ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИТЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

  • ПКМ

Общеизвестно, что уровень развития техники в значительной степени определяется наличием необходимых материалов. Недаром технический уровень развития цивилизации характеризуют видом материала, позволявшего создавать в свое время наиболее передовые орудия и средства производства.

В настоящее время в связи с быстрым развитием современной техники требуются все новые ПКМ со специальными свойствами, но при этом синтезы принципиально новых полимеров происходят относительно редко. Поэтому основной путь решения возникающих материаловедческих проблем — создание полимерных композитов.

В широком смысле ПКМ — материал, образованный объемным сочетанием двух или более химически разнородных компонентов, хотя бы один из которых является высокомолекулярным соединением. По своей структуре ПКМ могут состоять из одной или более непрерывных (дисперсионных) полимерных фаз, одной или более дисперсных фаз, в том числе полимерных, расположенных в дисперсионной среде.

Основные виды ПКМ:

— композиты, содержащие полимер и любые твердые частицы или волокна, в том числе наночастицы;

— смеси разнородных полимеров;

— полимеры, содержащие жидкости в виде отдельных включений или молекулярно распределенных (растворимых) в полимерной матрице;

— полимеры, содержащие газообразные включения.

В качестве высокомолекулярных компонентов в ПКМ (чаще всего связующих, образующих дисперсионную среду) могут использоваться как термореактивные, так и термопластичные полимеры. Для Беларуси, промышленность которой в больших объемах выпускает термопластичные полимеры, наибольший интерес представляют ПКМ, получаемые при использовании термопластичных компонентов.

На рис. 1 представлены важнейшие и наиболее перспективные типы ПКМ, которые пользуются спросом на рынке, активно разрабатываются и совершенствуются в ИММС НАН Беларуси и других исследовательских лабораториях фирм и академических научных центров.

Сейчас и в обозримом будущем доминирующая роль будет принадлежать волокнонаполненным (и прежде всего стеклонаполненным) термопластам, огнестойким пластикам и материалам на базе смесей разнородных полимеров. Весьма интенсивно ведутся исследования и отработка технологии нанокомпозитов, молекулярных композитов, динамических вулканизатов и многих других материалов специального назначения.

При получении стеклоармированных ПКМ наиболее пристальное внимание уделяется вопросам, связанным с физико-химическими явлениями на границе раздела поверхности волокна с многокомпонентными полимерными матрицами (на базе смесей разнородных полимеров), а также композитам, в которых стекловолокна (СВ) сочетаются с другими типами наполнителей — например, антипиренами, нанонаполнителями. Аналогичные проблемы возникают также при использовании в качестве армирующих углеродных волокон (УВ). Работы в области ПКМ, содержащих в качестве наполнителя СВ и УВ, весьма актуальны для Беларуси, поскольку данные волокна в промышленном масштабе производятся в ОАО «Полоцк-Стекловолокно» и ОАО «СветлогорскХимволокно».

При создании волокнонаполненных ПКМ следует учитывать, что сильное влияние на уровень показателей свойств оказывают геометрические параметры СВ (отношение длины к диаметру), степень воздействия тепловых и силовых факторов на полимерный расплав при компаундировании и переработке ПКМ, состав полимерной матрицы, степень термических макромолекулярных превращений при компаундировании и переработке и др. [1].

При создании и исследовании, видимо, второго по значимости и объемам производства типа ПКМ — полимерных смесей — ключевыми проблемами являются: разработка методологии предсказания совместимости; исследования межфазного взаимодействия; разработка и исследование методов компатибилизации смесей несовместимых полимеров; синтез компатибилизаторов; разработка конкурентоспособных и перспективных смесевых композитов, анализ их структуры и свойств. Из их числа центральными являются проблемы, связанные с компатибилизацией смесей, или, иначе говоря, преодолением негативных последствий несовместимости при смешении разнородных полимеров. Главным стратегическим направлением компатибилизации является введение в смесевую систему из двух несовместимых полимеров третьего компонента — компатибилизатора [2].

Важнейшее техническое преимущество, которым обладают смесевые композиционные материалы перед гомополимерами, — существенно более высокая ударная вязкость. Синтез компатибилизаторов для смесей полимеров чаще всего осуществляется методом реакционной экструзии и заключается в прививке к макромолекулам полимеров или сополимеров олефинов или их смесям полярных мономеров (функционализации макромолекул) [2, 3]. Помимо физико-механических свойств при смешении разнородных полимеров удается в широких пределах изменять вязкость, прочность и высокоэластичность их расплавов, что позволяет существенно расширить технологические возможности переработки.

