Файл: УП Наполнители.doc

Минерал тальк представляет собой гидратированный силикат магния следующей химической формулы 3MgO4SiO₂H₂O, относящийся к подклассу филлосиликатов. Теоретически он содержит 31,7% MgO, 63,5% SiO₂ и 4,8% H₂O. Состав реального минерала содержит примеси (оксиды и карбонаты кальция, алюминия в виде кальцита, доломита, хлорита, магнезита и т.п.), и зависит от месторождения. В качестве наполнителя для полмерных материалов наибольшую ценность представляет тальк в виде тонкоизмельченного порошка белого цвета с пластинчатыми частицами, которые оказывают усиливающий эффект.

Добыча таклька осуществляется традиционными для горной промышленности методами – карьерным или шахтным. Выработанную , очищенную и обогащенную породу подвергают дроблению, измельчению и фракционированию. Для получения материалов со специальными свойствами используют прокаленный тальк (содержит минимальное количество примесей).

Тальк имеет триоктаэдральную трехслойную структуру: монокристаллы талька состоят из трех слоев. Внутренний слой – бруцит (гидрооксид магния MgOH₂O), внешние слои – кремнезем (SiO₂). Слои связаны между собой слабыми Ван-дер-ваальсовыми связями и легко смещаются относительно друг друга под действием сдвиговых напряжений. Химически инертное вещество, характеризуется высокой кислотостойкостью.

Физические свойства. Чистый тальк имеет наименьшую твердость из всех известных минералов и является скользким на ощупь. Твердость по Мосу ( шкала от 1 до 10, 10- у алмаза) составляет 1. Твердость талька повышается с повышением содержания примесей.

Кристаллы талька могут иметь пластинчатую (ламеллярную), чешуйчатую (лепестковую), волокнистую (иглообразную) или блочную форму. В большинстве случаев в качестве дисперсного наполнителя используют частицы пластинчатой формы (рисунок 6.1)., такие частицы оцениваются по характеристическому отношению: отношение диаметра частиц к толщине. Тальк имеет высокое характеристическое отношение.

а б

Рисунок 6.1 – Электронная микрофотография частиц калифорнийского (а) и из штата Монтана (б) талька. Увеличение 5000.

Поверхностные свойства частиц зависят от месторождения, например, тальк из Монтаны гидрофобен, а тальк из Калифорнии – гидрофилен. Тальк имеет высокую удельная поверхность (из-за пластинчатой формы) и маслопоглощение, которые варьируются степенью диспергирования частиц.

Тальк типичный изолятор, имеет высокую термостойкость (до 900⁰С), низкий коэффициент теплопроводности и высокую стойкость к тепловым ударам. При нагревании тальк теряет часть связанной воды без каких-либо нарушений в структуре кристаллов и оптических свойств. Тальк характеризуется тремя показателями преломления: х = 1,539, у = 1,589 и z = 1,589. Угол между оптическими осями имеет малую переменную величину. Тонкодисперсные порошки талька имеют очень высокую степень белизны.

Плотность талька 2,7-2,8 г/см³; насыпной объем (0,36-0,38)  10^-3 м³/кг; насыпная плотность 0,16-0,24 г/см³ (для ультратонких порошков) и 0,48 г/см³ (для крупнозернистых); рН 5%-ной дисперсии в воде 9,0-9,5.

Механические свойства композиций на основе талька. Благодаря пластинчатой форме частиц высокому характеристическому отношению частиц тальк является усиливающим наполнителем (рисунки 6.2, 6.3), введение талька улучшает текучесть, формуемость композиций и снижает усадки при формовании, повышает качество поверхности деталей. Введение талька в ПП, ПВХ (рисунок 6.4) , ПА и фенольные пресс-композиции дает повышение модуля упругости без снижения прочности.

Для обеспечения прочного адгезионного взаимодействия на границе раздела фаз частицы талька обрабатывают кремнийорганическими аппретами, что позволяет получать материалы с более высокой жесткостью (особенно при повышенных температурах), стойкостью к тепловому удару и ударным нагрузкам.

7 Металлические порошки

Металлические дисперсные наполнители придают полимерным материалам такие специфические свойства, как повышенная тепло- и электропроводность, магнитная восприимчивость, повышенная теплоемкость и экранирующая способность против действия радиационных излучений. Наполненные порошкообразными металлами полимерные композиции используются для ремонта машин и оборудования (в качестве клеев), в производстве магнитных лент, коррозионностойких защитных покрытий и в электронной технике.

