Диоксид титана (в чистом виде) - бесцветные кристаллы (желтеет при нагревании). Для технических целей применяется в раздробленном состоянии, представляя собой белый порошок. Не растворяется в воде и разбавленных минеральных кислотах. Применяется в качестве пигмента при производстве полимерных изделий, а также в качестве модификатора [9].
Полевой шпат имеет кристаллическую структуру каркасного типа. К достоинствам можно отнести прозрачность полевого шпата, благодаря чему наполненные им полимеры прозрачны или полупрозрачны. Хорошо смачивается и распределяется во множестве полимеров. Из перерабатываемой композиции легко удалить воздух, который попадает в неё в процессе приготовления. Полевой шпат не повышает вязкость композиции, даже при высокой степени наполнения. Легко окрашивается в композиции, что экономит содержание красителя. Повышает такие показатели как износостойкость и прочность. Не изменяет своих свойств при воздействии различных химикатов и кислорода воздуха, безвреден, что позволяет использовать КМ на его основе для создания изделий, контактирующих с пищевыми продуктами. К недостаткам следует отнести повышенную абразивность, что требует введения полевого шпата на финальных стадиях совместно со связующим, возможность седиментации в высокотекучих полимерах, крупнозернистость.
Наиболее эффективно наполнять полевым шпатом полярные полимеры - сополимеры этилена, полиамида, винилацетата, полиуретана и др. При этом ПКМ обладают повышенной прочностью при изгибе, жесткостью, теплостойкостью [1].
Отходы химических производств также используются в роли наполнителей для ПКМ. В основном, это оксиды металлов всевозможного сочетания [10].
Так ПКМ содержащие в своем составе пиритные огарки (отходы производства серной кислоты) негорючи, обладают антистатическими свойствами, устойчивы к действию паров масел и бензина [11].
Оксид алюминия применяется главным образом в качестве дисперсного наполнителя полиэфирных и эпоксидных смол [12, 13]. Композиции на его основе имеют повышенные электрические характеристики, теплопроводность, химическую стойкость, твердость и износостойкость, а также пониженный термический коэффициент расширения.
Полимерные композиции, наполненные оксидом бериллия, имеют повышенную теплопроводность при малом изменении электрических показателей.
Полимерные композиции содержащие с своем составе оксиды железа (II, III) и цинк характеризуются повышенной термостойкостью, твердостью и жесткостью.
При введении оксиды свинца в состав ПКМ повышается их плотность и экранирующая способность при воздействии жестких излучений. Диоксид циркония и сульфат бария вводят в связующие с целью ускорения процесса их отверждения. При наполнении ПКМ дисульфидом молибдена обеспечивается высокая термостойкость, электрическая прочность, повышается модуль упругости и разрушающее напряжение при изгибе и растяжении. Кроме того, улучшаются технологические свойства композиции.
Сажа успешно применяется в качестве наполнителя и красящего агента. Ею наполняют полиэфиры, ПС, АБС, гомо- и сополимеры винилового ряда. Добавив сажу в состав полиэфирных стеклопластиков, можно направленно регулировать продолжительность гелеобразования и окрашивания [14].
Кроме этого, сажу используют в качестве активного наполнителя. В статье [15] показано, что электропроводимость составов, содержащих в качестве наполнителя сажу, увеличивается. Это происходит в результате образования частичками наполнителя цепочечных структур.
Широкое распространение получили отходы, образующиеся при переработке отработанных каталитических комплексов, которые содержат оксиды цветных металлов - меди, хрома, цинка и др. [16, 17]. Применяя эти наполнители, можно добиться интенсификации процесса коксобразования. ПКМ на их основе характеризуются КИ до 36% объем. при степени наполнения 40%. При наполнении алюмосиликатами и силикатами циркония улучшаются электроизоляционные свойства, стойкость к тепловому старению и тепловому удару, уменьшается поглощение воды, усадка и растрескивание, ускоряются процессы отверждения. Благодаря такому комплексу свойств, ПКМ содержащие в своем составе алюмосиликаты и силикаты циркония, могут использоваться в таких отраслях как: медицина, производство энергии, а также выступать в качестве фильтров, датчиков и сенсоров [18, 19]. Титанат бария вводится в эпоксидные компаунды, которые в дальнейшем находят широкое применение в изделиях электротехнического назначения. Они отличаются стабильностью диэлектрических свойств, высокой диэлектрической проницаемостью и низкими диэлектрическими потерями.
