УП Наполнители. Федеральное агентство по образованию
 Скачать 8.75 Mb.
|
|
Физические свойства волластонита фирмы "Интерпейс":
Химический составволластонита общей формулы CaSiO3, в %:
Потери при прокаливании 0,9. Молекулярная масса 116. Распределение частиц по размерам.Волластонит известных марок, таких как С-6 и С-1 обычно используются в производстве керамики, марки Р-1 и F-1 – в качестве наполнителей для пластмасс, а Р-4 – в качестве наполнителя для лакокрасочных материалов или разбавителя пигментов. Игольчатая форма частиц сохраняется даже в самых тонких кристаллах (рисунки 12.1, 12.2).  Рисунок 12.1 – Микрофотография волластонита марок Р-1 (а) и F-1 (б). Увеличение 100.  Рисунок 12.2 – Кристаллы волластонита. Применение. Волластонит используется для наполнения ненасыщенных полиэфиров, поливинилхлоридных пластизолей, полиамидов и полипропилена. Он обеспечивает более высокую прочность при изгибе и растяжении по сравнению с другими минеральными наполнителями и отличается высокой водостойкостью. Волластонит, обработанный силанами, обладает уникальными свойствами (рисунок 12.3). Волластонит марки Р-1 может быть использован в полиэфирных прессованных композициях при высоких концентрациях с обеспечением необходимой рабочей вязкости (рисунок 12.4).  а-в: 1- ненаполненный полиамид 6; 2 – наполненный 70% волластонита, обработанного аппретом А-100; г-е: 1- ненаполненный полиамид 6; 2 - наполненный 50% глины марки Нулок 321. Рисунок 12.3 – Изменение свойств полиамида 6, наполненного волластонитом (а-в) и глиной (г-е) при выдержке в воде при 500С.  Рисунок 12.4 – Зависимость вязкости по Брукфилду дисперсии волластонита марки Р-1 в олигоэфирной смоле от его содержания. Волластонит вызывает меньшее увеличение вязкости при высоких степенях наполнения, чем карбонат кальция. Композиции, наполненные волластонитом, имеют меньшее водопоглощение и меньшие потери прочности и модуля упругости при растяжении. Волластонит успешно конкурирует с тальком, коротковолокнистым асбестом и слюдой в качестве минерального наполнителя полимеров. На него приходится 10-15% от общего количества используемых в настоящее время в промышленности пластмасс минеральных наполнителей. 13 Асбест Асбест – общее название группы гидратированных силикатов различных металлов. Хризотиловый асбест – сильно гидратированный силикат магния общей формулы Mg[(OH)4Si2O5]2, составляющий более 95% мирового потребления асбеста. Он производится в виде волокнистого порошка с различной длиной волокон, а также в виде бумаги, пряжи, тканей и войлока. Асбест используется в пластмассах в качестве усиливающего наполнителя, придавая изделиям повышенные прочность и модуль упругости при изгибе, улучшая их сопротивление ползучести и теплостойкость, снижая термический коэффициент расширения, позволяя регулировать текучесть композиции и снижая стоимость материала. Недостатком асбеста являются пониженные значения ударной вязкости полимерных композиций. Существуют также некоторые трудности в переработке материалов на их основе, темный цвет получаемых пластмасс и необходимость дополнительной стабилизации ряда полимеров, наполненных асбестом. При работе с асбестом требуется применение специальных мер безопасности, поскольку он может вызывать у людей, работающих с ним, легочные заболевания (предельная допустимая концентрация асбеста составляет два волокна длиннее 5мкм на 1 см3 при вдыхании в течение 8 часов). Основные типы асбеста. Существует два больших класса минералов, называемых асбестами, но только один вид одного класса широко используется в промышленности – это хризотиловый асбест или волокнистая модификация серпентина – наиболее важный класс асбестов. Его объем составляет 95% мировой добычи. Второй класс асбестов, так называемые амфиболы, содержит 5 типов асбеста. Однако добываются и используются в промышленности только три из них, причем каждый обладает специфическими свойствами, обусловливающими его применение: крокидолит - один из представителей амфиболов, товарный продукт имеет голубой цвет и отличается высокой кислотостойкостью, применяется в производстве асбестоцементных материалов; амозит, широко применяемый в качестве теплоизоляционного материала; третьим промышленным типом амфиболов является антофиллит (рисунок 13.1).
