Наполнители

Наполнители, химически инертные, твердые, а иногда также жидкие и газообразные, тела, образующие б. или м. крупную зернистодисперсную фазу в искусственных пластич. массах и вводимые в них с целью изменить в благоприятную сторону технич. и экономические показатели соответственных продуктов. К Н. близки, но не тождественны с ними, мягчители, или пластификаторы (смотрите), и о т я ж е л и т е л и.

Пластичность тел, временная или постоянная, обусловлена внутренней неоднородностью сред, образующих пластические материалы. Эта неоднородность присуща исходным цементирующим веществам, представляющим основание пластич. массы. 11а в производстве пластич. масс неоднородность цементирующей среды повышается искусственно введением различных химически инертных в отношении указанного основания тел, причем эта инертность составляет основной признак II., т. к. в противном случае, то есть при активном воздействии на основание, Н. рисковал бы перестать быть особой фазой. Глубоко изменяя общин физич. характер пластич. массы, II. сообщает ей ряд технических свойств, зависящих как от природы его самого, так и от соотношения между ним и цементирующим веществом. Па первом месте тут стоят механич. свойства пластич. масс: прочность на сжатие, прочность на разрыв, прочность на удар (нехруп-кость), уд. в (в одних случаях понижение, а в других повышение его), компактность (в смысле малой пористости), прочность на износ при том или другом роде изнашивающего усилия, твердость, упругость и т. д. Точно так же соответственным подбором Н. могут быть изменены свойства: тепловые (t° размягчения, если затвердевание пластич. массы обратимо; теплоемкость, теплопроводность; тепло- и огнестойкость) и электрические (диэлектрич. коэф., электросопротивление, а в нек-рых случаях и электрнч. крепость пластич.масс). Далее следует отметить, что в известных случаях присутствие II. может давать пластич. массам большую стойкость против старения. Наконец Н. несут в большинстве случаев функцию также и экономическую, т. к. будучи дешевле связующего вещества, к-рое входит в состав пластич. массы, они понижают общую стоимость продукта. Необходимо иметь в виду, что Н. не м. б. рассматриваемы как род фальсифицирующей примеси, которая снижает ценность продукта. Применение Н. основано на использовании значительной поверхности соирикосновония между цементирую щим веществом и дисперсной фазой—наполнителем, причем соответственно возрастает поверхностная энергия системы, представля-. ющей пластическую массу. Отсюда следует прежде всего важность значительной удельн поверхности Н., достигаемой измельчением его частиц. В табл. 1 сопоставлены значения удельной поверхности нек-рыхН., особенно применяемых в резиновой промышленности; опыты показали, что качество резиновой смеси стоит в прямой зависимости с указанными значениями уд. поверхности.

Таблица 1 .—У дельная поверхность п e к о-торых наполнителей (по данным G. G. В. Люффа).

Род наполнителя	Удельная поверхность, дм.г/дч.з
Газовая сажа..	1 905 ООО
Ламповая копоть..	1 524 000
Каолин..	304 800
Окись железа..	152 400
Окись цинка..	152 400
Глина ..	152 400
Литопон..	101 600
Мел	60 950
Кизельгур..	50 850
Тяжелый шпат..	30 480

Точно так же, если применяется волокнистый наполнитель, то тонина волокна благоприятствует качествам пластич. массы, тогда как грубое волокно ухудшает массу; сопоставленные в таблице 2 значения поперечника нек-рых волокнистых материалов значительно разнятся между собой.

Таблица 2.—Т онина элементарного волокна некоторых волокнистых наполнителей (по данным Ф. Цнркеля).

