СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ГАЗОНАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ

МЕТОДЫ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИИ ПЕНОПЛАСТОВ

При изучении физико-механических свойств пенопластов учитывают­ся перечисленные выше их специфические особенности, обусловленные явно выраженной физической неоднородностью из-за чередования в ма­териале твёрдой и газообразной фаз /1-4/• С учётом изложенного, к настоящему времени разработан комплекс методов определения физико-» механических характеристик пенопластов /46/, часть которых получе­на при выполнении настоящей работы. Некоторые из них предназначены для рассмотрения специально поставленных задач и поэтому использо­ваны лишь как исследовательские.

Остановимся подробнее на рассмотрении основных использованных методах испытаний пенополимерах.

Испытание на растяжение. Механические характеристики жестких пенопластов при растяжении определяли в соответствии с ГОСТ 17370*» -71. Для испытаний использовали образцы в форме двойной лопаточки с размерами в рабочей части 25 хЮ х50 мм /153/. В качестве контро­лируемых параметров измеряли прочность при растяжении, итноситель*

Ное удлинение при разрыве, модуль упругости при растяжении.

Механические характеристики эластичных пенопластов при растя­жении определяли в соответствии с ГОСТ 15 873-70. Для испытаний использовали образцы в форме двойной лопаточки с размерами в ра­бочей части 10 х13 х50 мм /141, 155-156/. В качестве контролиру­емых показателей измеряли прочность при растяжении и относитель­ное удлинение при разрыве.

Испытания пенопластов в интервале температур 203...453К при

JE ^

Скорости деформации от 1,7.10**" до 3,3.10"" с"" проводили на универсальных разрывных машинах БРП-5-^, йнстрон, Цвик.

Испытание на одноооное сжатие. Механические характеристики жест» ких пенопластов при сжатии определяли в соответствии с ГОСТ 23203^78, Для испытаний использовали образцы в форме куба с дли­ной ребра 30 мм, а при оценке влияния масштабного фактора на прочность пенопласта вырезали также образцы в форме параллелепи-» педа с отношением высоты к ширине 1,5:1 и поперечными размерами 10 хЮ, 15 х15, 20 х20, 30 хЗО, 50 х50 мм /157-159/. Методика оп­ределения параметров показателей прочности пенополимеров основана на использовании статистических моделей.

Механические характеристики эластичных пенопластов при сжатии определяли по общепринятым методикам /46, 56, 160-162/ с исполь­зованием образцов размерами 50 х50 хЗО мм. Методика определения параметров показателей деформативности пенополимеров основана на использовании структурных моделей.

Испытания проводили на универсальных разрывных машинах типа БРП-5-3, йнстрон, Цвик.

Испытание в условиях гидростатического сжатия. Учитывая воз­можное применение жестких пенопластов в различных средах под дав« лением, испытания в условиях гидростатического сжатия проводили как с целью определения прочности стенок ячеек, так и для оценки стабильности пенополимеров при действии жидких сред, давления, раз­личных температур.

Для испытаний выбирали образцы, использованные для дальнейшего контроля физико-механических показателей пенопластов по общепри­нятым методикам /46/.

Испытания в лабораторных условиях проводили в автоклавах ём-

—2 2

Костью I...I0 литров при давлениях 10"* ... 10 МПа /163-166/. Ис­пытания в экспедиционных условиях при выполнении работы автором проведены погружением образцов на глубину до 5 ООО м с помощью гидрологического комплекса "Исток" в Индийском океане /154/.

Два из использованных методов испытаний жестких пенопластов в жидких средах при воздействии гидростатического сжатия защище­ны нами авторскими свидетельствами /163-164/•

Испытание на ползучесть. Для прогнозирования длительной ползу­чести пенопластов использовали прежде всего методы температурно-, напряженно-, влаго-, вибро - временных аналогий, широко апробиро­ванные на практике /73, 167-169/. Кроме того, нами предложены и защищены авторскими свидетельствами 2 специфических метода испы­таний пенополимеров - методы инвариантных параметров ползучести и плотностно-временной аналогии /170-171/.

Кратковременные кривые ползучести в режиме одноосного сжатия снимали на образцах размером 30 хЗО хбОмм на универсальной разрыв­ной машине типа "Цвик". Деформацию измеряли с помощью автоматичес* кой системы "СИД-2" с помощью датчиков, укреплённых на базе 30мм, при точности измерения 2 мкм.

Релаксация напряжения. Для прогнозирования релаксации напряже­ния в жестких пенопластах использовали методы аналогий, широко применяемые на практике /I, 73/. Кроме того, в работе /171/ нами предложен специфический метод испытания пенопластов, основанный на плотностно-временной аналогии.

Исследование релаксационных свойств эластичных пенополимеров в условиях одноосного сжатия выполняли на образцах в форме паралле­лепипеда размерами 50 х50 хЗО мм в широком деформационно-темпера - турно-временном режиме испытаний /152» 172-173/. Кривые релакса­ции напряжения снимали на универсальной испытательной машине "йн­строн".

