Занимаясь полимерами, исследователь не должен ограничиваться лишь одной избранной им областью. Так, работая, например, с каучуками, он не должен полностью изолироваться от тех исследований, которые ведутся в области пластмасс или смол. Напротив, ему следует задумываться над тем, нельзя ли достижения в одной области перенести на смежные. Наглядным примером разработки, осуществленной на стыке различных технологий, на первый взгляд, казалось бы, не очень связанных между собой, явилось создание композиционных материалов.

Композиционные материалы - это материалы, содержащие две или более различные фазы. Обычно одна из них непрерывна, а другая распределена в объеме непрерывкой фазы дискретным образом (дисперсная фаза). Наличие дисперсной фазы заметно улучшает свойства материала по сравнению с аналогичным материалом, содержащим только непрерывную фазу. Назовем несколько обычных и полученных на их основе композиционных материалов:

5. Металлы чистые и содержащие металлические или углеродные усы.

Из приведенного перечня видно, что существует некий общий подход к созданию композиционных материалов; в той же мере он применим к пластмассам и каучукам.

Мы уже подробно обсуждали процесс вулканизации и усиления синтетических каучуков сажей и другими наполнителями. Рассмотрим теперь другие примеры композиционных материалов, изготовленных на основе пластмасс и резин.

Эбонит - один из первых композиционных материалов. Он обладает высокой прочностью и до настоящего времени широко применяется, хотя во многих случаях уже вытеснен термопластами или термореактивными смолами. Эбонит представляет собой сильно завулканизованный серой каучук, содержащий в качестве дисперсных фаз пыль измельченного эбонита, антрацитовую пыль, каолин, магнезию, сажу. Для производства эбонита ранее применялись либо регенерат, либо низкосортные натуральные каучуки. В настоящее время эбонит изготовляется на основе специальных сортов бутадиенстирольного каучука, который смешивается с серой в определенном соотношении (50 частей серы на 100 частей каучука). Сейчас в эбониты нередко добавляют также фенольные смолы.

Наиболее широко эбонит используется для изготовления аккумуляторных баков.

Полистирол - прозрачный стеклоподобный и очень хрупкий термопластичный материал. Несмотря на низкую ударопрочность, полистирол широко применяется для изготовления дешевых изделий и упаковочных материалов. Это объясняется легкостью его переработки и дешевизной.

Впервые попытались снизить хрупкость полистирола и повысить его сопротивление удару, введя в него путем механического измельчения дисперсную фазу (около 10% бутадиенстирольного каучука, СКС). Как мы уже видели, в результате механического разрушения в полимере могут возникать активные связи. Кроме того, СКС содержит стирол и, следовательно, совместим с. полистиролом. Все это способствует получению смеси с улучшенными свойствами; ударная вязкость ее тем выше, чем более равномерно распределена в объеме дисперсная фаза. Приготовленный таким образом ударопрочный полистирол обладает значительно лучшими свойствами, чем чистый. Количество каучуковой добавки необходимо ограничивать, так как каучук снижает пластичность и соответственно усложняет переработку смеси.

Методом сополимеризации, заменившим механическое смещение, удалось добиться дальнейшего улучшения качества ударопрочного полистирола.

Сополимеризация проводится следующим образом. В стирольном мономере растворяют 5-10% каучука, а затем инициируют реакцию, используя соответствующие свободнорадикальные катализаторы. На ранней стадии полимеризации {до степени превращения 10-15%) раствор перемешивают. Время перемешивания необходимо контролировать, так как от него зависит осаждение частиц каучука определенных размеров, которые уже не растворимы в более высокомолекулярном полистироле. Точка, при которой появляется дискретная фаза, называется точкой инверсии. После начального периода перемешивания процесс полимеризации продолжается в массе уже без перемешивания, до полного завершения. Конечный материал состоит из полистирола (непрерывной фазы), в котором равномерно распределены частички каучука. Некоторые полистирольные цепи оказываются привитыми к поверхности каучуковых частиц. Сами же частицы сильно сшиты изнутри. Их размер определяет степень текучести материала при плавлении.

На ударную вязкость материала оказывает влияние несколько факторов: содержание каучука в сополимере, вид каучука, степень прививки, степень поперечного сшивания.

Используя в качестве каучуковой фазы линейные полибутадиены, получают сополимеры с хорошей текучестью и высокой ударной вязкостью даже при очень низких температурах. С помощью бутадиенстирольного каучука также удается изготовлять материал с хорошей текучестью и ударной вязкостью, но хрупкий при низких температурах. Поэтому он непригоден для изготовления деталей холодильников, так как они должны обладать хорошим сопротивлением удару и при низких температурах.