Файл: УП Наполнители.doc

Учебное пособие предназначено в помощь студентам для более углубленного изучения материаловедческих дисциплин по учебным планам бакалавриата, инженерии и магистратуры по направлению подготовки «Материаловедение и технология новых материалов».

В учебном пособии рассмотрены вопросы раздела "Наполнители для полимерных материалов" в соответствии с учебной программой дисциплины "Технология получения полуфабрикатов полимерных и композиционных материалов".

Содержание

Введение …………………………………………………………………	5
1 Классификация и общая характеристика дисперсных наполнителей ……………………………………………………………………	6
2 Карбонат кальция …………………………………………………….	17
3 Каолин …………………………………………………………………	22
4 Полевой шпат и нефелин …………………………………………….	26
5 Диоксид кремния ……………………………………………………..	30
5.1 Пирогенетический (коллоидальный) аморфный диоксид кремния ………………………………………………………………..	31
5.2 Осажденный (гидратированный) аморфный диоксид кремния и силикагель ……………………………………………………..	34
5.3 Измельченный кварцит (кварцевая мука) ……………………….	36
5.4 Стеклообразный диоксид кремния (плавленый кварц) ………..	37
6 Тальк …………………………………………………………………..	37
7 Металлические порошки …………………………………………….	41
8 Технический углерод …………………………………………………	45
9 Графит …………………………………………………………………	49
10 Сферические наполнители (микросферы) …………………………	54
10.1 Сплошные микросферы ……………………………………….	55
10.2 Полые сферические наполнители …………………………….	61
10.2.1 Неорганические полые микросферы ………………….	62
10.2.2 Свойства органических полых микросфер ……………	63
10.3 Применение полых микросфер ………………………………..	64
11 Слюда …………………………………………………………………	65
12 Волластонит (силикат кальция) …………………………………….	68
13 Асбест ………………………………………………………………...	71
14 Древесная мука ………………………………………………………	75
Основная литература ……………………………………………………	77
15 Стеклянные волокна …………………………………………………	78
15.1 Исторический очерк ……………………………………………..	79
15.2 Общие сведения о получении стекол и стеклянных волокон …	81
15.3 Характеристика стекловолокон …………………………………	86
15.4 Поверхностные свойства стеклянных волокон …………………….	96
15.5 Текстильные формы стекловолокнистых наполнителей ……..	102
Литература ………………………………………………………………	110
16 Базальтовые волокна ………………………………………………..	111
16.1 Общая характеристика базальтовых волокон ………………….	111
_{16.2 Составы и свойства базальтовых волокон ……………………..}	115
_{16.3 Текстильные формы базальтоволокнистых наполнителей ……}	123
Литература ………………………………………………………………	127
17 Углеродные волокна …………………………………………………	128
17.1 Исторический очерк ……………………………………………..	128
17.2 Особенности структуры волокнистых форм углерода ………..	131
17.3 Типы и свойства углеродных волокнистых наполнителей ……	144
Литература ……………………………………………………………….	166
18 Арамидные волокна ………………………………………………….	168
18.1 Исторический очерк ……………………………………………..	168
18.2 Особенности структуры арамидных волокон ………………….	172
18.3 Свойства арамидных волокнистых наполнителей …………….	181
18.4 Текстильные формы арамидных волокон ………………………	187
Литература ……………………………………………………………….	195

Введение

1 Классификация и общая характеристика дисперсных наполнителей

Наполнители классифицируют:

В твердой фазе по геометрической форме частиц:
1. Определенной геометрической формы (например, сферы, куб, параллелепипед, чешуйки, пластины)
2. Неопределенной геометрической формы (например, порошки, крошка).
По химическому составу (например, карбонат кальция, кремнезем).
По источнику получения (природе): минеральные, органические, синтетические, природного происхождения.
По назначению: армирующие, усиливающие, заполняющие, триботехнические, электротехнические и т.п.

Форма частиц. Выбор наполнителя определяется в первую очередь размерами его частиц и их распределением по размерам (полидисперсностыо), а также формой частиц и характером их упаковки. Общая классификация и характеристики частиц наполнителей приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Классификация частиц наполнителя и основные параметры частиц.

Класс частиц	Сфера	Куб	Параллелепипед	Чешуйка	Волокно
Идеализированная форма частиц
Описание формы частицы	Сферическая	Кубическая, призматическая, ромбоэдрическая	Брусчатая, призматическая, нерегулярная	Пластинчатая, чешуйчатая	Игольчатая, вытянутая, волокнистая
Относительные размеры частиц
длина L	1	~1	1,4—4,0	1	1
ширина W	1	~1	1,0	<1	<0,1
высота Т	1	~1	1-<1	0,01—0,25	<0,1
Седиментационный диаметр	1	ДЭС	ДЭС	ДЭС	ДЭС
Эквивалентная площадь поверхности частиц	1	1,24	1,26—1,5	1,5—9,9	0,1—1,87
Примеры	Стеклосферы, микросферы	Кальцит, полевой шпат	Кальцит, полевой шпат, оксид кремния, оксид бария	Каолин, слюда, тальк, графит, гидроксид алюминия	Силикат кальция, древесные опилки, асбест, волластонит

Деление частиц на классы достаточно произвольно и основано на различии в площади поверхности частиц. Эта классификация учитывает две основные характеристики дисперсных наполнителей — размеры частиц и площадь их поверхности.

