» » Волокнистые наполнители полимеров

Волокнистые наполнители полимеров

30.08.2016

Введенные в полимер волокнистые наполнители выполняют роль своеобразной арматуры, что повышает механические характеристики композиций. Волокнистые наполнители делятся на коротковолокнистые (асбест, нитевидные монокристаллы — усы) и непрерывные волокнистые (стеклянные волокна, базальтовые волокна, борные, углеродные и др.). Охарактеризуем роль некоторых волокнистых наполнителей.
Асбест представляет собой гидратированные силикаты различных металлов в виде волокнистого порошка с разной длиной волокон, а также в виде бумаги, тканей и волокна. Mg6[ (OH)4*Si2O5]2 — ризотиловый асбест. Асбест инертен к атмосферным воздействиям, а также к большинству химических реагентов. В полимерных композициях асбест используется в качестве усиливающего наполнителя, повышает прочность и модуль упругости при изгибе, улучшает сопротивление ползучести и теплостойкость, снижая термический коэффициент расширения, снижает стоимость материала.
Усы применяют преимущественно в качестве усиливающего наполнителя и представляют собой выращенные в специальных условиях монокристаллы. В виде нитевидных монокристаллических усов могут применяться свыше 100 веществ, включая металлы, оксиды, карбиды, галогены, графит, нитриды и другие соединения.
Уникальное свойство усов заключается в том, что они могут упруго деформироваться до 3% без остаточного деформирования. Усы обладают повышенной усталостной прочностью и могут подвергаться грубой обработке, перемалыванию и измельчению без снижения прочности. Помимо своей основной функции усиления, усы могут придавать композициям сочетания электрических, оптических, магнитных, ферромагнитных и диэлектрических свойств.
Стеклянные волокна получают высокоскоростной вытяжкой из однородной стеклянной массы, представляющей собой сплав различных оксидов (SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, B2O3 и др.), и изготавливают в виде непрерывных волокон и ваты. Непрерывные стеклянные волокна применяются в качестве усиливающих наполнителей для полимерных композиционных материалов — стеклопластиков.
Из стеклянных волокон путем специальной обработки (вытяжки, кручения, плетения) получают различные стекловолокнистые наполнители: нити и жгуты, ровинги и ленты, ткани, рубленую стеклопряжу и маты на ее основе, комбинированные и измельченные волокна.
Базальтовые волокна получают, как и стеклянные волокна, высокоскоростной вытяжкой. Химический состав базальтовых волокон определяется составом природного минерала базальта— вида горных пород (SiO2, Al2O3, TiO3, FeO, CaO, Fe2O3). Прочность и модуль упругости волокон из базальта соизмеримы с волокном из стекла, но отличаются более высокими тепло- и щелочестойкостью. Базальтовые волокна применяют в качестве усиливающих наполнителей для композиционных материалов (базальтопластики, полимербетоны).
Борные волокна получают химическим осаждением бора из газовой фазы трихлорида бора и водорода (BCl3, H2). Борные волокна состоят из смесей боридов вольфрама (W2B5, WB4) и характеризуются уникальным сочетанием высокой прочности и жесткости и низкой плотности. Борную арматуру применяют в виде элементарных нитей, однонаправленных лент различной ширины, листового шпона и тканей. Полимерные композиционные материалы, армированные борными волокнами, называют боропластиками.
Углеродные волокна применяют для изготовления различных типов армирующих наполнителей — от низкомодульных и низкопрочных матов до непрерывных волокон, обладающих высоким модулем упругости и большой прочностью на растяжение. Углеродные волокна обладают высокой химической и коррозионной стойкостью. Главным свойством углеродных волокон является их высокая электропроводность и удельное электрическое сопротивление.
Композиционные материалы на основе углеродных волокон называются углепластиками, карбоволокнитами, карбопластами. Углеродные волокна получают из вискозы и поливинилового волокна, а также из смол и песков. Эти волокна относятся к классу весьма перспективных армирующих элементов в связи с низкой плотностью (1430—1830 кг/м3) и высокими прочностью (35 МПа) и модулем упругости (2500—4000 МПа). Они обладают, кроме того, высокой химической и коррозионной стойкостью.