющиеся результаты, касающиеся наполненных систем. [c.322]

Хрупкость наполненных полимеров проявляется при измерении некоторых характеристик, таких, например, как ударная прочность [635]. Другие исследования подтверждают неблагоприятное влияние нанолнителя на податливость. Например, при изучении наполненных эпоксидных смол [636, 637] найдено, что как при сжатии, так и при растяжении, наполнение приводит к повышению температуры перехода из хрупкого в нехрупкое состояние при данной скорости деформации. Другими словами, наполненный материал хрупок при более высоких температурах и более низких скоростях деформации, чем ненаполненный. Влияние наполнителя на переход из податливого состояния в высокоэластическое, с другой стороны, значительно меньше. [c.331]

Совершенно иное влияние наполнителя наблюдается при пропитке корда полимерами, содержащими в молекулярной цепи активные функциональные группы. Применяя пропиточные составы на основе карбоксилсодержащего латекса, динамическую прочность связи в системе можно повысить, введя в каркасную смесь сажи с величиной pH более 7,0. [c.81]

При оценке влияния наполнителей на электрическую прочность помимо образования неоднородного диэлектрика необходимо также. учитывать возможность изменения структуры наполненных полимеров по сравнению с ненаполненными. Зачастую при введении наполнителей, особенно при высоких степенях наполнения, в материале возникают поры и трещины в таких случаях падение электрической прочности наблюдается даже при незначительном различии в значениях диэлектрической проницаемости и электропроводности наполнителя и полимера. Так, Колесов установил, что пленки полиэтилена и полистирола, содержащие 5—10% (масс.) мелкодисперсного кварцевого порошка, имеют электрическую прочность на 20—30% ниже, чем исходные полимеры без добавок, хотя значения диэлектрической проницаемости кварца, полиэтилена и полистирола близки [166]. Если введение добавок в полимер способствует созданию мелкосферолитной однородной структуры, возможно повышение электрической прочности [166, 180]. [c.112]

Влияние наполнителей на прочность еще больше сказывается у адипрена с улучшенными физико-механическими свойствами—адипрена С. Кроме чувствительности к действию влаги, адипрен В имеет еще один недостаток—его переработка чрезвычайно затруднена. Эти недостатки устранены в каучуке новой марки—в адипрене С. Вулканизаты адипрена С по стойкости к истиранию и к действию растворителей аналогичны полимерам типа бу-на N. Отличие адипрена С от других уретановых каучуков заключается в следующем [c.103]

С другой стороны, длительная адгезионная прочность подчас меньше длительной когезионной прочности клея. При одинаковой природе адгезионных и когезионных связей причиной этого могут являться концентрирующиеся на границе раздела напряжения, возникающие из-за усадки клея при отверждении, разности модулей упругости и коэффициентов линейного расширения клея и склеиваемых материалов, действия внешней нагрузки и т. д. Коэффициент длительной прочности адгезионных связей между стекловолокном и связующим сильно колеблется [14] и составляет 0,2—0,65. В то же время коэффициент длительной когезионной прочности связующих равен 0,8. Меньшая долговечность адгезионных связей обусловлена тем, что даже в отсутствие внешней нагрузки в стеклопластиках, так же как и в клеевых соединениях, под влиянием усадки связующего, технологических и эксплуатационных факторов остаточные напряжения на границе смола.— стекловолокно могут достигать 35% прочности связующего в зависимости от природы полимера [39, 40]. Разница в деформациях наполнителя и полимера не дает им работать согласованно. [c.233]

На кислотостойкость резин сильное влияние оказывает прочность структур полимер — наполнитель. Косвенной характеристикой прочности образовавшейся структуры может служить величина усадки в процессе вулканизации. Например, усадка резин из СКФ при вулканизации в котле составляет 30—35% независимо от дозировки и типа таких наполнителей, как углеродная сажа ТГМ-33, фторид и силикат кальция, двуокись титана, сульфат бария. При наполнении сажей У-333 или графитом усадка несколько снижается, но остается еще достаточно высокой (соответственно 22 и 20%). Только при введении аэросила 175 по мере увеличения его дозировки наблюдается резкое снижение усадки — до 10—6% (рис. 11.11). [c.44]

Наполнитель может оказывать двоякое влияние на прочность застеклованного полимера. [c.23]

Посмотрим результаты эксперимента. Из табл. 1.4 видно, что при температурах ниже Гс или Тхр введение наполнителей в жесткие полимеры вызывает уменьшение прочности в 1,5—5 раз или незначительное упрочнение (на 20—30%). У эластомеров в хрупком состоянии (табл. 1.5) при введении наполнителей прочность либо не изменяется, либо уменьшается на 15—30% и даже в 2 раза. Таким образом, наполнители в этих условиях ведут себя практически одинаково в пластиках и эластомерах, вызывая либо разупрочнение, либо незначительное их упрочнение. Это связано с тем, что в этих условиях практически не может реализоваться их влияние на два фактора, кардинально изменяющих прочность, — уменьшение роли дефектов и развитие молекулярной ориентации. А фактор, на который наполнитель может влиять, — изменение физической структу- [c.23]