А.В. Ишков и А.М. Сагалаков применяли в своей работе в качестве активного наполнителя карбонитриды титана, придавая полимерам электропроводящие свойства [20].
Диоксид кремния характеризуется тиксотропным и усиливающим эффектом в ПКМ. При увеличении степени наполнения значительно возрастает вязкость композиции, что в большинстве случаев не желательно. Диоксид кремния, в основном, вводится в состав резины, термо- и реактопластов.
Силоксановые каучуки (СК) используются в качестве активного (усиливающего) наполнителя для натуральных и синтетических каучуков. СК вулканизируются при повышенных температурах. ПКМ, содержащие в своем составе СК характеризуются повышенной прочностью при растяжении, износостойкостью, сопротивлением разрыву. Кроме того РТИ прозрачные или полупрозрачные.
При наполнении пирогенным SiO2 жидких эпоксидных смол, происходит их загустевание, как следствие, происходит образование трехмерной сетчатой структуры.
При наполнении полимеров металлическими порошками, можно добиться улучшения таких специфических свойств как, тепло- и электропроводность, магнитная восприимчивость, теплоемкость. Большой интерес представляют такие порошки как: Al, Ag, Zn, Ni, Pb, Сu или гальваношламы, содержащие цветные металлы, а именно Ni, Cr, Zn и др. С их помощью можно получить наполненные полимеры специального назначения, для которых существует возможность изменения внешнего вида, плотности, магнитных и др. физических свойств [21]. Широко распространены эпоксидные смолы, содержащие в своем составе магнитные порошки, обладающие повышенной текучестью в неотвержденном состоянии и улучшенными физико-механическими свойствами в отвержденном состоянии.
Одним из недостатков металлонаполненных полимеров является потеря прочности при изгибе и растяжении, может быть обусловлено содержанием адсорбированной влаги на поверхности металлических порошков и высокой пористостью наполненных композиций.
Наполняя полимеры асбестом можно добиться повышения прочности и модуля упругости изделий при изгибе, улучшения их сопротивляемости ползучести и теплостойкости, снижения термического коэффициента расширения, легкости регулирования текучести композиции, также снизить стоимость материала.
В качестве аналога асбеста для реактопластов применяют измельченные (рубленные) минеральные волокна.
Базальтовыми волокнами наполняют большое количество полимеров. Базальтопластики обладают аналогичными положительными свойствами, что и стеклопластики, но отличаются при этом еще рядом преимуществ. Среди них улучшение щелоче- и теплостойкости. При наполнении эпоксидных смол повышается адгезионное взаимодействие по границе раздела связующее волокно.
При обработке аппретом базальтовых волокон повысилась адгезионная прочность волокна с матрицей [22].
Следует отметить, что в эпоксидных композициях измельченный базальт ведёт себя как активный наполнитель, повышающий свойства. Причем это проявляется как в повышении механических свойств - твердость по Бринеллю, так и физико-химических - теплостойкость повышается со 114 до 206 градусов по Цельсию, что отражено в таблице 9.
Таблица 9
Влияние базальта на физико-химические и механические свойства эпоксидной композиции состава: 70 масс.ч. ЭД-20 + 15 масс.ч. ПЭПА + 30 масс.ч. ТХЭФ
|
Количество базальта, масс.ч. |
Ударная вязкость, кДж/мІ |
Твердость по Бринеллю, МПа |
Разрушающее напряжение при изгибе, МПа |
Водопоглощение, % |
Теплостойкость по Вика, ? |
|
|
- |
7 |
130 |
45 |
0,20 |
114 |
|
|
1 |
8 |
134 |
50 |
0,17 |
124 |
|
|
50 |
10 |
253 |
122 |
0,07 |
206 |
Испытание разработанных ПКМ на старение при воздействии естественных климатических факторов показало, что эпоксидные компаунды, наполненные 50 масс.ч базальта практически не изменяют физико-механических свойств при экспонировании в климатических условиях в течение 1 года и 2 лет.
Заключение
В последние годы эпоксидные смолы перестали быть дефицитным продуктом. Появилась возможность и тенденция более широкого использования эпоксидных связующих и композитов на их основе в гражданских технологиях, и в частности, в строительстве. Это даёт толчок к более активному изучению эпоксидных смол и их свойств при внедрении различных наполнителей.
