Армированные поликарбонаты

admin | Поликарбонаты | 17.11.2008

Одним из способов модификации свойств поликарбонатов является армирование их стеклянным волокном. Для этой цели обычно используют стеклянное волокно диаметром 5-10 мкм и длиной 50-500 мкм с малым содержанием щелочи. Количество стеклянного волокна в армированных поликарбонатах составляет 20-40%.
Армированные поликарбонаты имеют повышенные значения плотности, твердости, теплостойкости, разрушающего напряжения при растяжении, но пониженные значения относительного удлинения при разрыве и ударной вязкости. При введении стеклянного волокна увеличивается также статистическая и усталостная прочность, стойкость к ползучести при комнатных и повышенных температурах.
Усадка армированных поликарбонатов в процессе переработки составляет 0,2-0,3% (для неармированного полимера она равна 0,6-0,7%). Это позволяет изготавливать из поликарбонатов армированные стеклянным волокном прецизионные изделия, в том числе детали с металлическими запрессовками. Армированные поликарбонаты являются хорошими электроизоляционными материалами. Введение 30% стеклянного волокна позволяет значительно повысить электрическую прочность, причем этот показатель практически не изменяется при нагревании армированного полимера до 150 °С. При дальнейшем увеличении количества стеклянного волокна (до 40%) уменьшается электрическая прочность исследуемых образцов.
Хорошие диэлектрические свойства в сочетании с высокими прочностными показателями и негорючестью обеспечили армированным поликарбонатам широкое применение для изготовления различных деталей в электротехнической промышленности и в электронной технике. Эти детали обычно изготавливают литьем под давлением.
Для улучшения физико-механических свойств рекомендуется армировать поликарбонаты стеклянным или графитовым волокном. Улучшение свойств обусловливается кристаллизацией полимера, происходящей одновременно с его армированием. Так, при повышении температуры литья поликарбоната, армированного стекловолокном, до 275°С разрушающее напряжение при растяжении увеличивается на 30% и почти вдвое возрастает относительное удлинение при разрыве.

КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ ПОЛИКАРБОНАТОВ

Как уже указывалось, поликарбонат на основе бисфенола А, несмотря на наличие комплекса уникальных свойств, имеет ряд недостатков. Поэтому очень часто поликарбонат применяют в сочетании с другими соединениями. Композиции на основе поликарбоната составляют для улучшения определенного качественного показателя (или показателей) самого поликарбоната (применяя другие полимерные соединения или низкомолекулярные вещества) или для повышения технических показателей других классов полимеров (применяя их в смеси с поликарбонатом). Таким образом, составление композиций на основе поликарбоната является одним из способов механохимической модификации свойств поликарбоната. Например, поликарбонат на основе бисфенола А имеет недостаточное относительное удлинение при разрыве, что ограничивает его применение для получения различных покрытий. Для повышения этого показателя применяли соответствующие композиции поликарбоната с другими полимерами . Кроме того, для повышения относительного удлинения при разрыве поликарбоната на основе бисфенола А его сочетали с сополимером бутадиена и стирола, обладающим, наряду с высокой эластичностью, хорошими диэлектрическими свойствами.
Аналогичные композиции были получены на основе поликарбоната из бисфенола А с другими эластомерами: натуральным каучуком, полибутадиеном, полиизопреном, бутилкаучуком и нитрильным каучуком. Смеси поликарбоната и привитых сополимеров стирола и акрилонитрила с полибутадиеном также позволяют улучшить термопластичность поликарбоната и перерабатывать композиции литьем под давлением при соотношении поликарбонат: привитой сополимер от (90:30) до (10:70). Композиция поликарбоната с 50% полиабутена имеет низкую температуру плавления, поэтому этот материал можно перерабатывать при пониженных температурах. Описан новый термопласт «циколой 800», представляющий собой композицию поликарбоната с АБС-пластиком (Гпл = 254,2-276,7 °С), который обладает высокой ударной вязкостью, теплостойкостью, разрушающим напряжением при растяжении, высокой химической стойкостью. Этот термопласт перерабатывается экструзией, литьем под давлением, вакуумформованием и применяется в самолетостроении, судостроении, машиностроении, а также для производства защитных шлемов.
Изучены композиции поликарбоната на основе бисфенола А с фторированными полимерами.
Поликарбонат хорошо совмещается также с гомополимерами стирола и его производных (а-метилстирола, моно-, ди-, три-, тетра- и пентахлорстирола), образуя композиции, отличающиеся негорючестью.
Композиция из поликарбоната и 50% полиэтилена имеет повышенные показатели разрушающего напряжения при изгибе и ударной вязкости.