Термомеханические испытания. Для исследовательских целей в ра­боте использован метод изучения теплостойкости жестких пеноплас­тов путём снятия термомеханических кривых на многообразцовой ав­томатизированной установке /44» 55, 174-175/, или с помощью сис­темы термического анализа ТА-3000 ("Меттлер") /176/. Один из разра­ботанных при выполнении работы способов определения термомехани­ческих свойств пенопластов в условиях воздействия жидких сред за­щищен нами авторским свидетельством /163/. Предложенный способ за­ключается в предварительном заполнении ячеек жидкостью при разру­шении их стенок в условиях гидростатического сжатия образца в жидкой среде с последующим снятием термомеханической кривой в ус­ловиях одноосного сжатия.

Дилатометрические испытания. Для изучения термического дефор*- мирования и определения коэффициента линейного термического рас­ширения и температуры стеклования пенополимеров нами использован кварцевый дилатометр /174, 177/, либо система термического ана­лиза ТА-3000 "Меттлер" /176/, Измерения с использованием кварце­вого дилатометра проводили на образцах в виде цилиндра диаметром 18 +0,5 мм и длиной 100 +1 мм в интервале температур от 213 до 373К /174, 177/. Термическое деформирование пенополимеров с ис­пользованием системы ТА-3000 изучали на образцах в форме куба с длиной ребра 10 +0,1 мм в интервале температур от I73K до 553К /176, 178/.

Определение эффективного коэффициента теплопроводности. В ра­боте использован метод определения эффективного коэффициента теп­лопроводности пенопластов с помощью прибора ИТХ, работающего в режиме нестационарного теплового потока /46/, и установки "AHA - КОН", работающей в режиме стационарного теплового потока /176/.

Для испытаний на приборе ЙТХ-6 использовали образцы в форме параллелепипеда с размерами 40 х40 х!40 мм, при измерениях на приборе "АНАКОН" брали образцы в форме параллелепипеда с разме­рами 200 х200 х25 мм.

Определение стабильности размеров. Для исследования стабиль­ности размеров определяли кинетику изменения линейных размеров образцов пенополимеров в процессе их выдержки в течение опреде­лённого времени при выбранной температуре и влажности /177 -179/. При выполнении работы 2 из способов повышения стабильности раз­меров нами защищены авторскими свидетельствами /180-181/, по од­ному из методов испытаний нами разработан ГОСТ 20989-75.

Для проведения испытаний были использованы климатические ка­меры КТВ-04-155, ФАЭТРОН, БРАБЕНДЕР, ГРЕНЛАНД, а также система термического анализа ТА-3000.

Определение диффузии и сорбции. Испытания на влагопоглощение проводили в климатических камерах KTB-04-I55, ФАЭТРОН, БРАБЕНДЕР, где температурно-влажностный режим регламентировали требования­ми методик /46/ и стандарта ГОСТ 9.707-81, Для изучения диффузии и сорбции газов и паров использовали вакуумную сорбционную уста­новку /176, 178, 182-183/.

Горючесть, Поскольку исследования пожароопасности полимерных материалов широко распространены, а методы её определения доста­точно полно разработаны и регламентированы стандартом ГОСТ 12.1.044-84, эти методики были использованы нами практически без изменений.

При контроле горючести пенопластов по методу кислородного

Индекса и дымообразующей способности измерения проводили на аппа­ратуре заводского изготовления фирмы СТЭНТОН РЗДКРОФТ /185-188/. Другие испытания на горючесть выполняли на аппаратуре, изготов­ленной во ВНИИСС по чертежам ВНИИПО /46» 184/,

Термический анализ. Термический анализ образцов пенопластов проводили на Q - дериватографе системы Паулик - Паулик - Эрдеи (Венгрия) и с помощью системы термического анализа ТА-3000 (Мет­тлер, Швейцария) в соответствии с методиками /189/ и требования­ми стандарта ГОСТ 9.707-81.

Испытания на старение. Для определения стабильности пенополи­меров в условиях старения нами предложена методология прогнозирова­ния эксплуатационной долговечности пенопластов /I, 190-191/, от­личающаяся комплексным подходом:

В качестве объекта исследования берут представительные марки всех основных классов пенопластов;

Изучение старения проводят при широком охвате воздействий условий окружающей среды на пенопласты базовых рецептур;

При старении контролируют кинетику изменения всех основных показателей эксплуатационных свойств и определяют функцию прогно­за изменения показателей;

Одновременно с изменением физико-механических характеристик у базовых рецептур учитывается хотя бы качественно механизм физи­ко-химических процессов как в матричном материале, так и на уров­не ячеистой структуры;

Для подтверждения достоверности используемых методов прогно­зирования проводятся прямые опыты по длительному испытанию пено­пластов в свободном виде, либо в конструкциях;

Для определения стабильности небазовых рецептур пенополи­меров в условиях старения их испытания проводят традиционными

Методами, либо с использованием метода наследственной аналогии.

Предпосылки ускоренных испытаний смежных пенопластов выведены из установленной автором наследственной аналогии при старении смежных пенопластов, полученных на основе одного и того же полиме­ра-основы /190-192/,

В процессе выполнения исследований разработаны стандарты: ОСТ 6-05-472-84 по определению температурно-влажностно-временных пре­делов при старении жестких пенопластов, ОСТ 6-05-453-84 по испы­танию эластичных пенопластов на старение, ГОСТ 20989-75 на метод определения стабильности размеров жестких пенопластов.

4 из разработанных методов защищены нами авторскими свидетель­ствами /163-164, I70-171, 193-194/.