Способы повышения качества диспергирования наполнителя

Для достижения высоких деформационно-прочностных свойств у ПКМ в большинстве случаев необходимо диспергировать агломераты наполнителя до размеров менее 0,1 мкм. В связи с этим важно знать приемы и методы интенсификации процесса диспергирования наполнителя. Эти приемы вытекают из проведенного выше анализа процесса смешения.

Наиболее простой способ интенсификации диспергирования наполнителя – это повышение напряжения сдвига, действующего на материал в смесителе. Этого можно достичь увеличением скорости сдвига. Но повышение скорости сдвига ограничено конструкцией смесителя и вызывает быструю деструкцию полимера.

Другой прием улучшения качества диспергирования наполнителя в полимерной матрице – это введение ПАВ. ПАВ значительно легче проникает в зазоры между частицами агломерата и способствует их разрушению. Кроме того, ПАВ облегчает смачивание поверхности наполнителя полимером и тем самым облегчает процесс смешения. Однако, как показывает опыт, ПАВ эффективно способствует диспергированию агломератов наполнителя только в низкомолекулярных средах, а в полимерной среде эффективность ПАВ невелика.

Третий прием улучшения качества диспергирования агломератов наполнителя – это предварительное получение концентрата наполнителя в полимере с последующим разбавлением концентрата полимером до необходимого содержания наполнителя.

Этот прием основан на следующих принципах. Введение наполнителя вызывает существенное возрастание вязкости полимера. Если в полимер ввести довольно много наполнителя, то из-за высокой вязкости полученного концентрата в нем при смешении будут действовать высокие напряжения сдвига. Это обеспечивает быстрое и качественное диспергирование наполнителя в концентрате. После этого путем разбавления концентрата новыми порциями полимера можно получить необходимую концентрацию уже диспергированного наполнителя в полимере. Концентрация высокодисперсных наполнителей, таких как технический углерод, пигменты, белая сажа, в концентрате составляет обычно 15÷30 об. % (30÷70 масс. %). Концентрат с очень высоким содержанием наполнителя (25÷30 об. %) называют суперконцентратом. Однако этот метод применим только к полимерам со сравнительно невысокой вязкостью (некоторые термопласты) и если требуемая в полимере концентрация наполнителя не очень высока. В ПКМ с высокой степенью наполнения и на основе полимеров с очень высокой вязкостью (например, в резиновых смесях) такой прием не применим из-за существенного ухудшения свойств полимеров вследствие интенсивного протекания в них процесса механохимической деструкции.