Композиции на основе поликарбоната и полипропилена (50 вес. %) характеризуются улучшенными механическими свойствами и перерабатываемостью. Композиция из 70-96% поликарбоната, 2-30% полиэтилена и 3-30% полистирола стойка к растрескиванию, действию кипящей воды, обладает повышенной ударной вязкостью образцов с надрезом (20-105 Па) и повышенным разрушающим напряжением при изгибе (82 МПа), но несколько пониженным разрушающим напряжением при разрыве (55 МПа); перерабатывается литьем под давлением при 240-250°С.
Для получения изделий с высокой стойкостью к растрескиванию, стабильными размерами и повышенной ударной вязкостью (46 Н/м) применяют также композицию из 95% поликарбоната и 5% сополимера этилена и винилацетата, содержащего 28 вес. % винилацетата. Материал с высокими прочностными показателями получают при экструдировании трехкомпонентной композиции поликарбоната (85%), полиэтилена (10%), эпоксиполибутадиена (5%) в присутствии стеарата цинка (0,05%) при 250°С.
Для улучшения перерабатываеммости поликарбоната рекомендуют применять трехкомпонентную композицию из поликарбоната, полиэтилена (или полипропилена) и полиэтилентерефталата (два последних компонента составляют 50% от массы поликарбоната).
Описан ряд композиций поликарбоната с ароматическими полиэфирами с молекулярным весом 20 000, которые можно применять для получения пленочных материалов, ориентированных вытяжкой при 50-250 °С, для изготовления упаковки, изоляции для труб, электроизоляционных лент, контейнеров, а также для волокна (пряжа, щетина, канаты и т. д.). Такие изделия после воздействия органических растворителей (СНСЬ, ССЦ, гептан) остаются прозрачными и не растрескиваются. Для уменьшения вязкости расплава поликарбоната и облегчения переработки применяют композиции из 70-95 вес. % поликарбоната и 5-30 вес. % полиэтилентерефталата, получаемые совместным плавлением при 290 °С в атмосфере азота с последующей грануляцией. Добавление даже 5% полиэтилентерефталата значительно уменьшает вязкость расплава при сохранении диэлектрических и механических свойств.
Для повышения стойкости к растрескиванию в присутствии органических растворителей в напряженных изделиях рекомендуют смешивать поликарбонат с полимерными материалами различного строения (полиэфирами, эфирами целлюлозы, полиамидами, поливинилацеталями, полиуретанами и др.) в количестве 3-25% от общей массы полимерной композиции.
Композиции с высокой термопластичностью получают добавлением к поликарбонату привитых сополимеров из метилметакрилата, стирола и сополимера бутадиенстирола.
Из композиции на основе поликарбоната и метакриловых кислот можно получать изделия, имитирующие по окраске мрамор пастельных светлых оттенков (без добавления .красителей). Композиция обладает хорошими механическими свойствами и теплостойкостью; изделия на ее основе отличаются стабильностью размеров. Она применяется для производства косметических упаковок, деталей электроприборов и для других целей.
Прозрачные прочные покрытия получают из смесей поликарбоната и полиамида на основе этилендиамина и жирных кислот льняного масла при содержании полиамида в смеси до 25%. Покрытия наносят на различные подложки из раствора в о-дихлорбензоле или оксиацетоне.
Композицию с улучшенными технологическими и физико-механическими свойствами получают из смеси поликарбоната, полиамида (найлон) и полиоксиметилена (или привитого сополимера этиленмалеината) совмещением на вальцах, в смесителе Бенбери, экструдере и других аппаратах при изменении температуры по зонам от 227 до 260 °С, или прессованием в пресс-форме при 260°С. Разрушающее напряжение при растяжении полученных прессованных пластин составляет 275-105Па и относительное удлинение при разрыве-15%.
Триплексы и безопасные стекла получают, используя пленки поликарбоната толщиной (0,7-1,5)-мм в качестве прокладки между толстыми стеклянными пластинами 2,8-3,5 мм. Предварительно на пленку напыляется слой (SiO)x, где х=1-2. Пленка из поликарбоната соединяется со стеклом клеевым слоем (толщиной 0,05-1,0 мм) из сополимера метилметакрилата с бутилакрилатом (35:65) . Такие триплексы пропускают видимый свет, но почти полностью поглощают УФ- и ИК-излучение; они обладают хорошими теплоизолирующими свойствами, стойкостью к действию растворителей и не накапливают электростатических зарядов. Стекла толщиной (4-6)-10~3 м выдерживают удар молотка, а толщиной 2,5 • 10~2 м — пуленепробиваемы.
Прозрачное, абразивостойкое, не образующее острых осколков стекло получают при нанесении на пластину из зеркального стекла толщиной (2,5-7) • 10~3 м [лучше (2,8-3,5) • 10~3 м] слоя клея толщиной (0,05-1,0)-10~3 м и припрессовывании пластины из поликарбоната [толщиной (0,5-2)>10~3 м], на внешнюю часть которой наносят в вакууме слой (SiO)x. В качестве клеевого слоя можно использовать сополимер метилметакрилата с этилгексилакрилатом (35:65). При склеивании поликарбонатных пластин поливинилбутиральуретановой композицией получают безосколочные стекла.
