КОНСТРУКЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
В основу классификации полимерных материалов конструкционного назначения положено их деление на наполненные и ненаполненные материалы. Причем все ненаполненные материалы могут служить матрицей наполненных.
НЕНАПОЛНЕННЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
К ненаполненным полимерным материалам полностью применим термин «пластические массы», так как на одной из стадий переработки они обязательно находятся в вязкотекучем или пластическом состоянии. Классификация не наполненных полимерных материалов приведена на схеме 2.
Основными классами не наполненных пластических масс являются термопласты и реактопласты. Термопласты в свою очередь подразделяются на не модифицированные и модифицированные (стабилизированные, пластифицированные, и ориентированные) термопластичные полимеры с различной степенью кристалличности и разным физическим состоянием аморфных областей, а также на полимер-полимерные композиции. Ненаполненные реактопласты подразделяются по основным типам реакционноспособных олигомеров соответствующих получаемым полимерам и различающихся структурой цепей, природой, количеством и распределением по цепи функциональных группа также их смесей друг с другом.
КЛАССИФИКАЦИЯ НАПОЛНЕННЫХ ПЛАСТИКОВ.
В основе классификации наполненных пластиков обычно используется природа полимерной матрицы, природа и назначение твердого наполнителя, форма его частиц и распределение наполнителя в полимерной фазе. По природе полимерной матрицы классификация наполненных пластиков аналогична классификации не наполненных. В зависимости от природы наполнителя различают пластики с минеральными наполнителями(стекло, угле , боропластики) и органическими наполнителями (органопласты), с металлическими наполнителями (металлопласты), или с различными типами наполнителей (гибридные или смешанные пластики).
По основному назначению наполнителя выделяют пластики с инертными наполнителями и с армирующими (усиливающими) наполнителями. Кроме этого существуют наполнители, придающие композиции специальные свойства: огнестойкость, радиопоглощение, ферромагнетизм и др.
Важнейшей основой для классификации наполненных пластиков является форма частиц твёрдого наполнителя и характер его распределения в полимерной матрице. Классификация наполненных пластиков представлена на схеме 3.
Основными типами наполненных пластиков являются полимеры или полимер - полимерные композиции с дисперсными (порошковыми) инертными или усиливающими наполнителями и с волокнистыми или ленточными армирующими наполнителями. Пластики на основе дисперсных и коротковолокнистых наполнителей способны переходить к переходу в вязкотекучее состояние и поэтому называются наполненными пластическими массами. Пластики, в которых в качестве наполнителя используют полые микросферы, получили название синтактных пенопластов. Пластики на основе волокнистых или ленточных армирующих наполнителей часто называют «полимерными композиционными материалами».
Особым классом пластических масс являются ячеистые пластики или пенопласты.
Свойства наиболее распространенных металлических и неметаллических наполнителей полимерных материалов
| Материал |  , кг/м3
| Тпл. ,°С |  р, МПа
| Е, ГПа | Е/, Мпа/кг -3
|
| Алюминий | |||||
| Окись алюминия | |||||
| Алюмосиликат | |||||
| Асбест | |||||
| Бериллий | |||||
| Карбид бериллия | |||||
| Окись бериллия | |||||
| Бор | |||||
| Углерод | |||||
| Стекло: перспективное | |||||
| Е | |||||
| S | |||||
| Графит | |||||
| Молибден | |||||
| Полиамид | 2,8 | ||||
| Полиэфир | 4,1 | ||||
| Кварц | - | ||||
| Сталь | |||||
| Тантал | |||||
| Титан | |||||
| Вольфрам |
Рассмотрим примеры наиболее распространенных наполнителей для полимерных материалов.
Неорганические наполнители:
1. Стеклянные наполнители
- стекловолокно на основе алюмосиликатных и борсиликатных стекол. Используется при изготовлении композиционных материалов (стеклопластиков, премиксов, препрегов). Микрокороткое стекловолокно используется при изготовлении наполненных термопластов, пресс-порошков. Основные достоинства – высокие прочностные характеристики, высокие диэлектрические свойства, повышенная химическая устойчивость;
- стеклянные микросферы. Используются при наполнении термопластов и реактопластов. Оказывают наименьшее влияние на реологические свойства полимерных материалов;
- полые стеклянные микросферы. Используются при изготовлении синтактных пенопластов.
2. Углеродные наполнители
- углеродное волокно. Используется в композиционных материалах (углепластиках). Характеризуется высокими прочностными показателями, химической инертностью. Термическая устойчивость в инертной среде или вакууме до 3000 К.;
3. Алюмосиликатные волокна
4. Металлические наполнители
- алюминий. Используется в виде тонкодисперсного порошка (алюминиевой пудры). Добавляется для придания полимерам повышенной теплопроводности, повышения электрической проводимости и в ряде случаев для окраски.
5. Монокристаллические наполнители (усы)
«Усы» обладают очень высоким пределом прочности и сверх высоким модулем упругости при растяжении: окись алюминия: р= 12,4 ГПа; графит: р= 20,7 ГПа; железо: р= 13,8 ГПа.
Органические наполнители
1. Волокна на основе ароматических полиамидов
2. Целлюлозные волокна
Положительный эффект применения наполнителей выражается в увеличении прочности и жесткости материалов, улучшении теплопроводности и теплостойкости, повышении износостойкости и ударной вязкости; уменьшении коэффициента термического линейного расширения, амплитуды экзотермических пиков и пористости; улучшении поверхности и, в отдельных случаях, в удешевлении материалов. Однако надо отметить, что введение наполнителей в полимерные материалы вызывает появление и отрицательных свойств. Наполнители накладывают ряд ограничений на технологию получения изделий из наполненных пластиков и сокращает срок службы некоторых связующих. Кроме того, как видно из таблицы, минеральные наполнители имеют по сравнению с полимерами высокую плотность, что приводит к увеличению массы готового изделия. В последнее время разрабатываются вспененные наполнители на основе Al(OH)3, SiO2 и СаСО3 с кажущейся плотностью 0,95-1,00 т/м3. Из природных вспененных наполнителей известны только вулканические породы – перлит, пемза. Из-за низкой прочности они используются в основном как теплоизоляция.