Род волокна	Поперечник волокна, μ
Шерсть лучшая..	15—40
Хлопок..	12—40
.	16—30
	12—26
Шелк	10—21
Япопское волокно..	4-18
Крокидолит капский.	9
Хризотил канадский.	1-1,5
Хризотил уральский.	0,75

Далее, существенен вопрос о капиллярных явлениях на поверхности раздела обеих фаз, так как поверхностное натяжение на границе (частица Н.—окружающая среда) должен быть очевидно возможно меньшим для лучшей •смачиваемости, т. к. при отсутствии хорошей смачиваемости Н. цементирующим веществом, то есть при несоответственном подборе их друг к другу, продукт может получиться вполне негодным, так например слюда, прекрасный Н. шеллака и канифоли, оказывается весьма плохим Н. в отношении фенольно-•формальдегидиых смол именно потому, что не смачивается этими последними. В табл. 3 сопоставлены иек-рые данные о Н. и соответствующих им цементирующих веществах, дающих при взаимном сочетании продукты хорошего качества. В искусстве пользоваться наполнителями много значит знать, какое именно свойство может быть достигнуто применением данного II.; например для получения прочности на сжатие требуются Н.

Таблица 3.—Данные о применимости раз-л и ч п ы х наполнителей η соответствии с избранным с в я з у ю щим веществом (по Э. Ге.ммингу).

Классы пла- стяч. масс и Связующее вещество их названия ^		Наполнитель
Λ. Феполь-нофори альдегидные материалы	Фенольноформаль-дегидная смола	Древесная масса Асбест
В. Органпч. холодные прессовки	Смолы Асфальты Каменноугольный пек Стеариновый пек Фенольноформлль-дегидная смола	Асбест Кремнезем Магнезия
С. Органпч. горнчиепрес- совки	Шеллак Даммар Канифоль Пеки Асфальты Тропил. смолы	Целлюлоза (древесная масса) Хлопок Глина Магнезия Слюда Кремнезем Асбест
Б.Неорганич. холодные прессовки	Портландский цемент Хлорокисьцинковые цементы Состав!л из кремне-кнелоты, глинозема, извести, глины и магнезии	Асбест
(г. Целлю-лоид	Камфора	Целлюлоза
Н. Слоистые изо. 1 я ПИОН, материалы (фенольно-форм альдегидные)	Фенольноформаль-дегидные смолы	Бумага, холст и др. ткани

зернистые, причем необходимо сочетать зерна определенных размеров в определенных соотношениях. Вопрос о рациональном количественном соотношении и рациональном подборе зерен разного размера был предметом многочисленных изысканий, главн. обр. применительно к производству асфальтовых смесей для путей сообщения. В табл. 4 приведены результаты исследований, которые произведены в США, позволяющие наиболее выгодно подобрать минеральный Н. (песок для дорожного асфальта).

Исследование и практика привели к составлению трех составных II., наиболее снижающих объём пустот между зернами и следовательно количество идущего на асфальт бнтумена. На фигуре 1 вычерчены в трилинейных координатах линии равного содержания пустот прн комбинировании песка с зернами трех размеров, причем компонент А проходит через сито 10, 20, 30 меш, компонент В — через сито 40. 50 меш, а компонент С—через 80, 100 меш. На фигуре 2 выделена область соотношений в II., дающая наиболее удовлетворительные результаты. Если требуется пластич. масса, обладающая прочностью на удар и на разрыв, то необходимо применение волокнистых Н. Как установлено опытами в отделе материаловедения Всесоюзн. электро-технич. ин-та, наиболее удачные пластич.

Таблица 4 .—А м е р и к а н с к а я классификация мостовых асфальтовых смесей.

				Классы асфальтовых			смесей
Пределы велнчнпы			1	9.	3	4		5
зерен минерального наполнителя			1			1 О) о	i о i н t, у
						" : я ^	П я =
						П Я п К	ei s: ei s
проходящих через сито	задерживающихся на сите	Содержание данной части в наполнителе в %
1 дм.	*/« дм.	68		45	_	_	-
Ч, дм.	Vi ДМ.	25		8	—	—
V. ДМ.	V. дм.			13	8	—		—
*/« ДМ.	10 меш			7	18	—	—	—
ю меш	20 »					8	3
20 »	30 »			9	[ 22	10	5
30 *	40 »				[ 22	12	8	1 ⁵
40 »	50 »					15	14	1
50 *>	80 »			14	} ³¹	27	26	i
80 *	100 »					9	15	1 ¹⁵
100 »	200 »				} ^м	10	14	)
200 »		^;		4	} ^м	9	15	80
Содержание бптумена
в смеси в	/о.	55,5		7	8,5	10	11	18

Битумен, применяющ. в асфальтовой смеси для связи

Характер езды

Темп-ра климата

Пенетрацнп при 25° (77° Ф.)

