Наполнители

Материалы с различным сочетанием свойств можно получить путем создания наполненных полимерных (композиционных) материалов, компоненты которых при совместной работе способны оказывать синергический эффект, а также значительно удешевляют стоимость композиции, количество брака вследствие уменьшения усадок и коробления.

Композиционные материалы представляют собой многофазные системы, полученные из двух или более компонентов и обладающие новым сочетанием свойств, отличным от свойств исходных компонентов, но с сохранением индивидуальности каждого отдельного компонента.

Практически неограниченное число сочетаний различных наполнителей с полимерным связующим и изменение количественных соотношений компонентов позволяет получать материалы с комплексом необходимых эксплуатационных свойств. К наполнителю предъявляют требования, исходя из того, какие свойства материала желательно получить.

Выбор дисперсных наполнителей в первую очередь определяется размерами частиц и распределением их по размерам. Очень важным параметром дисперсных наполнителей является их удельная поверхность. Существенное значение, особенно для получения высоконаполненных композиций, имеет характер упаковки частиц наполнителя. Обычно для достижения минимального незанятого объема смешивают различные фракции наполнителя. При подборе фракций учитывают тот факт, что упаковка наиболее крупных частиц определяет общий объем системы. Более мелкие частицы занимают пустоты между более крупными, и при этом суммарный объем не увеличивается. [17]

При введении дисперсных наполнителей в систему могут достигаться самые разнообразные эффекты. Например, может наблюдаться повышение физико-механических свойств. Наполнители, оказывающие такое усиливающее действие, принято условно называть активными. Неактивные наполнители часто вводят для удешевления изделия путем замены части полимерного материала на более дешевый наполнитель, но не наблюдается заметного улучшения свойств материала. Условность этого разделения очевидна, поскольку активность наполнителей – недостаточно четкое определение, так как наполнители могут существенно различаться по эффективности своего воздействия на те или иные свойства полимерных композиционных материалов.

Активность наполнителя обусловлена тем, что частицы наполнителя на молекулярном уровне взаимодействуют с наполняемой средой на границе раздела с образованием дисперсионной среды (полимера), расходуемой на формирование оболочек, переводится в особое двухмерное состояние с повышенными механическими свойствами по сравнению с обычным трехмерным состоянием наполняемого тела. Доля находящейся в двухмерном состоянии наполняемой среды возрастает с повышением дисперсности (поверхности) частиц наполнителя при данном объемном содержании, причем оптимум дисперсности находится в области коллоидных размеров частиц, т. к. при дальнейшем повышении дисперсности исчезает граница между двумя фазами.[14]

Обладая большой свободной поверхностью, наполнители вступают в контакт с функциональными группами эпоксидных полимеров. При этом появляются силы адгезии, обеспечивающие прочное соединение зерен наполнителя с полимером.

Следует ожидать, что роль физического структурообразования особенно заметно должна проявляться при формировании эпоксидных полимеров в присутствии высокодисперсных минеральных наполнителей. В этом случае частицы наполнителя могут принимать активное участие в процессах сшивания, образуя дополнительные узлы сшивок физической природы. При достаточно высокой концентрации дисперсной фазы наполнитель образует сплошную пространственную физическую сетку коагуляционного типа, формирование которой определяет общий уровень структурированности системы на начальных стадиях отверждения. Влияние наполнителей на формирование сетчатых структур на основе реакционноспособных олигомеров носит неоднозначный, часто противоречивый характер и во многом определяется особенностями адсорбционного и хемосорбционного взаимодействия функциональных групп с поверхностью наполнителя. Это может оказывать существенное влияние на кинетику и механизм процессов, лежащих в основе формирования химической сетки.

Степень влияния наполнителя на свойства зависит не только от химической природы наполнителя, но и от его концентрации и химической природы полимера. Таким образом, один и тот же наполнитель может быть активен по отношению к одним и не активен по отношению к другим полимерам.[20]

Поиск по сайту: