- •Федеральное агентство по образованию
- •Введение
- •1 Классификация и общая характеристика дисперсных наполнителей
- •2 Карбонат кальция
- •3 Каолин
- •4 Полевой шпат и нефелин
- •5 Диоксид кремния
- •5.1 Пирогенетический (коллоидальный) аморфный диоксид кремния
- •5.2 Осажденный (гидратированный) аморфный диоксид кремния и силикагель
- •5.3 Измельченный кварцит (кварцевая мука)
- •5.4 Стеклообразный диоксид кремния (плавленый кварц)
- •6 Тальк
- •7 Металлические порошки
- •8 Технический углерод
- •9 Графит
- •10 Сферические наполнители (микросферы)
- •10.1 Сплошные микросферы
- •10.2 Полые сферические наполнители
- •10.2.1 Неорганические полые микросферы
- •10.2.2 Свойства органических полых микросфер
- •10.3 Применение полых микросфер
- •11 Слюда
- •12 Волластонит (силикат кальция)
- •13 Асбест
- •14 Древесная мука
- •Основная литература:
- •15 Стеклянные волокна
- •15.1 Исторический очерк
- •15.2 Общие сведения о получении стекол и стеклянных волокон
- •Влияние состава стекла на его свойства.
- •15.3 Характеристика стекловолокон
- •15.4 Поверхностные свойства стеклянных волокон
- •15.5 Текстильные формы стекловолокнистых наполнителей
- •Литература:
- •16 Базальтовые волокна
- •16.1 Общая характеристика базальтовых волокон
- •16.2 Составы и свойства базальтовых волокон
- •16.3 Текстильные формы базальтоволокнистых наполнителей
- •Литература:
- •17 Углеродные волокна
- •17.1 Исторический очерк
- •17.2 Особенности структуры волокнистых форм углерода
- •17.3 Типы и свойства углеродных волокнистых наполнителей
- •Литература:
- •18 Арамидные волокна
- •18.1 Исторический очерк
- •18.2 Особенности структуры арамидных волокон
- •18.3 Свойства арамидных волокнистых наполнителей
- •18.4 Текстильные формы арамидных волокон
- •Литература:
Введение
1 Классификация и общая характеристика дисперсных наполнителей
Наполнители классифицируют:
В твердой фазе по геометрической форме частиц:
Определенной геометрической формы (например, сферы, куб, параллелепипед, чешуйки, пластины)
Неопределенной геометрической формы (например, порошки, крошка).
По химическому составу (например, карбонат кальция, кремнезем).
По источнику получения (природе): минеральные, органические, синтетические, природного происхождения.
По назначению: армирующие, усиливающие, заполняющие, триботехнические, электротехнические и т.п.
Форма частиц. Выбор наполнителя определяется в первую очередь размерами его частиц и их распределением по размерам (полидисперсностыо), а также формой частиц и характером их упаковки. Общая классификация и характеристики частиц наполнителей приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 - Классификация частиц наполнителя и основные параметры частиц.
Класс частиц |
Сфера |
Куб |
Параллелепипед |
Чешуйка |
Волокно |
Идеализированная форма частиц |
|
|
|
|
|
Описание формы частицы |
Сферическая
|
Кубическая, призматическая, ромбоэдрическая
|
Брусчатая, призматическая, нерегулярная |
Пластинчатая, чешуйчатая
|
Игольчатая, вытянутая, волокнистая |
Относительные размеры частиц |
|
|
|
|
|
длина L |
1 |
~1 |
1,4—4,0 |
1 |
1 |
ширина W |
1 |
~1 |
1,0 |
<1 |
<0,1 |
высота Т |
1 |
~1 |
1-<1 |
0,01—0,25 |
<0,1 |
Седиментационный диаметр |
1 |
ДЭС |
ДЭС |
ДЭС |
ДЭС |
Эквивалентная площадь поверхности частиц |
1 |
1,24 |
1,26—1,5 |
1,5—9,9 |
0,1—1,87 |
Примеры |
Стеклосферы, микросферы |
Кальцит, полевой шпат |
Кальцит, полевой шпат, оксид кремния, оксид бария |
Каолин, слюда, тальк, графит, гидроксид алюминия |
Силикат кальция, древесные опилки, асбест, волластонит |
Деление частиц на классы достаточно произвольно и основано на различии в площади поверхности частиц. Эта классификация учитывает две основные характеристики дисперсных наполнителей — размеры частиц и площадь их поверхности.
