- •Содержание
- •1. Общие представления о композиционных полимерных материалах 5
- •2 Композиции и Адгезия полимеров 14
- •3. Композиции с дисперсныМи наполнителЯми 23
- •4 Полимеры с волокнистыми наполнителями 58
- •5 Смеси полимеров 80
- •1. Общие представления о композиционных полимерных материалах
- •1.1 История и причины создания композиционных материалов
- •6 Композиции на основе полимеров и жидкостей 97
- •7 Газонаполненные полимеры (пенопласты) 108
- •8 Придание полимерам специальных свойств 126
- •1.2 Определение пкм
- •1.3 Классификация пкм
- •Усиление
- •Литература
- •2 Композиции и Адгезия полимеров
- •2.1 Работа адгезии
- •2.2 Адгезионная прочность
- •2.3 Теории адгезии
- •2.3.1 Адсорбционная (молекулярная) теория адгезии
- •2.3.2 Теория адгезии, основанная на рассмотрении разрушения
- •2.3.3 Теория слабого граничного слоя
- •2.3.4 Диффузионная теория адгезии.
- •Литература
- •3. Композиции с дисперсныМи наполнителЯми
- •3.1 Основные цели введения дисперсных наполнителей в полимеры
- •3.2 Дисперсные наполнители
- •3.2.1 Основные характеристики дисперсных наполнителей
- •3.2.2 Классификация дисперсных наполнителей
- •3.3 Смешение, как способ получения пкм
- •3.3.1 Общая характеристика процесса смешения
- •3.3.2 Характеристика качества распределения наполнителя
- •3.3.3 Механизм диспергирования агломератов наполнителя
- •3.3.4 Способы повышения качества диспергирования наполнителя
- •3.3.5 Механохимические процессы при смешении
- •3.3.6 Способы смешения полимеров с дисперсными наполнителями
- •3.4 Деформационные и реологические свойства полимеров с дисперсными наполнителями
- •3.4.1 Деформационные свойства
- •3.4.2 Реологические свойства
- •3.4.3 Модуль упругости и твердость
- •3.4.4 Предельная деформация
- •3.4.5 Влияние характеристик наполнителя на деформационные свойства
- •3.5 Прочность наполненных полимеров
- •3.5.1 Разрушение и прочность материалов
- •3.5.2 Механизм упрочнения полимеров высокодисперсными частицами
- •3.5.3 Работа разрушения и ударная вязкость
- •3.5.4 Температура хрупкости
- •3.5.5 Влияние различных факторов на прочностные свойства пкм
- •Литература
- •4 Полимеры с волокнистыми наполнителями
- •4.1 Теоретические основы наполнения полимеров волокнами
- •4.1.1 Механизм усиления полимеров волокнами
- •4.1.2 Влияние различных факторов на свойства полимеров с волокнистым наполнителем
- •4.1.3 Компоненты для пкм с волокнистыми наполнителями
- •Рассмотрим непрерывные волокна. Сюда относятся стеклянные, керамические (из оксидов металлов), базальтовые, борные, металлические и др. Волокна.
- •4.2 Методы получения полимерных изделий с волокнистыми наполнителями
- •4.2.1 Получение пкм с короткими волокнами и изделий из них
- •4.2.2 Методы получения изделий с длинными волокнами
- •4.2.3 Протяжка
- •4.2.4 Намотка.
- •4.2.5 Получение изделий формованием
- •Литература
- •5 Смеси полимеров
- •5.1 Термодинамика смешения полимеров
- •5.1.1 Адгезия между полимерами и способы ее повышения
- •5.3 Структура гетерогенных смесей полимеров
- •5.4 Механизм смешения полимеров и размер полимерных частиц
- •5.5 Механические свойства смесей полимеров
- •5.5.1 Влияние состава и структуры смесей полимеров на их механические свойства
- •5.5.2 «Усиление» хрупких полимеров каучуками
- •5.5.3 Термоэластопласты на основе смесей полимеров
- •Литература
- •Композиции на основе полимеров и жидкостей
- •6.1 Пластификация полимеров
- •6.1.1 Механизм пластификации
- •6.1.2 Влияние пластификатора на различные свойства полимера
- •6.1.3 Влияние характеристик пластификатора на его пластифицирующую эффективность
- •6.1.4 Теории пластификации.
- •6.1.5 Требования к пластификаторам.
- •6.2. Гетерогенные системы полимер - жидкость
- •Литература
- •7 Газонаполненные полимеры (пенопласты)
- •7.1 Классификация пенополимеров.
