Наполненные композиционные материалы

а) Стеклонаполненные композиционные материалы

Uitradur S – новый частичнокристалличный ПБТ фирмы BASF, модифицированный аморфным акриловым эфиром акрилонитрилстирола и армированный стекловолокном. Имеет удовлетворительную формоустойчивость, низкую плотность и хорошее качество поверхности. Из Ultradur S 4090G6 можно изготавливать, например, автомобильные зеркала заднего вида без обычных металлических несущих деталей [58].

Фирмой BASF получен новый тип стеклоармированного ПБТ, содержащего 50% стекловолокна, имеющего модуль упругости 19 ГПа (по сравнению с 3 ГПа для ненаполненных марок) и успешно заменяющего металлы в различных несущих и ответственных конструкциях [59]. Исследовали влияние стекловолокна на механические свойства композиционных материалов на основе смеси ПБТ/полиэтилен (высокой плотности) (80:20). Содержание стекловолокна в композиционный материалах меняли в пределах 10-30%(вес.). Для улучшения взаимодействия на границе раздела фаз полимерных компонентов применяли иономер сополимер этилена с метакриловой кислотой. Смеси получали на одношнековом экструдере при 250-260°. Исследование микроструктуры композитов показало, что переработка уменьшает длину стекловолокна с 4,5мм до 1,2мм (при экструзии) и даже до 0,8 мм (при литье), причём уменьшение длины стекловолокна возрастает при увеличении степени наполнения композиционного материала: ориентация стекловолокна вдоль направления течения увеличивалась при росте скорости сдвига и степени наполнения композита. Применение иономера – компатибилизатора ухудшало свойства композиционный материалов из-за снижения напряжений на границе материалов с ростом степени наполнения увеличивалась, но эффективность возрастания модуля упругости при этом снижалась. Ударопрочность композиционных материалов уменьшалась при испытаниях без надреза, но при испытаниях с надрезом в присутствии иономера-компатибилизатора несколько увеличивалась. Сделан вывод, что увеличение совместимости смесей, наполненных стекловолокном, не приводит к улучшению механических характеристик композиционных материалов [60].

Изучали влияние методов переработки повторно измельченного композиционного материала на основе ПБТ, содержащего стекловолокно марки Е. После обрботки рециклата соответствующим силаном он обладает такими же механическими свойствами, как и исходный композиционный материал. Литьевое и экструзионно-компрессионное формование способствует хорошей связи матрицы с волокном и его равномерному распределению, обуславливает более высокую прочность при растяжении, чем компрессионное формование. Последнее приводит к неупорядоченной ориентации волокна и уменьшению связи стекловолокна с полимерной матрицей, что ведёт к снижению прочности при растяжении, но к улучшению ударной вязкости. Для исследования использовали плиты из композиции, содержащей ПБТ и 35% стекловолокна (длинного), измельчённые до частиц 1-12мм, обработанные силаном Z-6040 с глицидоксигруппами и Z-6032 с винилбензил - и аминогруппами. На рециклат наносят соответственно 1,5 и 0,5% силана в виде раствора в метаноле. В результате исходный композиционный материал с 35% стекловолокна, рециклируемые и обработанные Z-6040 и Z-6032 и необработанные рециклируемые композиционные материалы, перерабатываемые литьём под давлением при 250-263°(температура сопла 271°, температура формы 93°) имеют соответственно прочность при растяжении 126,4; 114; 131 и 112 МПа, после экструзионно – компрессионного формования 99; 84; 97; 89МПа, ударную вязкость литьевых образцов с надрезом 86,115, 85 и 93,7Дж/м и после компрессионного формования 93, 243, 208 и 202 Дж/м [61].

б) Композиционные материалы, армированные металлическим, углеродным волокном или содержащие различные наполнители

Ударопрочные композиционные материалы приготавливают смешением 100ч. ПБТ, 10-150 ч. сополимера (не)насыщенного акрилата и (не)насыщенного метакрилата, содержащих (не)разветвлённый органический радикал С, и 8-800ч. металлических волокон (волокна железа, алюминия, никеля, латуни или низкоуглеродистой стали) со средней длиной и диаметром 0,5-15 мм и 5-150 мкм [62].

Для изготовления внешних панелей автомобиля с повышенной механической прочностью и низким коэффициентом теплового расширения, на которые можно наносить покрытия одновременно со стальными деталями, используют композиционные материалы, состоящие из 10-50 % ароматического поликарбоната с молекулярной массой 10-100 тыс. (предпочтительнее на основе дифенилолпропана),45-85% ПБТ, возможно содержащего <30 мол.% звеньев на основе других диолов и дикарбоновых кислот, с характеристической вязкостью 0,2-2,0 (о-хлорфенол, 25°С), 16-25% эластомерного полимера, приготавливаемого прививкой на бутадиеновые каучуки не менее 1 мономера, выбраного из алкил(мет)акрилатов и винилароматических мономеров (стирол, его алкил-, алкокси- и галогенпроизвоные), лучше марок Канеэс В-28 и В–56, Канеэс РА-20, Метаплен С-223, Н1А-15 или ВТА, 0,3-2ч. на 100ч. указанных компонентов углеродных волокон с диаметром 3-20 мкм, приготовленных из волокон на основе целлюлозы, акриловых полимеров, лигнина, нефтяных и каменноугольных смол, 1-10ч. сажи с удельной поверхностью >150 м /г и сорбционной способностью по отношению к маслу не менее500 мл/100г и других необходимых добавок [63].

Для получения термопластичных композиционных материалов, имеющих повышенные прочность при растяжении и модуль упругости при изгибе, смешивают 10ч. термопластичного полимера (полиамид, сложный полиэфир, поликарбонат, АБС-смолы, полиолефин), 100-800ч. порошка железа с диаметром частиц 50-200 мкм и 10-150ч. неорганического порошка с диаметром частиц 8 мкм, основным компонентом которого является Аl2O3 (другие оксиды – Zr, Si, Ti,Ca, Mg, Na) [64].

Композиционный материал с улучшенной стойкостью к растрескиванию содержит (%) 5-65 ПБТ с характеристической вязкостью 0,78 дл/г [при 25°в смеси (60:40) фенола и тетрахлорэтана] и 30-85 ВаSO4 с диаметром частиц 0,05-50 мкм, а также добавки до 5 пластификатора (жирные кислоты, эфиры жирных кислот, амиды, воск) и 0,01-0,5 фенольного антиоксиданта {тетра[метилен-3-(3,5-ди-третбутил-4-гидроксифенил)пропионат]метан}. Плотность композиционного материала не менее 2 г/см. Обычно используют смесь из ПБТ и полиэфира в соотношении 0,2-1-5:1. При вводе стекловолокна в композицию оптимум его 1-45% [65].

Прозрачное стойкое к истиранию покрытие наносят на композиционный материал, содержащий 0-70 % ПБТ, 0-70 % полиэтилентерефталат (ПЭТ), причём количество ПБТ и ПЭТ должно составлять больше10% от композиционного материала; 0-35 % ароматического поликарбоната, причём содержание первых двух эквивалентно или больше поликарбоната; эффективных количеств стабилизатора (например, фосфитов, кислых фосфатов и др.); 0-15 % стирольного модификатора; 0-35 % полиэфира или полиэфиримида, содержащего простые эфирные связи; 30-80 % неорганического наполнителя (сульфаты бария, стронция, хрома, цинка, оксид цинка); 0-30 % стеклянного армирующего наполнителя. Материалом покрытия является коллоидный кремнезём, диспергированный в силаноле, полимерных системах акрильных или метакрильных или их смесях, а также аминопласт [66].