Большинство традиционно используемых дисперсных наполнителей представляют собой минералы, добываемые из скальных пород или руд и соответствующей обработкой превращаемые в порошки. При этом дробление происходит неравномерно и частицы наполнителей обычно имеют нерегулярную форму. Некоторые наполнители, такие как стеклосферы, осажденные силикаты, карбонаты кальция имеют более правильную форму. Природный каолин имеет форму гексагональных пластин (чешуек), однако в реальном наполнителе очень редко можно встретить частицы такой правильной формы.
Форма частиц большинства наполнителей различаются чрезвычайно сильно и их нельзя строго классифицировать. Коэффициент формы (Ке) влияет на вязкость материала и распределение напряжений в наполненных материалах. Значение ке определяется реологическим методом и меняется от 2,5 для шарообразных до 5,9 для эллипсоидных частиц с отношением длин полуосей, равным 10. Ряд наполнителей характеризуется регулярной формой. Значения Ке для частиц различной формы и размера:
Шарообразная -2,5
Пластинчатая -5,0
Неопределенной формы -4,0
Цилиндр, волокна
с отношением L/d2 4 6 10
2,58 3,1 3,8 5,9
С увеличением Ке увеличивается вязкость и концентрация напряжений в наполненных полимерах.
Теоретически плотность упаковки наполнителя в занимаемом объеме не зависит от размера частиц наполнителя:
- шарообразные частицы максимально могут занимать 0,64 доли объема,
- однонаправленные волокнистые цилиндрические – 0,91,
- прямоугольные волокна или призмы – 1, т.е. весь объем.
Практически доля введенного наполнителя, критическая степень наполнения, существенно зависит от размера частиц. При выборе геометрической формы частиц наполнителей учитывается их влияние на распределение нагрузки в композиции, и, следовательно, на механизм разрушения материала. Кроме того, принимаются во внимание размеры и форма изделий, технология переработки материалов и многое другое. Так, в случае изделий малой толщины и сложной конфигурации, предпочтение отдается высокодисперсным наполнителям (порошкам), поскольку они легко распределяются в связующем, сохраняя исходное распределение в процессе формования изделий. Применение высокодисперсных наполнителей снижает вероятность разрушения и расслаивания изделий при последующей механической обработке.
Основные принципы выбора наполнителя
Свойства, которые необходимо улучшить |
Физическое состояние полимерной матрицы |
Свойство, которое не должно ухудшиться с введением наполнителя |
Требования к полимерной матрице |
Требования к размерам и форме частиц наполнителя и адгезии к матрице |
Концентрация наполнителя |
Термопластичные полимеры | |||||
Модуль упругости |
Стеклообразное |
Ударная вязкость |
Повышенная пластичность |
Мелкодисперсные частицы с узким распределением по размерам |
низкая |
Модуль упругости |
То же |
Прочность при растяжении |
Повышенные пластичность и жесткость |
Тонкие волокна или чешуйки с хорошей адгезией к матрице |
Низкая или средняя |
Модуль упругости |
* |
Прочность при изгибе |
Повышенная жесткость |
Высокое значениеmax, хорошая адгезия |
Высокая или средняя |
Износостойкость |
* |
Прочность при сжатии |
Повышенные пластичность и жесткость |
Высокая твердость, высокое max |
высокая |
Плотность (понизить) |
* |
То же |
Повышенные твердость |
Стеклянные микросферы |
Высокая или средняя |
Модуль упругости |
Эластичное |
Вязкость |
Низкая вязкость расплава |
Высокое max , широкое распределение частиц по размерам |
низкая |
Прочность при растяжении |
* |
Ударная вязкость |
Высокое удлинение при разрыве |
Мелкодисперсные частицы с узким распределением по размерам и средней адгезией к матрице |
низкая |
Ползучесть |
* |
Прочность при растяжении |
