- •Содержание
- •1. Общие представления о композиционных полимерных материалах 5
- •2 Композиции и Адгезия полимеров 14
- •3. Композиции с дисперсныМи наполнителЯми 23
- •4 Полимеры с волокнистыми наполнителями 58
- •5 Смеси полимеров 80
- •6 Композиции на основе полимеров и жидкостей 97
- •7 Газонаполненные полимеры (пенопласты) 108
- •8 Придание полимерам специальных свойств 126
- •1. Общие представления о композиционных полимерных материалах
- •1.1 История и причины создания композиционных материалов
- •1.2 Определение пкм
- •1.3 Классификация пкм
- •Усиление
- •Литература
- •2 Композиции и Адгезия полимеров
- •2.1 Работа адгезии
- •2.2 Адгезионная прочность
- •2.3 Теории адгезии
- •2.3.1 Адсорбционная (молекулярная) теория адгезии
- •2.3.2 Теория адгезии, основанная на рассмотрении разрушения
- •2.3.3 Теория слабого граничного слоя
- •2.3.4 Диффузионная теория адгезии.
- •Литература
- •3. Композиции с дисперсныМи наполнителЯми
- •3.1 Основные цели введения дисперсных наполнителей в полимеры
- •3.2 Дисперсные наполнители
- •3.2.1 Основные характеристики дисперсных наполнителей
- •3.2.2 Классификация дисперсных наполнителей
- •3.3 Смешение, как способ получения пкм
- •3.3.1 Общая характеристика процесса смешения
- •3.3.2 Характеристика качества распределения наполнителя
- •3.3.3 Механизм диспергирования агломератов наполнителя
- •3.3.4 Способы повышения качества диспергирования наполнителя
- •3.3.5 Механохимические процессы при смешении
- •3.3.6 Способы смешения полимеров с дисперсными наполнителями
- •3.4 Деформационные и реологические свойства полимеров с дисперсными наполнителями
- •3.4.1 Деформационные свойства
- •3.4.2 Реологические свойства
- •3.4.3 Модуль упругости и твердость
- •3.4.4 Предельная деформация
- •3.4.5 Влияние характеристик наполнителя на деформационные свойства
- •3.5 Прочность наполненных полимеров
- •3.5.1 Разрушение и прочность материалов
- •3.5.2 Механизм упрочнения полимеров высокодисперсными частицами
- •3.5.3 Работа разрушения и ударная вязкость
- •3.5.4 Температура хрупкости
- •3.5.5 Влияние различных факторов на прочностные свойства пкм
- •Литература
- •4 Полимеры с волокнистыми наполнителями
- •4.1 Теоретические основы наполнения полимеров волокнами
- •4.1.1 Механизм усиления полимеров волокнами
- •4.1.2 Влияние различных факторов на свойства полимеров с волокнистым наполнителем
- •4.1.3 Компоненты для пкм с волокнистыми наполнителями
- •Рассмотрим непрерывные волокна. Сюда относятся стеклянные, керамические (из оксидов металлов), базальтовые, борные, металлические и др. Волокна.
- •4.2 Методы получения полимерных изделий с волокнистыми наполнителями
- •4.2.1 Получение пкм с короткими волокнами и изделий из них
- •4.2.2 Методы получения изделий с длинными волокнами
- •4.2.3 Протяжка
- •4.2.4 Намотка.
- •4.2.5 Получение изделий формованием
- •Литература
- •5 Смеси полимеров
- •5.1 Термодинамика смешения полимеров
- •5.1.1 Адгезия между полимерами и способы ее повышения
- •5.3 Структура гетерогенных смесей полимеров
- •5.4 Механизм смешения полимеров и размер полимерных частиц
- •5.5 Механические свойства смесей полимеров
- •5.5.1 Влияние состава и структуры смесей полимеров на их механические свойства
- •5.5.2 «Усиление» хрупких полимеров каучуками
- •5.5.3 Термоэластопласты на основе смесей полимеров
- •Литература
- •Композиции на основе полимеров и жидкостей
- •6.1 Пластификация полимеров
- •6.1.1 Механизм пластификации
- •6.1.2 Влияние пластификатора на различные свойства полимера
- •6.1.3 Влияние характеристик пластификатора на его пластифицирующую эффективность
- •6.1.4 Теории пластификации.
- •6.1.5 Требования к пластификаторам.
