Добавки и наполнители термопластичных материалов

Наполнители и добавки


Зарубежные изготовители добавок Отечественные изготовители добавок

Типы добавок и наполнителей

Все добавки и наполнители можно разделить на несколько классов (классификация В.А. Брагинского):

     - для улучшения перерабатываемости и улучшения технологических свойств материалов;
     - для улучшения функциональных возможностей материалов;
     - для улучшения эстетических / потребительских качеств и уменьшения стоимости материалов;
     - добавки экологического назначения;
     - добавки комплексного назначения.

Ниже приведены основные типы добавок и наполнителей (в алфавитном порядке), применяемые в современной промышленности для литьевых термопластичных материалов.
Использование добавок в литье пластмасс предоставляет дополнительные возможности для повышения качества изделий и снижения издержек производства. Основные добавки выпускаются в виде концентратов (masterbatch), которые называют также суперконцентратами, обеспечивающих их применение с использованием обычного технологического оборудования. Однако при введении добавок необходимо учитывать, что любая добавка разносторонне воздействует на полимерный материал, повышая одни характеристики и снижая другие. Например, простое окрашивание кристаллизующегося материала может привести к изменению его кристаллической структуры, изменить усадку и эксплутационные свойства. Результаты влияния добавок могут проявиться при хранении или эксплуатации изделий. Кроме того добавки могут негативно воздействовать на технологическое оборудование и пресс-форму (за счет коррозии, повышенного износа).

