ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕНОПОЛИСТИРОЛА ПРИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОМ УТЕПЛЕНИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЕНОПОЛИСТИРОЛА

Водопоглощение. Пенополистирол является достаточно стойким к действию влаги. Его поведение зависит от водостойкости полимерной основы и главным образом от структуры. Наилучшими свойствами об­ладает пенополистирол с замкнутыми порами и ячейками. Не менее важным фактором является кажущаяся плотность пенопласта и наличие на поверхности плит и блоков уплотнённой плёнки (корки). Большое значение имеет и соблюдение параметров технологических операций.

С уменьшением кажущейся плотности и повышением температу­ры влаго - и водопоглощение пенопластов возрастают (рис. 12, а). При продолжительном увлажнении эти характеристики интенсивно изме­няются в первые 5 ... 18 суток, а затем постепенно стабилизируются (рис. 12, б). Отмечается, что водопоглощение пенополистирола про­должает медленно увеличиваться и после 30 суток испытаний [12].

Установлено [37, 38], что для беспрессового пенополистирола фирмы "Тиги - КпаиГ' водопоглощение за 24 часа в зависимости от плотности составляет 0,8 ... 1,2%. Вода в него может проникать за счёт капиллярного эффекта через микроскопические щели в местах сплав­ления гранул.

Испытания образцов плит из экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЕКС при полном погружении в воду показывают, что водо- поглощение происходит в течение первых десяти суток, затем прек­ращается и за 30 суток составляет не более 0,4% от объёма [76].

Это связано с тем, что вначале идёт достаточно медленное заполнение разрушенных при изготовлении образцов ячеек, находящихся на по­верхности, а после их заполнения внутрь материала вода не проникает.

Экструзионный пенополистирол также характеризуется высокой стойкостью к давлению водяных паров. Сопротивление паропроница - нию плит толщиной 20 мм равноценно одному слою рубероида [87, 95]. Однако увлажнение и периодическое (цикличное) замораживание пе - нопластов отражается негативно на их прочностных показателях.

Стойкость к циклическим воздействиям. Пенополистирол со­стоит из множества гранул, между которыми находится влага (по [65] - до 15%), оказавшаяся там вследствие особенностей технологического процесса переработки исходного сырья в пенопласт. Наличие влаги в пенопласте существенно увеличивает коэффициент теплопроводности, следовательно, эксплуатационный коэффициент теплопроводности бес - прессового пенопласта, содержащего влагу в межгранульном простран­стве, сильно возрастает. При циклических знакопеременных темпера­турных нагрузках (периоды замораживания и оттаивания) влага, нахо­дящаяся в межгранульном пространстве, постепенно разрушает связи между гранулами, в результате чего качество утеплителя со временем резко ухудшаются, причём, чем ниже плотность такого материала, тем быстрее протекает процесс его разрушения. При этом разрушение тако­го многогранульного утеплителя сопровождается значительным увели­чением его поверхности и, как следствие, возрастанием количества мо­номера, выделяющегося в окружающую среду [19, 36, 49, 50].

В [81] в лабораторных условиях изучалось влияние систематиче­ски действующих физических факторов, т. е. отрицательных темпера­тур и влажности на изменение водопоглощающей способности, сорб­ционных свойств и теплопроводности пенополистирольных плит. Ис­следования проводились на образцах пенополистирола, изготовленных беспрессовым, прессовым способами и методом экструзии по стан­дартным методикам.

Образцы беспрессового пенополистирола ПСБ плотностью 17 кг/м3 после 110 циклов замораживания и оттаивания в воде имеют водопо - глощение 350% по массе, а прессового типа ПС у = 72 кг/м3 и экстру­зионного ПЕНОПЛЕКС у = 35 кг/м3 соответственно 20 и 25%.

В результате исследований установлено, что образцы беспрессо - вого пенополистирола после выдерживания в воде в течение двух су­ток увлажнились до 18,2%, через 40 дней влажность повысилась до 257,6%, а спустя 2 года составила 353,3% [81]. У пенополистирола,

Изготовленного прессовым и экструзионным методами, через двое су­ток водопоглощение составило соответственно 3 и 5,9%. За 2 года на­хождения в воде водопоглощение по массе у них увеличилось до 21,4 и 23%. Важно отметить, что водопоглощающая способность образцов пенополистирольных плит, подвергавшихся замораживанию и выдер­живаемых в воде без замораживания, отличается незначительно. Ана­логичная закономерность (т. е. увеличение водопоглощающей способ­ности образцов пенополистирола) установлена и при проведении по­вторных испытаний водопоглощения (табл. 5).

Так, если пенополистирол, изготовленный беспрессовым мето­дом, за двое суток набрал влажность по массе 18,2%, то при повторном испытании после высушивания его водопоглощение увеличилось до 100,9%, а аналогичный образец после 110 циклов замораживания и от­таивания в воде изменил свою влажность при повторном увлажнении с 23 до 111,5%. Подобная закономерность при меньших значениях влажности наблюдается и у пенополистирола, изготовленного прессо­вым и экструзионным методами. Близкая сходимость результатов наблю­дается и при исследовании гигроскопичности пенополистирола (табл. 5).

3. Гигроскопическая влажность образцов пенополистирольных плит

4. Изменение теплопроводности пенополистирольных плит, прошедших испытания на морозостойкость (110 циклов) и максимальное водопоглощение (2 года)

Теплопроводность пенополистирольных плит, изготовленных беспрес - совым методом, в результате температурно-влажностных воздействий увеличилась на 5%, прессовым - на 2,8%. Образцы экструзионного пенополистирола теплозащитные качества практически не изменили (табл. 6).

