Легкие пенопласты

Физико-меканические свойства

Кажущаяся плотность. В зависимости Щт эксплуатационных требований мербамидные пенопласты могут биггь пол'чены С различной кажущейся плотностью. Блочные пенопласты вы­пускаются е р=10+20 кг/м3. Заливочные пенопласты за рубе­жом (-^"отопляются с. р = 5^-30 кг/м3; отечественные пенопласты: МФП-1 кг/м3, МФП 2 п МФП-i — ()& '.у ф кг/м-',

ВП1 --20 50 кг 'м3 н 1ПП М!() 1(1 к! м> Щ. Одним

11:1 показаiелей, оп^челямщ X теплоизоляционные «^почетна ма­териала, является кажущаяся пдотпосп

Благодаря большому количеству онцплых пор кл[)(^мп,..1ые пенопласты меняют свою каж ц^юся плотность при колебаниях относительной тажнтн - 11 Цо. чдуха <, #0-: 85% Кажу цансн ь. ют - . ноеть непоп laeiOB является функцией нирпстостп и для к а р о я - мидпых пенопластов колеблется от 10,6 до 34,4 кг/м3 при об­щей порпетости 97—99% (по объему). С повышением кажу­щейся плотности количество закрытых пор увеличивается. За­ливочные карбамндпые пенопласты через один сутки после из­готовления обладают повышенной влажностью, когорт дости­гает 300% (по массе) при р = 29 кг/м?. Несмотря нл высокую начальную техноло] иче^кую влажность пенопласта, черев 10 су­ток при /—20® С материал еяниовится практически сухим и ка­жущаяся плотность отвечает заданной. При переходе пепо - пласта из абсолютно сухого состояния к Ьксплуатационпому (при <р - 80%) кажущаяся плотпопь пенопласта уве. тмчпнаг тся на 10—18% [19].

Теплотехнические свойства. Коэффициент теплопроводности, приведенный в СНиП 11-3—79*, не может полностью охаракте­ризовать теплозащитные свойства карбамндных пенопластов, отличающихся друг от друга кажущейся плотностью и струк­турой. Как в отечественной, так и зарубежной литературе почти отсутствуют данные по теплопроводности карбамндных пласт­масс при их увлажнении, что затрудняет правильное использо­вание материалов в строительных конструкциях.

ФШШффЪ а и и я прошлых л£т поке«али, что именно вл 1жпость материала является важнейшим фактором, мияющим па его теплопроводность, причем для материалов, имеющих неболь­шую кажущуюся плотность, эта зависимость выра>мч»у«я осо­бенно резко.

На основании литературных данных [3, 5, 11, 14, 18] можно сделать вывод о незначительном влиянии температуры на коэф фициент теплопроводности карбамндных пенопластов по срав­нению с изменениями кажущейся плотности и особенно влаж­ности.

Обобщение литературных данных позволило нам установить корреляционную связь между коэффициентом теплопроводности и температурой для ипорки, изошаума и мипоры в интервале от 0 до +80" С и от 0 до -100° С.

Увеличение температуры от 0 до +80° С приводит к из­менению коэффициента теплопроводности от 0,030 до 0.053 Вг/(м-°С), а в интервале температур от 0 до —100°С он находится в пределах от 0,031 до 0,041 Вт/(м • °С).

Для определения зависимости коэффициента теплопровод­ности от влажности был использован зондовый метод, разрабо­танный па кафедре физики ЛИСП Метод является достаточно точным, кратковременным, благодаря чему влага в образце не успевает перераспределиться.

Исследования зависимости коэффициента теплопроводности от влажности показали, что К находится в пределах от 0,03 до 0,07 Вт/(м-°С). Максимальное значение при массовой влаж­ности 150% составляет примерно 0,07 Вт/(Ь • °С) и с увеличе­нием влажности возрастает незначительно.

Значения коэффициента теплопроводности различным марок пенопластов при одном и том же уровне влажности м^по отли­чаются друг от друга.

Коэффициент теплопроводности, зависящий от плотности и влажностного состояния пенопласта, выражайся зависимостью

7.= 1,16 (0,0259 + 0,00037p + 0,0036WoL (1)

Где — влажность пенопласта (по объе*»у), %; р — кажущаяся плотность пенопласта в воздушно-сухом состоянии, кг/м3.