Название	Краткая характеристика	Информация
Русское	Международное
Антимикробные добавки, абиотические добавки, биоциды	Antimicrobial, biocide, bactericide, fungicide, algaecide	Повышают устойчивость к действию бактерий (бактерициды), грибков и плесени (фунгициды). Препятствуют обрастанию материала в воде (альгициды).
Антиоксиданты	Antioxidant	Относятся к стабилизаторам. Замедляют процессы термоокислительной деструкции при переработке (первичные антиоксиданты) или эксплуатации (вторичные антиоксиданты).
Антирадиационные добавки		Придают устойчивость к гамма-радиации и др. при стерилизации.
Антипирены, огнезащитные добавки	Flame retardant	Снижают горючесть. Уменьшают термостабильность материала. Могут вызывать коррозию литьевого оборудования.
Антистатики, антистатические добавки	Antistatic agent, antistat	Придают антистатические свойства.
Антифрикционные добавки	Antifrictional additive, wear resistant additive	Уменьшают коэффициент трения, снижают износ. К антифрикционным добавкам относятся фторопласты, смазки, дисульфид молибдена, графит, арамидное волокно, нитрид бора, диселениды металлов, иодистый кадмий и др.
Волластонит	Wollastonite	Коротковолокнистый белый природный силикат кальция. Применяется в качестве минерального наполнителя. Кроме того используется как термостабилизатор PVC. Повышает жесткость и теплостойкость. Снижает ударопрочность. Может увеличивать анизотропию усадки и коробление.
Вспенивающие добавки, вспениватели, вспенивающие агенты, пенообразующие добавки	Blowing agent	Создают внутреннюю пористую структуру. Снижают вес изделия. Уменьшают утяжки на поверхности изделия. Часто ухудшают внешний вид изделия.
Графит	Graphite	Антифрикционная добавка. Снижает коэффициент трения, особенно в водной среде. Значительно увеличивает теплопроводность, электропроводность.
Дезактиваторы металлов	Metal deactivator	Стабилизаторы. Уменьшают каталитическую активность металлических примесей.
Деревянный наполнитель	Wood	Применяется для высоконаполненных (до 85 %) композиций на основе PE, PP, TPE, которые часто называют "литьевым деревом" (wood-plastic composite, WPC). Композиции перерабатываются на обычном литьевом оборудовании. Уменьшает стоимость материала, снижает время цикла. Относится к "мягким" наполнителям (не повышает износ пресс-формы и литьевой машины). Может использоваться в сочетании со стекловолокном и др. наполнителями.
Дисульфид молибдена	Molybdenum bisulphide, molibdenum disulphide, MoS2	Антифрикционная добавка. Повышает твердость и стойкость к износу. Часто применяется для PA.
Индикаторы лазерного излучения	Laser marking agent	Делают видимыми (в том числе цветными) надписи, нанесенные лазерным лучом.
Каолин	Kaolin, clay	Минеральный наполнитель - белая глина с размерами частиц 2-3 мкм, состоит из минерала каолинита, алюмосиликат. Увеличивает жесткость и теплостойкость. Улучшает окрашиваемость. Снижает анизотропию усадки и коробление.
Компабилизаторы	Compatibilizer	Повышает совместимость материалов в композиции.
Магнитные наполнители	Magnetic	Создает магнитные свойства композициям (магнитопластам, магнитоэластам). В качестве магнитных наполнителей для постоянных магнитов применяют ферриты бария и стронция, сплавы редкоземельных элементов. Перерабатываются без наложения и с наложением магнитного поля. Значительно повышает износ пресс-формы и литьевой машины.
Мел	Сhalk, calcium carbonate, CaCO3	Минеральный наполнитель. Придает белый цвет. Уменьшает анизотропию усадки и коробление. Снижает стоимость материала. Относится к "мягким" наполнителям (не повышает износ пресс-формы и литьевой машины).
Металлические наполнители	Metallic, stainless steel, aluminium, copper, bronze	В качестве металлических наполнителей применяют нержавеющую сталь, алюминий, медь, бронзу (в форме волокна, чешуек, порошка). Значительно повышают прочность, жесткость, ударопрочность. Повышают электропроводность и теплопроводность. Используется в композитах для ЭМИ-экранирования. Применяются для получения тяжелых материалов (с полностью 2-10 г/см3). Стальное волокно также используется в длинноволоконных композитах в сочетании со стекловолокном. Значительно повышают износ пресс-формы и литьевой машины.
Минеральные наполнители	Mineral	В качестве минеральных наполнителей используют: тальк, каолин, мел, слюду, аэросил (диоксид кремния), волластонит, асбест и др. Увеличивают жесткость, теплостойкость, дугостойкость, искростойкость. В основном уменьшают коробление за счет снижения анизотропии усадки. Практически не повышают износ пресс-формы и литьевой машины. Могут увеличивать или уменьшать прочность. Часто снижает ударную прочность, относительное удлинение при разрыве. Увеличивают плотность изделий.
Модификаторы адгезии	Adhesion promoter	Повышает адгезию к металлу (при литье с металлической арматурой), полимерам (при многокомпонентном литье).
Модификаторы блеска	Gloss control agent, gloss reduser	Понижают (матирующие добавки) или повышают блеск материала.
Модификаторы вязкости	Viscosity modifier, сrosslinking agent organic peroxide	В качестве модификаторов вязкости применяют органические пероксиды и др. Повышают или понижают вязкость полимера. К модификаторам, повышающим вязкость, относятся сшивающие агенты.
Нуклеаторы, структурообра- зователи, нуклеирующие агенты, нуклеазиды, нуклеаты, просветлители	Nucleating agent, clarifier	Изменяют структуру кристаллизующихся полимеров. Увеличивают жесткость полипропилена. Повышают прозрачность и снижают мутность полипропилена (гомополимер, статистический сополимер). Уменьшают время цикла. Снижают усадку. Также применяются для регулирования вспенивания. Подробная информация
Пигменты, красители	Colourant, colorant, colourant masterbatch	Придают необходимый цвет материалу или изменяют характеристики пропускания света в ИК и УФ-областях. Могут создавать различные оптические эффекты (перламутр, гранит, дерево, замерзшее стекло, металлик, блески, флуоресценция, фосфоресценция и др.).
Пластификаторы	Plasticizer	Совместимые с полимером низкомолекулярные вещества (жидкие или твердые). Увеличивают эластичность. Повышают текучесть, снижают остаточные напряжения. Увеличивают стойкость к ударным нагрузкам. Понижают прочность, жесткость, теплостойкость. Ухудшают диэлектрические свойства. Снижают огнестойкость.
