13 Асбест

Асбест – общее название группы гидратированных силикатов различных металлов. Хризотиловый асбест – сильно гидратированный силикат магния общей формулы Mg[(OH)₄Si₂O₅]₂, составляющий более 95% мирового потребления асбеста. Он производится в виде волокнистого порошка с различной длиной волокон, а также в виде бумаги, пряжи, тканей и войлока.

Асбест используется в пластмассах в качестве усиливающего наполнителя, придавая изделиям повышенные прочность и модуль упругости при изгибе, улучшая их сопротивление ползучести и теплостойкость, снижая термический коэффициент расширения, позволяя регулировать текучесть композиции и снижая стоимость материала. Недостатком асбеста являются пониженные значения ударной вязкости полимерных композиций. Существуют также некоторые трудности в переработке материалов на их основе, темный цвет получаемых пластмасс и необходимость дополнительной стабилизации ряда полимеров, наполненных асбестом. При работе с асбестом требуется применение специальных мер безопасности, поскольку он может вызывать у людей, работающих с ним, легочные заболевания (предельная допустимая концентрация асбеста составляет два волокна длиннее 5мкм на 1 см³ при вдыхании в течение 8 часов).

Основные типы асбеста. Существует два больших класса минералов, называемых асбестами, но только один вид одного класса широко используется в промышленности – это хризотиловый асбест или волокнистая модификация серпентина – наиболее важный класс асбестов. Его объем составляет 95% мировой добычи. Второй класс асбестов, так называемые амфиболы, содержит 5 типов асбеста. Однако добываются и используются в промышленности только три из них, причем каждый обладает специфическими свойствами, обусловливающими его применение: крокидолит - один из представителей амфиболов, товарный продукт имеет голубой цвет и отличается высокой кислотостойкостью, применяется в производстве асбестоцементных материалов; амозит, широко применяемый в качестве теплоизоляционного материала; третьим промышленным типом амфиболов является антофиллит (рисунок 13.1).

Хризотиловый асбест	Крокидолит
Амозит	Антофиллит

Рисунок 13.1 - Электронные микрофотографии некоторых типов асбеста

(увеличение 2500).

Каждый сорт асбестового волокна содержит определенный набор волокон различной длины и диаметра. Длинноволокнистые сорта асбеста всегда содержат короткие волокна, но коротковолокнистые – никогда не содержат длинных волокон.

Химические и физические свойства асбеста. Асбест (неорганический силикат) обладает высокими тепло-, атмосферостойкостью и химической инертностью. Хризотиловый асбест, представляющий собой высокогидратированный силикат магния, состоит из последовательно чередующихся слоев тетраэдров оксида кремния и гидроксида магния. Он легко реагирует с сильными кислотами с сохранением сетки диоксида кремния. Стоек к действию оснований, но способен реагировать с сильными щелочами, например, с кипящим 70%-ным раствором КОН. Асбест также обладает высокой инертностью к растворителям и другим химическим реагентам.

На асбест не действует солнечная радиация, озон или кислород. Он растворим в воде, часто используется как термостойкий материал для теплоизоляции. При 130⁰С из него выделяются 1-2% сорбированной воды, выше 200⁰С начинает медленно отщепляться кристаллизационная вода. Этот процесс резко ускоряется в случае хризотилового асбеста при температуре выше 600⁰С. Потеря воды необратима. Гидроксид магния переходит в оксид магния с сохранением структуры диоксида кремния, однако волокно при этом теряет прочность и становится очень хрупким. При температурах выше 810⁰С хризотиловый асбест претерпевает фазовое превращение и переходит в форстерит. При 1520⁰С он плавится.

Асбест адсорбирует пары воды в атмосферных условиях. При влажности от 50 до 70% сорбирует 1,5-2,0% воды, а при влажности выше 90% - до 3%. Сорбированная влага не оказывает какого-либо заметного влияния на свойства асбопластиков. Десорбция воды протекает практически мгновенно в полностью сухой атмосфере или при повышенной температуре.

При погружении в воду некоторое количество гидроксида магния хризотила растворяется в воде, и она становится слегка щелочной. Поэтому алюминий и другие материалы, нестойкие к действию щелочей, могут в этих условиях подвергаться коррозии.

Прочность и модуль упругости асбеста при растяжении очень высоки. Асбест и особенно хризотиловый асбест не обладают высокой твердостью и обычно не вызывают большого износа производственного оборудования. В некоторых случаях в асбесте могут присутствовать твердые примеси, такие как кварц и магнетит, которые способны вызывать значительный износ оборудования, однако обычно они имеют столь высокую степень измельчения, что действуют подобно полировальной пасте.

Одним из важных преимуществ хризотилового асбеста и крокидолита перед другими волокнистыми материалами неорганического происхождения является их высокая гибкость. Их можно перерабатывать практически любыми методами без разрушения волокон по длине. Однако при этом пучки волокон могут легко разделяться на отдельные волокна микроскопически размеров, что, по-видимому, создает эффект разрушения волокна.

Асбест производится в различных формах, которые широко используются как усиливающие наполнители для пластмасс. Высокопрочные материалы получают обычно методом пропитки асбестовой бумаги или ткани жидкими отверждающимися связующими, содержание которых может достигать 70%. Единственными видами асбеста, используемыми в производстве бумаги или ткани, являются хризотиловый асбест и крокидолит.

Для повышения пористости листовых асбестовых наполнителей часто используют асбестовый войлок. Такой войлок легко пропитывается и прессуется в слоистый пластик. Из асбеста получают нити, однако в качестве наполнителей они используются только в виде тканей или лент.

Наибольшее количество асбеста используется в промышленности пластмасс в порошковом виде. Волокнистый порошок вводят в смолу вместе с другими ингредиентами и получаемый премикс перерабатывают прессованием, литьем под давлением или экструзией.

Совмещение асбеста с полимерами. При смешении асбеста в сухом виде с порошкообразным полимером, полученная смесь обладает малой текучестью и малой кажущейся плотностью, что очень затрудняет подачу смеси непосредственно в экструдер, литьевую машину или пресс-форму и формование изделий. Поэтому асбест с полимерами необходимо смешивать в расплаве.

Один из методов, используемых в случае термопластов, заключается в сухом смешении компонентов с последующим экструдированием и получении полуфабриката в виде гранул. Гранулы в дальнейшем перерабатывают экструзией или литьем под давлением. Основным требованием при этом является получение непористых таблеток, что достигается удалением воздуха из экструдера; по другому методу смешение полимера с асбестом проводят в смесителе Бенбери с последующим таблетированием.

С порошкообразными термореактивными смолами асбест совмещается в присутствии минимального количества растворителя. После сушки композиции перерабатываются прессованием. Жидкие термореактивные смолы смешивают с асбестом в любых смесителях для высоковязких систем. Премикс может быть экструдирован в виде гранул или использоваться непосредственно для прессования.

Как и другие наполнители, асбест имеет свои достоинства и недостатки при использовании в пластмассах:

Достоинства:	Недостатки:
Повышение модуля упругости	Понижение ударной вязкости
Повышение прочности при изгибе	Увеличение вязкости
Повышение прочности при растяжении	Повышение плотности
Понижение термического коэффициента расширения	Придание темного цвета Сложность переработки
Повышение теплостойкости	Необходимость стабилизации
Повышение стабильности размеров	ПВХ и ПП при высокой температуре
Улучшение теплоизоляционных свойств
Низкая адсорбция воды
Быстрое затухание
Регулирование текучести в форме
Минимальное разрушение волокон
Высокое качество поверхности
Химическая стойкость