Наполнители

НАПОЛНИТЕЛИ, вещества или материалы, к-рые вводят в состав полимерных композиц. материалов (напр., пластич. масс, резин, клеев, герметиков, компаундов, лакокрасочных материалов) с целью модификации эксплуатац. св-в, облегчения переработки, а также снижения их стоимости. Выполняющие аналогичные ф-ции в-ва или материалы, к-рые вводят в смеси строит. р-ров и бетонов, наз. заполнителями, а в медицинские и др. препараты-разбавите-лями.

Наполнители-преим. твердые неорг. или орг. в-ва, естественного (минерального или растительного) и искусственного происхождения. К наполнителям относят также газы в пенопластах и жидкости, напр. масла в маслонаполненных каучуках (см. Наполненные каучуки, а также Наполненные полимеры).

Характер взаимод. твердых наполнителей с др. компонентами смесей [смачивание, адсорбция, адгезия, трение и(или) хим. р-ции] определяется гл. обр. составом наполнителей и структурой их пов-сти. Св-ва пов-сти зависят не только от природы и фазовой структуры наполнителей, но и от способа и условии их получения, а также от обработки пов-сти. В последнем случае наиб, широко используют след. физ. и хим. методы: адсорбционная, в т.ч. хемосорбционная, модификация с помощью ПАВ; нанесение спец. покрытий (напр., защитных, эластичных); обработка окислителями или восстановителями; создание на пов-сти функц. групп, прививка молекул, имплантация нейтральных атомов или ионов; воздействие высокоэнерге-тич. излучений (электромагнитных, электронных, нейтронных) и электрич. разрядов. Важное значение имеют также общая или уд. величина пов-сти наполнителя, ее дефектность и шероховатость.

Твердые наполнители делят на дисперсные, или порошковые, и непрерывные армирующие.

В качестве дисперсных наполнителей наиб. широко используют: минеральные-порошкообразные кристаллич. оксиды, соли, в т.ч. силикаты и алюмосиликаты, напр. мел, известняк, доломит, кварц, каолин, тальк, слюда, волластонит и асбест; прир. органические-измельченные древесные отходы, кожура орехов, шелуха риса; искусственные-техн. углерод, коллоидальный SiO₂, стеклянные, углеродные, органические (полимерные) и др. порошки и микросферы (в т.ч. полые), игольчатые монокристаллы (усы). Совмещение дисперсных наполнителей с др. компонентами композиции осуществляют в осн. смешением.

Осн. характеристики дисперсных наполнителей-форма, размеры и распределение по размерам частиц. По форме частицы м.б. отнесены к одному из трех главных типов: изометрический, или блочный, близкий к сферич. или кубич. форме; анизометрический волокнистый, или игольчатый, близкий к цилиндрич. или призматич. форме; анизометрический пластинчатый, или чешуйчатый, близкий к форме диска или плоского параллелепипеда.

Размеры блочных частиц оценивают одним средним, или эффективным, значением, напр. диаметром эквивалентной сферы, объем к-рой равен объему частицы, или миним. размером отверстия сита, через к-рое проходит частица. Анизометрич. частицы характеризуют наиб. и наименьшим размерами, отношение к-рых наз. степенью асимметрии или характеристич. отношением. Размеры частиц дисперсных наполнителей обычно варьируют от 10 нм до 0,1 мм, уд. пов-сть-от 0,3 до 30 м²/г.

Форма, размеры и природа пов-сти частиц, их взаимод. между собой и с др. компонентами смесей определяют характер распределения и плотность упаковки частиц в исходном порошке и в наполненной композиции. Степень предельной упаковки-макс. объемная доля, к-рую могут занять твердые частицы при заданном типе упаковки без изменения их формы; данный показатель характеризует и предельную степень наполнения. При нерегулярной упаковке степень наполнения уменьшается с повышением характеристич. отношения и способности частиц к агрегированию. При одинаковых форме частиц и их распределении по размерам сыпучие (не агрегирующиеся) порошки имеют макс. степень предельной упаковки, рыхлые (агрегирующиеся, или структурирующиеся)-минимальную. Способность порошков поглощать жидкие компоненты характеризуется показателем маслоемкости, или смолоемкости, равным кол-ву масла или смолы, необходимому для превращения порошка в пластичную массу.

По влиянию на деформационно-прочностные св-ва полимеров дисперсные наполнители делят на активные, оказывающие упрочняющий (армирующий) эффект, и инертные. Наиб. эффект упрочнения эластичных полимеров достигается тонкодисперсными наполнителями, обладающими высокой поверхностной активностью частиц, в частности техн. углеродом и коллоидальным SiO₂. Упрочнение стеклообразных полимеров обеспечивают гл. обр. наполнители с высоким характеристич. отношением (напр., дисперсные волокна, чешуйки). Для повышения тепло- и электропроводности полимерных материалов используют металлич. порошки, дисперсные волокна и графит, а для придания им магн. св-в-порошки ферромагнетиков.

В качестве н е п р е р ы в н ы х а р м и р у ю щ и х наполнителей наиб. широко используют волокнистые наполнители-углеродные, графитовые, борные, карбидные, нитридные, оксидные, стеклянные, базальтовые и полимерные хим. волокна-раздельно или в любом сочетании одного волокна с другим (см., напр., Волокна химические, Неорганические волокна, Стеклянное волокно, Углеродные волокна). Состав и св-ва их пов-сти регулируют физ. или хим. обработкой (см. также Текстильно-вспомогательные вещества).

Волокна м.б. одно- или бикомпонентными, монолитными или полыми, могут иметь круглое или др. сечение. Их диаметр в большинстве случаев лежит в интервале 7-15 мкм, реже используют более тонкие волокна (до 1 мкм) или более толстые (до 200 мкм).

По форме непрерывные волокнистые наполнители делят на след. группы: одномерные (жгуты или нити, реже-мононити); двухмерные (ленты, ткани, нетканые листы); объемные (цельнотканые каркасы, прошитые и собранные в пакеты листовые наполнители, объемные ткани).

К неволокнистым непрерывным армирующим наполнителям относят монолитные или пористые ленты, листы (пленки) и открытопористые объемные материалы, напр. поропласты, спеченные порошки.

Сочетание всех типов непрерывных армирующих наполнителей со связующим (матрицей) осуществляют обычно пропиткой их жидкими композициями (расплавами, р-рами, дисперсиями связующих) и осаждением матрицы на наполнители из газовой фазы.

При получении полимерных материалов и изделий часто применяют совместно дисперсные и непрерывные наполнители (см. Премиксы, Препреги)или разл. типы непрерывных армирующих наполнителей (т. наз. гибридные наполнители).

Лит.: Наполнители для полимерных композиционных материалов. Справочное пособие, пер. с англ., М., 1981. П. Г. Бабаевский.