Высокое или среднее удлинение при разрыве |
Мелкодисперсные частицы с широким распределением по размерам и хорошей адгезией к матрице |
Низкая или средняя |
Прочность на раздир |
* |
Ударная вязкость |
Среднее или высокое удлинение при разрыве |
Мелкодисперсный наполнитель с узким распределением частиц по размерам и средней адгезии к матрице |
низкая |
Сетчатые (отвержденные или вулканизованные) полимеры | |||||
Модуль упругости |
Стеклообразное |
Ударная вязкость
|
Повышенная пластичность |
Мелкодисперсный наполнитель с узким распределением частиц по размерам |
Низкая или средняя |
Модуль упругости или прочность при изгибе |
То же |
Прочность при растяжении |
Средняя пластичность |
Волокна или чешуйки |
средняя |
Прочность при растяжении или сжатии |
* |
Ударная вязкость |
То же |
Мелкодисперсный наполнитель или чешуйки |
* |
Прочность на раздир |
Эластичное |
Износостойкость |
Повышенная жесткость |
Мелкодисперсный наполнитель, твердый, с хорошей адгезией к матрице |
Низкая или средняя |
Примечание: max - максимальная объемная доля частиц наполнителя при заданном типе упаковки.
Упрочняющее влияние наполнители оказывают лишь в тех случаях, когда они сдерживают свободное деформирование связующего, адсорбированного на их поверхности. Многообразие форм мелких частиц наполнителей затрудняет вывод единой расчетной формулы для определения механических характеристик пластиков. В частицах разной формы при одинаковых условиях нагружения возникают различные напряжения.
Размер частиц наполнителя определяет отражение и преломление света. При оценке отражающей способности или степени белизны порошков влияние размеров частиц незначительно.
Размер и форма частиц определяют твердость и абразивную способность наполнителей. Высокая абразивная способность обусловлена присутствием примесей в материале. Коэффициент трения также зависит от формы частиц. Так, поверхность пластинчатых кристаллов талька состоит, в основном, из кремнезема, что обуславливает низкую энергию ван-дер-ваальсовских связей между ними и приводит к их разделению.
Вязкость расплавов наполненных материалов (диспесрных систем - суспензий), температура текучести зависит от объемной доли наполнителя и формы его частиц. Для описания реологического поведения диспесрных систем для концентраций до 30 объем % применяется уравнение Муни:
где: - вязкость системы;- вязкость связующего;- коэффициент формы частиц;н– объемное содержание наполнителя;max – максимальная объемная доля дисперсной фазы (наполнителя), определяется при максимально плотной упаковке частиц наполнителя (зависит от формы и размеров частиц).
Вязкость композиций возрастает с увеличением концентрации наполнителя, снижением max и с ростом анизометричности частиц наполнителя. Твердые частицы наполнителя снижают технологическую усадку, колебание усадки и повышают размерную точность изделий.
Химический состав. Химический состав является основной характеристикой наполнителей и в большинстве случаев определяет возможности их использования. Особое значение имеет реакционная способность наполнителей, являющаяся поверхностным свойством, непосредственно связанным с их химическим составом.
Оксиды. Из оксидов наиболее часто в качестве дисперсного наполнителя используется корунд или глинозем (оксид алюминия) природного или искусственного происхождения. Оксид алюминия имеет химическую формулу А1203. Благодаря амфотерной природе алюминия оксид алюминия и гиббсит могут взаимодействовать как с кислотами, так и со щелочами и имеют очень активную поверхность. Гидроксильные группы на поверхности гиббсита могут проявлять как кислотные, так и щелочные свойства, являясь донорами протонов.
