СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ГАЗОНАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ

ГОРЮЧЕСТЬ И ДЫМООБРАЗУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ

Проблема снижения горючести полиеров и разработка на их основе пенопластов с пониженной пожарной опасностью является одной из важ­нейших в полимерной химии /114, 216/, По этой причине снижению по­жарной опасности пенопластов, совершенствованию методов их испыташй уделяется большое внимание.

Изучение влияния ячеистой структуры на пожароопасные свойства пенопластов представляется важным как в плане изыскания путей соз­дания ограниченно горючих материалов, так и с методической точки зрения при оценке горючести пеноматериалов /217/,

Нами исследовано влияние макроструктуры и условий горения на горю­честь и дымообразующую способность пенопластов. Испытания в широком интервале изменения температуры и концентрации кислорода проводи­ли с использованием камеры СТЭНТОН РЭДКРОФТ,

Исследования показали /186-188/, что с увеличением концентра­ции кислорода с 26% до 50$ коэффициент дымообразования в режиме

Горения у пенополиуретана ППУ-17Н монотонно снижается с 490 до р

160 Нп, м /кг. Температура пламени в месте расположения фронта горения у ППУ-17Н для температуры в камере 298К и минимальной концентрацш кислорода составила 773...873К. Таким условиям соответствует вы­деление "желтого дыма" и быстрое выделение полиолов и фрагментов изоцианата, который может быть в форме полимерных изоцианатов /218- -219/. При повышении концентрации кислорода по-видимому происходит дальнейшее разложение содержащихся в "желтом дыме" остатков слож­ного и простого полиэфиров и остатков изоцианатов, прежде всего вследствие их термоокислительной деструкции.

По этой же причине увеличение кажущейся плотности ППУ-17Н с 56

До 93 кг/м приводит к росту коэффициента дымообразования с 445+25

2

До 554 +10 Нп. м /кг. Действительно, более развитая удельная поверх­ность лёгких образцов, снижение коэффициента теплопроводности и изменение температуры в зоне горения способствуют более полному раз­ложению содержащихся в "желтом дыме" остатков сложного и простого полиэфиров и изоцианата и снижению коэффициента дымообразования.

Выполненные нами исследования показали заметное, хотя и слабое влияние формы и линейных размеров образцов на показатель горючести значения КИ для отдельных типов образцов различались на 0,3...2$. Однако, зависимость КИ от кажущейся плотности оказалась более силь-

Таблица 3.11. Коэффициенты в уравнении регрессии (3.17)

Коэффициенты модели Значения К0эффи11и_ Ставдартная ошйка

Коэффивд грессии,

Ной. Так, при увеличении кажущейся плотности с 30 до 100 кг/м КИ у ППУ увеличивался на 2,2...7,6$. Это объясняется следующим обра­зом. Согласно современным представлениям процесс распространения пла­мени по поверхности можно рассматривать как непрерывное последо­вательное воспламенение соседних участков/114/. Поскольку эффектив­ный коэффициент теплопроводности, теплоёмкость и кажущаяся плотность лёгкого пенопласта ниже, то для нагрева пенопласта до воспламенения потребуется меньше тепла, а скорость распространения пламени по по­верхности будет больше в сравнении со скоростью распространения пла­мени у пенопластов с более высокой кажущейся плотностью.

В целом влияние макроструктуры на горючесть пенопластов невели­ко. Определяющее влияние на пожароопасные свойства пенопластов ока­зывает природа полимера-основы, либо использование различных антипи - ренов. Так, при замене уретановых фрагментов на изоциануратные в

Пенополиизоциануратуретанах, пеноматериал резко снизил горючесть и перешел из группы горючих в трудногорючие /220/•

Более сложной оказалась зависимость показателя горючести КИ от температуры. Так» при повышении температуры в испытательной камере выше 423К показатель 1И у Ш1У-17Н начинает резко падать /186/. Вы« сокая температурная чувствительность КИ при температуре выше 423К обусловлена изменением критических условий для распространения го­рения, Действительно, измеренная термопарой эффективная температу­ра пламени в месте распространения фронта горения при измерении КИ у ППУ-17Н (для температуры в камере 298К) составила 773...873К, в то время как для температуры в камере 473К она достигла 1373...I473K.

Таким образом, выполненные исследования подтвердили и уточнили известные выводы о том, что ячеистая структура оказывает небольшое влияние на горючесть пенопластов, в то время как природа полимера - - основы и использование различных антипиренов являются основными факторами снижения пожароопасности пеноматериалов.

Научные результаты исследований, изложенных в данной главе, за­ключаются в том, что получена систематическая информация о ячеистой структуре и кратковременных показателях физико-механических свойств пенопластов: прочности, деформативности, основным релаксационным пе­реходам, ползучести, остаточной деформации, водопоглощению, горю­чести, а также взаимодействиях внутриячеистая газовая среда - поли­мер -основа.

Впервые обнаружены у пенополимеров взаимопроникающие ячеистые структуры 4-х уровней и определены количественно параметры этих структур.

Впервые предложены показатели комплексной оценки макрострукту­ры по спектрам распределения жесткости, либо прочности силовых фрагментов газоструктурных элементов и с их использованием изучена ячеистая структура пенополимеров основных классов.

Установлено существование 2-х предельных состояний пенопластов

(по прочности и деформативности) в условиях гидростатического сжатия.

Изучен механизм возникновения больших необратимых остаточных деформаций у эластичных ППУ, который связывается с химической ре­лаксацией полиуретана, в то время как обратимые остаточные деформа­ции объяснены развитием медленных стадий физической релаксации в матричном материале.

Показано, что механические свойства полимера-основы, связанные с их температурно-скоростной зависимостью, полностью переносятся на свойства пенополимеров.

С другой стороны, установлено влияние макроструктуры на поведе­ние пенопластов:

- экспериментально выведены общие закономерности изменения при­веденных упругих и прочностных характеристик пенопластов в широком диапазоне шкалы изменения их кажущейся плотности;

- изучены физические особенности кинетики деформации пенополи­меров и предложен способ определения параметров кинетики деформа­ции полимера-основы, а также прогнозирования кинетических парамет­ров деформации других пенопластов на основе этого же полимера;

- установлено самопроизвольное удлинение или усадка ППУ вблизи температуры стеклования в случае прогрева образцов и объяснен меха­низм его возникновения влиянием памяти у стеклообразных ППУ о струк­туре, заложенной на стадии вспенивания и отверждения пенопласта;

- изучены закономерности диффузии и сорбции паров воды у ППУ и определены интервалы активности паров воды для различных её состоя­ний: связанного, кластеризованного, свободного и рассмотрена связь сорбированной полимером воды и её состояния с физическими и меха­ническими свойствами ППУ;

- для определения влияния параметров макроструктуры на эффек­тивную теплопроводность пенопластов предложена математическая мо­дель в виде полинома 2-го порядка с учётом упомянутых факторов, наиболее сильно влияющих на исследуемый показатель;

- установлено, что изменение макроструктуры не оказывает значи­тельного влияния на пожароопасность пенополимеров, в то время как введение антипиренов, либо модификация полимера-основы может резко улучшить пожаробезопасность этого материала.

Результаты исследований были использованы при выборе и разра­ботке технологии производства пенополиуретанов эластичных для ме­бельной промышленности и автомобилестроения, жестких ППУ для стро­ительства, жестких пенопластов для изоляции холодильников и рефри­жераторов, пенополиизоциануратуретанов для изоляции тепловых сетей и газопроводов, пенополиэтилена для уплотнения стыков в строитель­ных конструкциях.