Пенополиуретан. Пенополистирол.

Пенополиуретаны отличаются широкими технологическими возможностями получения, стойкостью к коррозии, воздействию химических сред, радиации, атмосферных факторов. Они имеют высокие теплоизоляционные свойства, высокую удельную прочность, широкий интервал рабочих температур, малую водопроницаемость и паропроницаемость.

Геометрические размеры ячеек и свойства газа, который их заполняет, влияет на теплоизоляционные характеристики пенополиуретанов. У мелкоячеистых пенопластов высокие теплоизоляционные характеристики. Пенополиуретан, вспененный фреоном, имеет низкий коэффициент теплопроводности, который увеличивается в течение 30 лет эксплуатации. Происходит это вследствие постепенной диффузии фреона.

Структура ячеек влияет и на механические свойства пенопластов.

Пенополиуретаны, как и другие материалы, обладают теплостойкостью – способность выдерживать повышенную температуру, и морозостойкостью – способность выдерживать пониженную температуру. Диапазоном рабочих температур является интервал между этими двумя характеристиками.

При необходимости диапазон рабочих температур пенополиуретанов можно варьировать. Если добавить модифицированный полиизоцианат, то теплостойкость жестких и эластичных пенополиуретанов повысится до 320ºC и при этом сохранится 45-65% первоначальной прочности.

Для тепловой изоляции используют теплостойкие пенополиуретаны прочностью 30-650кг/м³.

При определенной для этой марки пенополиуретана температуре, нагретый пенополиуретан начинает деформироваться и теряет теплоизоляционные свойства, если нет воздуха, или горит, если есть воздух.

От размера и направления ячеек, зависит прочность пенопластов, которые используются в конструкциях, работающих при низких температурах. Прочность жестких пенополиуретанов понижается при уменьшении температуры - 160ºС, а прочность эластичных наоборот увеличивается. Определенная марка эластичного пенополиуретана прочнее при температуре -30ºС, чем при температуре 25ºС, а максимально прочна при температуре -53ºС. При такой температуре эластичный пенопласт ведет себя как жесткий.

Некоторые марки пенополиуретанов работают при температуре +160º до -200ºС. Температурный коэффициент линейного расширения жестких и эластичных пенополиуретанов выше, чем у металлов. Для того чтобы предотвратить возникновение температурных напряжений и компенсировать разницу температур, в конструкции, изготовленные с применением жестких пенополиуретанов добавляют швы из эластичных пенополиуретанов. Таким образом, при пониженной температуре эластичный пенополиуретан в шве будет постепенно расширяться, заполняя зазор. Для таких целей используют также прокладки и вкладыши.

Пенополиуретаны используются в качестве амортизационного материала в авиационной и радиоэлектронной промышленности.

От демпфирующих свойств, степени эластичности, воздухопроницаемости, толщины изоляционного слоя и других свойств зависит звукопоглощательная способность пенополиуретанов.

Звукопоглощение пенополиуретанов и пенопластов определяется жесткостью ячеистого каркаса, частотой возбужденных колебаний, степенью поглощения звуковой энергии частицами воздуха внутри ячеек, работой трения при движении частиц между сообщающимися ячейками.

Шумопоглощающие свойства поропластов выше, чем у пенопластов. Дело в том, что ячейки поропластов сообщаются и работа внутреннего трения находящегося в них воздуха больше. Для того чтобы устранить отражение звука от пенопласта, нужно его сопротивление среде (импеданс) сделать равным сопротивлению воздуха.

Экспериментально было доказано, что полуэластичные пенополиуретаны имеют наибольшую шумопоглощающую способность. Требуемую степень эластичности легче подобрать среди пенополиуретанов, выпускаемых с различной степенью эластичности.

Лучшие шумопоглощающие свойства имеют пенополиуретаны на основе сложных полиэфиров, так как вибродемпфирующая способность и коэффициент внутреннего трения у них выше.

Звукопоглощающие свойства пенополиуретанов можно повысить различными способами:

  • в зоне высоких частот, при перфорировании пленочных покрытий.
  • в зоне средних частот. Необходимо подобрать рецептуры так, чтобы резонансные частоты полимерных перегородок были вне пределов рабочего диапазона частот звуковых колебаний.
  • в зоне низких частот. Необходимо подобрать величину воздушного пространства между вибрирующей конструкцией и слоем пенопласта.