Соли. При взаимодействии между собой кислот и оснований образуются соли. Наиболее широкое применение в качестве наполнителя получил карбонат кальция или кальцит СаС03. Известно около 300 кристаллических форм кальцита, которые получаются в основном из известняков, представляющих собой осадочные горные породы. Одной из форм известняка является мрамор. Соль слабой кислоты и слабого основания карбонат кальция обладает низкой стойкостью даже к слабым органическим кислотам, хорошо растворим в воде и взаимодействует со многими химическими реагентами.
Арагонит является более плотной, твердой и с более высоким коэффициентом преломления кристаллической формой карбоната кальция, важнейшей частью раковин моллюсков, и используется в виде измельченного ракушечника (муки). В отличие от кальцита арагонит обладает менее высокой реакционной способностью. Обычно осажденный карбонат кальция представляет собой смесь кальцита и арагонита.
Доломит CaMg(C03)2, также иногда используют в качестве дисперсного наполнителя. Все кристаллические формы карбоната кальция, содержащие магний, называются доломитами. Благодаря присутствию магния эти соединения более реакционноспособны, чем кальцит. Большинство кальцитов содержат доломиты в качестве примесей.
Ангидрит представляет собой безводный сульфат кальция, основными недостатками которого являются хорошая растворимость и кислая реакция в воде, а также высокая реакционная способность с большинством полимерных связующих.
Белая земля — такое название в минералогии получил полностью гидратированный сульфат кальция или гипс, который по своим свойствам аналогичен ангидриту.
Природный и осажденный (белый устойчивый или бланкфикс) барит резко отличается по своим свойствам от других солей. Он исключительно химически устойчив, практически не растворим в воде и способен образовывать прочные связи с металлами вследствие наличия на его поверхности сульфатных групп.
Силикаты. Наиболее сложными по составу являются наполнители, получаемые в виде смеси различных соединений после соответствующей обработки сложных минералов. Месторождения чистых минералов, пригодные для промышленной разработки, встречаются очень редко. В большинстве случаев минералы в исходном состоянии содержат различные примеси, ухудшающие свойства основного продукта. Только в редких случаях наполнитель состоит из одного или нескольких типов силикатов. Силикаты резко различаются по свойствам, но, как правило, все они имеют хорошую стойкость к действию кислот (за исключением волластонита) и плохую или хорошую стойкость к действию щелочей в зависимости от местоположения атома кремния в кристаллической решетке.
Отдельные элементы. Различные металлы и сплавы используются для производства дисперсных наполнителей в виде чешуек, частиц сферической или неправильной формы. Вес эти наполнители имеют низкую стойкость к действию кислот, характерную для металлов, а в случае алюминия и низкую стойкость к действию щелочей. Их частицы, получаемые из расплава, обычно имеют одинаковую форму и легко анализируются по химическому составу.
Графит является кристаллической формой углерода и получается при геологических процессах. Он однороден по химическому составу и стоек к действию кислот и щелочей.
Органические наполнители. Каменный уголь, в частности антрацит, является твердой формой углерода и состоит из низкомолекулярных летучих ароматических соединений, высокомолекулярных смол и большого числа различных продуктов окисления. Кроме того, каменный уголь содержит воду, серу, серусодержащие соединения и неорганические остатки (золу), главным образом полевой шпат, что значительно усложняет его состав. Обычно из каменного угля очень трудно удалить летучие вещества, поэтому при его использовании в качестве наполнителя полимеров при переработке их в расплаве наблюдается дополнительное выделение летучих компонентов. Каменный уголь может химически реагировать с рядом полимеров. Стойкость его к действию кислот хорошая, а к щелочам — плохая.
Древесная мука, измельченная скорлупа орехов, кора и пробка состоят в основном из лигнина и целлюлозы, однако их состав может варьироваться в широких пределах. Они обладают различной пористостью, облегчающей доступность содержащихся в них танина, восков и т. п. Эти наполнители имеют низкую стойкость к действию кислот и растворителей.
Физические свойства дисперсных наполнителей.
