Основные свойства

Пористость. Основными факторами, характеризую­щими структуру и определяющими свойства пеноплас­тов, являются относительное содержание полимерной и газовой фаз, геометрическая форма и размеры ячеек, со­отношение замкнутой и сообщающейся пористости.

Реальные пенопласты характеризуются многомодаль­ным (полифракционным) распределением пор по разме­рам. Форма и размер ячеек, толщина полимерных пле­нок, составляющих стенки ячеек, колеблются в объеме материала в широких пределах. Эти колебания могут но­сить как закономерный характер, обусловленный соста­вом композиции и параметрами технологии, так и слу­чайный.

Основные параметры ячеистой структурытеплоизолж - ционных пенопластов приведены в табл. 17Л. Наиболее - равномерной, мелкоячеистой структурой, характеризу­ются пенопласты на основе термопластичных полимеров, полученные по прессовой технологии. Регулярность структуры достигается в значительной степени предва­рительным механическим диспергированием и гомогени­зацией исходных компонентов.

Таблица '17.1. Характеристики структуры пенопластов

ПоЛнмер —

ПЛОТ­НОСТЬ по - , ликера, г/см«

Объемная касса пе­нопласта, иг/м' •

Средний диаметр пор, мм

Толщгаа межпоро - вых пере­городок, мкм

Полистирол

Поливинилхлорид

Полиуретан

Феиолоформальдегидиая смола

1,05 1,38 1,2 1.2—1,3

16—25 50—220 50—200 20—200

0,02—0,2 0,1—0,3 0,1—2,5 0,2—5

0,5—18 5—250 5—120 1,5—300

Структура полиуретановых и полиэпоксидных пено­пластов тонкодисперсная и относительно равномерная. Для фенольных пенопластов характерна вытянутость ячеек в направлении вспенивания, что определяет ани­зотропию их свойств, причем ориентация пор усиливает­ся при снижений плотности пенопластов.-

Характер структуры пенопластов может изменяться даже при незначительных колебаниях технологических режимов и рецептур исходных вспенивающихся компо­зиций. Характер пористой структуры и размер ячеек регулируются введением поверхностно-активных ве­ществ в исходную композицию. Используя различные типы ПАВ, можно получать, например, пенополиуретаны с преимущественно закрытой или сообщающейся пори­стостью. 1

Соотношение числа открытых и закрытых пор в стру­ктуре .пенопласта определяет его физико-механическиё свойства, которые улучшаются с увеличением содержа­ния закрытых ячеек. В табл. 17.2 представлено соотно­шение закрытых и открытых пор в структуре пенопла­стов различных марок.

Преобладающую замкнутую ячеистую структуру име­ют прессовые полистирольныё и поливинилхлоридные

Таблица 17.2. Содержание открытых и закрытых пор в структуре пенопластов

Объемная

Содержание в структуре пенопластов, %

Пенопласт

Масса, кг/м3

Закрытых пор

Открытых пор

Твердой фазы

Прессовый пеноаголисгирол Беспрессовый пенополисти - рол

Пенополивгошлхлорид Пенополиуретан Фенольный заливочный пе­нопласт

90-

20

70 50 40

88,5 95,8

92,2 . 94,4 1,3

2,2 2,8

1,8 1

96,3

9.3

1.4

6

4,6 2,4

Пенопласты, жесткие пенополиуретаны и кремнийорга - нические пенопласты. Фенолоформальдегидные и моче - виноформальдегидные пенопласты і характеризуются! преобладанием в структуре открытой пористости.

Объемная масса пенопластов зависит от плотности полимера И содержания в исходной вспенивающейся композиции газообразователя или вспенивающего аген­та; однако снижение объемной массы пенопласта проис­ходит при увеличении количества газообразователя лишь до определенного предела, характерного для каж­дого вида пенопласта. Объемная масса пенопластов обычно колеблется по высоте и объему изделий, что объясняется 'главным образом технологическими причи­нами. Такая неравномерность материала особенно за­метно проявляется в пенопластах заливочного типа, ,так как условия структурообразования и перераспределе­ния тепла по объему вспенивающейся композиции в та­ких материалах существенно влияют на пористость. Например, при ценообразовании фенолоформальдегид - ной композиции в замкнутом объеме готовый пенвйласт имеет поверхностную уплотненную корку («пристенный слой»), тогда как при свободном вспенивании той же композициилюбъемная масса по высоте изделия умень­шается. Причина образования уплотненного поверхност­ного слоя — нарушение тепЛового равновесия в процес­се структурообразования пенопласта 'вследствиехвысо- кой теплопроводности материала формы. Предваритель­ный нагрев формы позволяет уменьшить толщину уп­лотненного слоя.

Теплопроводность. Существуют оптимальные значе­ния объемной массы пенопласта, отклонения от кото­рых приводят к увеличению теплопроводности. При снижении объемной массы (по сравнению с оптималь­ной) К возрастает из-за увеличения содержания в ма­териале открытых сообщающихйя пор и усиления кон­вективных потоков.

