Конструкционные полимерные пеноматериалы для машиностроения
КОНСТРУКЦИОННЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ ПЕНОМАТЕРИАЛЫ ДЛЯ
МАШИНОСТРОЕНИЯ
Дворко И.М. (СПбГТИ,
г. Санкт-Петербург, РФ)
The results of studying plastic foams on a base
compositions of phenoloformaldehyde resin, oligoesters оr
oligoethers with different functional groups are presented
Полимерные пеноматериалы
конструкционного предназначения марок Тилен-А на базе одноупаковочных порошковых
термореактивных композиций получили распространение в авиастроении,
машиностроении, топливном приборостроении и других отраслях российскей
индустрии.
Современное машиностроение
выдвигает новые технические требования для увеличения физико-механических и
эксплуатационных черт таких материалов. Пенопласты Тилен-А имеют
завышенную хрупкость, недостаточную крепкость и недостаточную стойкость в среде
бензина, керосина и других технических жидкостях.
В данной работе представлены
результаты исследования параметров пенофенопластов на базе новолачных
фенолоформальдегидных олигомеров (НФФО), измененных ординарными и сложными олигоэфирами
с разными многофункциональными группами.
Измененные олигомеры
получали методом подготовительного сплавления при 140-160ºС
фенолоформальдегидной новолачной смолы марки СФ-0112 с ординарными и сложными
олигоэфирами, содержащими концевые гидроксильные либо карбоксильные группы, а
также олигоэфирэпоксидами, содержащими концевые эпоксидные группы. Количество
преобразующих компонент составляло 3-10 мас.ч. на 100 мас.ч. новолачной
смолы.
В качестве обычных
олигоэфиров использовали полиэтиленгликоли марок ПЭГ-4000, ПЭГ-6000, в качестве
олигоэфирэпоксидов Лапроксид 603, Лапроксид 702. В качестве сложных
олигоэфиров с концевыми гидроксильными группами использовали продукты
подготовительного разложения полиэтилентерефталата (ПЭТФ) в присутствии
глицерина и дифункционального лапрола (ГЛПЭТ) либо глицерина и
трехфункционального лапрола (ЛТПЭТ). В качестве сложных олигоэфиров с концевыми
карбоксильными группами использовали продукт разложения ПЭТФ в присутствии
триэтаноламина и адипиновой кислоты (ТАПЭТ), также промышленно выпускаемый
олигомер марки ПФ-Р1. Данные олигомеры представляют собой водянистые либо плавкие продукты
с разными температурами размягчения. При сплавлении олигоэфирэпоксидов и
НФФО происходит частичное взаимодействие олигомеров за счет реакции эпоксидных
групп и фенольных гидроксилов, что приводит к увеличению вязкости конечных
товаров сплавления, зависимо от содержания модификатора, температуры и
длительности процесса.
Характеристики измененных
олигомеров оценивали по температуре каплепадения по Уббелоде и по времени
желатинизации консистенций олигомеров с гексаметилентетрамином при 150ºС
(табл.1), зависимо от типа и содержания преобразующего компонента.
Характеристики молифицированных олигомеров приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Характеристики
измененных олигомеров
Модификатор
Температура
каплепадения
по Уббелоде,
ºС
Время желатинизации
при 150ºС, с
ПЭГ-1500
112-119
150-170
ПЭГ-6000
118-124
55-105
Лапроксид 702
107-111
40-48
Лапроксид 603
103-112
30-38
ГЛПЭТ
104-113
74-84
ЛТПЭТ
103-111
82-118
ТАПЭТ
99-110
62-78
ПФ-Р1
62-84
42-60
Приобретенные продукты
использовали как базы порошковых вспенивающихся композиций, которые готовили
методом измельчения и смешения компонент в шаровых мельницах. В качестве
вспенивающего агента использовали хим газообразователь
азобисизобутиронитрил, а в качестве пенорегулятора использовали продукт
Пента-483. Порошковые композиции вспенивали и отверждали в термостате при
100-190ºС. Вспененные материалы представляют собой жесткие закрытоячеистые
пенопласты.