Все более широкое распространение получают самозатухающие (огнестойкие) ПКМ. Постоянно возникают все новые проблемы, связанные с созданием и описанием свойств, в связи с усложнением состава полимерных матриц, появлением новых наполнителей и их разнообразных сочетаний, новыми требованиями со стороны потребителей. Из трех важнейших путей получения самозатухающих полимеров — синтеза малогорючих полимеров; физико-химической модификации макромолекул; применения замедлителей горения (применительно к конструкционным ПКМ на термопластичной матрице) — наибольшее распространение получил метод, основанный на использовании замедлителей горения (антипиренов) [4].

При подборе антипиренов и создании огнестойких ПКМ руководствуются следующими посылками: ингибированием термоокислительных реакций в предпламенной зоне; насыщением летучих продуктов деструкции материала в предпламенной зоне негорючими продуктами разложения; обеспечением погасания пламени вследствие выброса в предпламенную зону твердых частиц кокса; изменением свойств материала на поверхности горения в сторону образования трудногорючих продуктов.

Отдельно следует остановиться на работах, связанных с получением и исследованием свойств полимерных нанокомпозитов. В настоящее время активно исследуются и разрабатываются важнейшие типы полимерных нанокомпозитов: наноструктурированные полимерные системы, полимер/полимерные наносистемы, полимер-силикатные нанокомпозиты, композиты на основе углеродных наноматериалов, металлсодержащие нанокомпозиты, прочие нанокомпозиты (нелинейно оптически-активные нанокомпозиты типа полимер, содержащий добавки низкомолекулярных оптически активных веществ (хромофоров) и др.) [5]. Наибольший научный и практический интерес представляют полимер-силикатные, полимер-углеродные и металлсодержащие нанокомпозиты.

Важной спецификой современных ПКМ является то, что отдельные их модификации создаются под конкретное применение, что предопределяет их огромный ассортимент.

Потребление ПКМ в развитых странах (в Западной Европе) по отраслям явно неравномерно [6]:

упаковка — 35—39%;

строительство — 18—25%;

автомобилестроение — 10—25%;

энергетика (электроника/электротехника) — 7—12%;

мебельная промышленность и производство ТНП — 4—15%.

Очевидно, что развитие данных и некоторых других отраслей весьма важно для Беларуси.

Среди многочисленных типов ПКМ следует отметить материалы специального назначения, которые, несмотря на относительно небольшие объемы потребления, активно разрабатываются, исследуются и применяются в изделиях современной техники, отвечающих специфическим условиям их эксплуатации. К ним, в частности, относятся радиоэкранирующие, радиопоглощающие, химстойкие, свето- и радиопрозрачные материалы, композиты для защиты от высокоскоростного инденторного воздействия (броневые материалы и конструкции) и для работы в тяжело нагруженных узлах трения, теплозащитные ПКМ, теплопроводные и антистатические (не накапливающие статического электричества), а также токопроводящие ПКМ, составы с высокими барьерными характеристиками для пленочных упаковок и шинных резин, биологически активные упаковочные композиты, легкие и суперпрочные материалы для авиакосмической техники.

ПКМ в настоящий период являются самым многочисленным и бурно развивающимся в развитых странах видом современных материалов. Они находятся в режиме постоянного обновления и совершенствования. Помимо улучшения свойств материалов ведутся работы по совершенствованию технологии производства изделий из них, а также технологий сборки и диагностике эксплуатационной надежности. Огромные средства, исчисляемые сотнями миллионов долларов, и усилия лучших исследовательских центров направлены на работы, связанные с технологией специальных ПКМ. И не только потому, что результаты работ могут быть использованы во многих отраслях промышленности, а главным образом потому, что получаемые материалы обладают уникальными и прогнозируемыми свойствами, обеспечивая научно-технический прорыв, стратегическую и экономическую безопасность страны.

С.С. Песецкий

(ГНУ «Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого НАН Беларуси», г. Гомель)

Facebook Comments
printfriendly button nobg - ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИТЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Читайте также: