Влияние длительного теплового воздействия на структуру ндолговечность пенополиуретанов
Нередко строительные изделия из пенополиуретанов эксплуатируются в режиме повышенных температур. Так по данным «Мосэнерго» температура носителя более 130 °С в тепловых сетях держится не более 10 суток, а 140 °С не более 30 часов в году, что считается вполне допустимым для трубопроводов с изоляцией из пенополиуретана [71, 72]. Или согласно [108] годовые изменения температуры поверхности сэндвич-панелей для умеренного климатического района (г. Владимир) достигают примерно 100 а максимальная температура алюминиевой подложки может превышать 80 °С.
Из анализа литературы касающейся нашего вопроса, можно выделить несколько работ посвященных исследованию физико-механических характеристик пенополиуретанов в режиме длительного высокотемпературного старения [63, 97]. Однако в них не затрагивались проблемы прогнозирования долговечности. Нами исследовано поведение пенополиуретанов Влади - пур™ППУ-СП и Изолан 210-1 от действия повышенной температуры при внедрении в него твердого индентора (пенетрации) с позиций кинетической концепции механического поведения твердых тел.
Механические испытания проводились на установке, показанной на рисунке 2.6а. Размеры образцов и порядок проведения испытаний описаны в пунктах 2.1.3 и 2.2.3.
Образцы для испытаний предварительно подвергали искусственному высокотемпературному старению на установке показанной на рисунке 2.10, по методике описанной в пункте 2.3.6.
Длительные испытания образцов пенетрацией проводили после их выдержки в печи при температуре 80 °С и 140 °С, в течение 300 и 5 часов соответственно. При вариациях постоянных нагрузок и температур, фиксировали глубину внедрения индентора в пенопласт. Экспериментальные данные (рисунок 4.12 и 4.13) обрабатывали согласно пункту 2.4.2 , по программе «Graf - difer. exe».
Полученные зависимости логарифма скорости от обратной температуры представленные на рисунке 4.14, представляют собой так называемые «прямые пучки», и описываются уравнением (3.2).
Значения констант полученных в ходе испытаний сведены в таблицу 4.8.
|
Таблица 4.8 - Значение констант уравнения (3.2) для пенополиуретанов Изолан 210-1 и Владипур™ ППУ-СП в зависимости от температуры и времени воздействия
|
Как видно из таблицы 4.8 испытания длительной пенетрацией, после 300 часов выдержки образцов ППУ в термокамере при температуре 80 °С, показали изменение констант, отражающих механизм снижения их долговечности. Так например, для Изолан 210-1 заметно повышение Vm(ТВ), на 0.2 поряд - ка, и снижение Гт(ТВ) на 85 °С. Для Владипур ППУ-СП мы видим численное увеличение констант ЩТВ), дТВ) и повышение предельной температуры разложения Тт(Гв) на 60 Также для обоих материалов заметно уменьшение начальной кажущейся скорости внедрения индентора в поверхность Vm(JBy
Подобное изменение термофлуктуационных констант говорит о повышении жесткости пенополимера, что видимо, связано с процессом деполимеризации и образованием дополнительных связей молекул полимера-основы [7,97].
После 5 часов аналогичных испытаний, но при температуре 140 °С, у исследованных материалов наблюдалось резкое падение долговечности. Уве
личение коне гант Uo(m), у<ТВ), Vm(ra} и снижение Тп, гТвь связано с термоокислительной деструкцией ППУ, что подтверждается визуально. Так на микрофотографиях (рисунок 4,11) представлена ячеистая структура обоих пенопластов после 5 часов воздействия температурой 140 °С. На рисунках видно сильное изменение цвета материала, что говорит об изменении химической структуры полимера-основы. Так в работах Дементьева О. Г. [7, 97] отмечается, что при нагревании уреганы либо диссоциируют на исходные июциа - нат и спирт, либо разлагаются с выделением СО?, амина и одефдаа, а мочевины образуют изоциакат и амин;
RNCO + R'OH R4ICOOR' -> RlNhb + СО2 + олефин
RNHR' + CO 2
RNHCONHR-4—► RNCO + RNH2.
|
|
Общее изменение термофлуктуационных констант характеризующих долговечность исследуемых ППУ после воздействия повышенных температур показало, что крупнопористый двухкомпонентный Владипур1 ППУ-СП о качался более стоек к высокотемпературной деструкции, чем трехкомпо - ненгный мелкопорисгый Изолан 210-1.
Рисунок 4.] 1 - Микрофотографии пенополиуретанов а) - Владипур '] 1ПУ-СП; б)- Изолан 210-1 после 5 часов высокотемпературного старения при температуре 140 "С
|
|
|
0.0016 0.0014 0.0012 0001 o. oooe 00006 0.0004 0.0002 О |
|
О 10оо 2 ооо 3 ооо |
|
О 1 ооо 2 ооо 3 ооо |
|
1 |
|
00022 0 0018 0 0014 1 0.0006 00002 о |
|
|
|
0.0025 0002 0 0015 0.001 0.0005 О |
|
|
|
1 ооо |
|
2 ооо |
|
3 000 |
|
1 ооо 2 ООО 3 ооо |
|
00022 0.002 0 0018 0.0016 0.0014 0.0012 0.001 0.0008 0.0006 00004 0.0002 О |
|
0.0022 0.002 |
|
0.0012 0.001 ооооа |
|
0.0004 0.0002 О |
|
|
|
2 |
|
—А А- |
|
I-A—'* |
|
1 |
|
|
|
2 |
|
О 1 ооо 2 ооо 3 ооо |
|
1 ооо 2 ооо 3 ооо |
|
|
|
0.0035 0.003 q.0025 0,002 0.0015 0.001 0.0005 О К>1 |
|
1 |
|
Рисунок 4.12 - Зависимости глубины погружения от времени (1 - 26; 2 - 31; 3 - 36 Н) и скорости погружения от глубины(1 - 290; 2 - 313; 3 - 333 К) при длительной пенетрации пенополиуретана Изолан 210-1 кажущейся плотности 60 кг/м[1] (г. Воронеж) после высокотемпературного старения: [а] - 300 часов при ВО °С; [б] - 5 часов при 140 °С. |
А - А - —*-
----- А - А - i-- * *
|
|
|
0.0025 0.002 0.0015 0001 0 0005 О |
|
0008 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0 001 о М |
|
0.0025 0.002 0 0015 1 0.0005 О |
|
1 ооо 2 ооо 3 ооо |
|
О 1 000 2 000 3 000 |
|
0 1 ооо 2 ооо 3 ооо |
|
|
|
2 |
|
1 ооо |
|
2 000 |
|
3 000 |
|
2 000 |
|
3 000 |
|
|
|
—* |
Рисунок 4.13 - Зависимости глубины погружения от времени (1 - 21; 2 - 26; 3 - 31 Н) и скорости по! ружения от глубины(1 -290; 2-313; 3-333 К) при длительной пенетрации пенополиуретана Владипур ППУ-СП кажущейся плотности 50 кг/м1 (г. Тамбов) после высокотемпературного старения: [aJ-ЗОО часов при 80 °С; [б] - 5 часов при 140 °С.
