Конструкционные полимерные материалы

Наполнители — материалы и вещества, вводимые в пластическую массу для придания ей определенных физико-механических, теплофизических, технологических или других свойств, а также с целью уменьшения расхода дорогостоящего связующего. Наполнители и в особенности армирующие материалы образуют в массе смолы своеобразный каркас, значительно повышающий прочность пластмассы. По своей природе различают две группы наполнителей — минерального и органического происхождения. Минеральные наполнители повышают прочность и теплостойкость пластмассы, улучшают ее диэлектрические свойства, но некоторые из них повышают плотность и хрупкость материала. Органические наполнители (чаще всего содержащие целлюлозу) повышают прочность пластмассы, сохраняют низкую плотность, но снижают теплостойкость и сопротивляемость воздействию влаги. Независимо от природы наполнители не вступают в химическую реакцию со смолой.

По структуре наполнители могут быть порошкообразными, волокнистыми и листовыми (слоистыми). Наиболее распространенными порошкообразными наполнителями являются мел, древесная и кварцевая мука, песок, тальк, молотая слюда, каолин, целлюлоза; волокнистыми — очесы хлопка, лен, асбест, стеклянное волокно, измельченная ткань, древесная стружка, мелко искрошенная бумага; листовыми — хлопчатобумажные, стеклянные и асбестовые ткани, бумага, древесный шпон.

Действие наполнителя усиливается в том случае, когда он хорошо смачивается смолой. Обычно это проявляется при одинаковой полярности полимера и наполнителя. Количество наполнителя должно быть оптимальным и обеспечивать заданную степень наполнения композиции, равномерное распределение и ориентацию в ней его частиц. В случае плохой смачиваемости (различной полярности полимера и наполнителя) применяют поверхностно-активные вещества (ПАВ), обеспечивающие эффект смачивания. При введении наполнителя в количестве, большем оптимального, может произойти снижение прочности композиции вследствие того, что некоторые частицы наполнителя окажутся несмоченными из-за недостаточного количества полимера. Наполнители также играют роль локализаторов микротрещин в затвердевшем полимере, поскольку частицы их препятствуют распространению трещин.

Пластические массы, в состав которых введены волокнистые наполнители, называются волокитами, а с листовыми наполнителями — слоистыми пластиками. Слоистые пластики имеют более высокую прочность по сравнению с другими пластмассами.

Особым типом наполнителей являются газы. При вспенивании смолы большую часть объема заполняет воздух. После затвердевания пены получается газонаполненная пластмасса, называемая пенопластом. Газообразным наполнителем могут также служить углекислый газ, азот и пр. Газонаполненные пластмассы имеют низкую объемную массу и хорошие теплозащитные свойства.

Пластификаторы — вещества, вводимые в состав пластмассы для придания ей эластичности и гибкости, снижения хрупкости, улучшения технологических и эксплуатационных качеств. В основном роль пластификаторов выполняют низкомолекулярные вещества, которые совмещают со смолой. Увеличивая расстояние между макромолекулами, они тем самым уменьшают межмолекулярное взаимодействие в полимере и облегчают его переход в пластичное состояние, повышают величину относительного удлинения и морозостойкость пластмассы. Пластификаторы не вступают в химическое соединение с полимером. В качестве пластификаторов применяют дибутил-фталат, камфору, олеиновую кислоту, трикрезилфосфат, глицерин.

Отвердители — вещества, обеспечивающие переход полимера из жидкого в твердое неплавкое и нерастворимое состояние. К таким же веществам относятся ускорители и инициаторы, добавляемые к полиэфирным смолам для отверждения их при комнатной температуре.