- •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.
2.3.4 Диффузионная теория адгезии.
В этой теории предполагается, что а) для достижения хорошей адгезии необходима диффузия полимерных цепей через межфазную область. Эта теория объясняет наличие иногда высокой адгезионной прочности между двумя неполярными полимерами. Из молекулярной теории адгезии следует, что адгезионная прочность между неполярными полимерами должна быть низкой. Однако оказалось, что между ними иногда наблюдается высокая адгезионная прочность. Но это происходит лишь тогда, когда взаимной растворимости полимеров составляет более 3 %. В результате взаимной растворимости полимеров наблюдается диффузия макромолекул через межфазную границу, и образуется прочная адгезионная связь.
Литература
А.А. Берлин, В.Е. Басин. Основы адгезии полимеров. - М.: Химия, 1969. - 320 с.
С. Ву. Межфазная энергия, структура поверхности и адгезия между полимерами./ В кн.: Смеси полимеров Под ред. Д. Пола и С. Ньюмена: Пер. с англ. - М.: Мир, 1981. - Т. 1. - С. 282 - 336.
Зимон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. - М.: Химия, 1977. - 352 с.
3. Композиции с дисперсныМи наполнителЯми
3.1 Основные цели введения дисперсных наполнителей в полимеры
Сочетание полимеров с наполнителями позволяет получать материалы с совершенно новыми эксплуатационными свойствами. Наполнители способны оказывать разнообразное воздействие на полимеры, обуславливающие высокую эффективность их использования.
Введение наполнителей в полимеры преследует, как правило, одну из следующих трех целей:
1) повышение механической прочности и твердости полимеров;
2) снижение себестоимости полимерных материалов;
3) придание полимерам специальных свойств (понижение горючести, повышение фрикционных или антифрикционных, электрических, теплофизических, адгезионных и других характеристик).
Повышение твердости и модуля упругости полимеров является универсальным свойством всех твердых дисперсных наполнителей. Поэтому наполнители нашли широкое применение для повышения этих свойств как у термопластов, так и у реактопластов.
Повышение прочности при введении наполнителя наблюдается далеко не для всех полимеров, да и не любой наполнитель повышает прочность полимерного тела. Наиболее ярким примером такого воздействия являются резины, которые имеют высокую прочность благодаря их наполнению техническим углеродом (сажей). Прочность является крайне важной характеристикой любого материала, поэтому способность наполнителей повышать прочность некоторых полимеров широко используется.
Подавляющее большинство наполнителей является в несколько раз более дешевым материалом, чем полимер. Поэтому замена части объема полимерной матрицы частицами наполнителя может привести к существенному удешевлению полимерных материалов. Однако при подсчете экономической выгоды использования наполнителя следует учитывать затраты на смешение компонентов композита и изменение затрат энергии и времени на переработку полученных КМ.
Так себестоимость композиционного материала может определяться по формуле:
С = С11 + С22 + Зсм , (3.1)
где С1, С2 – стоимость полимера и наполнителя соответственно, 1, 2 – объемные доли полимера и наполнителя, Зсм – затраты на смешение компонентов композита.
В дальнейшем везде при описании двухфазных композиций подстрочный индекс 1 будет использоваться для обозначения матрицы или непрерывной фазы, индекс 2 – для наполнителя или дисперсной фазы. Обозначение без подстрочного индекса относится к композиционному материалу.
Это направление использования наполнителей с каждым годом приобретает все большее значение, что связано с удорожанием нефти и газа – основного сырья для получения полимерных материалов. Однако экономическая выгода от использования наполнителя будет лишь при условии:
С12 - С22 > Зсм, , (3.2)
что выполняется далеко не всегда, особенно если учесть высокую плотность наполнителей по сравнению с полимерами, и то, что при подсчете экономической выгоды важна объемная доля наполнителя, а не массовая. Следует также учитывать, что цена изделия из ПКМ может быть ниже цены этого же изделия из чистого полимера из-за изменения его эксплуатационных свойств.
Благодаря разнообразию свойств наполнителей и их различному влиянию на свойства полимеров наполнение используется также для придания полимерам всевозможных специальных свойств. Например, для придания огнестойкости в полимеры вводят специальные наполнители - антипирены. Для защиты подводных частей морских судов от обрастания раковинами в полимеры могут вводится соединения мышьяка, закиси меди или окиси ртути. Для предохранения изделий от поражения грибками и плесенью в полимерные материалы вводят наполнители - фунгициды (пентахлорфенол, этилмеркурфосфат или соединения меди). Для создания термочувствительных изделий применяют пигменты, способные менять цвет в зависимости от температуры (соли меди, серебра, кобальта, никеля, хрома или молибдена, переходящие при достижении определенной температуры из одной модификации в другую с изменением первоначальной окраски или с образованием новых химических соединений иного цвета). Наполнители вводят для изменения адгезионной способности полимеров, их фрикционных свойств, электрофизических характеристик, теплопроводности и многих других.
Влияние дисперсного наполнителя на механические и прочие свойства полимера зависит в значительной степени от свойств самого наполнителя. Поэтому для целенаправленного и научно-обоснованного создания ПКМ с заданными свойствами путем наполнения необходимо знать характеристики наполнителей.