При k.'l Ж п'спся 11л0пюп ii ID' - ID ki Г1 Ко )ффп ii11Г11 i i СП - лопропо инк'i п плм-спжчш п прстсл. и or 0 0!М ло 0,019 Вт/(м - "С), а о у^сличением обьемпой нлажпости до 5% при р = 10 кг/м3 — в пределах от 0,034 до 0,056 Вт/(м-°С).

Теплоемкость — свойство материала поглощать тепло при повышении температуры. Удельная теплоемкость карбами шых пенопластов С определяются твердоп фазой материала, поэтому остается величиной постоянной независимо от кажущейся п, пят­нает и пенопласта н при / = 20°С составляет 1,39 Дж/(кг-°С).

Коэффициент температуропроводности а характеризует ско­рость выравнивания температуры по толщине материала, при­чем эта скороеть зависитчэт теплоемкости последнего Коэффи­циент температуропроводности уменьшается с увеличением ка жущейся плотности материала и для мипоры с p=lS кг/м3 составляет 2,03 м2/с.

Величина относительной пароемкости карбамндных пено­пластов определяется из и&отермосорбцпп; для блочной ми­поры р=11,6 кг/м3, £о = 2018 г/кг, для заливочных пенопластов МФП-1 р= 19.0 кг/м3 g0= 1668 г/кг, для БТП-М р=11,7 кг/м3, £о = 975 г/кг.

Коэффициент парог^роницаемости р, зависит от физических свойств пенопласта и определяет эксплуатационные качества ограждающих конструкций; для блочной мипоры с р = 20 кг/м3 р =0,56 mi / (м • ч • Па) [0,075 г/(м • ч ■ мм рт. ст.].

Карбамидные пенопласты имеют повышенную воздухопро­ницаемость за счет открытых пор. Для сохранения своих тепло­защитных функций пенопласт должен использоваться в конст­рукциях, где наружные и внутренние обшивки более воздухо­проницаемы.

Механические характеристики, Прочность теплоизоляционных материалов является важным показателем, обеспечивающим трапепортабе пшость изделий и сохранность структуры в кон­струкциях. Все карбамидные пенопласты имеют незначительную механическую прочность, которая зависит от кажущейся плот­ности (р = 20-.-40 1»г/м3) и иолеОиется в пределах 0,01—0,05МПа.

Введение различных добавок в виде древесной муки, асбеста, гипса и других в количестве до 20% увеличивает прочность пенопластов, по одновременно ухрудшает е«> теплоиввляцнонпые свойства за счет увеличения кажущейся плотности.

В ЛепЗППНЭПе ведутся работы по введению в композицию пенопласта наполнителей. Полученный пенопласт имеет равно­мерную мелкоячеистую структуру. Кажущаяся плотность пено­пласта за счет малой насыпной массы возрастает в 1,3 раза, предел прочности при сюкатии увеличивается в 2,4 раза, а техно­логическая усадка снижается в 2—4 раза, что особенно важно для теплоизоляционного материала.

Повысить прочность карбамндных пенопластов в конструкции можно путем нанесения пены на ткань пли сетку. £а счет уве- личепия количества смолы возможно пов|>[спть прочность пено­пласта до 0,15 МПа прп увелпчишп кпжущии'я ilk.: пост др» 90 кг/м3, прп этом стошнить 1 м3 nenoiuiacia увеличивается с 10 до 35- 40 руб.

Повышения прочности и снижения хрупкости пенопластов можно достичь химическими, физическими и другими спосо­бами. В качестве защитных покрытий для пенопластов с повы­шенной прочностью могут быть использованы цементная или асфальтовая стяжки толщиной 10 мм На стяжку наносят бн - тумно-мастичное покрытие или рубероидный ковер.

Весьма низкая механическая прочность карбамндных пено­пластов не позволяет установить ирочштетные характеристики при изгибе и сдвиге. Ввиду низкой механической прочими и высокой хрупкости карбамидные пенопласты с р = 20+40 кг/м3 часто разрушаются при деформациях меньше 10 и даже 5%. Карбамидные пенопласты с низкой кажущейся плотностью до 20 кг/м3 не разрушаются.

При оценке иеханических свойств карбамндных пенопластов принят предел прочности при сжатии, соответствующий напря­жению при 10%'ной деформации. Прочностные характеристики пенопластов одной и той же кажущейся плотности в интер­вале от 20 до 120 кг/м3 отличаются друг от друга незначительно (рис. 2). Практический интерес представляют материалы с ка­жущейся плотностью 20—40 кг/м3 и пределом прочности при сжатии 0,01—0,04 МПа.

Деформационные свойства карбамндных пенопластов оцени­ваются величиной предельной растяжимости. Значения предель­ной растяжимости для каждой из мар01{ карбамндных пенс - пластов колеблются весьма значительно и почти ие швисят от кажущейся плотности. Предел растяжимости для мипоры с р = = 8,3+13,0 кг/м3 составляет для пенопласта МФП-1

С р = 25,7-*-45,8 kivm3 — 3,2% и для пенопласта' БТГ1-М с о — = 25,4 + 34,3 кг/м" —6%.

Водопоглощение. Все карбамидные пенопласты, как отече­ственные, так и зарубежные, обладают высоким водопоглоще - нием и низкой гигроскопичностью. Водопоглощение мипоры с р = 10+ 20 кг/м3 за одни сутки составляет 360—941В по массе (или 9,4^-7,3% по объему), а ее гигроскопичность при относи­тельной влажности воздуха ф=100% не превышает 14% по массе (или 0,14% по объему).

Способность карбамндных пенопластов поглощать воду прп водит к увеличению их массы с одновременным пвбухапнем, повышению теплопроводности, возникновению внутренних на­пряжений и снижению механической прочности. Карба-мидные пенопласты в процессе эксплуатации находятся в различных влажностных условиях, поэтому при нх использовании в строи­тельстве необходимо учитывать изменение свойств, связанных с увлажнением.

О 20 40 50 80 100 120 Кажущаяся платность, кг/м3 Рис. 2. Зависимость предела прочности при сжатии от плотности

О —минора, х— мфп-]; ft — БТП-М

/ — МФП-1. Р= 19,0 кг/м3; 2 — ыипорэ, р = п,6 кг/м'; 3 — ВТП-М. р — 11,7 кг/м": 4 — ипорка, р-14.0 кг/м'

Рнс. 4. Графики водонасышення карбамндных пенопластов при длительном пребывании в воде

/ — минора, р" 10.6 кг/м1; 2 — МФП-1, р=20,1 кг/м'; 3— БТП-.М, 0=16,8 кг/м*; 4 — мнпора с защитным покрытием 712: 5 — мнпора с защитным покрытием Э-КЧ-2НН; о — МФП-1 с защитным покрытием 7TJ; 7 — МФП-1 с защитным покрытием ЭКЧ-2Ш; в — мофотерма, р = 7 I0 кг/м3

Сорбционное увлажнение. При изменении* относительной влажности воздуха, имеющих место в нроцсч'ее жсплуатаннп, изменяется н количество сорбцпоппоп нвагп на снчиич imp пенопласта.

Зависимости сорбционного увлажнен!!я карбамндных пено­пластов от относительной влажяести воздута (ад 28 суток при T=20° С) представлены на рис. 3.

Капиллярная конденсация влаги в порах материала начи­нается при достижении материалом массовой влажности от 6 до 30% (объемной от 0,1 до 0,3%). До указанного значения сирбционная влага в пенопласте находится в виде водяного пара и - ишких мономолекулярпых слоев па поверхности пор, поэтому при массовой влажности от 6 до 30% происходит незначитель­ное изменение коэффициента теплопроводности. По достижении массовой влажности 6—30% начинается процесс конденсации влаги в порах и капиллярах материала. Влага вытесняет воз­дух из пор материала и заполняет их частично или полностью, при эт«м теплопроводность резко увеличивается. Это следует учитывать при расчете влажностного состояния наружных ог­раждающих конструкций с применением карбамндных пено­пластов.

