Технологии

Содержание добавок в полимерной композиции может изменяться в очень широких пределах. В зависимости от поставленной задачи, вида добавки и природы полимера оно может составлять от долей процента до 95 %.

Введением добавок можно изменять физико-механические, теплофизические, оптические, электрические, фрикционные и другие эксплуатационные характеристики исходного (базового) полимера.

Направленное изменение свойств базового полимера достигается путем введения следующих добавок:

-     наполнителей для упрочнения и(или) удешевления материала;
-     пластификаторов для улучшения технологических и эксплуатационных свойств;
-     стабилизаторов для повышения технологической и эксплуатационной стабильности;
-     фрикционных и антифрикционных добавок;
-     добавок, регулирующих теплопроводность и электропроводность;
-     антипиренов, снижающих горючесть;
-     фунгицидов, повышающих устойчивость к воздействию микроорганизмов;
-     добавок, регулирующих оптические свойства;
-     антистатиков;
-     добавок, создающих ячеистую структуру, и др.

Выбор тех или иных добавок для создания композиции, отвечающей требованиям, связан с их влиянием на ее свойства.

Добавки могут присутствовать в полимерной композиции в виде новой фазы или термодинамически совмещаться с полимерной основой, не изменяя ее фазовую структуру.

Чаще всего добавки образуют свою, собственную фазу, превращая полимерную композицию в гетерофазную систему. Материалы, состоящие из нескольких компонентов и имеющие гетерофазную структуру с поверхностью раздела фаз, называются композитами. Композиты, или композиционные материалы могут создаваться на полимерной, металлической и керамической основах. Композиционные материалы, имеющие полимерную непрерывную фазу, являющуюся матрицей, и одну или несколько дисперсных фаз, называются полимерными композитами.

Можно смело утверждать, что современное машиностроение и другие отрасли промышленности немыслимы без композиционных материалов. Неудивительно, что в последние десятилетия интенсивно развивается и наука о композиционных материалах. Современное материаловедение в значительной мере посвящено изучению композиционных материалов.

На базе одного полимера можно создать большое количество различных композитов. Их разнообразие определяется химической природой, размерами, формой и количеством дисперсной фазы, а также характером взаимодействия фаз на границе раздела. Дисперсная фаза в полимерном композиционном материале может быть твердой (в виде порошка или волокон), жидкой или газообразной.

Кроме того, существуют полимерные композиты, представляющие собой смеси термодинамически несовместимых полимеров.

Возможности создания композитов практически неисчерпаемы, поскольку велико число сочетаний, которое можно сделать из огромного количества компонентов, пригодных для их получения. Причем, это количество сочетаний следует еще умножить на число различных структур компонентов, которые можно получить, управляя их формированием путем изменения технологии изготовления материалов.

Нетрудно представить, что и свойства различных композиционных материалов изменяются в зависимости от их состава и структуры в широких пределах, позволяя материаловедам конструировать материалы с учетом решаемых задач.

В ряде композиционных материалов на основе металлической и керамической матриц полимер может находиться в дисперсной фазе. Так, при пропитке пористого металлического литья анаэробными мономерными материалами или олигомерными смолами после их полимеризации получают металлополимерные композиционные материалы.

Широко известны композиты, у которых непрерывной фазой является керамика. Пористая керамика, пропитанная термостойкими полимерами, обладает прочностью, стойкостью к удару и термостойкостью. Известны пропитанные полимером бетоны.

Пропитанная мономером древесина после его полимеризации также становится композитом с высокими прочностными свойствами, в котором полимер находится в виде дискретной фазы, диспергированной в непрерывной полимерной фазе - целлюлозе, составляющей основу древесины.

Свойства полимерных композитов в значительной мере определяются свойствами полимерной матрицы. Дисперсная фаза, которая может быть твердой, жидкой и газообразной, также оказывает очень большое влияние на свойства полимерных композиционных материалов. Созданием полимерных композитов можно повысить прочность, жесткость, теплостойкость, ударную вязкость, масло-, бензостойкость, улучшить технологичность, снизить плотность и стоимость, изменить другие свойства базового полимера. Это основной способ создания полимерных материалов с заданными свойствами.

Наука о полимерных композитах основана на знаниях, полученных учеными в различных областях фундаментальных наук: химии, физики, механики полимеров, физики твердого тела, теоретической и прикладной механики и др. Сегодня возможно рассчитывать свойства полимерных композитов и изделий из них, конструировать и проектировать материалы и изделия с заданными свойствами.

Полимерные композиционные материалы являются одним из наиболее важных и широко используемых классов современных конструкционных материалов. Их потребление постоянно растет и составляет в развитых странах более 100 кг в год на каждого жителя.