Некие характеристики
измененных пенофенопластов со средней кажущейся плотностью 150 кг/м3
приведены в таблице 2. Для сопоставления представлены также характеристики серийно
выпускаемого пенопласта Тилен-А.
Таблица 2 – Характеристики
измененных пенофенопластов
Модификатор
Кажущаяся
плотность,
кг/м3
Разрушающее
напряжение, МПа
при сжатии
при извиве
ПЭГ-1500
143-153
2,6-3,5
2,8-3,2
ПЭГ-6000
144-155
3,1-3,5
2,9-3,4
Лапроксид 702
142-154
3,3-3,7
3,2-3,6
Лапроксид 603
135-152
3,1-3,4
2,9-3,2
ГЛПЭТ
132-150
1,6-2,0
2,5-2,8
ЛТПЭТ
134-154
2,0-2,4
2,2-2,8
ТАПЭТ
136-152
2,3-2,6
1,7-2,8
ПФ-Р1
138-152
3,1-3,2
2,1-3,1
Пенопласт Тилен-А
130-140
1,3-2,2
1,3-1,5
Сравнительный анализ результатов
физико-механических испытаний пеноматериалов указывает, что более высшую
крепкость на сжатие и извив имеют имеют эталоны, приобретенные с внедрением
модификаторов ПЭГ-6000 и Лапроксид 702. Увеличение прочности при внедрении
преобразующих компонент может быть связано со понижением внутренних
напряжений и уменьшением количества микродефектов, которые появляются в
пеноматериалах в процессе вспенивания и отверждения композиций.
Принципиальной особенностью ряда
измененных пенопластов является стойкость в бензине, керосине, маслах,
гидрожидкостях и в воде.
Исследование бензо- и
водопоглощения (мас. %) образцов приобретенных пенопластов при рациональном
содержании преобразующих компонент и отсутствии поверхностных корок,
указывает, что более действенными модификаторами являются олигоэфиры
ПЭГ-6000, ГЛПЭТ и ЛТПЭТ (табл. 3).
Таблица 3 - Бензо- и
водопоглощение измененных пенофенопластов (мас. %)
Преобразующий
олигоэфир
Длительность
испытаний, день
в бензине Аи-92
в воде
1
30
1
30
Без модификатора
25,4-25,7
51,0-53,0
5,8-8,7
23,8-25,3
ПЭГ-1500
12,8-14,6
25,4-26,5
6,4-7,2
8,4-8,9
ПЭГ- 6000
6,5-9,8
18,3-21,2
2,4-4,5
7,3-8,2
Лапроксид 603
2,8-5,8
6,8-7,4
5,6-6,4
10,2-11,4
Лапроксид 702
4,6-6,2
5,8-8,5
4,2-5,4
14,1-14,5
ГЛПЭТ
3,7-4,5
5,2-5,8
2,2-2,4
9,2-9,8
ЛТПЭТ
2,5-2,7
3,4-3,9
1,4-1,6
6,2-6,9
ТАПЭТ
31,3-44,8
46,2-48,6
3,4-4,2
10,8-11,4
ПФ-Р1
18,2-24,6
41,3-45,7
3,8-4,2
12,6-14,1
Пенопласт Тилен-А
9,7-15,8
16,8-18,8
2,4-3,2
32,0-48,0
Сопоставление представленных
данных указывает, что применение олигоэфиров ГЛПЭТ и ЛТПЭТ отлично при
использовании измененных пенопластов как в бензине так и в воде, тогда
как применение ПЭГ-6000 может быть рекомендовано для изделий пенопластов
работающих исключительно в среде воды. Различие в показателях бензо- и водопоглощения
образцов связано с особенностями взаимодействия данных сред с полимерными
основами изученных пеноматериалов и их физико-химическими качествами.
Приобретенные результаты
позволяют прийти к выводу, что исследованные пенопласты могут быть применены
для получения изделий и композиционных материалов в машиностроении способом
беспрессового формования.