Рисунок 13.1 - Электронные микрофотографии некоторых типов асбеста (увеличение 2500). Каждый сорт асбестового волокна содержит определенный набор волокон различной длины и диаметра. Длинноволокнистые сорта асбеста всегда содержат короткие волокна, но коротковолокнистые – никогда не содержат длинных волокон. Химические и физические свойства асбеста. Асбест (неорганический силикат) обладает высокими тепло-, атмосферостойкостью и химической инертностью. Хризотиловый асбест, представляющий собой высокогидратированный силикат магния, состоит из последовательно чередующихся слоев тетраэдров оксида кремния и гидроксида магния. Он легко реагирует с сильными кислотами с сохранением сетки диоксида кремния. Стоек к действию оснований, но способен реагировать с сильными щелочами, например, с кипящим 70%-ным раствором КОН. Асбест также обладает высокой инертностью к растворителям и другим химическим реагентам. На асбест не действует солнечная радиация, озон или кислород. Он растворим в воде, часто используется как термостойкий материал для теплоизоляции. При 1300С из него выделяются 1-2% сорбированной воды, выше 2000С начинает медленно отщепляться кристаллизационная вода. Этот процесс резко ускоряется в случае хризотилового асбеста при температуре выше 6000С. Потеря воды необратима. Гидроксид магния переходит в оксид магния с сохранением структуры диоксида кремния, однако волокно при этом теряет прочность и становится очень хрупким. При температурах выше 8100С хризотиловый асбест претерпевает фазовое превращение и переходит в форстерит. При 15200С он плавится. Асбест адсорбирует пары воды в атмосферных условиях. При влажности от 50 до 70% сорбирует 1,5-2,0% воды, а при влажности выше 90% - до 3%. Сорбированная влага не оказывает какого-либо заметного влияния на свойства асбопластиков. Десорбция воды протекает практически мгновенно в полностью сухой атмосфере или при повышенной температуре. При погружении в воду некоторое количество гидроксида магния хризотила растворяется в воде, и она становится слегка щелочной. Поэтому алюминий и другие материалы, нестойкие к действию щелочей, могут в этих условиях подвергаться коррозии. Прочность и модуль упругости асбеста при растяжении очень высоки. Асбест и особенно хризотиловый асбест не обладают высокой твердостью и обычно не вызывают большого износа производственного оборудования. В некоторых случаях в асбесте могут присутствовать твердые примеси, такие как кварц и магнетит, которые способны вызывать значительный износ оборудования, однако обычно они имеют столь высокую степень измельчения, что действуют подобно полировальной пасте. Одним из важных преимуществ хризотилового асбеста и крокидолита перед другими волокнистыми материалами неорганического происхождения является их высокая гибкость. Их можно перерабатывать практически любыми методами без разрушения волокон по длине. Однако при этом пучки волокон могут легко разделяться на отдельные волокна микроскопически размеров, что, по-видимому, создает эффект разрушения волокна. Асбест производится в различных формах, которые широко используются как усиливающие наполнители для пластмасс. Высокопрочные материалы получают обычно методом пропитки асбестовой бумаги или ткани жидкими отверждающимися связующими, содержание которых может достигать 70%. Единственными видами асбеста, используемыми в производстве бумаги или ткани, являются хризотиловый асбест и крокидолит. Для повышения пористости листовых асбестовых наполнителей часто используют асбестовый войлок. Такой войлок легко пропитывается и прессуется в слоистый пластик. Из асбеста получают нити, однако в качестве наполнителей они используются только в виде тканей или лент. Наибольшее количество асбеста используется в промышленности пластмасс в порошковом виде. Волокнистый порошок вводят в смолу вместе с другими ингредиентами и получаемый премикс перерабатывают прессованием, литьем под давлением или экструзией. Совмещение асбеста с полимерами. При смешении асбеста в сухом виде с порошкообразным полимером, полученная смесь обладает малой текучестью и малой кажущейся плотностью, что очень затрудняет подачу смеси непосредственно в экструдер, литьевую машину или пресс-форму и формование изделий. Поэтому асбест с полимерами необходимо смешивать в расплаве. Один из методов, используемых в случае термопластов, заключается в сухом смешении компонентов с последующим экструдированием и получении полуфабриката в виде гранул. Гранулы в дальнейшем перерабатывают экструзией или литьем под давлением. Основным требованием при этом является получение непористых таблеток, что достигается удалением воздуха из экструдера; по другому методу смешение полимера с асбестом проводят в смесителе Бенбери с последующим таблетированием. С порошкообразными термореактивными смолами асбест совмещается в присутствии минимального количества растворителя. После сушки композиции перерабатываются прессованием. Жидкие термореактивные смолы смешивают с асбестом в любых смесителях для высоковязких систем. Премикс может быть экструдирован в виде гранул или использоваться непосредственно для прессования. Как и другие наполнители, асбест имеет свои достоинства и недостатки при использовании в пластмассах:
