Файл: УП Наполнители.doc

Размер частиц пирогенетического диоксида кремния, определенный методами электронной микроскопии и дифракции рентгеновских лучей, составляет 30–100 Å, а удельная поверхность, определенная по методу БЭТ: 50 –380 м²/г.

Применение. При использовании пирогенетического диоксида кремния в качестве загущающей добавки, вводимой в небольших количествах в различные по составу жидкие композиции, наблюдается существенное увеличение вязкости и ярко выраженный тиксотропный эффект (рисунок 5.3).

Главной целью введения пирогенетического диоксида кремния в композиции на основе ПВХ является модификация их реологических свойств. Во избежание чрезмерного загущения композиций используют пирогенетический диоксид кремния с гидрофобной поверхностью частиц, получаемой в процессе обработки наполнителя аппретами, взаимодействующими с силанольными группами, имеющимися на поверхности частиц, с заменой их неполярными органическими группами типа метильных и других.

1 – олигоэфирная композиция; 2 - олигоэфирная композиция,

модифицированная этиленгиколем.

Рисунок 5.3 – Зависимость вязкости олигоэфирных композиций

от содержания аэросила.

При введении пирогенетического диоксида кремния в жидкие эпоксиаминные композиции проявляется загущающий эффект в результате трехмерной решеточной структуры между частицами диоксида и образования водородных связей между силанольными группами соседних частиц диоксида и амино-или иминогруппами отвердителя (амина). После отверждения частица диоксида способствуют повышению электрических и механических характеристик эпоксиполимера.

В резиновой промышленности пирогенетический диоксид кремния находит особенно широкое применение для усиления силоксановых каучуков, вулканизуемых при повышенных температурах. Силоксановые резины, наполненные аэросилом, являются прозрачными или полупрозрачными, в отличие от резин, наполненных техническим углеродом или более крупнозернистыми белыми дисперсными наполнителями, и обладают очень хорошими электрическими свойствами, сохраняющимися при повышенных температурах.

5.2 Осажденный (гидратированный) аморфный диоксид кремния и силикагель

Осажденный диоксид кремния представляет собой порошок с частицами коллоидных размеров, получаемый в результате химических реакций, протекающих в водной среде. Наименьшие размеры частиц – около 0,002мкм. Силикагель представляет собой порошкообразный диоксид кремния, состоящий из пористых частиц размером 2 – 25 мкм, образующихся в результате силиката натрия с минеральными кислотами. Удельная поверхность осажденного диоксида кремния и силикагеля равна соответственно 143 м²/г и 175 – 800 м²/г. Эксплуатационные свойства полимерных материалов на их основе существенно зависят от размера частиц и их геометрии, а также от содержания в них примесей. Использование осажденного диоксида кремния и силикагеля в определенной степени ограничивается их достаточно высокой стоимостью.

Основные свойства. Силикагель – это аморфный диоксид кремния, получаемый по реакции силиката натрия с минеральной кислотой, например серной. После выделения из раствора – это ультратонкие сферические частицы (рисунок 5.4).

Готовый силикагель характеризуется малым содержанием примесей, высокой пористостью и инертностью к химическим средам. Важнейшими контролируемыми параметрами силикагеля являются рН создаваемой им среды, размеры и объем пор, а также размеры самих частиц. Обработка внутренних и внешних поверхностей частиц позволяет получать наполнители специального назначения.

Рисунок 5.4 – Микрофотография пирогенического диоксида кремния низкой

плотности, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа,

увеличение 26000.

Свойства промышленных продуктов на основе диоксида кремния представлены в таблице 5.1

Применение. Вводимые в термопласты добавки силикагеля препятствуют слипанию листовых и пленочных материалов, облегчают диспергирование пигментов, регулируют реологические свойства, обеспечивают избирательную адсорбцию и удаление влаги, регулируют адгезию между покрытиями и т.д.

Таблица 5.1 - Свойства осажденного диоксида кремния и силикагеля.

Использование осажденного диоксида кремния в качестве наполнителя в композициях на основе феноло-формальдегидных смол, используемых в производстве тормозных прокладок, способствует повышению их стойкости против теплового старения и сопротивления истиранию.

5.3 Измельченный кварцит (кварцевая мука)

Промышленность выпускает наполнители на основе измельченного кварцита с низким содержанием примесей в виде порошков (кварцевой муки) со средними размерами частиц от 5 до 150 мкм. Их обычно получают из чистого кварцевого песка или кварцитного песчаника, состоящего из сферических частиц кварцита, соединенных между собой аморфным кремнеземом.

Основные свойства. Обширные месторождения кварцевого песка и кварцитного песчаника имеются во многих регионах мира. Примерно 9,7% от общего объема производства технических продуктов на их основе используется в качестве наполнителей полимерных материалов, главным образом пластиков и полимерных покрытий. Твердость измельченного кварцита достаточно высока и составляет 7 по шкале Мооса, что обусловливает ускоренный износ технологического оборудования.

Свойства кварцевой муки представлены в таблице 5.2.

Применение. При высоких степенях наполнения кварцевая мука повышает твердость и хрупкость термопластов (например, материалов на основе полиамидов).

Введение измельченного кварцита в Отверждающиеся композиции снижает усадку при формовании, повышает стабильность размеров деталей, улучшает электроизоляционные свойства и теплопроводность.

Таблица 5.2 - Свойства кварцевой муки.

5.4 Стеклообразный диоксид кремния (плавленый кварц)

Плавленый кварц (аморфный стеклообразный диоксид кремния) относится к термостойким материалам. Он имеет очень малый термический коэффициент расширения в интервале температур от абсолютного нуля (-273⁰С) до 1704⁰С (температура плавления кварца). Поэтому использование плавленого кварца в качестве наполнителя позволяет получать полимерные композиционные материалы с очень низкими термическими коэффициентами расширения и высокой стойкостью к тепловым ударам, оказывающиеся незаменимыми при эксплуатации в широком интервале температур и при их резкой смене. По другим показателям он близок к наполнителям на основе кристаллического диоксида кремния.

Основные свойства. Порошок плавленого кварца обычно содержит как крупные фракции, проходящие через сита 4 – 10 меш (2,6 мм – 1,47 мм), так и тонкие фракции (пудру), проходящую через сито 325 меш (44 мкм) и имеющие удельную поверхность 9 м²/г. Он имеет более низкую плотность (2180 кг/м³) по сравнению с кристаллическим кварцем (2650 кг/м³), которая обуславливает более высокую устойчивость к расслаиванию полимерных композиций, наполненных порошками плавленого кварца. Термический коэффициент расширения плавленого кварца, равный 0,310^-6 К^-1 ,значительно меньше, чем у других выпускаемых промышленностью дисперсных минеральных наполнителей. Этим обусловлена возможность получения полимерных композиционных материалов на его основе с наименьшими известными термическими коэффициентами расширения. Плавленый кварц состоит практически из чистого диоксида кремния. Типичный состав (в %) плавленого кварца: SiO₂ – 99,6; Al₂O₃ – 0,2; Fe₂O₃ – 0,04; Na₂O и К₂О – 0,02.

Применение. Порошки плавленого кварца состоят из фракций с тщательно контролируемым распределением по размерам и удельной поверхности. Наиболее эффективно их использование для материалов электротехнического назначения. При их использовании получают материалы с очень низкими термическими коэффициентами расширения (и, соответственно стабильными размерами деталей), исключительно высокой стойкостью к тепловым ударам и высокими прочностными показателями.

Порошки плавленого кварца нашли применение в качестве наполнителей силоксановых каучуков, эпоксидных смол, фторсодержащих полимеров и др.

6 Тальк