Легкая	Низкая	85	75	65	55		100
»	Высокая	75	65	65	45	—	100
Тяжелая	Низкая	75	65	55	—	45	90
^Ь	Высокая	75	65	55		40	90

массы получаются при сочетании волокнистого Н. с порошкообразным, причем во многих случаях целесообразно получать последний сочетанием порошков средней мелкости с весьма тонкими; применение сажи, даже в небольших количествах, иногда м. б.

Фигура i.

весьма полезно. Волокнистый Н. во многих случаях способствует также выравниванию внутренних натяжений, образующихся при затвердевании пластич. массы, в силу охлаждения ее или высыхания. Но, с другой стороны, необходимо иметь в виду, что волокнистые Н. обладают своеобразными свойствами, которые в известном отношении могут быть вредны, например длинноволокнистый асбест, весьма хороший II. в отношении многих свойств, однако не пропитывается смолистыми веществами и потому дает пластические массы, у которых поверхность сравнительно грубая и не обладает наилучшим внешним видом. Очесы хлопка и хлопковый линтер придают составам прочность на удар, но· страдают малой тепло- и ки-слотостойкостыо, а кроме того образуют при упаковке катышки, а поверхность пластических масс при обточке получается недостаточно чистой. В последнем отношении лучшие результаты дают шелковые очесы, но они экономически невыгодны для дешевых масс. При введении в пластические массы с водным цементирующим веществом нек-рые волокнистые Н., особенно древесные опилки, с трудом отдают поглощенную воду, тогда как бумага и растительные волокна отводят ее кнаружи, способствуя равномерному высыханию изделий.

Процесс введения Н. в цементирующее вещество требует известной внимательности. Различные компоненты наполнителя должен быть предварительно просушены и смешаны между собой в сухом виде. Однако процесс смешивания может вызвать иногда нежелательные результаты и не дать однородной смеси. Так например, опытами Дейера (F. С. Dayer, 1028)

выяснено: 1) что при достаточной степени горизонтального встряхивания слой частиц различных размеров, но одного и того же уд. веса сам собой располагается так, что большие частицы оказываются наверху, а меньшие—внизу; 2) что частицы с наибольшей инерцией стремятся занять область, где движение наиболее медленное; 3) что при наличии частиц различного размера и различного уд. в Н. расслаивается по компонентам различного уд. в., а в пределах одного слоя—по величине частиц; и наконец 4) что значительно бблыние частицы боль

шего уд. в могут смешиваться с меньшими частицами компонента меньшего уд. в Сле дует также отметить нек-рые тонкости в самом процессе смешивания готового Н. с цементирующим веществом, например необходимость вводить цементирующее вещество в Н., а не наоборот, применение (в производстве пластич. масс из синтетических смол) эмульсий цементирующего вещества,а не растворов или его самого в несмешанном виде; как показано Ренэ Мейером, таким способом можно ввести в пластическую массу вместо обычных максимальных 40—50% Н. до 95%, причем качество продукта оказывается высоким, а стоимость—низкой.

Области применения Н. В настоящее время продукты, в которых применяются Н., чрезвычайно разнообразны, и едва ли можно найти отрасль промышленности, где обходились бы без них; таковы в особенности промышленности: бумажная, шелковая, текстильная, резиновая, электроизоляционная, строительная, дорожная и промышленность пластич. масс; более важные продукты этого рода перечислены в следующем списке, причем сюда попали вследствие трудности разграничения также и некоторые продукты с отяжелителями:

Асфальт для дорог Бумага

Веревки, спасти

Замазки

Зубная пудра и паста

Инсектисиды

Искусственные камни

Керамик, материалы

Кожа

Краски

Кровельные материалы Линолеум и промасленные ткани Литейные формы Мыло

Настил пола Полировальные материалы

Прессованные п литые изделия

Прокладки труб и котлов

Резиновые изделия Составы для чистки Спички

Сухие элементы Текстильные, товары Удобрения Цементы

Электроизоляционные пластич, массы

В США в 1920 году потребление Н. достигало 1 млн. т.