Полимерные волокна	Polymeric fiber, synthetic fiber, polyamide fiber, polyester fiber, aramid fiber, Kevlar fiber,	В качестве полимерных волокон применяются арамидные, полиамидные и полиэфирные и др. волокна. Относятся к "мягким" наполнителям (не повышают износ пресс-формы и литьевой машины). Арамидное волокно (Kevlar) используется как антифрикционная добавка.
Радиационно-контрастные добавки		Делают материал непрозрачным в свете рентгеновских лучей. Применяются в производстве мелких детских игрушек, медицинских изделий.
Сажи, технический углерод	Carbon black	Черные пигменты. Снижают электрическое сопротивление. Специальные сажи используются для изготовления материалов с антистатическими свойствами, ЭМИ-экранирующих и электропроводящих композиций. Также используются в качестве светостабилизаторов.
Светостабилизаторы, УФ-светостабилиза- торы, УФ-фильтры	UV-stabilizer, light stabilizer	Поглащают УФ-излучение. Увеличивают стабильность материала при эксплуатации вне помещения. Повышают стойкость к старению.
Светочувствительные добавки	Photochromic agent	Изменяют цвет при действии изучений.
Слюда	Mica	Минеральный наполнитель. Умеренно повышает прочность, жесткость, теплостойкость. Уменьшает ударопрочность. Снижает анизотропию усадки и коробление. Относится к "мягким" наполнителям (не повышает износ пресс-формы и литьевой машины).
Смазки	Lubricant, oil	Антифрикционные добавки. Облегчают извлечение изделия из формы. Повышают блеск, ударную прочность. Увеличивают текучесть. Уменьшают водопоглощение. В качестве смазок используют силиконы, углеводороды, перфторполиэфирное синтетическое масло (PFPE, Fluoroguard), воска, мыла, акрилаты, высокомолекулярные жирные кислоты и спирты, амиды жирных кислот, соли жирных кислот, сложные эфиры жирных кислот и др.
Стабилизаторы	Stabilizer	Повышают стойкость материала в процессе переработки. К стабилизаторам относятся антиоксиданты, термостабилизаторы, дезактиваторы металлов, светостабилизаторы.
Стекловолокно1	Glass fiber, E-glass, fiberglass, GF	Обычное стекловолокно имеет длину частиц 0.3-0.7 мм, диаметр 10-15 мкм. Значительно увеличивает механическую прочность, жесткость, устойчивость к ползучести (особенно при повышенных температурах), усталостную прочность (особенно для аморфных полимеров), твердость, теплостойкость. Увеличивает ударную вязкость для изделий с надрезами для полимеров с низкой ударной вязкостью. Снижает ударную вязкость для изделий с надрезами для пластичных полимеров с высокой ударной вязкостью. Повышает стабильность размеров. Повышает износостойкость PA 6, PA 66, PA 12. Практически не влияет на электрические свойства. Увеличивает анизотропию усадки и коробление. Снижает относительное удлинение при разрыве. Увеличивает плотность изделия. Значительно повышает износ пресс-формы и литьевой машины. Может ухудшать внешний вид изделия.
Стекловолокно высокопрочное	S-glass	Стекловолокно с повышенной прочностью и жесткостью. Значительно увеличивает механическую прочность, жесткость, устойчивость к ползучести (особенно при повышенных температурах), усталостную прочность (особенно для аморфных полимеров), твердость, теплостойкость.
Стекловолокно длинное1	Long glass fiber, LGF	Стекловолокно с длиной частиц 10-12 мм. Очень сильно увеличивает прочность, жесткость, ударопрочность. Обеспечивает очень высокую стабильность размеров. Дает очень высокую анизотропию механических характеристик и усадки. Материалы, наполненные длинным стекловолокном (длинноволоконные термопласты, ДВТ), требуют особых условий переработки для предотвращения разрушения волокна.
Стекловолокно мелкорубленное1, стекловолокно короткое	Short glass fiber, milled glass fiber	Стекловолокно с длиной частиц ок. 0.08 мм. Умеренно увеличивает механическую прочность, жесткость. По сравнению с обычным стекловолокном снижает анизотропию механических характеристик и усадки, уменьшает коробление. Значительно повышает износ пресс-формы и литьевой машины.
Стеклянные сферы (полые), стеклянные микросферы	Glass bubbles, glass hollow spheres	Увеличивают жесткость. Снижают вес изделия. Снижают анизотропию усадки и коробление. Уменьшают прочность, ударопрочность.
Стеклянные шарики, стеклянные микрошарики	Glass beads, GB, microbeads, glass solid spheres	Размер частиц: 40-50 мкм. Увеличивают прочность на сжатие, жесткость, твердость, износостойкость, теплостойкость. Повышают стабильность размеров. Уменьшают ударопрочность. Увеличивают хрупкость. Снижают анизотропию усадки и коробление.
Тальк	Talc	Минеральный наполнитель. Умеренно повышает прочность, жесткость, теплостойкость. Уменьшает ударопрочность. Снижает анизотропию усадки и коробление. Относится к "мягким" наполнителям (не повышает износ пресс-формы и литьевой машины).
Термостабилизаторы	Heat stabilizer	Относятся к стабилизаторам. Замедляют процессы термической деструкции полимера при переработке. Иногда их объединяют с антиоксидантами и дезактиваторами металлов.
Термочувствительные добавки	Thermochromic agent	Изменяют цвет при изменении температуры.
Углеволокно, углеродное волокно	Carbon fiber, carbon	Очень сильно увеличивает жесткость. Снижает ползучесть. Повышает прочность, усталостную прочность, теплостойкость. Значительно увеличивает теплопроводность, электропроводность. Может повышать коробление.
Фторопласты	Fluoropolymer, PTFE, Teflon	Антифрикционная добавка. Чаще всего применяют политетрафторэтилен (PTFE, Teflon) в виде волокна или микропорошка.
Чистящие добавки, чистящие агенты	Crearing agent, purge agent	Ускоряют очистку шнека при смене цвета или полимера. Снижают адгезионное взаимодействие остатков материала с металлической поверхностью. Содержат "мягкий" минеральный наполнитель и ПАВ.
Эластификаторы, эластифицирующие добавки	Elastomer, impact modifier, rubber	Увеличивают ударную прочность. Уменьшают жесткость, прочность, теплостойкость. Для гигроскопичных материалов уменьшают водопоглощение, увеличивают стабильность размеров. В качестве эластификаторов применяют каучуки, PO, эластичные термопласты, термопластичные эластомеры.

