Список тематических статей

НАПОЛНЕННЫЕ ПОЛИМЕРЫ

Понятие и общие сведения

Наполненными полимерами называются гетерофазные композиционные материалы, состоящие из полимерной матрицы, в которой упорядоченно или неупорядоченно распределяются наполнители, находящиеся в твердом, жидком или газообразном агрегатном состоянии. Такие наполнители частично замещают объем полимерной фазы, уменьшая количество дорогостоящего полимера, либо, или в том числе, модифицируют свойства полимера, придавая ему желаемые свойства. Такими свойствами могут быть необходимые для той или иной технологии переработки характеристики или желаемые особенности готового изделия. Наполненными полимерами является большая часть применяемых на сегодня пластмасс, резиновых материалов, ЛКМ, компаундов, клеев и прочих композитов.

Существуют следующие виды наполненных полимеров по типу применяемого связующего:

1. Наполненные реактопласты. 

2. Наполненные термопласты. 

3. Наполненные каучуки. 

С точки зрения вида используемого наполнителя полимеры наполненные подразделяют на следующие группы: 

1. Дисперсно-наполненные пластмассы. 

2. Армированные пластики. 

3. Газонаполненные пластмассы. 

4. Маслонаполненные каучуки.

Также существует классификация наполненных полимерных композитов по природе и химическому составу наполнителя. Их разделяют на асбопластики, графитопласты, древесные слоистые пластики и ДПК – древесно-полимерные композиты, стеклопластики, углепластики, органопластики, боропластики и т.д. Кроме того, существуют поливолокнистые пластики, в которых в качестве наполнителя используемся смесь разных волокон.

Рис.1. Доска из древесно-полимерного композита

Свойства

Основные характеристики наполненных пластмасс трудно классифицировать, т.к., как сказано в предыдущем пункте, сама суть наполнения зачастую сводится к тому, чтобы придать пластику какое-то определенное свойство.

В целом свойства наполненных полимеров определяются соответствующими данными полимерной матрицы и наполнителя. Наиболее значимыми факторами, влияющими на характеристики готового композита, являются соотношение количества полимерной фазы и наполнителя, типом и особенностями распределения наполнителя, природой взаимодействия на фазовой границе полимер-наполнитель.

При улучшении какого-либо свойства полимера путем введения «полезного» наполнителя возможно одновременное ухудшение других свойств композиции. В этом вопросе нужен сбалансированный подход, учитывающий все факторы. В частности, введение технического углерода в состав пластмасс увеличивает прочностные характеристики, но при этом происходит рост модуля упругости, т.е. жесткости композиции, что не всегда желательно.

Получение

Наиболее часто в составе наполненных полимеров используют твердые наполнители. Такие как, измельченные частицы (порошки) технического углерода, древесной муки, кварца, мела и прочих веществ. Кроме того, популярны вещества пластинчатой формы, например тальк, слюда, графит, каолин и различные по природе волокна, а также состоящие из них нити, жгуты, холсты, маты, ткани и нетканые материалы.

Метод производства наполненных полимеров зависит от типа наполнителя. В случае применения дисперсных наполнителей и волокон небольшой длины основным способом производства композитов является механическое смешение наполнителя с полимерным расплавом (раствором), форполимера, олигомера или мономера. Смешение происходит в различных смесителях или на вальцах.

В случае применения непрерывных волокнистых наполнителей их подвергают пропитке полимером. Для лучшего введения волокнистого наполнителя в связующее, улучшения распределения наполнителя в полимерной матрице и получения более прочного адгезионного контакта на границе наполнитель-полимер применяют разнообразные способы модификации поверхности наполнителя. Кроме того, используется технология полимеризации непосредственно на поверхности наполнителя.

Поропласты или вспененные полимерные материалы производят путем введения в полимер специальных химических агентов порофоров или порообразователей. Возможно и механическое вспенивание жидких полимерных материалов, например латексов.

Рис.2. Поролон – наиболее известный поропласт.

Применение

Ассортимент и области применения наполненных полимеров постоянно расширяется. Рассмотрим основные направления применения наиболее крупнотоннажных композитов.

1) Стеклопластики — общее название наполненных полимеров, состоящих из различных связующих, термореактивных или термопластичных и наполнителя в виде стеклянных волокон. Стеклопластики являются недорогим конструкционных материалом. Они активно используются по всем техническим направлениям, например в строительстве, машиностроении, электрике и электронике, производстве бытовой техники, спортинвентаря, и т.д.

2) Углепластики – полимеры, наполненные углеродными волокнами. Некоторые их марки способны при определенных условиях выдерживать температуры до 3000 градусов С. Из углепластиков производят изделия военного назначения, компоненты ракет, самолётов и других летательных средств, некоторые автокомпоненты, детали электротехники и другого оборудования, работающего при повышенных нагрузках и высоких температурах.

3) Боропластики – обычно термореактивные полимерные материалы, наполненные борными волокнами, которые используются в форме мононитей или жгутов. Зачастую борные волокна применяют в композиции с другими волокнами. Боропластики обладают отличными характеристиками, но достаточно дороги, из-за этого их применение ограничивается в основном авиационной и космической отраслями.

4) Органопластики – также волокнистые термореактивные или термопластичные пластмассы, наполненные органическими натуральными или чаще всего синтетическими волокнами в форме жгутов, нитей, тканей, нетканых материалов. Органопластики активно используются в автопроме, судостроении, машиностроении, авиационной и космической отраслях, электронике, химической промышленности, спортивной индустрии и т.п.

5) Полимерные материалы с порошкообразными наполнителями. Это самый широкий класс наполненных полимеров, включающий более 10 тысяч марок композитов. Такие пластмассы применяются повсеместно и обладают самыми разнообразными свойствами. Как полимер, так и наполнитель может быть практически любым из известных. При этом наполнение применяется как для удешевления материала, так и улучшения его свойств.