Для получения термопластичных композиционных материалов, имеющих повышенные прочность при растяжении и модуль упругости при изгибе, смешивают 10ч. термопластичного полимера (полиамид, сложный полиэфир, поликарбонат, АБС-смолы, полиолефин), 100-800ч. порошка железа с диаметром частиц 50-200 мкм и 10-150ч. неорганического порошка с диаметром частиц 8 мкм, основным компонентом которого является Аl2O3 (другие оксиды – Zr, Si, Ti,Ca, Mg, Na) [64].
Композиционный материал с улучшенной стойкостью к растрескиванию содержит (%) 5-65 ПБТ с характеристической вязкостью 0,78 дл/г [при 25° в смеси (60:40) фенола и тетрахлорэтана] и 30-85 ВаSO4 с диаметром частиц 0,05-50 мкм, а также добавки до 5 пластификатора (жирные кислоты, эфиры жирных кислот, амиды, воск) и 0,01-0,5 фенольного антиоксиданта {тетра[метилен-3-(3,5-ди-третбутил-4-гидроксифенил)пропионат] метан}. Плотность композиционного материала не менее 2 г/см. Обычно используют смесь из ПБТ и полиэфира в соотношении 0,2-1-5:1. При вводе стекловолокна в композицию оптимум его 1-45% [65].
Прозрачное стойкое к истиранию покрытие наносят на композиционный материал, содержащий 0-70 % ПБТ, 0-70 % полиэтилентерефталат (ПЭТ), причём количество ПБТ и ПЭТ должно составлять больше10% от композиционного материала; 0-35 % ароматического поликарбоната, причём содержание первых двух эквивалентно или больше поликарбоната; эффективных количеств стабилизатора (например, фосфитов, кислых фосфатов и др.); 0-15 % стирольного модификатора; 0-35 % полиэфира или полиэфиримида, содержащего простые эфирные связи; 30-80 % неорганического наполнителя (сульфаты бария, стронция, хрома, цинка, оксид цинка); 0-30 % стеклянного армирующего наполнителя. Материалом покрытия является коллоидный кремнезём, диспергированный в силаноле, полимерных системах акрильных или метакрильных или их смесях, а также аминопласт [66].
Композиционные материалы состоят из 97,0-99,85 % полиалкилентерефталата, 0,05-1,0 % синего ультрамарина, 0,05-1,0 % сажи или графита и 0,05-1,0 % диоксида титана (IV), причём 1-60 % полиалкилентерефталата можно замещать ароматическим поликарбонатом и при необходимости, полимером с Тст <-10°, обладающим каучукоподобной эластичностью. Композиционный материал содержит по выбору вещества для образования зародышей кристаллизации, смазки, технологические добавки, наполнители и армирующие вещества, антипирен, краситель и пигмент. Композиционный материал применяют для изготовления формованных изделий, для надписания путём излучения энергии с длиной волн вблизи УФ-, видимых и ИК-областей для получения белого шрифта на чёрной и тёмной основе [67].
Композиционный материал, используемый в электронике при изготовлении лазерных дисков, содержит 30-99,995 % термопластичного полимера (полиэфиры, полиолефины, полистирол, их смеси), 0,005-5 % неорганических солей (галогениды, псевдогалогениды, сульфаты) и 0 - 69,995 % наполнителя [68].
Термостойкие композиционные материалы
Технологичные композиционные материалы с улучшенной термостойкостью, применяемые для изготовления формованных изделий электротехнического назначения, приготавливают смешением 5-94,99ч. ПБТ с характеристической вязкостью 0,7-0,92 дл/г (30°, смесь Рh-ОН – тетрахлорэтан 3/2), 5-94,99ч. ПБТ с характеристической вязкостью 0,93-1,4 дл/г и 0,01-2ч. соли монтанвоска или его сложного эфира [69].
Термопластичный формовочный композиционный материал, включающий полиэтилентерефталат (ПЭТ) или ПБТ, модификатор и добавку целевого назначения для снижения текучести расплава, повышения его термостабильности, устранения облоя в литьевых изделиях на ее основе и облегчения выемки изделий из литьевой формы, в качестве модификатора содержит эпокситрифенольную смолу, а в качестве добавки – меламин и/или амидный воск при следующем соотношении компонентов: 100 ч. ПЭТ или ПБТ, 0,5-1,0 ч. эпокситрифенольной смолы; 0,025-0,35 ч. меламина и/или амидного воска и дополнительно 30-40ч. стекловолокна. Композиционный материал может также содержать фосфиты, пигменты, ингибиторы горения и т.п. Эпокситрифенольную смолу и меламин и/или амидный воск добавляют к гранулам полимера в виде раствора в ацетоне, смесь сушат 8-10 часов при 120° в вакууме и отливают образцы [70].
Термостойкие композиционные материалы с улучшенными механическими характеристиками, применяемые для изготовления деталей автомобилей или корпусов электронных приборов, приготавливают смешением 1-99% синтетического полимера (поливинилхлорид, сложный полиэфир, поликарбонат, полиоксиметилен) и 99-1% каучукоподобного сополимера с вязкостью по Муни 20-120, содержанием гель-фракции не менее 50% и средним диаметром частиц 0,2-1 мкм, синтезируемого сополимеризацией диенового мономера, образующего гомополимер с Тст£ 25°, и полифункционального ненасыщенного мономера [71].