Капиллярный подсос. Для карбамндных пенопластов, ис­пользуемых в строительных конструкциях, важно знать скорость и величину подъема воды в капиллярах, которая зависит от температурпо-влажностных условий эксплуатации, смачива­емости степок пор, распределения капилляров и других факто­ров. Скорость капиллярного всасывания велика в первые 5 мин. По истечении суток средняя скорость снижается в 7—10 раз. Разница величии капиллярного всасывания при начальной и нулевой влажности у пенопластов почти не наблюдается. Конеч­ная влажность для всех карбамндных пенопластов примерно одинакова и яолеблется от 1,44 до 1,88% по объему, пли 110— 132% по масса. Так как скелет карбамндных пенопластов гпд - рофобен, то при контакте с другими, более влажными матери­алами, как это имеет место в строительных конструкциях, влага не будет задерживаться в пенопласте благодаря высокой ско­рости капиллярного всасывания, открытой пористости, отрица­тельному углу смачивания и противокапнллярному давлению (15 . ю "4—40: Ю-4 Па).

Таким образом, вода будет стремиться выйти из несма"и - ваемых капилляров и тем самым способствовать быстрому вос­становлению теплоизоляционных свойств пенопласта. Скорость восстановления этих свойств зависит от типа конструкции.

Фильтрация воды через поверхность пенопласта. Прп исполь­зовании заливочных карбамндных пенопластов для теплоизоля­ции чердачных перекрытий на строительной площадке или для защиты грунтов от промерзания на отвержденную пену могут воздействовать атмосферные осадки. Пенопласт при эксплуата-

Цн| должен сохранять целостность и свои теплозащитные свой­ства

Влажиостное состояние заливочных пенопластов по#ле 24- часового увлажнения для двух различны* незащищенных кон­струкций примерно одинаково, а характер нижнего слоя (бетона или сухого грунта) не влияет на конечную влажность пенопла­ста (табл. 4) Пенопласт не разрушается, но в отдельных мес­тах на покрытии появляются волосные трещины, вызванные интенсивным высыханием пенопласта. Защитное покрытие крас­кой Э-КЧ 26Н предохраняет пенопласт от разрушения не пре­пятствует последующему испарению влаги и приводит к умень­шению конечной влажности примерно в 2 раза. Защнтнр* по­крытие, нанесенное па пенопласт толщиной 0,1 0,2 мм ппсто- летом-распьиштелем, еппжает примерно в 2 раза фильтрацию воды через поверхность пенопласта.

Ьодопоглошение. Благодаря большому количеству открытых пор карбамидные пенопласты обладают повышенным водопо - глощением.

Кинетика ведонасыгцення карбамндных пенопластов пред­ставлена на рис. 4. С уменьшением плотности водопоглощение карбамндных пенопластов возрастает из-за увеличения чпв*1 открытых пор.

Следует отметить, что для одной и той же плотности водо - поя? ощснпе зависит от марки и структуры пенопласта. Так, У блочной мипоры водопоглощение меньше, чем у заливочных пенопластов марок МФП-1 и БТП-М.

Водопоглощение карбамндных пенопластов связано с вре­менам пребывания в воде, с увеличением которого процесс за­медляется. Водопоглощение пенопластов разделено памп ус - давно на тв« периода: первый (в течение 20 дней) характери­зуется быстрин водопогЛОщеппем, до( т т ающим ^iГ> по объему от общего суммарного, второй - более шикоп скоро стыо водопоглощения. Так, подле 300 суток у мипоры и пено­пласта МФП 1 водопоглощение составляет 75- 80%, а у пено­пласта ЬТП-М - 11»чти 100%. На рис. 4 представлено водопогло­щение заливочного пенопласта мофотерм, равного 94%, с = 7+10 кг/м3 после пребывания его в воде в течение 180 диен. Это значит, что конечное водопоглощение примерно одинаково как у отечественных, так и у зарубежных марок пенопластов.

Длительное пребывание карбамндных пенопластов в воде приводит к набуханию, которое не превышает 3% по объему. При визуальном осмотре пенопластов после 180 суток выдержки в воде разрушении не наблюдается и они не теряют своей фор­мы, однако * отдельных пенопластов на поверхности появля­ются мельчайшие волосные трещины.