Примечание.
1 - Отечественная классификация длины стекловолокна (короткое стекловолокно КС и длинное стекловолокно ДС) не совпадает с представленной здесь международной классификацией.

Литература:

     Гликштерн М.В. "Модификация наполнителей для пластмасс". Полим. материалы, 2002, № 8, с. 10-12.
     Горбунова И.Ю., Кербер М.Л. "Модификация кристаллизующихся полимеров". Пласт. массы, 2000, № 9, с. 7-11. Полный текст в интернете
     Дувакина Н.И., Ткачева Н.И. Выбор наполнителей для придания специальных свойств полимерным материалам. Пластические массы, 1989, № 11 с. 46 - 48. Полный текст в интернете
     Калинчев Э.Л., Саковцева М.Б. Выбор пластмасс для изготовления и эксплуатации изделий: Справочное пособие. Л., Химия, 1987, 416 с.
     Криваткин А.М. "Функциональные пластмассы". Литье под давлением изделий из термопластов (Материалы семинара). М., ЦРДЗ, 2002 c. 8 - 12.
     Маския Л. Добавки для пластических масс. Пер. с англ. М.Д. Френкеля. М., Химия, 1978.
     Модификация наполнителей для термопластов. Под ред. В.А. Злобиной, Р.И. Барутенок. М., НИИТЭХИМ, 1977.
     Наполнители для полимерных композиционных материалов. Справочное пособие. Под ред. Г.С. Каца. Пер. с англ. Под ред. П.Г. Бабаевского. М., Химия, 1981.
     Симонов-Емельянов И. Д. "Специальные добавки для повышения качества литьевых изделий из полимерных композиционных материалов". Литье под давлением изделий из термопластов (Материалы семинара). М., ЦРДЗ, 2002, с. 4-7.
     Узденский В.Б. "Модификация полимерных материалов – придание изделиям новых потребительских свойств и улучшение условий переработки". Пластикс, 2002, №4. Полный текст в интернете
     Узденский В.Б. "Современные проблемы и достижения модификации полимерных материалов". Междун. н.-практ. конф. "Состояние и перспективы развития машиностроения, технологий в производстве, переработке пластмасс и вторичного их использования. 5-6.марта 2003. Тезисы докладов". М., Maxima, 2003, с. 48-49. Полный текст в интернете
     Чалая Н.М. “Модификация свойств и крашение пластмасс при литье под давлением”. Пласт. массы, 2003, № 4. Полный текст в интернете
     Проспекты фирм-изготовителей добавок.

См. также литературу по конкретным типам добавок

(С) И.А. Барвинский, И.Е. Барвинская, 2002-2004

Содержание раздела