Оптические свойства. Частицы наполнителя, диспергированные в полимерной матрице, практически не отражают света. Анализ коэффициентов преломления минеральных порошковых наполнителей ограничивается рассмотрением прозрачных или полупрозрачных материалов, способных пропускать свет. Только несколько наполнителей с аморфной или изометрической кристаллической структурой имеют один коэффициент преломления. Аморфными являются только стеклосферы и чешуйки, а опал, представляющий собой аморфный гидратированный диоксид кремния (диатомит), содержит в своей структуре кристаллические агрегаты кристобалита (высокотемпературного кварца). Кристаллические вещества изометрического строения практически не используются в качестве наполнителей, за исключением флюорита CaF2, который нашел применение в ряде специальных случаев.
Другие оптические свойства наполнителей связаны с областями спектра, лежащими по обе стороны от видимой области — рентгеновской, ультрафиолетовой, инфракрасной и микроволновой. Рентгеновские лучи используются в структурном анализе кристаллов, так как они имеют длину волны 1—100 Å (1 Å= 0,0001 мкм), соизмеримую с межатомными расстояниями, и способны проходить между атомами в материалах.
УФ-спектр охватывает интервал длин волн от 0,01 мкм до 0,4 мкм, т. е. находится в интервале между рентгеновским и видимым излучениями. Такие наполнители как каменный уголь и графит полностью поглощают УФ-лучи. Органические наполнители и большинство полимеров могут разлагаться при длительном действии УФ-лучей. Неорганические наполнители могут поглощать, пропускать или преломлять УФ-лучи в зависимости от ориентации кристаллов. При этом часто наблюдается эффект люминесценции. Если свечение наблюдается только при действии УФ-излучеиия, наполнители являются флуоресцирующими, а если оно остается после прекращения воздействия — фосфоресцирующими.
Теплофизические свойства. Поскольку наполненные полимеры обычно перерабатываются при повышенных температурах, и при их эксплуатации они могут подвергаться тепловым воздействиям, теплофизические свойства дисперсных наполнителей (теплопроводность, удельная теплоемкость, физические и химические превращения в наполнителях при нагревании) имеют большое значение.
Значение коэффициента теплопроводности неорганических наполнителей лежит в интервале (4,2—33,3)10-3 Вт/мК, а органических — до 0,4210-3 Вт/(м-К. Для графита его значение равно примерно 0,4210-3 Вт/мК. Наименьшее и наибольшее значения коэффициентов теплопроводности имеют соответственно воздух (25,210-6 Вт/мК) и металлы (до 3,8 для меди). Теплопроводность полимеров обычно на порядок ниже, чем у большинства минеральных наполнителей (4,210-4 Вт/мК), что обусловлено рассеиванием тепловой энергии в результате свободного вращения атомов в полимерах, в то время как у минеральных наполнителей группы атомов жестко зафиксированы в пространственной решетке.
Почти для всех наполнителей теплоемкость Ср равна примерно 0,84 Дж/г. Вода является стандартным веществом и ее удельная теплоемкость равна 4,2 Дж/г. Для полимеров она колеблется от 1,26 до 2,1 Дж/г. Если удельную теплоемкость умножить на плотность, то полученные значения будут находиться в интервале 1,47—2,35 Дж/см3. Для графита и каменного угля эти показатели лежат в пределах 0,84—1,05 Дж/см3. Удельная теплоемкость воздуха равна 0,71 Дж/г, но из-за малой плотности воздуха его объемная теплоемкость очень мала. Металлы характеризуются высокой объемной теплоемкостью, для алюминия, например, она равна 2,68 Дж/см3.
Термический коэффициент расширения. Термический коэффициент объемного расширения равен примерно утроенному термическому коэффициенту линейного расширения. Большинство наполнителей расширяются неодинаково в различных направлениях вследствие неоднородности состава материала или его кристаллической структуры. Например, термический коэффициент линейного расширения для сосновой древесины (древесной муки) равен 5,410-6 К-1 вдоль волокон и 34,110-6 К-1 перпендикулярно волокнам. При повышении температуры и наличии ориентации волокон органических наполнителей в изделиях из материалов на их основе вследствие теплового расширения могут возникать значительные напряжения. Термический коэффициент линейного расширения неорганических наполнителей лежит в интервале (1—8)10-6 К-1. Для металлов характерны более высокие значения термического коэффициента линейного расширения [около (1—3)10-5 К-1], одинаковые по всем направлениям вследствие кубической изометрической кристаллической решетки металлов.