Защитные покрытия, напесепиые на карбамидные пено­пласты в виде пленок, приводят к снижению водопоыющепия за 300 суток на 15—20% (рис. 4). На некоторых пепопластах воз­никают вздугия и отслоения защитной п.,епкп состава 712 как результат абразовапня отдельных трещин от высыхания покры­тия. Поропласты с покрытием краской 3-K4-2GH в воде набу­хают, что также приводит к возникновению па поверхности мел­ких трещин. Защитные покрытия одновременно. уменьшают и замедляют водопоглощение карбамндных пенопласт®.

Усадка. Все карбамидные пенопласты обладают значнтжь - ной усадкой в период отверждения; у зарубежных заливочных пенопластов при /= + 20° С опа составляет 1.8—6,0% [6].

Выявлено, что температура сушки также влияет на вели­чину усадки. Для мофотерма й=© кг/м3) у#ад*а черэе 30 суток прп / = 70° С достигла 5% и •опровождалась потерей мас­сы до 12%, прп /—100° С — 10% I' потерей массы к> 23 %. Усад­ка мипоры в процессе сушкн за 14—20 суток, по данным 11111111 МПС и Брянского машиностроительного завчца, состав. чяет 20%.

Усадка карбамндных пенопластов разделена па технологи­ческую и временную. Установлено, что в период эксплуатации пенопласта она зависит от температх рно-влажностнысс условчй и времени. Технологическая уелдкл пенопласта была изучеж в лабораторных и близких R натурным условиях.

За счет свобЬдного испарения вл«ги технологическая усадка В открытой форме (аналог чердачного перекрытия^ в 3—5 раз больше, чем в закрытой (аналог трехслойной панели), п закап­чивается в течение 1—3 суток. Технологическая усадка проис­ходит как в горизонтальном, так и в вертикальном направле­ниях и в основном зависит от условий испарения iMani при отверждении пены.

Горизонта пшая усадка не превышает 12% в открытой фор-

IP mi и ГД> и |1ы i'ou, а вер 1 пкальная составлявi 1 /So в orlfw - [oi|j(|io|iMi и 2"/n и закрытой. I';i uni'iiic pa мерой mpn юп i. i ii. miii и игр i пил.11,noii vcauok и формах ны. ш.шо ncouui. iKomiu велнчпu<n'i noiiepMioci п испарения

Максимальная временная усадка карбамндных пепопласЦв была получена при переходе па начального 100 с) нлаж-

IioCtikwo к равновесному состоянию. Переход в равновесное со­стояние осуществляется при /= + 20" О с. <, 20, -10, (Ю п §0% в течение 101 V'MkJ Для всех марок пенопластов временная усадкя при одной и той же относительной втажности воздуха практически одинакова и не превышает 5%.

В течений 5—1(> суток в Лависимосчп от относительной влаж­ности воздуха наблюдается роет деформаций. В течение зтоге времени происходит усадка, а черев 72—103 суток процесс пре­кращается полностью. При равномерном высыхании пенопласта происходит уменьшение массы до 57о при ср = 20%, и черев 72— 103 суток между пенопластом п внешппм воздухом наступает равновесие.

Адгезионные свойства пенопластов. Они определяются в ос­новном свойствами 1ттнмермо# «сновы. Ааливочпые юврбамид - ные иепопласты имеют } довлетворнтельп) ю адгезию к материа­лам с шероховатой поверхностью, це-к, например, к древесным пластикам, паро - и гидроизоляционным рулонным материалам, необработанной поверхности бетона, армоцемапта, асбеста (вт - рыв когвзиоппый). К материалам с гладкой поверхностью, как например, к слоистому пластик}!, с»екл, металл), адгезии не наблюдается.

Блвчпая мнпора может соединяться с другими материалами в слоистых конструкциях с помощью различных клдцв. При пра­вильном подборе клеевого состава прочность шва выше прого­сти пенопласта. Поверхность отрыва прохотпт всегда по, гено - пла&гу. При заливке испои та стоп адгезионная прочность выше, чем при испи. тьзопаппп клеен хо. юлпого отиер;ь кчшя (Эпмца- тельныа п новынкипые температуры (от - 1С то +№;jt) «уще - ственно не влияют на прочпветь н па цгрыв залпвочпык и Удач­ных карбамидпы* neitalmecyoB. Адгезия задкгючпих пепфПла - стов в какой-то степени сдерживает развитие ycn;p»u, i. явле­ний в горизонтальном направлении.