- •6.2. Гетерогенные системы полимер - жидкость
- •Литература
- •7 Газонаполненные полимеры (пенопласты)
- •7.1 Классификация пенополимеров.
- •7.2 Структура и свойства газонаполненных полимеров
- •7.3 Общие принципы получения газонаполненных полимеров.
- •7.4 Основные методы получения пенопластов.
- •7.4.1 Механическое вспенивание.
- •7.4.2 Методы вспенивания полимеров газом, образующимися непосредственно в объеме композиции
- •7.5 Теоретические основы вспенивания полимеров
- •7.6 Характеристика твердых газообразователей
- •7.7 Методы получения изделий из вспененных полимеров
- •7.8 Применение газонаполненных полимеров.
- •Литература
- •8 Придание полимерам специальных свойств
- •8.1 Полимерные композиции с антифрикционными свойствами
- •8.1.1 Требования к материалам узлов трения
- •8.1.2 Придание полимерам антифрикционных свойств
- •8.1.3 Повышение стойкости полимеров к истиранию.
- •8.1.4 Промышленные антифрикционные полимерные материалы
- •8.2 Пкм с пониженной горючестью
- •8.2.1 Характеристики горючести полимерных материалов
- •8.2.2 Методы снижения горючести полимеров
- •8.2.2.1 Основные классы антипиренов
- •Литература
- •Основы создания полимерных композиционных материалов
- •420015, Казань, к. Маркса, 68.
1.2 Определение пкм
Для того, чтобы рассуждать о ПКМ, прежде всего, необходимо определить, что понимается под полимерными композиционными материалами. Однако точного и однозначного определения композиционного материала пока не дано. Дело в том, что среди ученых нет единого мнения, что считать композиционным материалом, а что – нет. Кроме того, из-за огромного разнообразия и множества КМ трудно в одной фразе выделить все признаки, объединяющие композиционный материал и отделяющие его от всех других материалов. Наиболее приемлемым является следующее определение.
Композиционными называются материалы, образованные объемным сочетанием двух или большего числа химически разнородных компонентов с четкой границей между ними.
По своей структуре композиционный материал можно представить состоящим из нескольких фаз: одной непрерывной фазы (матрицы) и одной или более дисперсных фаз, или состоящим из двух или более непрерывных фаз с возможными дисперсными фазами в каждой непрерывной фазе.
Композиционный материал, непрерывная фаза которого образована полимером, называют полимерным композиционным материалом.
Следует уточнить некоторые термины. В композиционных материалах дисперсионную среду (непрерывную фазу) называют матрицей или связующим, а дисперсную фазу – наполнителем или диспергированным веществом.
Помимо полимера ПКМ обычно содержит пигменты, пластификаторы, стабилизаторы, смазывающие вещества, газообразователи и другие полимеры и наполнители.
Но как уже отмечалось, это определение нельзя назвать полным и однозначным. Имеются материалы, которые не попадают под это определение, но которые традиционно относят к композиционным. Например, пластифицированные полимеры все считают композиционным материалом, в то же время между его компонентами (полимером и пластификатором) нет четкой границы раздела.
Поэтому необходимо перечислить основные виды ПКМ:
полимеры, содержащие любые твердые частицы или волокна;
смеси полимеров;
полимеры, содержащие жидкости в виде включений или пластификаторов;
полимеры, содержащие газообразные наполнители;
Кроме того, необходимо отделять композиционный материал от композиционной конструкции. Композиционный материал предназначен для изготовления деталей, а композиционная конструкция состоит из готовых деталей, сделанных из разнородных материалов.
Давайте посмотрим, какие ПКМ окружают нас? Это все резины, поскольку это каучук, содержащий усиливающий высокодисперсный наполнитель (технический углерод или оксид кремния). К ПКМ относятся все красочные эмалевые покрытия, поскольку представляют собой полимер, содержащий твердые порошкообразные пигменты и наполнители. Это древесностружечные и древесноволокнистые плиты, в которых стружки или древесные волокна связаны термореактивным полимером. Это линолеум и искусственная кожа, поскольку состоят из полимерного связующего, пластификатора и дисперсных наполнителей. Это стеклопластики, состоящие из стеклянных волокон, связанных полимером. Это ударопрочный полистирол, состоящий из полистирола с включениями частиц каучука. Подавляющее число окружающих нас изделий сделано не из "чистых" полимеров, а из ПКМ. Этот перечень можно еще долго продолжать, поскольку ПКМ буквально окружают нас всюду.