Пенополиуретаны имеют высокую химическую стойкость. Даже до предела допустимой концентрации пары химических веществ не разрушают пенополиуретаны.

Стойкость пенополиуретанов к бензолу, бензину, галогеноуглеводородам, разбавленным кислотам, маслам, пластификаторам, спиртам, ограниченная стойкость к кетонам, эфирам, концентрированным кислотам расширяет использование их в нефтехимической и химической промышленности.

Пенополиуретан, нанесенный на металлическую поверхность, защищает ее от коррозии. Он наносится не только в виде пенопласта, но и виде пленки, которая образуется в процессе вспенивания на поверхности пенопласта со стороны металла и со стороны внешней среды. В зависимости от степени повреждения слоя покрытия и от марки пенополиуретана определяется эффективность защиты.

Водопоглощение пенополиуретана зависит от особенностей его композиции и плотности. За 24 ч водопоглощение пенополиуретанов не превышает 1-3%. Водопоглощение снижается по мере увеличения плотности. У некоторых пенопластов снизили водопоглощение в 4 раза за счет введения в рецептуру касторового масла или гидрофобизирующих добавок.

Особенно важна водостойкость пенополиуретанов для судоходства. Проводились исследования продолжительного воздействия воды на пенополиуретан-3 и пенополиуретан-3С. Макроячейки поропластов абсорбируют воду стенками ячеек. Стенки пенопластов медленнее поглощают воду. Пенополиуретан, вспененный фреоном-11, за 3 года абсорбировал не больше 0,95кг/м², а пенополиуретан, вспененный углекислым газом, за тот же период абсорбирует 1,1 кг/м². Зависимость водопоглощения от длительного воздействия воды выражается формулой W=W01b, в которой W – это водопоглощение за время r; W0 – это водопоглощение за 1 час теста, b – это коэффициент (для пенопластов b равен 0,22). По такой формуле определяется водопоглощение пенополиуретана по результатам кратковременных испытаний при длительной выдержке. Было установлено, что при длительном воздействии воды, пенополиуретан отличается хорошей устойчивостью формы.

Регулируя процесс деструкции химическими, физическими и энергетическими факторами можно повысить термостойкость пенополиуретана.

Для того чтобы практически повысить огнестойкость пенополиуретана можно применить один из двух способов: ввести наполнители или химически модифицировать композицию. Наполнители применяются чаще. В их роли выступают минеральные наполнители, азот, фосфоросодержащие соединения сурьмы, галоген. А вот химическая модификация рецептуры достаточно дорогой и трудоемкий процесс.

Тропикоустойчивость пенополиуретана при температуре 30-70ºC и влажности 98% снизится, если ввести в композицию трихлорэтилфосфат. А при введении реактивного фосфата, повысится токсичность продуктов сгорания.

Стоит быть очень осторожными со значительным понижением горючести, так как это может привести к увеличению массы и теплопроводности пенополиуретана. По этой причине рекомендуют покрыть тонким слоем наполненного пенополиуретана поверхность ранее вспененного пенополиуретана. В таких двухслойных покрытиях не будет наблюдаться ухудшение других свойств, и их можно будет использовать в отраслях народного хозяйства, требующих повышенной огнестойкости.

Нет необходимости вводить пламягасящие добавки в заливочные композиции, которые используют, чтобы заполнить закрытые конструкции из негорючих материалов, и к которым нет доступа воздуха. Пенополиуретан при горении выделяет так мало тепла, что очаги пламени очень легко локализировать.

Для того чтобы определить насколько пенополиуретан пожароопасен, его тестируют на тепло- и огне- и загорание стойкость, а также определяют скорость распространения пламени по поверхности.

Производят и отечественный тепло- и огнестойкий изоцианатуральный пенопласт. Его получают тримеризацией полиизоцианата в присутствии активаторов и фреона. Благодаря гидроксилсодержащим полиэфирам происходит пластификация пенопласта.

Изоцианатуральный пенополиуретан
плохо сгорает и поэтому его можно использовать длительно при температурах от -60ºCдо +200ºC и при более высоких температурах. Он может использоваться как огнезащитный, теплостойкий материал и как диэлектрик. Когда он контактирует с огнем, то образуется поверхностный слой кокса, который защищает изолированную поверхность от высоких температур и одновременно способствует гашению пламени.

В течение 10 минут при температуре 340ºC, температура поверхности, которая изолирована слоем пенополиуретана в 35 мм, не превышает 50ºC.