Огнестойкость наполнителей органической природы весьма ограничена, за исключением графита, который стоек к окислению до 1000°С. Из гидратированных силикатов при нагревании удаляется вода. Наполнители, содержащие карбонат кальция (известняк), начинают выделять диоксид углерода при 900°С, превращаясь в оксид кальция или известь. Алюминиевые пигменты способны к горению, а другие металлические наполнители, являясь эффективными проводниками тепла, способствуют нагреванию и термической деструкции пластиков.
Плотность является очень важным свойством наполнителей, так как она в значительной степени определяет массовые характеристики наполненных материалов. Плотность металлических наполнителей значительно выше плотности органических. Пористые или ячеистые наполнители имеют наиболее низкую плотность, зависящую от объемного содержания в них пор.
Твердость является одним из наиболее важных показателей физико-механических свойств наполнителей. Твердость кристаллов зависит от направления и типа поверхности, на которой она определяется, причем оба этих фактора зависят от ориентации кристаллической решетки и расположения атомов. Только для изометрических кристаллов, таких как кубические кристаллы металлов, твердость не зависит от направления. Однако обычно различия в показателях твердости в разных направлениях кристалла бывают настолько незначительными, что их не удается точно определить.
Размер и форма частиц наряду с твердостью определяют абразивную способность наполнителей. Так, индивидуальные кристаллы диоксида титана имеют твердость по Моосу 7—7,5 и обладают высокой абразивной способностью. Однако белый пигмент на основе диоксида титана с частицами размером около 0,25 мкм без острых кромок обладает сравнительно низкой абразивной способностью. Высокая абразивная способность, присущая иногда «мягким» наполнителям, обычно обусловлена присутствием примесей в материале. Например, высокая абразивная способность неочищенного каолина объясняется присутствием в его составе кремнезема. Кремнезем обычно имеет более крупные частицы, чем основной материал, что и придает ему высокую абразивную способность.
Коэффициент трения наполнителей зависит от формы частиц, состояния их поверхности и природы связи между ними. Так, поверхность пластинчатых кристаллов талька состоит в основном из кремнезема, что обусловливает низкую энергию ван-дер-ваальсовских связей между ними и приводят к сравнительно легкому их разделению. Кроме того, поверхность талька гидрофобна, поэтому наблюдающаяся на других твердых поверхностях нейтрализация зарядов адсорбированным слоем воды в тальке проявляется слабо и не сказывается на его коэффициенте трения. Аналогичную пластинчатую структуру имеет графит, также обладающий низким коэффициентом трения. Шероховатость поверхности, наличие острых кромок и твердых частиц являются основными причинами, повышающими трение частиц наполнителей между собой или с другими компонентами.
Важным физическим свойством частиц наполнителей является пористость и сорбциониая способность. Например, диатомит является высокопористым скелетом кремниевых водорослей (диатом). Пористость древесной муки и порошка из скорлупы орехов может иметь естественное или искусственное происхождение. Крупные частицы мела являются пористыми вследствие слипания мелких кристаллов.
Электрические свойства. Различие в электрических свойствах дисперсных наполнителей проявляется только в отсутствие влаги. Фактически на любых твердых поверхностях молекулы воды образуют тонкий адсорбционный слой, прочность сцепления которого с поверхностью зависит от ее природы. Поэтому электрические свойства отдельных частиц в обычных условиях могут существенно отличаться от свойств порошков наполнителей. В самом общем виде можно говорить о высокой электропроводности металлических наполнителей и низкой — наполнителей с ионными и ковалентными связями. Электропроводность некоторых кристаллов зависит от кристаллографического направления. Так, например, электропроводность графита вдоль пластинчатых кристаллов выше, чем в поперечном направлении. При сочетании ионных и металлических связей наполнители обладают полупроводниковыми свойствами.
