Разработка композита на основе более дешевых компонентов и технологической схемы его производства (стр. 4 из 9)

Другие области применения. Пластифицированный ПВХ широко используется как защитный материал при работе с агрессивными или вредными жидкостями, например для изготовления защитных перчаток и фартуков, для облицовки ящиков и сосудов, заменяя резину, нержавеющую сталь, керамику. Хотя его стойкость несколько ниже, чем непластифицированного ПВХ, тем не менее он является достаточно устойчивым материалом к действию большинства химических реактивов.

Обычно пластифицированный ПВХ мало используется для получения бутылей методом пневмоформования, этим методом больше перерабатывается полиэтилен. Бутыли из непластифицированного ПВХ довольно широко используются для упаковки различных пищевых продуктов, например апельсинового сока или алкогольных напитков для пассажиров авиации. Однако возможность выделения мономера винилхлорида ограничивает такое применение ПВХ.

Многослойные материалы:

В качестве упаковки широкое распространение получили полимерные материалы, состоящие из непрерывной полимерной фазы в сочетании с одной или более непрерывными неполимерными фазами или из нескольких непрерывных полимерных фаз. Это широкий класс материалов, состоящий из слоев различных материалов, соединенных при нагревании или склеивании, называется многослойными композиционными материалами. К ним относятся также многослойные материалы, получаемые при нанесении полимерного покрытия на пленочную подложку.

Многослойные материалы все шире внедряются в упаковку главным образом в результате возросших за последние 5–10 лет требований к упаковке и упаковочным материалам вследствие развития промышленности и торговли.

Многослойные материалы могут быть получены различными способами. Дублирование пленок склеиванием осуществляется мокрым способом при использовании жидких клеев в виде растворов в воде или органических растворителях и сухим способом с использованием клеев в виде расплавов или с удалением растворителя до склеивания. При мокром склеивании один из слоев материала должен быть проницаемым для паров растворителей.

Покрытие на подложку (целлофановую пленку, алюминиевую фольгу или бумагу) может наноситься экструдированием расплава композита, его через щелевую головку с прижимом покрытия к подложке с помощью прижимного и охлаждающих роликов. Этот процесс осуществляется непрерывным способом с высокой скоростью, однако он требует сложного оборудования. Таким же путем можно получать трехслойные материалы, используя расплав полимера в качестве связующего слоя для двух слоев другого материала (например, бумаги).

Нанокомпозиционные машиностроительные материалы на основе полимерных матриц находят все большее применение при создании герметизирующих устройств, узлов трения машин, механизмов и технологического оборудования, функциональных покрытий. Ассортимент низкоразмерных модификаторов непрерывно расширяется и включает металлические, силикатные, углеродные компоненты в виде простых веществ и соединений типа нитридов, карбидов, солей и т.д. [6]

Наиболее современным способом получения многослойных материалов является совместная экструзия (соэкструзия) расплавов нескольких полимеров, которые не смешиваются вследствие ламинарности потока расплава и образуют многослойное покрытие. Этот способ открывает широкие возможности для разработки новых упаковочных многослойных материалов с тонкими полимерными покрытиями, обеспечивающими оптимальное сочетание свойств при низкой стоимости материалов и малыми затратами на их производство. При соэкструзии не наблюдается разрывов пленок в результате проколов, и разделение одновременно экструдируемых слоев значительно менее вероятно, чем при экструзии отдельных пленок. Использование соэкструзии позволяет сравнительно просто получать недорогие материалы, удовлетворяющие всем требованиям дя упаковочных материалов. Так, защита от механических повреждений должна обеспечиваться выбором жесткой подложки типа бумаги или картона. Нанесение на подложку прочного полимерного слоя обеспечит высокую прочность на раздир и разрыв.

Метод соэкструзии позволяет получать чрезвычайно тонкие слои полимеров, обеспечивающих требуемые защитные свойства на дешевой подложке, обуславливающей общую прочность, необходимую толщину и более низкую стоимость материала по сравнению с обычными многослойными или однослойными полимерными пленками.

Применение полимерных композитов в строительстве за рубежом занимает второе место (после упаковки) и дает большой технико-экономический эффект как на стадии строительства, так и при эксплуатации объекта. Основная часть КМ представлена гидро-, теплоизоляционными, отделочными и антикоррозионными материалами.