14 Древесная мука Древесная мука представляет собой тонкоизмельченную и высушенную древесину волокнистой структуры. Используется для усиления полимерных материалов. Изготавливается древесная мука преимущественно из мягкой древесины хвойных пород (ель, пихта, сосна), Древесина, содержащая значительное количество масел, например, кедр, непригодна. Древесная мука изготавливается из опилок, щепы и стружки размолом на жерновой мельнице и внешне похожа на пшеничную муку. Древесина в процессе производства древесной муки практически не подвергается химическим превращениям. Химический состав древесной муки соответствует составу исходной древесины и содержит в качестве основных компонентов целлюлозу и лигнин, древесную муку можно считать полностью натуральным природным материалом.  Обычно для наполнения полимеров используется мука с размером частиц 40 (348 мкм), 60 (212 мкм) и 80 (158 мкм) меш, но выпускается мука и более тонкого помола с размером до 140 меш (44 мкм). Древесную муку используют в составе комплексных наполнителей (в сочетании с минеральными) для направленного регулирования свойств материалов. Древесина – высококачественный наполнитель, характеризующийся низкой плотностью, достаточной прочностью, высокой демпфирующей способностью, хорошей адгезией к связующим, низкой теплопроводностью. Волокнистая структура частиц древесины пориста и неоднородна, в ней различают капилляры (открытые и закупоренные), фибриллы и межфибриллярное пространство (рисунок 14.1). Пропитка волокнистых частичек связующими происходит через торцевые поверхности, при этом связующее проникает не только в межчастичное пространство, но и в межфибриллярное и в капилляры (открытые). Возможность проникновения связующего в капилляры и межфибриллярное пространство определяется соотношением размеров элементов частицы и молекул пропитывающего состава, а также наличием влаги в элементах частицы. Для частиц древесной муки характерны следующие размеры: длина 0,1-2,0 мм, ширина и толщина менее 0,25 мм, диаметр капилляров составляет 33 мкм для частичек муки из ели и сосны, 41 мкм – пихты.  1 – частица древесины лиственных пород; 2 – частицы древесины хвойных пород с открытыми капиллярами; 3 - частицы древесины хвойных пород с закупоренными капиллярами; 4 – межчастичное пространство, заполненное связующим; 5 – граница раздела на наружной поверхности частицы; 6 – граница раздела на капиллярной поверхности; 7 – торец фибриллы Рисунок 14.1 – Модель волокнистой структуры частиц древесины Частицы древесной муки характеризуются удельной наружной поверхностью Sнар, которая изменяется в зависимости от размера частиц. Например, для древесной муки из опилок и стружки ели с размером частиц 0,25 мм Sнар = 212 м2/кг, а для частиц в размером 4,6 мм Sнар = 8,1. Для волокнистой структуры древесины характерны еще два типа удельной поверхности: внутренняя капиллярная (Sк) и межфибриллярная (Sм). Значения Sк и Sм определяют степень проникновения связующего внутрь древесного наполнителя (т.е. степень наполнения и качество пропитки наполнителя, величину межфазного слоя и его структуру и свойства) и также изменяются в широких пределах, в зависимости от природы древесины (от 173 м2/г для сосны до 215 м2/г для осины). Важным показателем для частиц древесной муки является влажность, т.к даже размеры частиц могут значительно увеличиваться при повышенном содержании влаги, кроме того влага находится и в капиллярах и в межфибриллярном пространстве, что как правило требует тщательной сушки наполнителя перед совмещением со связующим. Свойства частиц древесной муки определяется породой древесины, возрастом и местом расположения частицы в стволе. Плотность, кроме этого, сильно зависит от влажности, например, для сухой древесной муки из ели плотность равна 0,42 г/см3, а при 8%-ной влажности уже 0,437 г/см3; для сухой древесной муки из сосны 0,47 г/см3, при 8%-ной влажности – 0,491 г/см3. Насыпная плотность древесной муки зависит от многих факторов (влажность, размеры и формы частиц, порода древесины) и находится в пределах 0,100 – 0,220 г/см3. Древесная мука обладает выраженными сорбирующими свойствами, а также тиксотропными качествами (мажется, но не течет). Характер разрушения при механическом нагружении древесины хрупкий. Прочность при растяжении вдоль волокон древесины из сосны составляет 103 МПа, из ели 100 МПа, из пихты 65,5 МПа; прочность при сжатии 45, 39, 34,5 МПа соответственно. Основными недостатками древесной муки являются низкие влаго-, тепло- и химстойкость. |
