Минерального наполнителя

АСФАЛЬТ (от греч. usphaltos — горная смола) — строит, вяжущий материал, смесь битума с тонко измельчённым минеральным наполнителем. Различают А. природный (встречается сравнительно редко) и искусственный. В СССР в стр-ве используют искусств. А., обычно наз. асфальтовой мастикой, или асфальтовым вяжущим,— смесь 13—60% нефт. битума с известняковым порошком. Её применяют в смеси с песком, гравием, щебнем для устройства полов, тротуаров, покрытий и как гид-роизоляц. материал. Асфальтовая мастика является составной частью асфальтобетона.

Метод интегрального смешения силана с компаундом, стекловолокном и минеральным наполнителем позволяет широко варьировать состав композитов путем изменения содержания стекловолокна и наполнителя с силановым аппретом для придания композитам требуемых физических свойств. С помощью С-силана можно получить высоконаполненные системы с максимальной прочностью, что позволяет использовать низкопрочные полиэфирные связующие в тех случаях, когда добавление термопластичных смол ухудшает физические свойства композита.

наполненной порошкообразным минеральным 'наполнителем.

Влияние воды на армированные минеральным наполнителем полимерные композиты может быть довольно сложным в зависимости от природы полимера и наполнителя. У таких чувствительных к воде полимеров, как найлон, адсорбция воды вызывает набухание и снижение модуля упругости. Термореактивные' смолы, например полиэфиры, в горячей воде вначале набухают, а затем сжимаются до исходного объема в результате выделения растворимых веществ и процесса полимеризации остаточных функциональных групп [3]. Первоначальное набухание в воде приводит к снижению усадочных напряжений в полимере, и поэтому механические свойства композитов могут улучшаться при кратковременной выдержке, пока не начинается деструкция полимера или взаимодействие воды с поверхностью раздела. Полиолефины и кремнийорганические смолы относительно инертны к воздействию воды.

ния молекул воды. Влияние наполнителя NaCl на поглощение воды при относительной влажности 60% незначительно, но полимер, армированный двуокисью кремния, поглощает влагу гораздо сильнее, чем ненаполненные каучуки, даже в атмосфере с более низкой влажностью. На поверхности раздела между гидрофильным минеральным наполнителем и смолой наиболее вероятно скопление молекул воды в виде пленки или капель. Водорастворимые минералы при растворении в воде образуют капли насыщенного раствора; возникающее на поверхности раздела осмотическое давление может вызвать растрескивание отвержденной смолы [2]. Композиты, армированные гидрофобными минеральными наполнителями, например графитом, менее чувствительны к воде, так как скопление воды на поверхности раздела менее вероятно.

1 —-от незначительного до слабого повреждения (применимы почти всегда); 2 — от слабого до умеренного повреждения; s — от умеренного до сильного повреждения (ограниченное применение); 4 — фенольный пластик, армированный стекловолокном; 5 — фенольный пластик с асбестовым наполнителем; 6 — фенольный пластик без наполнителя; 7 — эпоксид нал смола с ароматическим отвердителем; S — полиуретан; 9 — полиэфир с наполнителем из стекловолокна; Ю — полиэфир с минеральным наполнителем; 11 — полиэфир без наполнителя; 12 — силикон с наполнителем из стекловолокна; 13— силикон с минеральным наполнителем; it — силикон без наполнителя; 15 — фурановая смола; 16 — меламиноформаль-дегидная смола; 17 — мочевиноформальдегидная смола; 18 — анилиноформальдегидная смола.

Полиэфир на основе алкидных смол «Пласкон» («Plaskon» alkyd) с минеральным наполнителем Предел прочности на разрыв 3,3 кг/мм2 Удлинение 0,17% Модуль упругости 2250 кг/мм? Предел прочности па срез 4,9 кг/мм% Ударная вязкость 0,054 кгм

Введение минеральных наполнителей увеличивает радиационную стойкость полиэфиров примерно в 100 раз. Бонн и Зисман [8] нашли, что физические свойства полиэфира на основе алкидных смол «Пласкон»-с минеральным наполнителем начинают быстро ухудшаться при дозах выше 8,6-109 эрг/г.

В качестве конструкционных материалов можно использовать алюминий, сталь (1010, 1020 и т. д.), стекло, керамику, слюду «Микалекс», пластики с минеральным наполнителем.

Материал для газопламенного напыления ПФН-12 —• смесь новолачной смолы, модифицированной поливинилацеталем, с уротропином и минеральным наполнителем; применяется для выравнивания швов и заглаживания поверхностей кузовов и кабин автомобилей взамен свинцово-оло-вянистого припоя; рекомендуется в качестве покрытия по металлу; прочность сцепления с металлом не менее 100 кг/смг; сопротивление прямому удару 50 кг/смг;

Меламиноформальдегидные пластмассы 150 нителем С минеральным наполнителем

В соответствии с теорией связанного слоя силановая аппретирующая добавка выполняет двойную функцию: с одной стороны, она способствует уплотнению полимерной структуры на поверхности раздела, а с другой стороны, является связующим между поверхностью раздела и поверхностью минерального наполнителя '[48}» Трудна согласовать эту концепцию с необходимостью релаксации напряжений на поверхности раздела, вызываемой раз* личвем в термической усадке пошшера и наполнителя.

Во многих системах, не содержащих сажу, применяется комбинация двуокиси титана и минерального наполнителя. Обработка D- и Н-силанами способствует значительному улучшению свойств эластомерных смесей, что видно на примере смесей этиленпропи-лендиенового, бутадиенстирольного и натурального каучуков, наполненных двуокисью титана и мокрой глиной [29]. Анализируя данные табл. 25, можно сделать следующие выводы:

B. Влияние стабильности ковалентных связей силановых аппретов с поверхностью минерального наполнителя на их эффективность . . 196

и поверхностью минерального наполнителя. По относительной стабильности водных растворов силанолов Плюдеман [31] рассчитал, что простые органические силантриолы имеют ИЭТП^З. Такие силанолы наиболее эффективны на поверхностях с ИЭТП в пределах 2—9 и значительно менее эффективны при контакте с поверхностями, имеющими щелочную реакцию. Полиэфирные и эпоксидные композиты на основе обработанного силаном стеклянного волокна примерно в одинаковой степени сохраняют прочность после кипячения в водных средах с рН=2ч-10 i[34].

Изучение смачивания обработанного силаном стеклянного волокна существенно для понимания механизм? первичного адгезионного взаимодействия силановых аппретов, так как поверхность раздела между аппретом и смолой исчезает в процессе изготовления композита. В идеальном случае остается только одна граница раздела: между полимером, который модифицирован силанолом, и поверхностью минерального наполнителя.

Если основное требование к силановым аппретам, а именно способность к взаимодействию со смолой, удовлетворяется, то дальнейшее улучшение их характеристик может быть достигнуто повышением критического поверхностного натяжения и смачивания аппретированного силаном минерального наполнителя. Чем лучше смачивание аппретированного стекла, тем полнее вытесняется воздух с его поверхности и тем меньше пористость материала [6]. Однако высокая активность аппрета при плохом смачивании дает лучшие результаты, чем хорошее смачивание в сочетании с пас- • сивностью силана.

Количество силанового аппрета на поверхности стекла, необходимое для обеспечения хороших механических характеристик стеклопластика, слишком мало, чтобы его можно было определить обычными аналитическими методами. С помощью метода меченых атомов удалось установить, что активность аппрета достигается при нанесении его на поверхность стекловолокна в виде пленки толщиной менее одного мономолекулярного слоя. Эффективность силановых аппретов не уменьшается, если их добавлять к смолам в количестве, достаточном для образования мономолекулярного слоя на поверхности минерального наполнителя. Более толстые пленки, образующиеся путем гидролиза и последующей конденсации силановых аппретов, представляют собой рыхлые малопрочные и неводостойкие покрытия. Они эффективны только при условии контакта с поверхностью стекловолокна в силанольной форме. В случае их применения в виде алкоксисиланов необходимо присутствие воды на поверхности раздела [14], если же они полностью сконденсированы в силоксаны и нанесены из растворов в органических растворителях, то они неэффективны.

В. Влияние стабильности ковалентных связей силановых аппретов с поверхностью минерального наполнителя на их эффективность

Максимальный эффект при аппретировании волокна, определяемый по повышению прочности композитов как в исходном, так и во влажном состояниях, достигается при использовании неполярных смол. Хотя сами смолы весьма устойчивы к воздействию влаги, силы Ван-дер-Ваальса между ними и стеклом очень чувствительны к действию воды, присутствующей на 'поверхности минерального наполнителя. Влияние силановых аппретов наглядно подтверждается данными Вандербильта [50] для стеклопластиков на основе аппретированных и необработанных волокон и различных смол (рис. 6). Абсолютные значения прочности стеклопластиков на основе аппретированной силаном стеклоткани в исходном и влажном состояниях оказались примерно равными (~56 кгс/мм2). Это дает основание полагать, что силанолы обеспечивают на поверхности раздела высокую концентрацию гидроксильных групп, защищающих стеклопластики от воздействия воды в процессе изготовления. Наличие силанольных групп на поверхности раздела позволяет в наибольшей степени использовать свойства смолы. Если передача напряжений через поверхность раздела препятствует дальнейшему улучшению механических свойств и водостойкости композитов со стеклянными наполнителями, то с помощью силановых аппретов отрицательное воздействие этого фактора устраняется или уменьшается.

Улучшение эксплуатационных характеристик органоминераль-ных композитов путем аппретирования минерального наполнителя силанами объясняется либо уплотнением структуры полимера (теория фиксированного слоя), либо достижением внутреннего равновесия в процессе отверждения при условии более мягкой поверхности раздела (теория деформируемого слоя) (гл. 1). Изучая влияние силановых аппретов на поверхность наполнителей, Плю-деман [37] показал, что более эффективные силаны (если степень их воздействия оценивать по улучшению механических свойств композитов) стимулируют выделение большего количества тепла при отверждении смол. Эти данные согласуются с теорией фиксированного слоя, находящегося на модифицированной силанами поверхности раздела в полимерных композитах.

Известно, что минеральные наполнители оказывают каталитическое влияние на отверждение смол и что это влияние специфично для каждой смолы и для каждого отвердителя. Так, полиэфирные смолы, отверждаемые перекисью бензоила, менее чувствительны к влиянию поверхности минерального наполнителя, чем те же смолы с инициирующей системой, состоящей из перекиси метил-этилкетона и соединения кобальта [46]. Введение стеклянного волокна, обработанного хромовым аппретом, замедляет желатиниза-цию полиэфирных смол в большей степени, чем введение того же волокна, но аппретированного силаном.