Наполнители, на поверхности которых находятся гидроксильные группы, легко адсорбируют свободные ионы, загрязнения в виде соединений поливалентных металлов, воду и водорастворимые вещества, повышающие их поверхностную электропроводность.
Высокие плотности тока или зарядов способны вызывать карбонизацию органических наполнителей с образованием электропроводящих углеродных мостиков. Очевидно, что использование наполнителей может привести как к улучшению, так и ухудшению электрических свойств полимерных материалов.
Химическая стойкость.
Коррозионная стойкость. При полном диспергировании частиц наполнителя предполагается, что они равномерно распределены в матрице, образующей непрерывную фазу. Поэтому химическая стойкость наполненных композиций определяется главным образом химической стойкостью полимерной матрицы. В наполненных пленках или деталях, получаемых методами пневмоформования, частицы наполнителя могут находиться вблизи поверхности и ухудшать их внешний блеск. В этом случае проницаемость полимера для корродирующих веществ в решающей степени определяет выбор наполнителя. Это же относится и к выбору наполнителя для полимерных композиций, работающих при длительном контакте с агрессивными средами, например, для изготовления контейнеров для хранения агрессивных сред. В динамических условиях эксплуатации наполненных композиций, как это наблюдается в случае трубопроводов, насосов, цистерн и т. п., в которых возможен также абразивный износ материалов, необходимо, чтобы наполнитель по химической стойкости не уступал полимеру матрицы и повышал его абразивную износостойкость.
Пористость наполнителей типа древесной муки, коры, пробки, диатомита практически не влияет на кратковременную стойкость композиций к действию химически активных веществ и влаги при равномерном распределении наполнителя в полимерной матрице. Поры, образующиеся при высокотемпературной переработке наполненных композиций, могут служить ловушкой паров или жидкостей, проникающих в матрицу.
Проницаемость. Неорганические дисперсные наполнители обычно снижают проницаемость полимеров для газов и жидкостей при условии, что адгезионные связи не разрушаются под воздействием пенетранта. Полимерные композиции с наполнителями, водопоглощение которых достигает 0,04% или более (мел, волластонит, ангидрит, белая глина) обычно резко теряют прочность после выдержки во влажной среде и особенно в воде. Сорбируемые вещества или модификаторы полимерных композиций могут вызывать разрыв связей по границе раздела наполнитель—матрица с образованием пустот, в том числе сквозных, что резко увеличивает влагопоглощение композитов.
Реакции на границе раздела. К химическим эффектам в наполненных полимерных композициях относятся реакции поверхностных групп или содержащихся в наполнителях примесей с полимерами или модифицирующими добавками. Большинство наполнителей, а возможно и все, являются химически реакционноспособными. Полимеры, как правило, также содержат химически активные группы или добавки, способные реагировать с активными группами, имеющимися на поверхности наполнителей. В большинстве случаев химическая активность наполнителей проявляется в хемосорбции полимерных молекул с образованием ионных и ван-дер-ваальсовых связей.
На поверхности практически всех порошкообразных веществ обычно присутствует вода в конденсированном или химически связанном состоянии. В композициях на основе карбонатов кальция или магния и ненасыщенных олигоэфиров вода катализирует реакции между поверхностью наполнителя и свободными карбоксильными группами олигоэфиров, особенно при температуре ниже 100 °С. В результате реакции выделяется диоксид углерода, вызывающий образование микропор. Реакция отверждения в эпоксидных смолах катализируется в присутствии следов влаги, а в процессе образования полиуретанов взаимодействие изоцианатных или изоциануратных групп с водой приводит к выделению диоксида углерода и вспениванию композиций. Силикаты обычно содержат на поверхности силанольные или алюминольные группы, которые входят в их состав или образуются в процессе получения порошков. Эти группы являются донорами протонов. Поэтому акцепторы протонов, такие как амины и другие ониевые соединения, способны прочно связываться с поверхностью силикатных наполнителей. Эпоксидные смолы, реакции которых катализируются донорами протонов, способны отверждаться в присутствии каолина, оксида кремния и других наполнителей с кислотной природой поверхности.