Поликарбонатграфитовые композиции получают смешением раствора поликарбоната в метиленхлориде и порошкообразного графита с последующей желатинизацией, высушиванием и прессованием при 270 °С. При этом получается материал плотностью 1,7 г/см3 (при 20 °С), пористостью <1%, твердостью по Шору 61, коэффициентом теплопроводности 92,8 Вт/м-К и удельным объемным электрическим сопротивлением 10~4 Ом-м.
Твердые прозрачные листы или покрытия получают из композиции, состоящей из поликарбоната, наполненного тонкодисперсными (0,01-2 мкм) наполнителями (корундом, карбидом кремния или циркония).
Поликарбонатные композиции с пониженной вязкостью в расплавленном состоянии, не разлагающиеся и не ломающиеся при формовании, получают введением 0,1 -10 вес. ч. соединений общей формулы ,где R и R» — радикалы высших алифатических углеводородов Сю-С2з; R’ — этильная группа], например этилен-бис(стеарамида).
В патентной литературе сообщается о получении пластифицированных низкомолекулярными пластификаторами композиций поликарбоната. Композиция из поликарбоната и 0,1 -10 вес. % (лучше 0,5-5 вес. %) изофталевого или терефталевого эфиров октилового спирта, имеет улучшенные текучие свойства без снижения теплостойкости (300°С). Вязкость расплава при 275°С составляет 3000 Нс/м2.
В качестве пластификаторов можно применять также диэфиры карбоновых кислот формулы [(ROCO)-R’- -R»-COO].,CO (где R — алкил, R’ и R» = H, алкил, фенил).
Для получения из поликарбонатов эластичных пленок с хорошими оптическими свойствами предложено применять в качестве пластификаторов дикарбонатные эфиры диоксидифенилалканов (2 вес. %).
Для улучшения физических свойств и химической стойкости на поверхность изделий из поликарбонатов наносят полиуретановое покрытие.
Электрофотографические покрытия на основе поликарбоната получают добавлением трииитрофлуоренона или 2,3-дихлор-1,4-нафтохинона в раствор поликарбоната.
Однородные покрытия на нержавеющей стали получают нанесением на металлическую поверхность жидкой поликарбонатной композиции (1 вес. ч. поликарбоната с молекулярным весом 26 000 в 9 вес. ч. СН2С12 и Швее, ч. диэтилфталата), с последующим нанесением порошка поликарбоната (слоем 0,1 -10~3 м) и нагреванием до 240-350 °С в течение нескольких минут.
Описанные поликарбонатные композиции применяются для изготовления высыхающих красок для стекла, дерева, металлов и картона с высокой стойкостью к УФ-свету.
Гибкую двухслойную пленку, способную свариваться, получают из поликарбоната и полиэтилена. Вначале полнкарбонатная пленка подвергается действию коронирующего разряда. Затем для улучшения адгезионных свойств на пленку наносят раствор тетрабутилтитаната или полиэтиленимина в органическом растворителе. После удаления растворителя на поверхность пленки экструдируют полиэтилен (расход полиэтилена составляет 0,44-0,49 Н/м2). Такой упаковочный материал не расслаивается, не теряет своей прочности после длительной выдержки при 70 °С или действии жиров и может применяться в качестве упаковки для смазочных веществ, жирных пищевых продуктов и т. д..
Для изготовления пленочной изоляции высоковольтного кабеля ленту из поликарбоната покрывают углеводородной смазкой (низкомолекулярный полиэтилен), после чего такой лентой многократно (25 слоев) обматывают металлический проводник.
При введении некоторых добавок в поликарбонат модуль упругости и разрушающее напряжение при растяжении пленок возрастают, а относительное удлинение при разрыве уменьшается. Это явление, обратное явлению пластификации, при которой уменьшаются модуль упругости и разрушающее напряжение при растяжении и увеличивается относительное удлинение при разрыве, называется антипластификацией. Антипластификаторами для поликарбоната могут служить соединения с Т стеклования выше -50 °С, совместимые с поликарбонатом и содержащие полярные атомы — галоген, N, О, S, два несопряжеиных цикла. Жесткость антипластифицированных полимеров может быть повышена кристаллизацией. Антипластификаторами поликарбоната могут быть 2,5-диметилдифенилсульфон, метилабиетат и др. .
Поликарбонаты на основе бисфенола А в смеси с хлорированным и сульфированным поликарбонатами (в соотношении от 50 : 50 до 80 : 20) в растворителе применяют для обработки кожи. Полученная композиция характеризуется отсутствием липкости и не выделяет пластификатор, что обеспечивает сохранение поверхности кожи сухой.