(843)260-25-34

статьи

Наполнители для жидких полимеров

Наполнители для жидких пластмасс.

 Введением наполнителей решают материаловедческие, технологические и технико-экономические задачи. К важнейшим из них относятся следующие:

• повышение прочностных свойств, в том числе армирование;
• брегулирование термодеформационных характеристик;
• придание полимерному материалу специфических свойств (плотность или пористость, электропроводность, магнитовосприимчивость, теплопроводность или теплоемкость, фрикционность или антифрикционность и другие);
• регулирование технологических свойств (вязкость расплава и его стабильность, темп перехода из вязкотекучего в твердое состояние, особенности формования изделий и их извлечения из оснастки);
• придание декоративных свойств;
• снижение стоимости использованием дешевых разновидностей наполнителей.

• хорошая смачиваемость жидким полимером;
• способность совмещаться с полимером с образованием однородной массы (для дисперсных наполнителей);
• неизменность свойств при хранении и при переработке;
• декоративный внешний вид (имитация камня);
• минимальная стоимость.

Важнейшей характеристикой наполнителей является их морфология и удельная поверхность, от которой зависит эффективность взаимодействия с полимерной матрицей, особенно, когда они, наполнители, подвергаются обработке поверхностно-активными веществами, модификаторами и другими добавками.

Группа дисперсных наполнителей является наиболее разнообразной по свойствам. В качестве дисперсных порошкообразных наполнителей более или менее эффективно используются практически любые поддающиеся измельчению продукты как неорганического, так и органического происхождения. Известны авторские свидетельства на композиции с кожурой ореха кэш-ю, шелухой зернобобовых, плодовыми косточками, трепелом, порошковым фторопластом и другие.

Виды наполнителей.

Из органических дисперсных наполнителей наибольшее распространение получила древесная мука, представляющая собой тонкоизмельченную и высушенную древесину волокнистой структуры. Размеры ее частиц составляют менее 100 мкм, насыпная плотность — 150 кг/м3. Используется для производства пресс-порошков и алкидных линолеумов. Достоинство — низкая стоимость, хорошая пропитываемость растворами; недостаток — невысокая химическая и тепловая стойкость, гидрофильность.

2. Неорганические.

Из неорганических тонко- и среднедисперсных наполнителей наибольшее распространение получили сажа, мел, каолин и природный диоксид кремния.

Мраморная пудра, мука применяется для производства литьевого мрамора. Литьевой мрамор (этот материал еще называют искусственным мрамором) – это композитный материал, состоящий из смеси твердой полиэфирной/полиуретановой смолы и наполнителя в виде кварцевого песка, мраморной крошки, кварца. Полиэфирная смола может быть окрашена с помощью специального пигмента (красителя) в нужный цвет, а сочетание нескольких разноцветных пигментов и специальная технология их смешивания позволяет придать смеси полиэфирной смолы с наполнителем внешний вид мрамора – разводов, прожилок, пятен и т.д Степень «каменности» изделия из литьевого мрамора напрямую зависит от количества добавляемого наполнителя – чем его больше, тем изделие по своим свойствам ближе к натуральному камню. Типичными «каменными изделиями» из литьевого мрамора являются раковины, ванны, столешницы, подоконники, барные стойки.

Другой вид наполнителя – декоративный. Им может быть галька, цветной песок, подкрашенный кварц, специальные полимер-минеральные и полимерные наполнители. Изделия, где используются подобные наполнители, не имитируют натуральный мрамор, а представляют собой новый класс декоративных поверхностей.

Сажа используется в качестве эффективного структурирующего наполнителя ПЭНП, ПВХ, ПЭВП, ПП, ФФП, ЭС. Введение сажи способствует долговечности изделий, повышает их сопротивление светостарению.

Мел в виде тонко- и среднедисперсных фракций широко используется для наполнения полиолефинов и поливинилхлоридов. В количестве до 20 % его вводят, например, в полипропилен, используемый для производства пластмассовой мебели. Недостаток мела — гидрофильность и наличие кристаллизационной воды.

Каолин с размером частиц до 1 мкм используют в качестве структурирующей добавки светопрозрачных полимеров, а тонкодисперсную фракцию — для наполнения ПЭНП, ПЭВП, ЛПЭНП, ПВХ.

Асбест — продолжают применять для наполнения термо- и, значительно шире, реактопластов. Он повышает прочность пластмасс, увеличивает их сопротивляемость старению и горению. В качестве антипиренов используют также сульфаты бария и кальция.

Порошки металлов и их сплавов повышают электро- и теплопроводность пластмасс, улучшают их триботехнические характеристики.

Введение дисперсных наполнителей в сравнительно небольших количествах (до 10 %), как правило, способствует сохранению или даже некоторому повышению прочности полимерного материала. При добавлении наполнителя  > 10 % - физико-механические свойства композита аддитивно снижаются.

Зернистые наполнители морфологически представляют собой полые сферы, чешуйки, листочки размером до нескольких миллиметров. В отдельных случаях они оказывают армирующее действие. Чаще зернистые наполнители применяют для придания пластмассам специальных свойств, например, светоотражающих, для повышения коэффициента сцепления, для уменьшения плотности (стеклосферы).

