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:

Показатель	Наблюдаемый эффект
Разрушающее напряжение при растяжении и изгибе	Незначительное уменьшение
Разрушающее напряжение при сжатии	Увеличение
Модуль упругости при изгибе и при сжатии	Увеличение
Усадки при отверждении связующего	Уменьшение
Плотность	В большинстве случаев увеличение зависит от объемной доли наполнителя и относительной плотности компонентов
Объемное электрическое сопротивление и электрическая прочность	Уменьшение
Диэлектрическая проницаемость	Увеличение
Тангенс угла диэлектрических потерь	Увеличение
Теплопроводность	Увеличение
Термический коэффициент расширения	Уменьшение
Температура стеклования	Незначительное изменение

Применение повышенного давления при получении таких композиций обычно приводит к повышению их прочности. Предельная концентрация металлических наполнителей определяется главным образом способами получения и переработки наполненных полимеров и обычно соответствует такому значению, выше которого наблюдается резкое увеличение вязкости наполненных композиций с образованием паст.

Адсорбированная влага на чистой или окисленной поверхности металлических порошков может оказывать существенное влияние на свойства наполненных полимерных материалов, поэтому металлические наполнители необходимо предварительно высушивать для обеспечения улучшенных свойств материалов на их основе.

Высоконаполненные металлическими порошками полимерные пленки часто получают с использованием растворов полимеров и последующим удалением растворителя.

Размер и форма частиц наполнителя оказывает решающее влияние на свойства металлсодержащих полимеров. В настоящее время существует широкие возможности выбора частиц металлов нужной формы и размеров. Плоские частицы алюминиевых и медных сплавов придают полимерным покрытиям на их основе приятную окраску. Введение нитевидных кристаллов сплавов железа приводит к повышению ударной прочности наполненных композиций. Порошки с идеально сферической формой частиц получаются при разложении карбонилов металлов. С целью экономии дорогостоящих материалов, например серебра, используют не частицы металла, а покрытые тонким слоем этого металла частицы неорганических дисперсных, например стеклянных наполнителей (микросфер).

Обеспечение заданной плотности упаковки частиц наполнителя и достижение требуемых физико-механических, электрических и теплофизических свойств может достигаться сочетанием в различном соотношении нескольких металлических порошков с частицами различной формы и размеров.

Среди неметаллических композиционных материалов наибольшее распространение получили композиции с полимерной матрицей: эпоксидной, феноло-формальдегидной и полиимидной. По сравнению с другими полимерами, применяемыми в качестве матриц композиционных материалов, эпоксидные обладают более высокими механическими свойствами, что обеспечивает более высокие прочностные характеристики при сжатии и сдвиге. Одним из способов улучшения свойств является увеличение жесткости матрицы с помощью введения в их структуру ионов металлов, которые усиливают взаимосвязь между полимерными молекулами. Введение в матрицу 15% или 7,6%повышает модуль упругости при изгибе полиметиленфенольной матрицы соответственно на 25 и 50%.Увеличение прочности объясняется не столько повышением прочности самой матрицы (она изменяется мало), сколько увеличением жесткости и адгезионной прочности ее сцепления с волокнами.

Вводимые в полимер наполнители влияют на скорости зародышеобразования и роста кристаллов. Наполнители повышают напряжение на границе раздела полимер-наполнитель, тем самым ускоряя процесс зародышеобразования и соответственно повышая общую скорость кристаллизации, но в ряде случаев (активные наполнители в среде эластомеров) наполнитель увеличивает степень сшивания полимера, вызывая замедление кристаллизации.

При введении наполнителя в реакционную систему в случае формирования линейных полимеров или сетчатых ускоряющее действие поверхности может зависеть от ее влияния на перераспределение внутри- и межмолекулярных связей.

Введение наполнителя в кристаллизующиеся полимеры оказывает влияние на все структурные и физико-механические характеристики материала. Причиной всех изменений являются межфазные явления на границе полимер-наполнитель и возникновение межфазных слоев с измененными характеристиками вследствие межфазных взаимодействий.