ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПЕНОПОЛИУРЕТАНА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Тепловое старение жестких пенополиуретанов

Требования, предъявляемые к пенополиуретанам по сохранению своих свойств довольно высоки. Так, часто необходимо сохранение свойств ППУ на определенном уровне при 60 - 80-летней эксплуатации их в изделиях и конструкциях. В [7, 95, 103, 104] рассмотрена кинетика изменения эксплуа­тационных свойств жестких ППУ, и определены функции прогноза поведе­ния пенопластов при тепловом старении [97].

На рисунке 1.16 представлена кинетика изменения прочности ПГГУ - 316М при тепловом старении в широком температурно-временном режиме испытаний. Изменение ст^ у ППУ-316М при тепловом старении аппрокси­мируется монотонными кривыми. При температурах до 373 К ППУ имеет
высокую стойкость к длительному тепловому старению, в то время как при температурах старения 398 - 423 К стабильность его существенно снижается. Представленные кинетические кривые изменения arjK в исследованном тем- пературно-временном интервале описываются уравнением n-ого порядка ти­па:

(1 - п)-К° т • ехр(

Где п=1,75 - показатель порядка; К0 - постоянная; Е - эффективная энергия активации; апр - предельное значение прочности; сто - прочность в исходном состоянии; R - универсальная газовая постоянная; Т - температура старения; т - длительность старения в часах.

Наблюдаемое монотонное снижение сгсж у ППУ-316М при тепловом старении объясняется процессом термоокислительной деструкции. При на­гревании уретаны либо диссоциируют на исходные изоцианат и спирт, либо разлагаются с выделением С02, амина и олефина, а мочевины образуют изо­цианат и амин.

Наблюдаемое повышение прочности на начальных участках кривых ста­рения при температурах 373 К объясняется доотверждением полиуретана, в то время как на более глубоких стадиях старения преобладают описанные выше процессы его термоокислительной деструкции. Иначе в сравнении с прочностью изменяется при старении ППУ другой важный эксплуатацион­ный показатель - эффективный коэффициент теплопроводности X. Изменение прочности ППУ в значительной мере определяется изменением свойств по­лимера-основы, в то время как увеличение X при старении обусловлено пре­имущественно газообменом в ячейках[92,97].

Из рисунка 1.16 видно, что кинетические кривые изменения Л у ППУ - 316М в широком температурном режиме испытания на тепловое старение аппроксимируются монотонными кривыми и описываются следующим уравнением:

■,(1.17)

- - т • ехр( --Ь-)

Лт,

Где Ао; Х; Х2 Вт/м-К- постоянные по коэффициенту теплопроводности; Ej, Ег - эффективные энергии активации; Кь К2 - постоянные по скорости.

Наблюдаемое изменение эффективной теплопроводности ППУ при не­продолжительном старении связано в основном с газообменом внутри замк­нутых ячеек пенопласта. При этом эффективная теплопроводность ППУ низ­кой кажущейся плотности в исходном состоянии складывается из теплопро­водности газа в ячейках (« 44 %), теплопроводности полимера (« 23 %), пе­редачи теплоты излучением (« 33 %), передачи теплоты конвекцией газа, ко­торой для обычных пенопластов можно пренебречь. На глубоких стадиях старения, существенное влияние на изменение X может оказать изменение степени замкнутости ячеек ППУ. Такое разрушение стенок ячеек может не только ускорить газообмен внутри пенопласта и тем самым увеличить вклад теплопроводности газа в ячейках, но и увеличить лучистую составляющую теплопереноса за счет уменьшения "числа экранов", а передача теплоты кон­векцией станет заметной.

На рисунке 1.16 видно, что объемное содержание открытых пор VomKp При длительном старении значительно увеличивается и описывается уравне­нием [7]:

-^•г-ехрС--^) KI,

Где Vi, Vo% - постоянные объемного содержания пор; K°i час'1 - постоянная по скорости; Ej - эффективная энергия активации; Tj - температура старения ; R - универсальная газовая постоянная; т - длительность старения в часах.