ТАБЛИЦА 1.4. ВЛИЯНИЕ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА ПРОЧНОСТЬ ЖЕСТКИХ ПОЛИМЕРОВ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ НИЖЕ или [c.24]

Влияние наполнителей на Гхр материала проявляется по-разному. Прежде всего наполнители обычно снижают хрупкую прочность. Далее, расширяя релаксационный спектр в сторону длительных времен за счет образования связей наполнитель — полимер они должны повышать предел вынужденной эластичности полимера. Увеличивая модуль упругости резины, наполнители приводят к тому, что растягивающее напряжение, возникающее в образце при его изгибе, будет больше чем в ненаполненном полимере. Каждая из этих причин должна приводить к сдвигу Гхр в сторону более высоких температур, что и подтверждается экспериментом. [c.29]

ТАБЛИЦА 2.3. ВЛИЯНИЕ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ ПОЛИМЕРОВ ВЫШЕ Г р [c.64]

Несмотря на различие механизмов износа, очевидно, что во всех случаях он протекает при наличии сложнонапряженного состояния и при больших скоростях деформаций, т. е. в условиях, весьма далеких от условий определения прочности резин при растяжении, далеких и по основному параметру, определяющему прочность полимеров в высокоэластическом состоянии, — степени развития ориентации перед разрушением. Таким образом, можно ожидать, что вклад прочности в сопротивляемость резины износу должен быть меньше, чем это следует из данных по прочности при растяжении. Учитывая, что активные наполнители являются мощным средством воздействия на прочность резин, попытаемся оценить их влияние на сопротивление износу через этот параметр. Очевидно, для этого следовало бы исключить или оценить вклад влияния наполнителя на износ через его воздействие на модуль упругости, коэффициент трения, а также на химическую сторону процесса, существенную для усталостного износа и износа посредством скатывания. [c.208]

Как правило, износостойкость резин повышается с введением в каучук активного наполнителя, который до определенного количества (оптимума наполнения) повышает жесткость и прочность резины. Наибольшее влияние оказывает прочность [9, 88]. Например, неактивные наполнители, повышая жесткость, слабо влияют на износ. Активные наполнители приводят к значительному улучшению прочностных свойств и соответствующему повышению износостойкости (табл. 6.4). Известно, что до оптимума наполнения коэффициент трения не зависит от количества наполнителя (см. гл. 4), поэтому, согласно выражению (6.35), износостойкость увеличивается благодаря повышению прочности и жесткости полимера. Правда, при этом уменьшается разрывное удлинение, действующее в другую сторону, но оно не снимает влияния прочности и жесткости. Большое значение для износостойкости имеет тип сажи [86]. Увеличение удельной поверхности сажи приводит к снижению износа. Так, например, для резины на основе НК наполнение канальной сажей с удельной поверхностью 114 м г соответствует износостойкости = [c.188]

В системах, представляющих собой резиновую матрицу, наполненную короткими хаотически распределенными отрезками волокон, обнаружена корреляция механических свойств и адгезионной прочности [69]. Сопротивление разрыву нетканых материалов [70] также возрастает с повышением адгезионной прочности. Разрушающее напряжение при растяжении полиэтилена, наполненного. асбестом, возрастает при модификации поверхности и повышении сродства неполярной матрицы к волокнам асбеста. В материалах, содержащих дисперсный наполнитель, прочное сцепление частиц с матрицей— необходимое условие проявления эффекта усиления. Имеется корреляция между прочностными свойствами эластомеров, содержащих наполнитель, и предельным напряжением сдвига в растворе полимера, содержащем дисперсию наполнителей [72—74]. Эта реологическая характеристика зависит от характера связи полимер-наполнитель, т. е. от адгезии. Еще одним доказательством влияния адгезии полимера к частицам наполнителя на прочностные свойства наполненной системы являются данные, приведенные в [75], где обнаружена корреляция усиливающихся свойств наполнителей с адгезией полимера к наполнителю. Прочность композиций, содержащих дисперсные наполнители, возрастает при усилении интенсивности молекулярного взаимодействия меж- [c.194]

Так как введение наполнителя существенно влияет на релаксационные свойства полимера, в частности, на температуру перехода, характер влияния наполнителей на прочность полимера определяется, в числе прочих факторов, характером нагружения. Обнаружен эффект температурного обращения усиливающего действия наполнителей , который зависит прежде всего от скорости нагружения. Этот эффект сводится к тому, что одинаковые количества одного и того же наполнителя, введенного в данный полимер, могут увеличивать или уменьшать прочность полимера в зависимости от его физического состоя- [c.12]