- •7.2 Структура и свойства газонаполненных полимеров
- •7.3 Общие принципы получения газонаполненных полимеров.
- •7.4 Основные методы получения пенопластов.
- •7.4.1 Механическое вспенивание.
- •7.4.2 Методы вспенивания полимеров газом, образующимися непосредственно в объеме композиции
- •7.5 Теоретические основы вспенивания полимеров
- •7.6 Характеристика твердых газообразователей
- •7.7 Методы получения изделий из вспененных полимеров
- •7.8 Применение газонаполненных полимеров.
- •Литература
- •8 Придание полимерам специальных свойств
- •8.1 Полимерные композиции с антифрикционными свойствами
- •8.1.1 Требования к материалам узлов трения
- •8.1.2 Придание полимерам антифрикционных свойств
- •8.1.3 Повышение стойкости полимеров к истиранию.
- •8.1.4 Промышленные антифрикционные полимерные материалы
- •8.2 Пкм с пониженной горючестью
- •8.2.1 Характеристики горючести полимерных материалов
- •8.2.2 Методы снижения горючести полимеров
- •8.2.2.1 Основные классы антипиренов
- •Литература
- •Основы создания полимерных композиционных материалов
- •420015, Казань, к. Маркса, 68.
3.3.6 Способы смешения полимеров с дисперсными наполнителями
Для получения композиционного материала на основе полимера и дисперсного наполнителя надо не только равномерно распределить и хорошо диспергировать наполнитель в полимерной матрице, но и обеспечить условия образования прочной адгезионной связи между полимером и наполнителем. Образование такой связи возможно только в условиях хорошего смачивания поверхности наполнителя полимером. Для этого полимер на одной из стадий процесса приготовления КМ должен находиться либо в вязкотекучем, либо в растворенном состоянии.
Известны следующие наиболее распространенные способы получения ПКМ с дисперсным наполнителем.
Смешение наполнителя с полимером, находящемся в вязкотекучем состоянии.
Смешение раствора полимера с наполнителем с последующим удалением растворителя.
Введение наполнителя в латекс полимера с последующей коагуляцией смеси и удалением воды.
Введение наполнителя в мономер с последующей полимеризацией мономера (полимеризация мономера в присутствии наполнителя).
Смешение порошков полимера и наполнителя с последующим переводом полимера в вязкотекучее состояние нагреванием.
Проанализируем эти способы. Первый способ является наиболее распространенным при получении наполненных ПКМ на основе термопластов, резиновых смесей и реактопластичных композиций. Этот способ достаточно подробно рассмотрен выше. Недостатками способа является сильное пыление наполнителя, ухудшающие санитарно-гигиенические условия труда и экологическую чистоту. Кроме того, этот способ требует высоких энергозатрат и сложного оборудования. К достоинствам способа относится высокое качество диспергирования наполнителя и отсутствие вспомогательных веществ (растворителей, коагулянтов и т.д.).
По второму способу композиции нельзя получить простым перемешиванием раствора с наполнителем, поскольку из-за низкой вязкости раствора невозможно достичь высокой степени диспергирования наполнителя. Поэтому диспергирование наполнителя в растворе полимера ведут в специальных мельницах (шаровых, бисерных), краскотерках или применяют ультразвуковые диспергаторы. Сущность работы таких мельниц заключается в перетирании агрегатов наполнителя между твердыми поверхностями, например, между поверхностью шаров или бисера или между двумя твердыми противоположно движущимися поверхностями. Поскольку растворы полимеров имеют низкую концентрацию, а растворители являются очень дорогими, поэтому таким способом получают только те композиции, в которых растворитель является компонентом, обеспечивающим определенные свойства композиции. Таким способом получают всевозможные эмалевые краски, в которых растворитель снижает вязкость системы и позволяет нанести эмаль на поверхность кистью или распылителем. После испарения растворителя образуется прочное эмалевое покрытие.
По третьему способу качество диспергирования наполнителя оказывается неудовлетворительным из-за низкой вязкости латекса, и даже применение ПАВ не решает полностью эту проблему. Но благодаря тому, что этот способ существенно снижает пыление наполнителя и затраты энергии, он нашел применение для получения резиновых смесей, наполненных техническим углеродом. Полученная таким способом смесь имеет промышленное название - «маточная смесь». Однако после приготовления смеси таким способом приходится прибегать к ее дополнительному диспергированию путем перемешивания в вязкотекучем состоянии по первому способу.
Четвертый и пятый способы смешения пока не нашли практического применения из-за того, что не позволяют получить высокую степень диспергирования наполнителя.