Морозостойкость. Заполняющая поры пенопластов вода при за­мерзании увеличивается в объёме и оказывает давление на стенки пор. Способность последних не разрушаясь противостоять давлению ха­рактеризует морозостойкость. Исследования [78] показали, что проч­ность пенополистирола ПСБ после испытания почти не уменьшается, а прочность ПС-4 и ПС-1 снижается примерно на 13 ... 15%. С увеличе­нием числа циклов замораживания и оттаивания водопоглощение всех пенопластов увеличивалось (см. табл. 7). Как видно из таблицы, для пенополистирола ПСБ-С кажущейся плотности 32,5 кг/м3 произошло незначительное повышение прочностных характеристик, что связано с демпфирующим действием воды, содержащейся в порах материала после испытаний на водопоглощение [12].

5.

Морозостойкость пенополистирола

Химическая стойкость пенопластов зависит от природы поли­мера и характера макроструктуры. При оценке химической стойкости необходимо учитывать развитую удельную поверхность пенопластов, которая способствует более интенсивному воздействию на них агрес­сивных сред. Наличие же на поверхности плит и блоков уплотнённой плёнки (корки) снижает поглощение агрессивных сред, повышая ус­тойчивость пенопластов. Пенополистирол, как и полистирол, обладает высокой химической стойкостью.

Полистирольные пенопласты характеризуются высокой стойко­стью к действию минеральных агрессивных сред. Так, пенополистирол устойчив к действию сильных и слабых минеральных кислот, кроме концентрированных азотной и соляной, а также к сильным и слабым щелочам, но он разрушается под действием эфиров, кетонов, хлориро­ванных и ароматических углеводородов, набухает в бензине и маслах. Имеются противоречивые сведения по стойкости в некоторых средах: так в [36] отмечается, что пенополистирол к уксусной кислоте и мас­лам нестоек, к спиртам стоек, а в [49], отмечается, что к уксусной ки­слоте и маслам стоек, к спиртам слабо стоек. Гипс, известь, цемент, силиконовые масла и, не содержащий растворители, битум не нару­шают структуру пенополистирола. Наиболее высокой химической стойкостью отличается беспрессовый пенополистирол. В таблице 8 приведены данные о стойкости пенополистирола к различным реаген­там, согласно [36].

• Каменноугольная смола.

• Полиэфирные смолы (отвердители эпоксидных смол).

• Масляные краски.

Высокая химическая стойкость по отношению к следующим ве­ществам:

• Кислоты (органические и неорганические).

• Растворы солей.

• Едкие щёлочи.

• Хлорная известь.

• Спирт и спиртовые красители.

• Вода и краски на водной основе.

• Аммиак, углекислый газ, кислород, ацетилен, пропан, бутан.

• Фторированные углеводороды (фреоны).

• Цементы (строительные растворы и бетоны).

• Животное и растительное масло, парафин.

Особое внимание следует уделять совместимости его с другими материалами. Необходимо избегать контакта пенополистирольных плит с незатвердевшей битумной гидроизоляцией, клеями и красками на основе агрессивных растворителей.

Адгезионная стойкость. Повышение температуры примерно до 70 °С мало отражается на адгезии пенополистирола, при более высо­ких температурах наблюдается резкое падение его когезионной проч­ности из-за размягчения [36].

В конструкциях, в которых пенопласт участвует в совместной ра­боте слоёв под нагрузкой лучше применять термопластичные клеи, воспринимающие температурные деформации без концентрации на­пряжений. Поскольку пенополистирол имеет замкнутые ячейки, то растворители из него испаряются плохо. Кроме того, некоторые орга­нические растворители, задерживаясь в ячейках, разрушают пенополи - стирол. Поэтому, если клей содержит растворитель, то после нанесе­ния его на склеиваемую поверхность даётся открытая выдержка для удаления растворителя из клеевого слоя.

Строительные конструкции с применением пенополистирола можно склеивать при помощи цементных, асбестоцементных и гипсо­вых растворов, холодной или горячей битумных мастик, поливинил - ацетатных эмульсий и т. д. В построечных условиях приклеивание уте­плителя и защиту его от атмосферных воздействий обычно устраивают одним и тем же материалом. К таким материалам относятся полимер - цементные композиции [11, 36, 49, 54].

Пенополистирол, соединяясь с другими материалами с помощью различных клеевых составов, образует клеевые швы, прочность кото­рых значительно превышает прочность пенопласта в диапазоне темпе­ратур от -40 до +60°С.

Паро - и воздухопроницаемость незначительна по сравнению с другими теплоизоляционными материалами. С увеличением кажущей­ся плотности и при повышенных температурах проницаемость водя­ных паров в полистироле снижается [50].

Биологическая стойкость. Пенопласты не поддаются гниению, обладают высокой стойкостью к действию грибков и бактерий. Однако отмечается, что пенополистирол подвержен воздействию термитов, разрушается крысами и мелкими грызунами [49, 80, 81, 94, 96].

Экологичность. При применении пенополистирольных плит в качестве утеплителя не выделяется вредных веществ. Материал оценён как биологически нейтральный продукт [36, 50].

Коррозионная активность. Пенополистиролы марок ПС-1, ПСБ и ПСБ-С не корродируют другие материалы, а ПС-4 корродирует оцинко­ванные стали. Корродирующее действие усиливается при увлажнении пенополистирола, а также при повышенных температурах [35, 50].