Вопрос о влиянии наполнителей на термомеханические свойства был детально изучен в ряде работ [279—281]. Так, при исследовании наполненных стеклянным порошком и стеклянными волокнами пленок полистирола, поливинилацетата, полиметилметакрилата и других полимеров были получены результаты, в основном аналогичные уже описанным. Установлено различие во влиянии порошкообразных и волокнистых наполнителей на температуры пере.ходов на термомеханических кривых волокнистый наполнитель уже при содержании 2,5% может изменять температуру размягчения полимера на десятки градусов, Гт при этом не меняется, в то время как при таких же концентрациях порошкообразный наполнитель оказывает сильное влияние- на Гт и незначительное— на температуру размягчения. Различия во влиянии наполнителей того и другого типа объясняются тем, что волокнистый наполнитель вследствие анизодиаметричности его частиц обладает гораздо большей склонностью к образованию собственных структур в среде полимера, чем порошкообразный. Это структурирование влияет на температуру размягчения и определяет во многом деформационное поведение композиции. При этом прочность структур зависит от прочности прослоек полимера между частицами, определяемой характером взаимодействия между полимером и поверхностью. [c.157]

Теоретические представления о механизме возникновения в системе внутренних напряжений в результате взаимодействия на границе раздела полимер — наполнитель были разработаны Зубовым [329—331]. Наблюдалось сильное влияние типа подложки на величины внутренних напряжений [331—334]. Особый интерес представляет влияние наполнителей на адгезионные свойства покрытий [335, 336]. Исследование внутренних напряжений на границе со стеклом при формировании пленок полиэфирмалеината с разными наполнителями показало, что с увеличением содержания наполнителя в покрытии внутренние напряжения- и адгезия к подложке увеличиваются. Увеличение напряжений зависит от прочности связей между связующим и частицами наполнителя. С увеличением содержания активного наполнителя внутренние напряжения и адгезия возрастают. Снижение внутренних напряжений может быть достигнуто модификацией поверхности наполнителя поверхностноактивными веществами, способствующими/ул1еньшению прочности связи между частицами наполнителя и связующим. Существенно, что внутренние напряжения в клеевых соединениях во много раз больше, чем в покрытиях той же толщины [337]. Это связано с увеличением площади контакта связующего с подложкой (числа центров структурообразования). Внутренние напряжения в клеевых соединениях зависят, в свою очередь, от прочности связи между склеиваемыми поверхностями и клеем. [c.180]

В термо- и реактопластах усиливающее действие наполнителей также связано с их влиянием на ориентацию и переходом полимера в тонкие пленки на поверхности [2]. Наполненные пластики могут рассматриваться как слоистые системы, состоящие из непрерывной фазы — полимера, ориентированного и фиксированного в виде тонких слоев на поверхности частиц наполнителя, и чередующихся слоев, или частиц наполнителя. Поэтому прочность наполненных пластмасс возрастает с увеличением активной поверхности до определенного максимума, соответствующего предельно ориентированному слою связующего. Влияние наполнителя на прочность, как и в случае резин, описывается с помощью статистической теории распределения внутренних дефектов в твердом теле. Усиливающее действие связано с изменением перенапряжений в вершинах трещин, с релаксацией напряжений и перераспределением их на большее число центров прорастания микротрещин. Это должно увеличить среднее напряжение, обусловливающее разрушение тела. Микротрещина, развиваясь в наполненном полимере, может упереться в частицу наполнителя, и, следовательно, для ее дальнейшего развития требуется увеличение напряжения. Чем больше в полимере наполнителя, тем больше создается препятствий для развития трещин, вследствие чего происходит торможение процесса разрушения. Можно также полагать, что в тонких слоях полимеров согласно статистической теории прочности должно наблюдаться уменьшение числа дефектов, приводящих к разрушению, и увеличение прочности будет пропорционально уменьшению толщины слоя. Это предположение проверялось Рабиновичем [542] на примере тонких пленок бутварофенольной смолы, однако различий в механических свойствах пленок разной толщины им обнаружено не было. [c.273]

Способность наполнителя поглощать энергию деформирования увеличивается с ростом адгезии, поэтому роль последней в механизме усиления очень велика. Чем ближе по параметрам раство-5ИМ0СТИ (т. е. энергии когезии) каучук и полимерный наполнитель 556], тем резче повышается сопротивление раздиру при увеличении содержания наполнителя, что определяется адгезией двух компонентов. Влияние наполнителя на энергию разрушения связывают также с тем, что частицы действуют как центры рассеяния энергии. Вместе с тем при использовании диспергированного полимера в качестве наполнителя повышается вязкость матрицы по аналогии с понижением температуры, что также сказывается на свойствах системы. Однако образование химической связи полимерной среды с наполнителем (например, в сополимере бутадиена со стиролом, где стирольные участки как бы играют роль наполнителя) может оказывать меньшее влияние на прочность при растяжении, чем наличие в бутадиеновом каучуке равного количества полистирола. [c.278]

