| 1. ВИДЫ КОМПАУНДОВ Под компаундами будем понимать композиции, предназначенные для заливки и пропитки отдельных элементов и блоков электронной, радио- и электроаппаратуры с целью электрической изоляции, защиты от внешней среды и механических воздействий. В их состав входят связующее - полимер, олигомер или мономер, например, эпоксидная и (или) полиэфирная смола, жидкий кремнийорганический каучук, либо исходные вещества для синтеза полиуретанов - олигоэфир и диизоцианат, а также пластификатор, модификатор, отвердитель, наполнитель, краситель и т.д. Основные требования к полимерным компаундам: отсутствие летучих веществ, достаточная жизнеспособность, малая усадка при затвердевании, отверждение без выделения побочных продуктов, определенные реологические, электроизоляционные и теплофизические характеристики. Компаунды подразделяются на следующие группы: • Наполненные; • Трудногорючие; • Адгезионные; • Морозостойкие Наполненные. Наполненные композиции обладают повышенными прочностными характеристиками – жесткостью, прочностью, сопротивлением усадке и служат для изготовления конструкционных деталей, садовой мебели. Основные наполнители – тальк, мел, слюда, реже стекловолокно, асбест. Содержание наполнителя – 10-30 %. В тех случаях, когда для предотвращения, к примеру, коробления требуется введение небольших (5-10%) количеств наполнителя, можно использовать высоконаполненные (60-80%) концентраты мела или талька. Трудногорючие. Трудногорючие композиции за счет ввода большого количества специальных добавок – антипиренов (бромсодержащие циклические углеводороды, трехокись сурьмы) обладают повышенной огнестойкостью и не поддерживают горения без внешнего источника пламени. Используются в изделиях с повышенной пожарной опасностью – кабельной изоляции (на основе ПЭВД), деталях телевизоров, стиральных машин и др. бытовой техники (на основе ПП и УПС), строительных изделиях. В некоторых случаях, особенно когда предъявляются высокие требования к токсичности дымовых газов, применяются безгалогенные трудногорючие композиции, свойства которых обеспечиваются высокими уровнями (50-65 %) введения минеральных наполнителей, выделяющих при разложении пары воды или азот (гидроксиды магния, алюминия или меламин). В последнее время появились высокоэффективные бромсодержащие антипирены, позволяющие производить концентраты антипиренов, обеспечивающие при вводе 6-8% достижение категории горючести V-1, V-0. Адгезионные. Адгезионные (клеющие) композиции предназначены, в основном, для нанесения полимерной изоляции на трубопроводы нефте- и газопроводов, силовые кабели. Используются также для создания промежуточного слоя в многослойных полиэтилен-полиамидных пленках. Полимерная основа – сэвилен с введением специальных добавок, усиливающих адгезию к основному слою. Технология производства и применения таких композиций имеет особенности, связанные с требованиями к адгезионным свойствам. Морозостойкие. Морозостойкие композиции на основе полипропилена используются в основном для изготовления труб и деталей автомобилей (бамперы, детали интерьера). Представляют собой смеси полипропилена с тальком, каучуком и термостабилизаторами. Обеспечивают сохранение свойств полимерных изделий при низких температурах, до –60ºС. Полимерные смеси и сплавы. За счет смешения различных полимеров приобретают дополнительные свойства, требуемые конкретным изделием. Широко распространены конструкционные материалы на основе сплавов ПК/АБС, ПФО/ПА, ПФО/УПС, ПФО/ПСВ, ПСФ/АБС. В необходимых случаях могут производиться комбинированные концентраты и композиции, обеспечивающие придание полимеру целого комплекса специальных функциональных свойств, например концентраты светостабилизаторов и скользящих добавок, морозостойкие трудногорючие композиции и разнообразные другие. Единственным условием является отсутствие взаимодействия добавок между собой, понижающего их эффективность. Настоящее исследование посвящено изучению рынка компаундов на основании следующих полимерных матриц: • Полиэтилен (ПЭ); • Полипропилен (ПП); • Полистирол (ПС); • АБС; • Поликарбонат (ПК); • Полиамид (ПА). Композиции на основе полиэтилена. На рынке наиболее востребованы следующие типы компаундов на основе полиэтилена: • минералонаполненные Компаунды на основе полиэтилена с введением мела (карбоната кальция), талька и углеродных наполнителей представляют собой широкий класс композиционных материалов, свойства которых определяются типом наполнителя, его концентрацией, морфологией частиц и качеством адгезии к полимерной матрице. Каждый из указанных наполнителей придаёт компаундам специфический комплекс свойств, что позволяет подбирать состав под конкретные применения — от трубных и кабельных изделий до литьевых деталей и плёнок. Мел является одним из наиболее распространённых и экономически эффективных наполнителей для полиэтилена. Основное его назначение — снижение себестоимости готового изделия при сохранении приемлемого уровня физико-механических характеристик. При концентрациях до 30–40% мелонаполненные компаунды сохраняют прочность при растяжении на уровне 85–95% от исходного полиэтилена, при этом модуль упругости при изгибе возрастает на 20–40% в зависимости от степени наполнения и качества диспергирования. Усадка при формовании снижается, что особенно важно для литья под давлением и экструзии профильных изделий. Плотность компаунда при наполнении 30% возрастает примерно до 1,1–1,2 г/см³ против 0,92–0,96 г/см³ у ненаполненного ПЭ. Тальк отличается от мела пластинчатой (слоистой) морфологией частиц, что принципиально меняет характер взаимодействия с полимерной матрицей и результирующие свойства компаунда. Пластинчатые частицы талька создают барьерный эффект, затрудняя диффузию газов и паров через