1.1.9 Механохимическая активация

Этот способ активации основан на способности твердого тела накапливать подводимую к нему механическую энергию. Результатом является изменение целого ряда характеристик твердого тела и, прежде всего химического потенциала.

Химическое превращение под воздействием поглощения упругой энергии в процессе механической обработки твердого вещества называют механохимической реакцией.

Механическое воздействие начинается с измельчения, а заканчивается сильноэкзотермической реакцией.

При измельчении под влиянием деформации сдвига увеличивается число точечных контактов, на поверхности материала появляются различные дефекты, трещины, которые постепенно все глубже проникают в объем тела. Миграция дефектов делает возможным перемешивание вещества на молекулярном уровне, что значительно интенсифицирует диффузионно-контролируемые реакции.

Наиболее вероятным местом реакции являются точки контакта частиц и «носок» движущейся трещины.

При механическом воздействии в отдельных участках твердого тела создается поле напряжений. В зависимости от свойств тела, типа и режима обработки релаксация такого поля может иметь ряд последствий: выделение тепла, образование новых поверхностей, дефектов в кристаллах, появление короткоживущих активных центров. Помимо этих эффектов трение, раскалывание, разрушение поверхностей вызывает ее статическую электризацию с такой концентрацией заряда, что в материале создается электрическое поле с напряженностью, достигающей 10⁷ В.см^-1. При ударе возникают локальные градиенты температур (600–800⁰С) и давлений (2–4 ГПА).

Все вместе взятое генерирует целый ряд химически активных цастиц (ионы, радикалы, и пр.).

Эффективность механического воздействия возрастает при сокращении длительности импульсов и увеличении частоты их следования.

С практической точки зрения эти требования реализуются при условии высокоскоростного удара и вибрационной обработки. Поэтому в качестве реакторов здесь используются аппараты планетарного типа: планетарные и центробежные мельницы, вибромельницы и проч. Эти аппараты работают по принципу гравитационного измельчения, которое осуществляется путем взаимодействия двух центробежных сил. Эти силы превосходят силу тяжести в сотни раз.

1.1.10 Межфазные явления в полимерах

Адгезия полимерных материалов к различным твердым телам (особенно к металлам) определяется интенсивностью молекулярного и химического взаимодействия на поверхности раздела.

Хорошую адгезию проявляют, поэтому полярные полимеры с большим числом химически активных функциональных групп в макромолекулах.

Значительно слабее адгезия в случае неполярных (гомоуглеродных) полимеров (полиэтилен, полипропилен). Для повышения адгезии в случае неполярного полимера вводят активные добавки, усиливающие адгезионную связь с поверхностью вследствие образования, ориентированного адсорбционного слоя, хемосорбционно-связанного полярными группами с наполнителем и углеводородными цепями, проникающего в пленку. [7]

Адгезия растет с уменьшением молекулярного веса и разветвленности цепей при сохранении гибкости и подвижности звеньев. В модельных композициях можно выделить три характерных типа веществ (рис.): вещество частицы – (Ч), связующего (С) и пограничный слой к частице (защитный слой, П). Известно, что даже при небольшой концентрации наноразмерных частиц модификатора (до 0,1% масс.) свойства композита на основе полимера существенно изменяются, (износостойкость, прочностные характеристики увеличиваются на 20–30%).

П

Ч

С

При создании композита трудно достичь равномерного распределения частиц по объему связующего.

Известно, что низкоразмерные частицы обладают собственным нескомпенсированным зарядом с большим временем релаксации. Тогда вокруг заряженной частицы модификатора возникает ансамбль (кластер) поляризованных частиц среды. Эти кластеры могут привести в движение большое количество нейтральных молекул жидкости, поскольку относительная концентрация зарядов в жидкости мала (10^-6 ч 10 ^-1).

Эти молекулы могут поляризоваться, находясь в электрическом поле частицы и вступать во взаимодействие с зарядом, образуя структуру «заряд-слой» диполей. Внешняя оболочка этой структуры создает вокруг себя новый слой диполей и т.д. до некоторого равновесного формирования – «зарядового кластера».