Классификация II. В настоящее время число применяемых наполнителей достаточно велико. Так, из минеральных веществ применяются следующие:

Апгидрит Апатит

Асбест. пудра Асбестип (тал ь и)

Барит

Бентонитовая глина Биотит Гипс Глина Графит Диатомит Доломит Известняки

Из органических

Бумага Бумажная масса Бурый уголь Нол он па растительные различные

Гулканизованпая фибра измельченная (отходы)

Кальцит Кварцит Кремень Магнезит Мел

Мраморн. пыль Окись железа Охра и умбра Пемза Песок

Пирофиллит Нолевой шпат Сера

Серпентин

Сланец

Сланцевая мука

Слюда

Слюдистый као-лнн

Сукповальпые глины

Тальк

Тальковый камень Трепел

Уголь измельченный Целестин веществ применяются: Древесные опилки Карболит измельч. (отходы или старые карболи-товые изделия, наполнитель для карболита же) «Кокос“ — опилки скорлупы кокосового ореха

Линтер

Солома

Торф

Фибра (смотрите Вулканизованная фибра)

Формолит (продукт коп-

денелции непредельных соединений нефти с формальдегидом)

Хлопковые волокна (очесы, ликтер)

Шелк (смотрите)

Классификация этих многочисленных Н. может быть проведена по химич. составу, по физич. состоянию (твердые, мягкие, пластичные, жидкие, газообразные), по строению и по форме (длинно- и коротковолнистые, угловатые, округлые, шарообразные), по экономическому признаку (классы стоимости), по т. и. зерновому составу (то есть по содержанию частиц того или иного размера) и т. д.

Технические условия. Общих технич. условий на Н. не существует в виду чрезвычайно большого разнообразия как Н., так и областей их применения и в виду малой изученности общей функциональной феноменологии этого рода материалов. При настоящем состоянии знаний можно наметить лишь некоторые пункты технич. условий, а именно: 1) тождество данного Н. с тем минеральным или органич. видом, за к-рый он выдается; 2) химическая чистота—в одних случаях или определенное ограничение допустимых примесей признаваемых безвредными; 3) отсутствие примесей признаваемых вредными, или граница допустимости; 4) отсутствие или определенная граница содержания влаги; 5) определенный зерновой состав; 6) определенная форма зерна или, в случае волокнистых материалов, определенная длина и тонина волокна.

Лит.: Ф е р с м ан А. Е. и Щ е р б а к о в Д. И., Наполнители и отяжелители, «НИ», Л., 1929, т. 4, стр. 107—110 (тут же дальнейшие ссылки па другие места «НИ»); Green 11., Microscopy of Paint a. Rubber Pigments. «Chemical a. Metallurg. Engineering», N. Y., 1923, V. 28, 2, p. 53—57; I n g a 1 1 s E. )>., Use of Silica a. Other Mineral Filler in Paint. «Rock Products», Chicago. 1921, 26 Febr.—7 May; Weigel W. M., Non-metallic Mineral Filler Industry, «Transactions of the Amer.Inst. of Mining a. Metallurgical Engineers», N. Y., 1922, li Febr.; Weigel W. M„ Size a. Character of Grains of Non-metallic Mineral Fillers, «Teclin. Paper Bureau of Mines», Wsh., 1924, 296,p. 44; Ladoo, R. B., Non-metallic Miner, p. 363—368, N. Y., 1925; Hemming E. Plastics a. Molded Electrical Insulation. N. Y., 1923; E 1 1 i s C., Synlhetic Resins a. Their Plastics. N. Y. p. 378—388, 936, 1923; II a m-I i η M. L. a. Turner F. M., The Chemical Resistance of Engineering Materials, p. 183—184, N. Y., 1923; G о r i s s e P., Poudre 5 mouler, «Revue generate des matieres plastiques», P., 1930, t. 6, 3, p. 151— 154; D a y e r F. C., Reversed Classification by Crowded Settling, «University ol Toronto Faculty of Applied Science a. Engineering School of Engineering Research», Toronto, 1928, Bull. 8, p. 225—434. П. Флоренский.