материал, что делает тальконаполненные компаунды перспективными для упаковочных плёнок и барьерных оболочек. Газопроницаемость при наполнении 20–30% может снижаться в 1,5–2,5 раза по сравнению с ненаполненным ПЭ. Модуль упругости тальконаполненных компаундов возрастает в большей степени, чем у мелонаполненных при той же концентрации: при 30% талька модуль при изгибе может увеличиться на 40–60%. Коэффициент термического расширения снижается на 20–35%, что критично для прецизионных деталей и изделий, работающих в условиях переменных температур. Усадка также существенно ниже, чем у ненаполненного ПЭ, а качество поверхности — выше, чем у мелонаполненных аналогов, благодаря скользящей способности пластинчатых частиц. К числу ограничений относится повышение вязкости расплава: пластинчатые частицы талька создают большее гидродинамическое сопротивление при течении, что требует корректировки температурно-скоростных режимов переработки. Для равномерного распределения и обеспечения прочной связи с матрицей применяют силановые аппреты и компатибилизаторы. Ударная вязкость при низких температурах, как правило, снижается, однако в меньшей степени, чем у мелонаполненных компаундов при сопоставимых концентрациях. Оптимальные концентрации талька для полиэтилена обычно составляют 25–40%. Углеродные наполнители принципиально отличаются от минеральных тем, что их основная функция — не удешевление или повышение жёсткости, а придание компаундам специфических функциональных свойств: электропроводности, УФ-стабильности, теплопроводности, а в случае углеродных волокон — существенного армирования. Технический углерод (сажа) в концентрациях 2–5% используется прежде всего как УФ-стабилизатор и пигмент. Частицы сажи поглощают ультрафиолетовое излучение, предотвращая фотоокислительную деструкцию полиэтилена, что особенно важно для труб, кабельных оболочек и изделий, эксплуатируемых на открытом воздухе. При достижении порога перколяции (обычно 15–25% в зависимости от марки сажи, типа полиэтилена и условий смешения) компаунд становится электропроводящим: удельное объёмное сопротивление падает с 10¹⁵–10¹⁶ Ом•см (изоляция) до 10²–10⁴ Ом•см и ниже. Это свойство используется в антистатических и полупроводящих композициях, в том числе для экранов силовых кабелей. Сажа умеренно повышает жёсткость, однако может снижать ударную вязкость, особенно при высоких концентрациях, из-за образования агломератов, служащих концентраторами напряжений. Композиции на основе полипропилена. На рынке наиболее востребованы следующие типы компаундов на основе полипропилена: • Минералонаполненные; • Стеклонаполненные; • Модифицированные эластомером; • Трудногорючий. Минералонаполненные. Полипропилен с добавками различных минералов, таких как мел и тальк. Обладает повышенной жесткостью, стойкостью к термокороблению и различным агрессивным средам, высокой стойкостью к воде, кислотам, щелочам, растворам солей, электролиту, маслам, антифризу и полярным растворителям. Материал в ряде случаев заменяет более дорогие пластики, в том числе АБС, ПА66. Стеклонаполненные. Полипропилен, армированный стекловолокном, имеет высокую жесткость и ударную вязкость. Имеет высокую стойкостью к различным агрессивным средам, высокую стойкость к воде, антифризу, кислотам, щелочам, электролиту, растворам солей, маслам и полярным растворителям. Материал в ряде случаев заменяет металлы, реактопласты (фенопласт АГ-4В, волокнит ДСВ), более дорогие термопласты, обеспечивая снижение веса и стоимости, повышение коррозионной и химической стойкости. Модифицированные эластомером. Полипропилен с добавкой каучука, имеющий высокую эластичность, в ряде случаев заменяет резину. Имеет высокую эластичность, в том числе, при отрицательных температурах, стойкость к моющим средам, маслам и полярным растворителям, к соляному туману. Материал в ряде случаев заменяет резину, ППУ, пластикат ПВХ, ТЭПы. Экологичен при переработке в изделия; детали не растрескиваются при длительной эксплуатации, стойки к воздействию климатических факторов, включая УФ-излучение, озон, влагу, повышенную температуру. Трудногорючий. Полипропилен в композиции с антипиренами. Имеет высокую категорию стойкости к горению, трекингостойкость, электрическую прочность, удельное электрическое сопротивление. Композиции на основе полистирола. Наиболее распространенными типами композиций на основании ПС являются композиции со следующими наполнителями: • Мел; • Тальк Композиции на основе АБС. Компаунды на основании АБС могут быть, как наполненными, так и представлять собой смесь АБС с разнообразными модификаторами. На российском рынке встречаются следующие наполнители в АБС компаундах: • Мел; • Стекловолокна; • Микрофибра; • Тальк. АБС компаунды могут быть изготовлены без наполнителей с добавлением модификаторов: ударопрочности, морозостойкости, трудногорючести и т.д. Композиции на основе ПК. Композиции на основании ПК подразделяются на три группы: • Композиции ПК/АБС; • Модифицированные компаунды ПК; • Модифицированный ПК/АБС. Композиция ПК/АБС наиболее распространенный тип компаунда на основании ПК. Данная композиция представляет собой смесь базовых компонентов ПК и АБС в следующих соотношениях: ПК – 65% и АБС – 35%. Также ПК может модифицироваться различными добавками, повышающими его морозостойкость, ударопрочность и т.д. И, как комбинация предыдущих двух типов, применяется компаунд, представляющий собой смесь модифицированного ПК с АБС. Композиции на основе ПА. Наиболее распространенными типами композиций на основании ПА являются композиции со следующими наполнителями: • Стекловолокно; • Тальк; • Графит; • Сульфит молибдена; • Сажа. Наряду с наполнителями (вместе с наполнителями или без них) в композиции ПА добавляются различные виды модификаторов. |