'Чоцозоской^ость. Цйрбампдиые пепопллжш вносятся к мо- розоотойкпм материалам. По иаппыч II. Баумана, они выдер­живают 25 циклов поперемешюго - замораживания при темпе­ратуре - —15° С и оттаивания при ^= + 15°С. Отечествен­ные пеиой. тащы выдерлшвгяот более 50 циклов пс^еремепнен'® замораживания образцов с 80%-ной влаж! Юцьш при тсмлара - туре —19* С в течеппе -1 ч и фттанвапия на валухе при тт»м - п( рлтуре Ь18"£ в течение 2 ч. При попеременно, ч заис^ажп - . ванпп и оттаивании в воДс в течение 2 ч при температуре - I 15"( образны нидержпп. нО' 25 ппт,,Ч(л1 i№ иаЖт [.'>, 19;

Вибростойкость. По данным Н. Баумана и др., Образцы пнатерма и ипорки успешно выдерживают испытания вибраци­онной нагрузкой 180 кол./*шн в течении 110 ч. При мром маца образовавшейся пЫли составляет ЗЙ4. В ЩЪтштцтчн ЦЬНН железнодорожного транспорта были проведаны аналогичные испытания с мипорой, которые не обнаружили заметны* МШ - нений в материше. Приведенные данные свидетельствуют о зна­чительной вибростонкости карбамндных пенопластов в ионстр) к - циях, а поэтому их транспортировка и монтаж не представляют опасности для теплоизоляционного слоя.

Звукопоглощение. Обладая высокой открытой пористостью (порядка 96—99%), отечественные и зарубежные карбамидные пенопласты хорошо поглощают звук при средних и высоких частотах (табл. 5) [14].

Акустические свойства инсулспрей с р = 8,0-*-11,0 кг/м3 (Ка­нада) по ASTM С-423—66 при 500 Гц составляют 66%, при 1000 Гц —90%, при 2000 Гц —81% и при 4000 Гц —83%. Уве­личение тдаяшины пенопласта и воздушные прослойки сущест­венно улучшают звукопоглощение материала. Так, по данным Н. Баумана, звукопоглощение перфорированного изошаума с р — 8 -10 кг/м53 толщиной 30 мм и с воздушной прослойкой 100 Мм при частоте звука 400 Гц достигает 72%.

Коррозия. Коррозионное воздействие заливочного пенопласта марки БГП-М на сталь-3 и алюминий при агрессивном воздей­ствии паров воды, формальдегида и хлорчстяв ввдедюда пока­зало, что наибольшая скорость коррозии имеет место в пеовый период эксплуатации пенопласта. Скорость коррозии пенопла­ста составляет для стали 0,0181 мм в год,> для алкшнпня — 0,0068 мм в год. По скорости коррозии на контакте с карбамид - ным пенопластом сталь относится к группе стойких материалов (6 баллов), алюминий — к группе весьма стойких материалов (3 балла) [20].

Коэффициент линейного расширения. При относитаДьной влажности воздуха 20% коэффициент линейного расширения всех карбамндных пенопластов

А= (58-60) • Ю^град.-1 (2)

Для Ср И11СП11Н )К.1ЛМ, Ч1() Для Л'нерЖ Л-1111011 К. фба МИД0- формальчсгпдпой н при |> I lЈ)0 кг/м3 и (^г>

1.4) • 10 'Трат. 1

1 орючсс |ь. lvipi'kiikiibu - ипюндаг 1 ы moii прнмпииi. nnipn t= -150+ - flOO'C 114], а при I= +160+ 170" С происходит ча<м|пчпое разрушение материала а выделением летучих и изме­нением цпс'141. По данным М. Кухаржа и др., прп /=- + 200 С (черав 48 ч) пенопласт полностью теряет механическую проч­ность, умепьппясь R массе па из-за разложения. Карбамид­ные iicfrfii. .«PTf не т. текгг н не споспбетпую'г расШ#страв'1!1Ш»

01Ч1Я.