Порошки железа

В порошковой металлургии используют главным образом пористое железо. Широко применяют также порошки электролитического железа, силицированной стали и специальные виды порошков, такие как стальной порошок с повышенным содержанием железа, смеси порошков железо-углерод, железо-медь-углерод, порошки никелевых, нержавеющих, никельмолибденовых сталей. Порошки электролитического железа и порошки, получаемые в результате разложения карбонила железа, используют в производстве магнитных лент, специальных чернил и фармацевтических продуктов. Железо получают из шведской руды повышенной чистоты и помола, окалины, распылением высокоуглеродистого железа, предварительно расплавленного в вагранке, с последующей карбонизацией, или распылением расплава низкоуглеродистой стали при помощи водяной струи подающейся под большим давлением.

Порошки меди

Медь и ее сплавы находят широкое применение в порошковой металлургии. Для их получения используют методы воздушного распыления расплавов, электролиза водных растворов солей меди или их восстановлением водородом при повышенных температуре и давлении. Основное применение порошки меди находят в производстве щеток двигателей. Широкое применение находят порошкообразные латуни, бронзы и сплавы никеля и серебра.

Порошки алюминия

Для получения порошков алюминия или его сплавов обычно сначала дробят крупные куски металла в молотковых мельницах, а затем измельчают их до частиц требуемых размеров в шаровых мельницах. Порошки с мелкими сферическими частицами получают распылением расплавленного металла сильным воздушным потоком. Порошки, предназначенные для пигментирования лакокрасочных покрытий. Имеют частицы чешуйчатой формы.

Порошки свинца и цинка

Свинец и цинк, являясь наиболее мягкими и легкоплавкими металлами, легко распыляются с образованием очень мелких частиц. Мелкодисперсный свинец широко применяют для создания экранной защиты от действия радиационного излучения. Цинк является элементом, образующим электролитическую пару с железом, и широко используется в качестве антикоррозионных защитных покрытий, а также в качестве дисперсных наполнителей полимерных защитных покрытий для железа и его сплавов.

Полимерные материалы, наполненные порошками металлов, находят широкое применение в различных отраслях промышленности благодаря своим специфическим свойствам. Выбор металлического наполнителя определяется функциональным назначением материала, экономическими или эстетическими соображениями. Широкое использование металлических порошков в качестве наполнителей полимеров чаще всего обуславливается возможностью регулирования плотности материалов, их внешнего вида, магнитных и других их физических свойств.

Свойства основных промышленных типов металлических порошков. Производство порошков таких металлов, как железо, медь, алюминий и их сплавы объясняется потребностями порошковой металлургии. Большое количество порошков никеля, кобальта, вольфрама, олова, марганца, висмута, серебра, бериллия и других используется в радиоэлектронной промышленности. Для защитных покрытий и экранов от проникающей радиации применяют тонкодисперсный свинец, кадмий, цинк, индий, бронзу, латунь, цирконий и молибден.

Порошки железа. Марки А-223, А-210 и А-230 (США)- порошки электролитического железа, используемые для изготовления сердечников осцилляторов и трансформаторов. А-290-электролитическое железо, используемое в изделиях, работающих в небольших магнитных полях

Порошки алюминия. Для наполнения каучуков и пластических масс-MD13,MD-101,MD-201, .Порошки алюминия произвольной и игольчатой формы-Алмесс100Р.

Порошки меди. Содержание чистой меди 99,4% .Для получения токопроводящих резин, клеев и пластмасс. Используют их также для изготовления вкладышей подшипников, для регулирования размера точности деталей, получаемых методом порошковой металлургии (48-44 мкм), для получения вкладышей цепных муфт.

Введение металлического дисперсного наполнителя в полимеры наиболее резко изменяет их электрические, теплофизические и физико-механические свойства при высоких концентрациях наполнителя в материале, когда наблюдается контактирование металлических частиц друг с другом, свойства наполненных материалов изменяются скачкообразно. Например, при наполнении эпоксидной смолы порошком серебра можно достигнуть такой концентрации наполнителя, при котором небольшой его избыток приводит к резкому снижению электрического сопротивления.

Ухудшение физико-механических свойств полимерных материалов, содержащих металлические порошки, в первую очередь прочности при растяжении и изгибе может быть обусловлено высокой пористостью наполненных композиций и содержанием адсорбированной на поверхности порошков влаги: