СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ГАЗОНАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ

ОСТАТОЧНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ

Б данном разделе рассматриваются результаты экспериментального исследования восстановления размеров эластичных пенополиуретанов на базе идей и методов, развитых выше для газонаполненных систем.

При применении эластичных пенопластов в деформированном состоя­нии остаточная деформация часто оказывается определяющим показате­лем при оценке долговечности. Поэтому остановимся прежде всего на рассмотрении температурно-напряженно-временной зависимости остаточ­ной деформации эластичных ППУ в условиях длительного сжатия и меха­низме её возникновения /I, 173-172/,

На рис. 3.32 в качестве примера представлена характерная для ППУ-3-35-0,8 зависимость остаточной деформации от длительности сжа­тия при температуре 383К и различных степенях сжатия. Из рис. 3.32 видно, что известный из литературных данных /I/ вывод о возникнове­нии у ППУ либо малых (до 10$) - 1-я область, либо больших (более 70$) остаточных деформаций - 3-я область с узкой переходной областью (2-я область) подтвердился и в нашем случае. При этом малые остаточ­ные деформации оказались практически полностью обратимыми, в то время как при больших остаточных деформациях образцы не восстанав­ливают исходные размеры даже после прогрева при повышенных темпе­ратурах. Следовательно можно предположить, что механизм возникно­вения малых остаточных деформаций заключается в физических, а боль­ших остаточных деформаций - в механохимических элементарных актах.

Качественно аналогичные результаты были получены при испытании других пенополиуретанов на основе простых полиэфиров: ППУ-75 ( = = 30 кг/м3) и ППУ-209-I ( 89 кг/м3). С учётом изложенного в ка­честве критериального параметра стабильности ППУ в сжатом состоянии

^ост.,%

Рис. 3.32. Зависимость остаточной деформации ППУ-Э-35-0,8 от, продолжительности сжатия при 383К и различной степени сжатия: 20 (I), 50 (2), 70 (3), 90% (4).

Рис. 3.33. Зависимость критического времени сжатия ППУ-Э-35-0,8 от температуры при различной степени сжатия: 20 (I), 50 (2), 70 (3), 90% (4).

Целесообразно по нашему мнению принять время 7"^* соответствующее

IvU

Переходу от первой ко второй зоне, которое можно оценить, например, по точке пересечения касательных в месте первого перегиба на кривых.

Дальнейшая обработка экспериментальных данных для ППУ-Э-35-0,8 в видоизменённых координатах представлена на рис. 3,33. Линейный характер указанной на рис. 3.33 зависимости позволил определить значение эффективной энергии активации Ь1 рассматриваемого процесса. Для различных степеней сжатия 1>1 имеет одинаковое значение и на­ходится в пределах 64...73 кДж/моль. Сравнительно низкое значение U рассматриваемой химической релаксации обусловлено, вероятно, влия­нием кислорода и влаги воздуха, поскольку испытания проводили в среде воздуха и, кроме того, удельная поверхность ППУ весьма разви­та в сравнении с монолитными образцами. Аналогичные результаты полу­чены и для других ППУ: для блочного эластичного пенополиуретана на основе простых полиэфиров марки ППУ-75 21 составляет 64...66 кДж/ моль, для ППУ-201-I холодного формования на основе простых полиэфи­ров И равно 66...69 кДж/моль, для полужесткого пенополиуретана ППУ-209-I ( 89 кг/м3) расчётное значение ^ в интервале темпе­ратур 363...403К составило 106...125 кДж/моль.

Сопоставление показывает, что у эластичных ППУ на основе простых и сложных полиэфиров значение эффективной энергии активации процес­са практически совпадает, что позволяет указать на общность механизма химической релаксации в обоих случаях. То-есть сложная и простая эфирные связи у эластичных ППУ здесь не ответственны за процесс хи­мической релаксации. Влияние взятого полиэфира сказывается лишь в изменении предэкспоненциального множителя. Существенно большее зна­чение У, у ППУ-209-I обусловлено, вероятно, большей его кажущейся плотностью и повышенным содержанием закрытых пор, что снизило, преж­де всего, влияние влаги и кислорода воздуха на развитие процесса.

Сопоставление результатов исследований остаточной деформации и релаксации напряжения (рис, 3,30 и 3,33) показывает, что величины U

- 128 -

В обоих случаях в пределах погрешности измерений совпадают, что ука*» зывает на общность механизма процесса» То-есть подтверждается связь остаточной деформации с химической релаксацией ППУ.

Отмеченные особенности влияния физико-химических процессов в пе«» нопластах на остаточную деформацию и релаксацию напряжения являются характерными и для других пеноматериалов, в частности для полужест­ких пенополиуретанов ППУ-405 и ППУ-350Н /202/,

Значительный интерес представляет определение вязкоупругого после­действия в образцах после их разгрузки. Типичная кривая восстановле­ния размеров образцов ППУ представлена на рис. 3.34 /202/. Оказалось, что восстановление размеров образцов во времени (рис. 3.34) может быть описано уравнением:

H <*) h0 е ТР ; (3.14)

Где: T - длительность "отдыха" ППУ после разгрузки в с;

Тр = 504 с - время релаксации; h - 16; fl ^ 91 - постоянные по деформации в %%; kit) - высота образца в процентах в момент времени ^ по отношению к её величине перед сжатием ППУ; tl = 0,14 - безразмерная постоянная.

При этом коэффициент корреляции модели (3.14) и опытных данных оказался равным 0,99, а среднее квадратичное отклонение опытных дан­ных от расчётной кривой составило 0,2$, что свидетельствует о хорошем их соответствии.

Из представленных данных видно, что после длительного "отдыха" образцы быстро восстанавливают свои размеры и у них достигается ус­ловно-равновесное значение размеров ft? о.

Таким образом исследована кинетика восстановления размеров об­разцов эластичных ППУ и установлено, что свойства полимера-основы оказывают определяющее влияние на вязкоупругое последействие в пено­пласте. Это приводит к возникновению и Изменению остаточной деформации

- 130 -

Б материале в широких пределах в зависимости от температурно-дефор - мационно-временного режима нагружения. Влияние ячеистой структуры сводится к возможности установления более широких пределов как ус­ловий воздействия, например, по степени поджатия, так и изменения кинетики развития процессов (за счёт влияния на время релаксации, эф­фективную энергию активации и т. д.) с одновременным изменением мак­роструктуры материала.