На основе проведенного анализа научно-технической литературы изучили существующие марки эпоксидных смол и наполнителей конструкционного назначения для улучшения их свойств. В соответствии с изученным материалом наиболее предпочтительным посчитали использование марки эпоксидной смолы ЭД-20.
Для повышения эксплуатационных характеристик эпоксидных композитов перспективным является использование дисперсного базальта.
Список литературы
1. Суменкова О.Д. Влияние наполнителей на процессы отверждения и свойства ЭД-20 / О.Д. Суменкова, B.C. Осипчик, Е.Д. Лебедева, О.А. Кононова // Пластические массы. - 2001. - №12 - С. 35-37.
2. Панова Л.Г. Наполнители для полимерных композиционных материалов: учеб. пособие / Л.Г. Панова. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2002. - 72 с. -ISBN 5-7245-0267-1.
3. Трение и износ материалов на основе полимеров / В.А. Белый, А.И. Свириденюк, Н.И. Петроковец и др. -Минск: Наука и техника,1976. -431с.
4. Тренисова А.Л. Изучение влияния различных наполнителей на вязкость эпоксидного полимера / А.Л. Тренисова, И.В. Аношкин, С.А. Крючков, И.Ю. Горбунова, М.Л. Кербер, Э.Г. Раков, Е.П. Плотникова // Пластические массы. - 2008. -№3. - С. 33-36.
5. He H. Study on thermal and mechanical properties of nano-calcium carbonate/epoxycomposites / H. He, K. Li, J. Wang, G. Sun, Y. Li, J. Wang // Materials and Design.- 2011. - №32. - P. 4521-4527.
6. Липатов Ю.С. Физико-химические основы наполненных полимеров / Ю.С. Липатов. - М.: Химия, 1991. - 256 с.
7. Astruc A. Incorporation of kaolin fillers into an epoxy/polyamidoamine matrix for coatings / A. Astruc, E. Joliff, J.-F. Chailan, E. Aragon, C.O. Petter, C.H. Sampaio // Progress in Organic Coatings. - 2009. - №65. - P. 158-168.
8. Модифицированные эпоксидные композиции / Пинкас М.В., Мызникова О.А., Плакунова Е.В., Панова Л.Г. // Инновации и актуальные проблемы техники и технологий: материалы Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых: в 2 т. Т.2, 91 Саратов. 15-16 сентября 2009 г. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. - C.276- 278.
9. Белошенко В.А. Особенности отверждения эпоксидной композиции, наполненной диоксидом титана / В.А. Белошенко, М.К. Пактер, Л.Е. Чуйкова // Пластические массы. - 2007. - №7. - С. 36-38.
10. Мухленов А.Д. Общая химическая технология / под ред. А.Д. Мухленова.- М.: Химия, 1984. - 242 с.
11. Куликова Ю.Б. Эпоксидные композиции со специфическими свойствами / Ю.Б. Куликова, Л.Г. Панова, С.Е. Артеменко // Химические волокна. - 1997.- №5. - С.48-51.
12. Стухляк П.Д. Электрические свойства оксидосодержащих эпоксидных композиционных материалов / П.Д. Стухляк и [и др.] // Пластические массы. -1995. - №4. - С. 27-29.
13. Мамуня Е.П. Композиционные полимерные материалы / Е.П. Мамуня. - М.: Химия, 1989. - 127 с.
14. Фойгт И. Стабилизация синтетических полимеров противодействием тепла и света / Под ред. Б.М. Коварской. Пер. с англ. Л.: Химия, 1972. - 544 с.
15. Ширшова Е.С. Изучение влияния модификаторов на свойства эпоксидных композиций / Е.С. Ширшова, Е.А. Татаринцева, Е.В. Плакунова, Л.Г. Панова // Пластические массы. - 2006. - №12. - С. 34-36.
16. Каблов В.Ф. Разработка и исследование металлоорганических ингредиентов полимерных композиций на основе эпоксидных смол с использованием отработанных каталитических комплексов / В.Ф. Каблов, С.М. Москвичев, Л.А. Хайлина // Пластические массы. 2002. - №8. - С.41-44.
17. Лобачева Г.К. Состояние вопроса об отходах и современных способах их переработки / Г.К. Лобачева, В.Ф. Желтобрюхов. - Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2005. - 176 с.
18. Lopes A. Aluminosilicate and aluminosilicate based polymer composites: Present status, applications and future trends / A.C. Lopes, P. Martins, S. Lanceros-Mendez // Progress in Surface Science. - 2014. - №89. - P. 239-277.92