2. Импрегированные (пористые пропитанные) материалы:

Ко второй группе ПКМ относятся импрегнированные (т.е. пропитанные) матрицы. Пропитывать можно любой пористый материал – металл, керамику, пористый полимерный материал. Пропитанные металлы и керамики служат для изготовления подшипников скольжения. В качестве пропитки применяют низковязкие расплавы полимеров (ПА), растворы полимеров, смолы или мономеры, которые затем полимеризуют или отверждают. Кроме этого, такие керамические материалы как цемент или бетон можно пропитывать на стадии изготовления.

пропитанные добавка пропитка пропитанные

к раствору

Для этого применяют водорастворимые смолы (ФФС, ААС) или латексы полимеров (ПБ, СКС-30). При пропитке виниловыми мономерами (стирол, ММА) с последующей их полимеризацией прочность отвержденных цементных бетонов при сжатии возрастает с 15-20 Мпа до 200-250 Мпа. Т.е. более, чем в 10 раз. Из полимерных материалов, способных подвергаться пропитке, можно назвать древесину (фанера). Ее обычно пропитывают составами против гниения, для придания огнестойкости. Полимерные пропитки позволяют из обычной древесины получать имитацию высокопрочных декоративных сортов дерева (черное дерево, красное дерево). Пропитывают дерево обычно смолами типа ФФС, которые затем отверждают под давлением.

3. Усиленные матрицы:

Ктретьей, и основной, группе ПКМ относятся усиленные матрицы. Это полимерные матрицы, в которые введены дисперсные или волокнистые наполнители. В высоковязкие термопласты вводят дисперсные наполнители (мел, тальк, каолин, кварц) для разбавления (удешевления), повышения жесткости и снижения деформативности. В эластомеры вводят дисперсные наполнители (сажу, аэросил) для повышения прочности (рост в 3-4 раза). Их дозировки обычно составляют до 30% по объему. Применение дисперсных наполнителей существенно не меняет технологии получения изделий из ПКМ. В низковязкие реактопласты дисперсные наполнители вводят для придания ПКМ свойств самого наполнителя. Введение в смолу кварца и гранита дает возможность получать высокопрочные, жесткие синтетические граниты, коррозионностойкие полимербетоны с высокими электроизоляционными характеристиками, а введение декоративных наполнителей позволяет на прозрачных смолах получать декоративные покрытия и изделия (плиты, плитку, сантехнику). Их дозировки обычно составляют до 60-90% по объему. Получение изделий из подобных материалов осуществляют методами заливки или виброформования.

К дисперсным наполнителям относятся: минеральные (мел, кварц, аэросил, тальк, каолин, оксиды Al и т.п.), металлические (Fe, Ni, Cu, Al, Pb, Zn, Ag, Ba, Cd), органические (технический углерод – сажа, графит, древесная мука, крахмал, полимеры), антипирирующие (придающие огнестойкость) – гидроксид Al, фосфаты, карбонаты и т.п.), микросферы, в т.ч. полые (стеклянные, полимерные, углеродные), чешуйчатые (слюда, фольга) и короткие волокна (асбест, минеральная вата, усы).

Высокопрочные и высокомодульные ПКМ получают при введении в термореактивные матрицы армирующих волокнистых наполнителей (углеволокно, стекловолокно, бороволокно, полимерные, металлические и керамические волокна). Применение ПКМ на основе непрерывных волокон связано с применением особых методов переработки (контактное формование, пропитка, намотка с последующим прессованием).

Заполнение объема дисперсным наполнителем с близкими размерами частиц возможно только на 50-60%. Остальной объем занимают промежутки между частицами. Коэффициент заполнения объема (_max) зависит от упаковки частиц в объеме и для кубической упаковки (рис.11) _max составляет 0,52. Для плотнейшей ромбоэдрической упаковки (рис.12) _max = 0,74.

Рис.11. Рис.12.

Способность частиц к упаковке не зависит существенно от их размеров и формы, но уменьшается, если размер частиц становится сравнимым с размером коллоидных частиц (<1 мкм). В этом случае _max резко падает и становится меньше 0,1 (аэросил). Волокна (диаметр около 10-15 мкм) также способны к взаимной упаковке, но для них значение _max существенно выше. Непрерывные волокна могут находиться в ПКМ в хаотическом и в ориентированном (в 1-м, 2-х и 3-х направлениях) состоянии. Часто применяют волокна в виде тканей (стеклоткань, углеткань и т.п.) с различным переплетением нитей. Иногда применяют гибридные ПКМ, в которые, кроме армирующего наполнителя (например, стекловолокна), вводят дисперсные наполнители (например, мел).