Предварительная специальная поверхностная обработка наполнителей не только облегчает процесс диспергирования, но создает благоприятные условия для физико-химического взаимодействия модифицированной поверхности наполнителя с полимером, обеспечивая в ряде случаев, существенное улучшение физико-механических свойств. Таким образом, повышение качества и конкурентоспособности современных композитов, наряду с использованием активных наполнителей, может быть существенно продвинуто за счёт использования наполнителей с органомодифицированной поверхностью, обеспечивающих оптимизацию свойств пластиков при производстве и переработке в изделия.[4]

Имеет смысл оценить особенности трех типов наполнителей:

- инертных. Это - наполнители (природный мел, мрамор, доломит, барит и др.), использование которых обусловлено стремлением удешевления конечного продукта, когда до­пустимо некоторое ухудшение свойств пластика особенно в сравнении с ненаполненной композицией или при использовании других типов наполнителей;

- активных. Это - наполнители, улучшенные технологические свойства которых определяются "природнообусловленными" факторами - формой частиц, уровнем их ани­зотропности и технологией производства, учитывающей эту специфику, а также химией поверхности частиц в отношении конкретных типов полимеров. В основном это материалы на основе природных силикатов - тальк, волластонит, каолин, слюда. Все они представляют собой агрегаты пластинчатого или игольчатого (столбчатого) строения. Особенности кристаллической решетки таких минералов опре­деляют не только геометрическую анизотропность частиц, но и достаточно высокую химическую инертность и ряд спе­цифических свойств, особенно востребованных в современных пластиках. Среди них - свойства, влияющие на физико-механические, технологические, реологические характеристики перерабатываемых композитов, а также на потребительские особенности и внешний вид готовых изделий; [2]

- функционализированных. Это поверхностно-модифицированные наполнители. Для повышения качества и конкурентоспособности композиционных материалов особое значение приобретает функциональное модифицирование поверхности наполнителей органическими аппретами и/или неорганическими соединениями. Это позволяет искусственно придать наполнителю такие дополнительные характеристики, которые смогут улучшить или оптимизировать многие важные параметры пластмасс. Таким образом, наполнитель становится носителем специальных свойств, является функционализированным наполнителем и призван дополнять, заменять или экономить соответствующие технологические целевые добавки. В качестве базы для таких наполнителей могут быть как исходно инертные, так и активные наполнители. По уровню предпочтительности для конечного применения именно эта группа наполнителей является особенно перспективной, в частности для конструкционных пластмасс. Вводимые, как правило, на начальных стадиях переработки пластиков дисперсные минеральные компоненты (наполнители и пигменты) должны быть хорошо распределены в массе полимера, обеспечивая нужное взаимодействие поверхности твёрдой фазы и полимерной матрицы. Это может быть обеспечено только при использовании высокоэффективных смесителей и экструдеров, с одновременным применением специальных добавок.

Предварительная специальная поверхностная обработка наполнителей не только облегчает процесс диспергирования, но создает благоприятные условия для физико-химического взаимодействия модифицированной поверхности наполнителя с полимером, обеспечивая в ряде случаев, су­щественное улучшение физико-механических свойств. Таким образом, повышение качества и конкурентоспособности современных композитов, наряду с использованием активных наполнителей, может быть существенно продвинуто за счёт использования наполнителей с органо-модифицированной поверхностью, обеспечивающих оптимизацию свойств пластиков при производстве и переработке в изделия.[5]

1.2.1. Требования к наполнителям

Общими требованиями к наполнителям являются [3]: способность совмещаться с полимером или диспергировать в нем с образованием однородных композиций: хорошая смачиваемость расплавами или растворами полимеров или олигомеров; стабильность свойств, при хранении, при переработке и эксплуатации.

Наполнители для реактопластов могут быть более грубодисперсными и менее однородными по размеру частиц, чем наполнители для термопластов; не должны ускорять или замедлять процессы отверждения. Желательно, чтобы наполнители содержали функциональные группы, способные участвовать в образовании химических связей со связующим.

Частицы наполнителей для термопластов должны иметь шероховатую поверхность, для обеспечения сцепления с поверхностью полимера, быть более дисперсными и менее полидисперсными.

Для пластифицированных матриц наполнители выбирают с меньшей пористостью, чтобы предотвратить поглощение пластификатора наполнителем.

1.2.2.Характеристики свойств дисперсных наполнителей

Для оценки свойств дисперсных наполнителей известны свыше 40 различных показателей, включающих физико-механические, электрические, теплофизические, оптические характеристик.

Основными свойствами являются: форма частиц, гранулометрический состав (дисперсность и полидисперсность), удельная поверхность, пористость, насыпная и истинная плотность (рнас и pист), максимальная объемная доля (γmax), рН поверхности.[3]

Коэффициент формы (Ке) влияет на вязкость материала и распределение напряжений в наполненных материалах. Значение Ке определяется реологическим методом и меняется от 2,5 для шарообразных до 5,9 для эллипсоидных частиц с отношением длин полуосей, равным 10. Большинство наполнителей имеют неправильную форму частиц. Ряд наполнителей характеризуется регулярной формой: шарообразной (Ке=2,5) - стеклосферы, кварцевый песок; кубический (Ке=3) - кальций, полевой пшат; чешуйчатый (Ке=5) - каолин, тальк, слюда, графит. С увеличением Ке возрастают вязкость и концентрация напряжений в наполненных полимерах.

Гранулометрический состав - это размеры частиц (дисперсность) и распределение по размерам (полидисперсность).

Оптимальным считается наполнитель с размерами частиц от 7 10-3 до40-10-3мм.

Дисперсные наполнители по размеру частиц делятся на: крупнодисперсные (диаметр >0,04 мм), среднедисперсные (0,04<1<0,01), высокодисперсные (0,001£d<0,01) и ультрадисперсные (d<0,01).

Выбор формы и оптимальных размеров частиц определяется: размерами и формой изделий, так в случае изделий малой толщины и сложной конфигурации предпочтительнее применять высокодисперсные наполнители, поскольку они легче распределяются в связующем, сохраняя исходное распределение в процессе формования изделия; уровнем свойств материала; скоростью седиментации и склонностью к агломерации; способом формования. Скорость оседания (расслаивание композиции) наполнителя возрастает с уменьшением вязкости полимера, увеличением плотности и размера частиц наполнителя. Агломерация (слипание) частиц наполнителя наблюдается в низковязких композициях при размерах частиц < 10 мкм. Реальные наполнители являются полифракционными (полидисперсными) с широким или узким распределением частиц по размеру и характеризуются кривой распределения.