Термопластичный композиционный материал с превосходными размерной стабильностью, формуемостью, термостойкостью и улучшенной ударной прочностью, используемый в автомобильных деталях, электрических и электронных компонентах, получают смешением А) 99-1% ароматических полиэфиров, например, ПБТ, Б) 1-99 % полифениленэфира, например, поли-2,6-диметил-1,4-фениленэфира, В) (% от массы А+Б) 0,1-100 совместителя – многофазного конструкционного термопласта, содержащего 5-95 эпоксиолефинового сополимера, в котором любой из сополимеров образует диспергированную фазу из частиц диаметром 0,001-10мкм, и Г) (% от массы А+Б+В) 0-150 неорганического наполнителя [72].
Металлизированные изделия, отличающиеся повышенной термостойкостью, механической прочностью и химической стойкостью, формуют из композиционного материала, содержащего (%) 10-90 ПБТ и 90-10 АБС, модифицированного 5-30 полибутадиенового стирольного каучука и/или сополимера бутадиена и акрилонитрила (1) или стирола (2). Используемый АБС содержит 1 и 2 в отношении от 15:85 до 60:40 [73].
Производство и применение ПБТ, его сополимеров и композиционных материалов на их основе
Благодаря сочетанию физико-химических, механических и диэлектрических свойств и высокой скорости кристаллизации ПБТ широко используют для изготовления деталей электротехники, электроники и автомобилестроения.
По оценкам зарубежных специалистов ПБТ в будущем будет не только конкурировать с традиционными конструкционными термопластами, но и заменит некоторые термореактивные смолы и металлические отливки. Замечательные свойства полимера определили быстрый рост его выпуска. В 1995 году его мировой выпуск составил 270 тыс.т. [74], а к 1998 году мировая потребность в ПБТ выросла на рынке до 410 тыс.т/г (ежегодный прирост 6-8%/г). Резкое увеличение потребности в ПБТ на международном рынке заставило основных поставщиков этого полимера увеличить (или создать новые) производственные мощности по его получению. Из основных фирм данного профиля отмечены: новое предприятие Du Pont мощностью 30 тыс.т/г, Hoechst, на 50% расширившее своё производство, доведя общий объём выпуска ПБТ до 32 тыс.т/г. Этой фирмой проводится с 1997 года переориентация завода по выпуску полиэтилентерефталата на ПБТ с удвоенной производственной возможностью и, наконец, в 1998 года BASF и GE Plastiks введено в действие производство ПБТ 60 тыс.т/г. и в Китае планируется быстрый ввод в действие производства этого полимера мощностью 26 тыс.т/г [75].
Сообщают, что на заводе в Эммене (Нидерланды) фирмы DSM Engneering Plastics со 2-го квартала 1998 года расширено производство ПБТ до 30 тыс.т./г. После освоения и оценки технологического процесса фирма DSM будет ежегодно увеличивать выпуск этого термопластичного полиэфира на 8-9% и будет укреплять и расширять свои позиции на рынке [76].
Стоимость ПБТ постоянно снижается и, в первую очередь, из-за доступного и дешёвого сырья для его производства, в т.ч. для ПБТ, армированного 30% стекловолокна и углеродными волокнами, который является прекрасным конструкционным материалом для машиностроения и строительства. ПБТ и композиты на его основе широко применяются в автомобилестроении и электронной промышленности. Полимер обладает высокой прочностью и жёсткостью, имеет хорошие диэлектрические свойства и высокую химическую стойкость. Обнадёживающей перспективой для дальнейшего развития производства и применения ПБТ является отсутствие в его структуре хлорсодержащих агентов и соединений, что в полной мере удовлетворяет требованиям по экологии, повышенную огнестойкость, пожаро- и взрывобезопасность изделий из него.
Одним из главных потребителей ПБТ и композиционных материалов на его основе является автомобиле- и машиностроение, где они применяются для производства кузовов, рам, бамперов и деталей внутренней отделки автомобилей.
Сообщают, что в Северной Америке впервые появились новые, легкие двухсторонние бамперы, полученные литьём под давлением с раздувом из Xenoy – смеси поликарбоната и ПБТ фирмой General Elektric Plastics, которая составляет конкуренцию бамперам из металла и пенополипропилен по стилю и цене; новые бамперы на 45% легче существующих, выдерживают -29°С без разрушения на больших скоростях. Бамперы с двойной стенкой хорошо абсорбируют энергию удара и стойкость к ударам выше, чем у металлов [77].
Фирмой Bayer Corp. намечается в 2000г. внедрение смесей и сплавов ПБТ с поликарбонатом для получения тонкостенных решёток радиаторов машин и бамперов, фирма Toyota планирует дальнейшее усовершенствование технологии производства этих весьма прогрессивных материалов для конструкции своих машин, в частности, например, снижения хрупкости изделий и повышения их устойчивости к растрескиванию и действию неблагоприятных атмосферных условий [78].
Из ПБТ марки Ultradur S 4090G6 фирмы BASF можно изготавливать автомобильные зеркала заднего вида без обычных металлических несущих деталей [79].
Новый материал для литья под давлением на основе ПБТ, прложенный фирмой Du Pont под названием Crastin серии 93, обладает высокой стабильностью размеров (на 50% выше, чем у обычного ПБТ), что достигается введением дисперсных наполнителей (стеклошариков, минеральных порошков). В автомобильной промышленности используют для литья штекерных разъёмов с закладными деталями. Хорошее сочетание механических свойств при меньшей плотности и более коротком цикле литья делают новый материал конкурентноспособным [80].