Так как пенопласт изолан не вызывает коррозии и является атмосферостойким, его используют в нефтехимической промышленности, авиации, судостроении.

Пенопласты с нанесенным на них слоем изолана примерно в 10-30мм не горят. Кроме того, огнестойкость пенополиуретана повышают и путем нанесения специального покрытия. Так, например, фирма «Карболине» из США разработала покрытие называющееся «Пайрокрит Л/Д», основой которого является оксихлорид магния. В составе этого покрытия отсутствуют воспламеняющиеся и токсичные вещества. Предел прочности при сжатии 14МПа при плотности покрытия 0,55 кг/м³.

Как и все остальные органические вещества, пенополиуретаны меняют свои свойства под воздействием окружающей среды - они стареют. Стойкостью к старению – способностью сохранять свойства при эксплуатации на уровне технических условий – определяются эксплуатационный срок различных материалов. По этой причине в различных климатических регионах в течение 5 лет проводились климатические испытания разных пенопластов и пенополиуретанов. Испытания проводились для того, чтобы улучшить эксплуатационные свойства, определить гарантийные сроки службы, изучить более рациональное использование пенопластов в разнообразных эксплуатационных условиях. В результате этого исследования оказалось, что за указанный период контролируемые характеристики пенополиуретанов практически не сильно изменились и сохранились на допустимом уровне.

Испытания проводились как в складских помещениях, так и на открытом воздухе. Была замечена незначительная деформация образцов – расширение пенополиуретана, вспененных фреоном и усадка пенополиуретана, вспененного углекислым газом. Выяснилось, что образцы без естественной корки менее формоустойчивы, чем образцы с естественной коркой.

Пенополиуретаны, получаемые заливкой, защищены от непосредственного воздействия окружающей среды. Поэтому эксплуатационные условия для них лучше имитировать в складских помещениях. Отметим, что все исследуемые композиции пенополиуретанов в складских условиях практически не поменяли свои физико-механические свойства и продемонстрировали удовлетворительную устойчивость, стабильность размеров и формы.

На протяжении 15 лет эксплуатации стойкость пенополиуретанов к старению и другие основные свойства остались в допустимых пределах. Также не было проявления эрозии, вспучивания покрытия, плесени.

Окраска внутри пенопласта тоже практически не изменилась, а вот снаружи цвет поменялся со светло-желтого на темно-коричневый. Слой пенополиуретана толщиной 5-10мм в местах контакта с металлом пожелтел. Увеличилась в 1,5 раза ударная вязкость . с 0,033 до 0,041 Вт/(м К) изменился коэффициент теплопроводности. Практически не изменились диэлектрические характеристики. Водопоглощение пенополиуретана не превышало 0,15кг/м². Практически не изменился предел прочности пенопласта при сжатии. Кроме участков, которые подвергались специальному систематическому воздействию нефтепродуктов, практически не изменилась температура размягчения (98ºC). На этих участках коэффициент теплопроводности повысился до 0,046 Вт/(м К), а температура размягчения снизилась до 65 ºC. Полученные данные соответствуют расчетным данным. По ним, коэффициент теплопроводности пенопластов через 30 лет хранения увеличивается на 15-35 ºC.

Пожелтение пенополиуретана объясняется присутствием в полимере аминогрупп и воздействием света.

За счет изменения рецептуры удается снизить интенсивность этого процесса.

Свойства пенополиуретанов при старении изменяются в основном в поверхностных слоях, а внутренние остаются достаточно стабильными. Ультрафиолетовая радиация является основным фактором разрушения при старении полимеров. В процессе старения, эластичные пенополиуретаны становятся более жесткими, особенно в начале старения, а жесткие – хрупкими.

В процессе старения на открытом воздухе у эластичных пенополиуретанов на основе простых полиэфиров значительная эрозия появляется с поверхности, а затем проникает вглубь.

У жестких пенопластов в процессе старения после удаления поверхностной пленки меняются форма и размеры. Этот процесс происходит в результате релаксации из-за разности давления наружного воздуха и воздуха внутри ячеек. Специальной формулой определяется длительная атмосферная устойчивость жестких пенополиуретанов.

 

 


 

Интересные вопросы


Фотогалерея


Получатель

Расчет стоимости строительства

Общая площадь дома:
Общее количество этажей:
Кровля с покрытием:
Заполнение оконных проемов:
Электрика:
Сантехника:
Отопление:
Отделка фасада:
Внутреняя отделка:
0 руб.