,Вт/(м-°с)

Основные свойства

Теплопроводность пенопластов зависит от химиче­ской природы полимера и вида газов, заполняющих поры материала. Однако влияние вида полимера, обра­зующего стенки пор пенопластов, сравнительно невели­ко. Влияние природы газа в ячейках на теплопровод­ность пеноматериала может быть показано на примере пенополиуретанов: при наличии в порах воздуха Ik=0,027, двуокиси углерода — 0,0146, фтортрихлормета - на — 0,0084 Вт/(м-°С). Эти данные свидетельствуют о значительном уменьшении теплопроводности пенопла­стов при наполнении их высокомолекулярными газами. Теплопроводность пенопластов, применяемых в качест­ве строительной теплоизоляции, значительно ниже, чем у других видов теплоизоляционных материалов, и со-

Рис. 17.1. Зависимость тепло­проводности от влажности пе­нопластов

1 — мочевиноформальдсгидный пе­нопласт; 2 — фенольный пенопласт; 3 — полястирольнын пенопласт

Ставляет 0_,023—0,045 (Вт/(м-°С), Значительное влия­ние на теплоизоляционные свойства пенопластов ока­зывает влага (рис. 17.1). Характерно, что в материале с открытой сообщающейся пористостью (кривая 1) влияние влажности на X значительно выше, чем в мате­риалах с замкнутой пористостью (кривые 2, 3). Объсня - ется это тем, что вода заполняет прежде всего мелкие поры, образуя тем самым мостики с повышенной тепло­передачей.

Акустические свойства пенопластов зависят от осо­бенностей их пористой структуры, характера поверхно­сти и упругих свойств материала ( рис. 17.2). Полисти - рольные и поливинилхлоридные пенопласты, характе-

1 CM

Ризуюїдиеся преобладанием закрытой пористости, не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к звуко­поглощающим материалам. >Из( заливочных пенолла--' стов наиболее высокими коэффициентами, звукопогло­щения в широком диапазоне частот (250—4000 Гц) от­личаются эластичные пенополиуретаны, характеризую­щиеся сообщающейся пористостью. Фенольные пенб - пласты обладают (низким коэффициентом звукопогло­щения, что обусловлено спецификой структуры этих материалов и относительно высокой жесткостью поли­мерного каркаса.

Физико-механические свойства пенопластов. Поседе­ние пенопластов под действием механических напряже­ний обусловлено специфическими особенностями! их ячеистой структуры и полимерной основы. Сопротивле­ние пенопластов разрушению характеризуется. Нагруз­кой, продолжительностью ее действия и способностью материала деформироваться. В условиях напряженного состояния у пенопластов наблюдаются резко выражен: ные отклонения как от свойств идеально упругих тел, для которых в соответствии с законом Гука напряже­ние прямо пропорционально деформации и не зависит от ее скорости, так и от свойств идеально вязких жид­костей, для которых напряжение пряйо пропорцио­нально скорости деформации и не зависит от., самой деформации. Для пенопластов характерны вязкая упругость и замедленное деформирование во времени. Поэтому рассмотрение вопросов разрушения Іпенопла - стов сводится к анализу их деформативности.

При сжатии в пенопластах в большинстве случаев отсутствует хрупкое разрушение и четко выраженный предел прочности. Поэтому такой показатель опреде­ляют условно при заданной деформации материала (при 2%-ной или 10%-ной относительной деформации). Кратковременные прочностные я деформационные ха­рактеристики пенопластов различных видов приведены в табл. 17.3. Наиболее высокими прочностными пока­зателями обладают ^прессовые полнстирольные І пено - пласты и винильные пенопласты.

Широкая возможность варьирования рецептур по- лиуретановых композиций обусловливает получение пенопластов с различными прочностными и упругими свойствами соответственно их целевому назначению. Повышенная хрупкость фенольных пенопластов объяс-

Таблица 17.3. Кратковременные физико-механические характеристики пенопластов

Пенопласт

Объемная масса, кг/ма

Предел п М

При сжатии

Ючности, Па

При рас­тяжении

Модуль упругости (при сжа­тии), МПа

Удлине­ние при

Разрыве, %

Прессовый ЇЇОЛИ-

40

0,35

0,8

13

3,5

Стирольный

100

1,2

2

55

2—3

Беспрессовый по-

200

2,7

2,2

100

1,5—2

Листирольный

20

0,12

0,12

2,5

1,5—2,5

Винильный

70

1

1,9

85

3—4

Полиуретановый

50

0,3

0,5

4

5—8

Заливочный фе­

100

0,85

1

40

4—5

Нольный

60

0,18

0,16

10

4-5

Няется особенностями химического строения фенолофор - мальдегидных смол. Макромолекулам, состоящим из фенольных ядер, связанных одна с другой короткими малоподвижными мостичными связями, свойственна малая подвижность элементарных звеньев. Вязкость этих с, мол повышают, совмещая их с нитрильными кау­чуками или пластифицирующими агентами. Для мочеви - ноформальдегидных пенопластов характерна низкая прочность и повышенная хрупкость. Одним из основных факторов, влияющих на прочность пено­пластов, является их объемная масса. В небольших диа­пазонах изменения объемной массы зависимость R = '=/ (р)о носит линейный характер; в широком интервале объемных масс она является более сложной.

ТЕХНОЛОГИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

  1. Пока что нет комментариев.