Протягом довгого часу наповнювачі в пластмасах застосовувалися тільки для зниження собівартості матеріалу. Зараз вони використовуються і в інших цілях: для поліпшення фізико-механічних властивостей, тепло- і светостабільності, тепло- і електропровідності, зниження усадки і горючості матеріалів.
Самим широко використовуваним наповнювачем є карбонат кальцію (крейди). Мінерал, що видобувається в різних родовищах, відрізняється по складу і чистоті. Тому він підбирається відповідно до кожного конкретного застосування: кабельні пластикати, труби, фарби, плівки. Мел добре сприймає поверхневу обробку різними агентами, дозволяючи робити широкий спектр марок карбонату кальцію, що діють не тільки як наповнювачі, але і як функціональні добавки.
Існують марки, призначені для заміщення деяких барвників, поліпшення плинності стеклонаполненного нейлону, підвищення проникності до газам, зниження усадки, матування поверхні, поліпшення зносостійкості або надання злипання плівки.
Дослідницькі відділи великих компаній - виробників наповнювачів - розробляють ультрамікродісперсние наповнювачі - нанокомпозити з розмірами частинок, що вимірюються в нанометрів.
Діоксид титану, наприклад, з розміром частинок близько 20 нанометрів використовується в якості УФ-стабілізатора тривалої дії для парникових плівок.
Дисперсні наповнювачі підвищують жорсткість і теплопровідність полімерів, але при цьому знижують їх міцність.
Волокнисті наповнювачі дозволяють підвищити міцність і деформаційні характеристики. Однак такого ж ефекту можна домогтися і при використанні ультрамікродісперсних наповнювачів за рахунок поліпшеного взаємодії між поверхнею наповнювача і макромолекул полімеру.
Поверхнева обробка наповнювачів
Особливості застосування наповнювачів
Термічні властивості. Теплопровідність наповнювачів приблизно в 20 разів більше, а питома теплоємність вдвічі менше, ніж у полімерів. Таким чином, наповнювачі підвищують теплопровідність розплаву і готового виробу, що дозволяє скоротити час циклу при литті або термоформування.
Вологопоглинання. Висока схильність полярних наповнювачів до водопоглинанню негативно позначається на міцності композиції. Вода мігрує до поверхні наповнювача, зменшуючи тим самим площу контакту полімеру з наповнювачем. Карбонат кальцію і доломіт можуть взаємодіяти з міститься в повітрі діоксидом сірки і перетворюватися в сульфати. Ці сульфати можуть вимиватися з поверхні виробу, приводячи до вицвітання і утворення мікротріщин.
Диспергирование і змочування. При введенні наповнювача в полімер можуть виникнути проблеми з адгезією неполярного полімеру до полярного наповнювача, тому необхідно забезпечити хороше змочування частинок наповнювача полімером. Щоб поліпшити ж якесь властивість, наповнювач повинен бути міцно пов'язаний з матрицею полімеру. Від розміру і форми частинок наповнювача залежить якість змочування і, як наслідок, адгезія полімеру до наповнювача. Поверхнева енергія впливає на вплив на кордоні розділу фаз, і, отже, на міцність зв'язку.
Для поліпшення диспергування застосовують спеціальні з'єднання. Зазвичай це складні ефіри жирних кислот, що полегшують диспергування лужних наповнювачів і пігментів в поліолефінів і полістиролі.
Абразивний знос устаткування залежить від твердості переробляється наповнювача. Найбільший знос викликають кварц, шпати і доломіт.
Хімічна модифікація наповнювачів
Існує два основних способи модифікації наповнювача - на стадії виробництва або в процесі переробки.
Для виробництва наповнених конструкційних матеріалів широко використовуються системи на основі органосилоксанов, хімічно взаємодіють з наповнювачем і матрицею. Органосілоксани, також як і жирні кислоти, переважно вводити на стадії виробництва наповнювачів. Кількість, необхідна для обробки, досить легко розрахувати: воно прямо пропорційно питомій поверхні наповнювача. До добавок, які вводяться під час переробки, відносяться хімічно модифіковані полімери - компатибілізатора (агенти, що підвищують сумісність).
Радикали карболової кислоти занадто короткі, щоб утворити міцний зв'язок з полімером шляхом зачеплень. Однак якщо зменшити вуглеводневий радикал або підвищити його функціональність шляхом введення полімерних радикалів, то можна істотно поліпшити взаємодію з полімерної матрицею.
Як приклад можна привести полиолефини, малеінірованние або модифіковані акриловою кислотою. Малеінірованние сополімери отримують методом реакційної екструзії поліолефінів з малеїновим ангідридом і пероксидом, акрилові - шляхом кополімеризації акрилової кислоти з відповідним мономером.
Такі матеріали вважаються найбільш ефективними для основних і амофотерних наповнювачів, але при зростанні міцності не спостерігається значного зростання модуля пружності. Для наповнювачів з поверхнею кислотного середовища, таких як каолін або стеклосфери, переважно використовувати тільки малеінірованние сополімери.