Большинство традиционно используемых дисперсных наполнителей представляют собой минералы, добываемые из скальных пород или руд и соответствующей обработкой превращаемые в порошки. При этом дробление происходит неравномерно и частицы наполнителей обычно имеют нерегулярную форму. Некоторые наполнители, такие как стеклосферы, осажденные силикаты, карбонаты кальция имеют более правильную форму. Природный каолин имеет форму гексагональных пластин (чешуек), однако в реальном наполнителе очень редко можно встретить частицы такой правильной формы.

Форма частиц большинства наполнителей различаются чрезвычайно сильно и их нельзя строго классифицировать. Коэффициент формы (К_е) влияет на вязкость материала и распределение напряжений в наполненных материалах. Значение к_е определяется реологическим методом и меняется от 2,5 для шарообразных до 5,9 для эллипсоидных частиц с отношением длин полуосей, равным 10. Ряд наполнителей характеризуется регулярной формой. Значения К_е для частиц различной формы и размера:

Шарообразная -2,5

Пластинчатая -5,0

Неопределенной формы -4,0

Цилиндр, волокна

с отношением L/d2 4 6 10

2,58 3,1 3,8 5,9

С увеличением К_е увеличивается вязкость и концентрация напряжений в наполненных полимерах.

Теоретически плотность упаковки наполнителя в занимаемом объеме не зависит от размера частиц наполнителя:

- шарообразные частицы максимально могут занимать 0,64 доли объема,

- однонаправленные волокнистые цилиндрические – 0,91,

- прямоугольные волокна или призмы – 1, т.е. весь объем.

Практически доля введенного наполнителя, критическая степень наполнения, существенно зависит от размера частиц. При выборе геометрической формы частиц наполнителей учитывается их влияние на распределение нагрузки в композиции, и, следовательно, на механизм разрушения материала. Кроме того, принимаются во внимание размеры и форма изделий, технология переработки материалов и многое другое. Так, в случае изделий малой толщины и сложной конфигурации, предпочтение отдается высокодисперсным наполнителям (порошкам), поскольку они легко распределяются в связующем, сохраняя исходное распределение в процессе формования изделий. Применение высокодисперсных наполнителей снижает вероятность разрушения и расслаивания изделий при последующей механической обработке.

Основные принципы выбора наполнителя

Свойства, которые необходимо улучшить	Физическое состояние полимерной матрицы	Свойство, которое не должно ухудшиться с введением наполнителя	Требования к полимерной матрице	Требования к размерам и форме частиц наполнителя и адгезии к матрице	Концентрация наполнителя
Термопластичные полимеры
Модуль упругости	Стеклообразное	Ударная вязкость	Повышенная пластичность	Мелкодисперсные частицы с узким распределением по размерам	низкая
Модуль упругости	То же	Прочность при растяжении	Повышенные пластичность и жесткость	Тонкие волокна или чешуйки с хорошей адгезией к матрице	Низкая или средняя
Модуль упругости	*	Прочность при изгибе	Повышенная жесткость	Высокое значение_max, хорошая адгезия	Высокая или средняя
Износостойкость	*	Прочность при сжатии	Повышенные пластичность и жесткость	Высокая твердость, высокое _max	высокая
Плотность (понизить)	*	То же	Повышенные твердость	Стеклянные микросферы	Высокая или средняя
Модуль упругости	Эластичное	Вязкость	Низкая вязкость расплава	Высокое _max , широкое распределение частиц по размерам	низкая
Прочность при растяжении	*	Ударная вязкость	Высокое удлинение при разрыве	Мелкодисперсные частицы с узким распределением по размерам и средней адгезией к матрице	низкая
Ползучесть	*	Прочность при растяжении	Высокое или среднее удлинение при разрыве	Мелкодисперсные частицы с широким распределением по размерам и хорошей адгезией к матрице	Низкая или средняя
Прочность на раздир	*	Ударная вязкость	Среднее или высокое удлинение при разрыве	Мелкодисперсный наполнитель с узким распределением частиц по размерам и средней адгезии к матрице	низкая
Сетчатые (отвержденные или вулканизованные) полимеры
Модуль упругости	Стеклообразное	Ударная вязкость	Повышенная пластичность	Мелкодисперсный наполнитель с узким распределением частиц по размерам	Низкая или средняя
Модуль упругости или прочность при изгибе	То же	Прочность при растяжении	Средняя пластичность	Волокна или чешуйки	средняя
Прочность при растяжении или сжатии	*	Ударная вязкость	То же	Мелкодисперсный наполнитель или чешуйки	*
Прочность на раздир	Эластичное	Износостойкость	Повышенная жесткость	Мелкодисперсный наполнитель, твердый, с хорошей адгезией к матрице	Низкая или средняя

Смотрите также файлы

Тест на нормальность.doc

Гипотегы о средних. Сравнение средней с М(Х).doc

Гипотегы о средних. Сравнение двух средних.doc

Гипотегы о дисперсиях..doc

Formy_i_funktsii_kultury.docx

Файл: УП Наполнители.doc

Федеральное агентство по образованию

Введение

1 Классификация и общая характеристика дисперсных наполнителей

Смотрите также файлы

Информация

Списки файлов

Дополнительно