Стелосферы разработанные специально для снижения себестоимости смолы (пластиков), а также увеличения объема и снижения веса готового изделия. Микросферы содержат вакуумные полости, при учете объема которых конечная плотность состава уменьшается.

Волокнистые наполнители по ассортименту существенно уступают дисперсным. Наиболее распространенными среди них являются стекловолокна, углеволокна, хлопчатобумажное и синтетические волокна, а также отходы их производства, и моноволокна в виде монокристаллов, усов оксидов металлов и металлоидов.

Синтетическое волокно Kevlar значительно повышает прочность материала, например полиуретановой резины. Kevlar содержит сульфат кальция  и терафталоид хлорид / п-фенилен диамид. Придает прочность на истирание, противостоит сколам и порезам.

Волокна могут быть рублеными (коротко- и длинноволокнистые) и непрерывными в виде войлока или ровницы. Поэтому волокнистые наполнители могут проявлять свойства, как близкие к дисперсным, так и усиливающие (армирующие). Использование рубленого волокна, особенно коротковолокнистого, позволяет перерабатывать такие материалы в изделиях высокопроизводительными методами экструзии или литья под давлением.

Концентрационный оптимум свойств рубленых волокнистых наполнителей приходится на 40-50 % . 

Применение непрерывных волокон оказывает армирующее действие на полимерный материал. Добавляют стекловолокна в пластик для придания гибкости и прочности. А так же можно наносить на поверхность резиновой формы, чтобы получившаяся пресс-форма лучше сохраняла  свои контуры и не гнулась.

В зависимости от физико-химических свойств конкретного волокна прочностные свойства композита могут превышать аналогичные показатели полимерной матрицы в десятки и даже сотни раз. Так, использование «усов» позволяет довести модуль упругости композита на эпоксидном связующем до 100-300 ГПа, при том, что модуль самого эпоксиполимера составляет 3-6 ГПа.

В термопласты вводят до 40 %, а в термореактивные связующие — до 80 % стекловолокна.

Тканые наполнители производятся главным образом на основе хлопчатобумажных, стеклянных и углеродных тканей. Их используют для получения высокопрочных армированных анизотропных материалов. В зависимости от морфологии используют рулонные ткани, тканые ленты и шнуры, а также однонаправленные ленты, в которых несущие высокопрочные волокна «основы» соединены в непрерывную ленту редкими нитями «утка». На сегодняшний день армированные такими наполнителями пластики обладают наиболее высоким комплексом физико-механических, термодеформационных, теплофизических и эксплуатационных свойств. В качестве связующего, как правило, используются эпоксидные олигомеры, полиимиды, ненасыщенные полиэфиры. Содержание наполнителя в композите может варьироваться в диапазоне 40-85 %.

Нетканые наполнители используют в виде бумаги, картона, войлочных матов, сетки. Все они служат для пропитки, как правило, растворами полимерных связующих с последующей сушкой от растворителя и переработкой в изделия главным образом прессованием. Использование декоративной бумаги в качестве наружного слоя позволяет получать декоративные пластики, широко применяемые, например, в производстве мебели. Сетки и маты применяют также для производства материалов со специальными свойствами (пониженная плотность, контролируемая пористость, гибридность конструкции).

Таким образом, применение наполнителей, отличающихся по свойствам, морфологии и содержанию в композите, позволяет в широких пределах регулировать многие физические, технологические и эксплуатационные свойства пластмасс.

Наполнители для жидких силиконов, уретанов.

Выпускаемые промышленностью силиконы и полиуретаны являются диэлектриками. При изготовлении и эксплуатации изделий из полимеров на их поверхности возникают и накапливаются электрические заряды. Для предотвращения этого явления используются два основных приема. Первый — в полимер вводятся различные антистатические поверхностно-активные вещества, уменьшающие поверхностное сопротивление. Такие вещества в своем химическом строении имеют кратные связи (четвертичные аммониевые основания, амины и др.). Содержание вводимых антистатиков, как правило, не превышает 2%.

Количество электропроводящих наполнителей и их распределение в полимерной матрице должны обеспечить образование в композите токопроводящих мостиков.

Антисептики предотвращают развитие в полимерных материалах различных микроорганизмов, что особенно важно для изделий медико-биологического, пищевого назначения, а также для изделий, эксплуатирующихся в условиях тропического климата (требование тропикостойкости).

В качестве антисептиков используют органические соединения олова, меркаптаны, кремнефтористый натрий, тетрациклин, низин, ионы металлов. Одно перечисление состава добавок показывает, что их применение должно иметь веские основания и подтверждено соответствующими документами качества. Содержание таких соединений в полимере измеряется долями процента.

Изложенные сведения свидетельствуют о том, что полимерные материалы являются сложными по составу композициями, в которых каждый компонент формирует то или иное требуемое качество материала и изделия. Вместе с тем каждый компонент композиции влияет и на другие свойства. Так, например, введение антистатика или смазки оказывает еще и пластифицирующее действие, порошковые антипирены влияют на материалы и как дисперсные наполнители и так далее. Таким образом, формируя то или иное прикладное качество полимерного материала, необходимо оценивать комплексный вклад каждого компонента из его состава в свойства получаемого композита.

Чтобы увеличить твердость силиконовой жидкой резины RTV можно добавить кварц.