Влияние размера частиц стеклообразного или кристаллического полимера на свойства каучуков не выяснено. Здесь, видимо, должна быть та же закономерность, как и во влиянии размера частиц неполи-мерпых наполнителей на механические свойства. Олтером, например, было установлено, что при уменьшении размера частиц минеральных наполнителей в полимерах до 0,2 мкм прочность растет и относительное удлинение нри разрыве падает линейно с ростом обратной величины диаметра частиц наполнителя [188]. [c.27]

Введение в дисперсию малых количеств полимера действует так же, как введение поверхностно-активных веществ, т. е. снижает прочность системы. При увеличении концентрации полимера прочность возрастает, что связано с взаимоусиливающим влиянием двух развивающихся структурных сеток — наполнителя и полимера, причем результирующая прочность значительно выше суммы прочности обеих сеток. Однако из исследованных полимеров активно стабилизируют суспензии и способны усиливаться сажей только полимеры, адсорбирующиеся на саже, — натуральный каучук, синтетические каучуки с полярными группами и двойными связями в макромолекулах. Полимеры слабо адсорбирующиеся или совсем не адсорбирующиеся, например, поли-изо-бутилен, не являются активными по отношению к саже, не препятствуют развитию жесткой структуры ее частиц и, по-видимому, не способны усиливаться сажей [107]. [c.405]

Наполнители обычно вводят для улучшения внешнего вида полимерного изделия, повышения необходимых физикомеханических и химических свойств, а также для снижения себестоимости изделий. Они могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Наибольшее распространение получили твердые наполнители. По происхождению они могут быть минеральными 2пО, Т1О2, каолин, слюда, тальк, известь, кварц, графит и т. д.) и органическими (древесная мука, шпон, целлюлоза, бумага, картон, химические волокна и др.). По характеру распределения в полимере наполнители могут быть слоистыми (ориентированными) и неслоистыми (порошкообразными). Различают инертные и усиливающие наполнители. Инертные наполнители почти не оказывают влияния на физические свойства полимерных материалов. Их добавляют в композицию по экономическим соображениям, а в некоторых случаях для облегчения переработки полимерных материалов в изделия. Усиливающее действие наполнителей особенно проявляется в слоистых пластиках, резинах и др. Введение наполнителя, особенно ориентированного, повышает механическую прочность полимера твердость, сопротивление истиранию, предел прочности при растяжении и т. д. [c.64]

Весьма своеобразно влияние наполнителей на адгезию покрытий. Большинство исследователей [124, 125] придерживается мнения, что при наполнении полимеров адгезия к подложке возрастает, причем независимо от того, увеличивается когезионная прочность в целом или уменьшается. Нами было замечено, что при введении в поливинилбутиральные композиции окиси хрома адгезия к алюминию заметно возрастает, достигая максимума (125% от адгезии ненаполненнЬго полимера) при 15 вес.% наполнителя. Другие наполнители (двуокись титана, барит) в этих условиях не вызывали существенного повышения адгезии. [c.60]

Зависимости, полученные при испытании образцов с неоднородным и неравномерным распределением напряжений, не могут служить основанием для выводов о функциональной однозначной вязи прочности с изучаемым параметром [123]. Строго говоря, нельзя оценивать влияние молекулярной массы полимера, нали-тя и взаимного расположения функциональных групп, содержания пластификатора, наполнителей и других компонентов клея, режима его отверждения и т. д. на адгезионные характеристики, 2СЛИ последние определяются по прочности соединений с концент-эацией напряжений. Это относится к действию длительной стати-1еской и динамической нагрузок [48, 124], так как в таких усло-зиях особенно велика роль релаксационных процессов (см. гл. 8). [c.71]

Интересные данные получены при исследовании характера связи между термореактивной смолой и активным наполнителем [521 путем определения адгезии термореактивных смол к поверхности неорганических наполнителей (510о, А12О3, силикатов, стекла, солей типа СаСОд). Все эти наполнители при отсутствии структурирующих агентов оказывают одинаковое влияние на прочность отвержденных образцов. Однако действие наполнителей на систему полимер-наполнитель при введении кремнийорганических аппретов различное. Наиболее прочную связь со смолой образуют и А12О3, более слабую — стекло и алюмосиликаты (каолин). Адгезия солей (сульфатов, карбонатов и др.) к полимеру после поверхностной обработки не изменяется. При нанесении аппретов [c.119]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология