БЕСПРЕССОВЫЕ ПЕНОПЛАСТЫ В СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕСПРЕССОВЫХ ПЕНОПЛАСТОВ И ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТРЕХСЛОЙНЫХ ПДНБЛЕИ СО СРЕДНИМ СЛОЕМ ИЗ ПЕНОПЛАСТОВ

Особенности структуры пенистшх пластмасс (размеры я«ек, их строение, толщина полимерных стенок, харак­тер распределения и т. п.) могут быть определены микио - скопическнм анализом. Д. ш этого из образцов пенопла­ст о в предварительно вручную или на специальных микротомам изготовляют срезы толщиной 10—15 мк. Которые просматривают под микроскопом в проходящем свете. Прп изготовлении срезов вручную при помощи лезвия не требуется предварительной подготовки пенсь - пласта. Прп изготовлении срезов па микротоме образцы пенопластов предварительно обрабатывают для получе­ния плогпой хорошо режущейся массы парафинируют или желатинизнруют, после чего замораживают. Для парафинирования образцы разогревают, поэтому обраба­тывать таким способом можно пенопласты, имеющие теплостойкость выше 70°С. При желатинизации образцы пенопластов пропитывают в растворе желатины различ­ной концентрации при 37СС и охлаждают [26]. Готовые срезы пенопластов хорошо сохраняются в воде.

Для каждого вида пенопластов характерны свои структурные (Цвбенности. Отличительной особенностью Структуры полистирольного пенопласта ПСБ является мелкоячеистое строение при замкнутом характере газо­вых включений. Внутри каждой гранулы имеются микрст - eeeiii<«, а между гранулами — пустоты. Объем микро - ячеек может достигать 96—98°'/« общего сют»ема образца, «Йъем межгранульных пу'Стот составляет около 2— 4% [27].

Прп геометрическом рассмотрении идеализированной структуры бес-прессового полистнролыюго пенопласта видно, ч«о (Жповой ячеистой структуры являются сферы одинакового раемера, каждая ив которых соприкасается с 12 другими. При плотной паковке сферы занимают 74°/о объема структуры. В процессе вспенивания сферы деформируются и приобретают полиэдрическую форму. В идеальном случае каждая ячейка представляет собой додекаэдр, граг. и которого пятиугольники. В реальном матерпрдаё эти сферы деформируются в многогранники раньше, чем газовые пузырил; займут оптимальны: объем, и структуру полчетпрочьпого пенопласта можно и i3Ts;r#!> н.-св^лпо. тизчрической.

Структура феноло-формальдегпдпош пенопласта, по­лученного путем смешеппя вязко-жидкой полимерной композиции с катализатором, характеризуется наличием сообщающихся между - собой ячеек. Процесс вспенивания и образования ячеистой структуры феноло-формальде - гидиого пенопласта несколько опережает отверждение по­лимерной композиции В резу ьтате ныэ+юй прочности пе- затвердевшнх вязких стенок ячее* га« успевает разорвать стенки, прп этом обраэуился открыто ячеистая структура

Жесткие полиуретановые пенопласты имеют закрыто яченСТув структуру. Процесс вспенивания и отверждения полиуретана происходит одновременно, вследствие этого вспенивающий газ успевает только образовать ячеистую структуру, не разрушая стспок ячеек. Однако пенопласты редко имеют однотипную структуру. Размеры ячеек, их форма довольно сильно колеблются по объему материала. Эти колебания могут носить как случайный, так и законо­мерный характер. Кроме того, ячейки пенопласта могут частично сообщаться между со€>ой. По данным [28], (от­крытых ячеек в зарубежных полпетпршьпых пепопластах около 5, в нолпвппилхлорндпых — 8 и в полиуретано­вых— У /0.

Особенности структуры пепопластов, связанные с их ячеистым строением, обусловливают некоторую общность вависнмоети их формостабиль-иости и агрегатоустойчнво - стп от различных факторов. Однородность и pcryjrfip - iiqctb ячеистой Структуры являются необходимым учеловп-
ем для получения конструкционных пенопластов. Для по­вышения несущей способности, улучшения тспю - и паро - нволяцнонных качеств пенопластов необходимо стремить­ся получать высокое процентное содержание закрыты ячеек в структуре материала.

Известно несколько методов определения характера структуры пенопластов. Широко используют так назы­ваемый сорбционный метод, по которому соотношение закрытых и открытых ячеек определяют по количеств* поглощенной жидкости. Однако этот метод имеет серьез­ные недо^атки: для полного насыщения пенопласта требуется довольно длительное время эксцовпиии в тече­ние которого полимер может набухать. Более удобным и тостатячно точным является Mcnwj. асповаппыи па опрс - дщцеппн объема воздуха, вы­тесненного образцом пено­пласта [28]. Объ«м вытес­ненного воздуха равен объе­му, занимаемому в пено­пласте закрытыми ячейками и стенками ячеек.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕСПРЕССОВЫХ ПЕНОПЛАСТОВ И ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТРЕХСЛОЙНЫХ ПДНБЛЕИ СО СРЕДНИМ СЛОЕМ ИЗ ПЕНОПЛАСТОВ

Рис. 28. Схема прибора для определения амрактера *тр - :-;- туры пенопластов

1 — ртутный манометр; 2 — бюрет­ка; 3 — цилиндр; 4—(КЖо. ииЬль - аея емкость,: 9—жидкост: n ww - метр

Прибор для определения характера структуры пено­пластов по этому методу (рис 28) состоит из двух замкнутых систем. Методи­ка определения характера структуры пенопластов за­ключается в следующем. Предварительно в npnlope выравнивают начальные объемы обеих систем, поп этом разрежение в системах создают путем опускания уровня ртути в коленах ртутного манометра. Затем в цилиндр помещают образец пенопласта, имеющни форму призмы (размером 18x18X74 мм). Из-за на­личия образца системы оказываются неуравновешенны­ми, поэтому вторично уравновешивают объемы обеих систем следующим образом Путем понижения уровня ртути в коленах ртутного манометра в системах создают разрежение и регулируют уровень ртути в бюретке до ч ех
псю пока жидкость в коленах жидкостного манометра не окажется на одном уровне.

Количество воздуха, вытесненного образцом, опреде­ляют по раз-насти начального и конечного уровней ртути в бюретке. Образец пенопласта с большим содержанием - закрытых яч£«к вытеснит бсетыний Nltw вдоф^ха ш* сравнению т образцом, имеющим меньшее количество закрыты^ ячеек. Объемы (в %), которые #анима(вт за­крытые Г, и открытые У3 ячейки, а также стенки ячеек Го, определяются из следующих рыражеыпм:

С

Д V - —

Vt=— (10)

1 о

-V > (и) "to1"

Va'= K~SV, (12)

1 о

Где А Г— разым»гь показании уровней ртути в бюретке в мл-, GВес обрааяа пенопласта в г; "(о—удельный вес полимера, сосввля - ющего основу пенопласта, в afbu3; "о — объем образца ясно плести в см3.

Удельный вес полистирола составляет 1,05 г/от3, поли­уретана — 1,2 »/смг и феноло-формальдегидиых смол — "1,4—10 Щсм3.

При определении есотпошенпя Закрытых и открытых ячеек и об'ьема степок ячеек суммарный объем должен составлять

V = I Vi = 100%. (13)

Характеристики структуры отечественные: бесиреесо - пых пенопластов пред ста вдет: в табл. 19.

'Г а б. л и ii * 19

Характеристика структуры пенопластов

Объемист Dec в кг/Л"

Содержание | %

Пеноплвет

1»2

ПСБ |.....................

45

Л

4,3

2,7

По л и у р е та I {о ни и, р е цс пту р а

<v1

91

» 3

0,7

ФИ1-1

Эо

5,7

87

Объемный вес. Из числа факторов, характеравующнх структуру пенопластов, наиболее важным является отно­сительное содержание полимерной и газоо<~райной фав. выражаемое показателем объемного весе у Величина у характеризует дисперсность структуры этих материалов. В зависимости от -соотношения количества полимерной и газообразен фаз в единице объема пенопласта его у может изменяться от удельного веса исходного полимера (1000—1900 кг/м3) до 16—150 кг/м

При определении объемного вэса и других характе­ристик пенопластов наблюдается повышсыЕюе рассеяние экспериментальных данных, которое обусловлено специ­фикой структуры этих материалов Статистические мето­ды позволяют определять физико-механические показате­ли при помощи доверительных интервалов, оценивать зоны рассеяния и устанавливать вид и параметры функ­ции их распределения. Методика статистической обра(?ет - кн результатов физико механических испытаний пенопла­стов описана в работе [29]

Вследствие технологических причин в плитах н блоках пенопластов наблюдаются колебания объемного веса ма­териала. Изменение объемного веса по высоте блока оп­ределяется различиями в условиях пенообравования в объеме п у поверхности вспенивающейся массы. Поверх - постный слой пеноблоков заливочных пенопластов пред­ставляет собой слабовспененпый полимер. Средние слои, как правило, имеют более низкий объемный вес. Реэ*ое возрастание объемного веса поверхностного слоя наблю­дается у феноло-формальдегидных и потиретановых пе­нопластов. Наличие уплотненных слоез приводит к зна­чительному рассеянию показателя объемного веса по высоте пеноблока. Уплотненные слои можно рассматри­вать как состояние елабовспепепного полимера, которому свойственны свои параметры распределения показателя объемного веса, отличные от основной массы пенопласта (рис. 29). При изучении свойств и применения пенобло - ков в строительных конструкциях необходимо учитывать наблюдаемое изменение объемного веса по высоте пено - блоков.

Колебания объемного веса в направлении тоскости плнты пепоблока носят главным образом случайный ха­рактер. Параметры рассеяния объемного веса, полечен­ные па образцах в форме кубика из иолпетпрольных и феноло-формальдегидных пенопластов, представлены в табл. 20.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕСПРЕССОВЫХ ПЕНОПЛАСТОВ И ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТРЕХСЛОЙНЫХ ПДНБЛЕИ СО СРЕДНИМ СЛОЕМ ИЗ ПЕНОПЛАСТОВ

Рис. 29. Гистограмма и плотность распределения объемного веса образцов полиуретанавого пено­пласта, рецептура № 3

1 — изготовленных из средних слоев блока; 2 — изготов­ленных из уплотненных слоев блока

Таблица 20

Параметры рассеяния объемного веса пенопластов

Пенопласт

Средний объ­емный вес в кг[м3

Среднее квадратичс - ское отклоне­ние

Коэффициент вариации в %

ПСБ.

Г 19,2

1,21

6,3

145,1

2,8

6,2

ФРП-1

38,6

8,65

22,4

Рассеяние показателей объемного веса пенопластов зависит от формы используемых образцов. Наименьшее рассеяние наблюдается на образцах в форме кубика. Ис­пользование более крупных образцов — брусков — приво­дит к повышению параметров рассеяния. Например, для выборок партий полистиролыюго пенопласта марки ПСБ коэффициент вариации объемного веса, полученный на образцах-брусках, отличается па 20—!30% от показате­лей, полученных на образцах в форме кубика.

Изменчивость показателя объемного веса внутри от­дельных видов пенопласта (в различных его партиях) близка коэффициенту вариации, представленному в табл. 20. Так, для выборок четырех партий полистироль-
ного пенопласта ПСБ значения коэффициента вариации составляют 5,5; 6,6; 6,2 и 6,3%. Оценка дисперсий рассея­ния объемного веса образцов выборок этого пенопласта при помощи ^-распределения показала, что наблюдаемое расхождение между ними ные партии материала, представляющие собой частичные совокупности, можно рассматривать как взятые из нормальной об­щей совокупности с оди­наковой дисперсией.

Как видно из гисто­граммы и плотности рас­пределения опытных дан­ных для пенопласта мар­ки ПСБ, сведенных в ин­тервалы группирования, распределение объемного веса является однород­ным, достаточно похожим на нормальное (рис. 30). Аналитическая проверка критерия Пирсона показала, что плотность распре­деления объемного веса пенопластов подчиняется нормальному закону. Величина критерия х2 меньше зна­чения*^ для 70—95% уровня значимости. Наблюдаемые отклонения от нормального закона распределения объем­ного веса для выборок некоторых видов пенопластов обусловлены повышенным рассеянием эксперименталь­ных данных, нарушением симметрии и эксцесса кривых распределения объемного веса пенопластов. Коэффици­енты асимметрии и эксцесса для кривых распределения объемного веса пенопластов различных видов составляют соответственно от 0,1 до —0,4 и от —0,02 до 0,6.

Сочетание двух различных фаз (твердой и газообраз­ной) и ячеисто-плепочной структуры пенопластов обус­ловливает целый ряд их специфических свойств. Специ­фичность физических характеристик пенопластов в зна­чительной мере проявляется при определении теплофизи - ческих и сорбционных показателей этих материалов.

Является случайным. Отдель-

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕСПРЕССОВЫХ ПЕНОПЛАСТОВ И ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТРЕХСЛОЙНЫХ ПДНБЛЕИ СО СРЕДНИМ СЛОЕМ ИЗ ПЕНОПЛАСТОВ

Рис. 30. Гистограмма и плотность распределения объемного веса пе­нопласта ПСБ

Соответствия при помощи

Теплостойкость определяет формостабильность пено­пластов в области повышенных температур. Характери­стикой теплостойкости является показатель линейной
усадки этих материалов. За теплостойкость принимают температуру, при которой линейная усадка за 24 ч не - превышает 1%. Прп более высоких температурах начина­ют интенсивно развиваться усадочные явлсппя. происхо­дит потеря формостабпдьноети пенопластов (рис. 81).

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕСПРЕССОВЫХ ПЕНОПЛАСТОВ И ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТРЕХСЛОЙНЫХ ПДНБЛЕИ СО СРЕДНИМ СЛОЕМ ИЗ ПЕНОПЛАСТОВ

Рис 32. Деформатив;;.>ст1, полиуретанового п сноп лас (рецептура № 3) в процес­се цикловых испытаний

В отличие от! М-часового выдерживания пенопластов при заданной повышенной температуре попеременное на­гревание и охлаждение (даже при температуре, йолес ннэиой, чем теплостойкость иатериала) может вызггать некоторые усадочные явления в их структуре. Попере­менное охлаждение до —30°С и нагревание до 50°С nffcin - тнролыюго пенопласта ПСБ в процессе так называемых ичкловых испытаний[6] приводит к следующей линейно усадке образное.

Ко;'ш1Рес'*ио циклов......................

1

2

24

Чипейив-я усадка в % ................

0,08

0,11

0,44

Циклоне испытания полиуретапового п^понлапа по капали довольно низкую формостабильность этого мате­риала в ус ювнях попеременного воздействия понижен йых и повышенных темпера - тур. Температурные дефор­мации образцов мог> т быть положительны мл и отрица­тельными, причем усадка на блюдается как при охлаж­дении до —30°С, так и прп нагревании до ®0°С. Для двух циклов испытания за­висимость усадки от темпе­ратуры показана на рис. 32.

Образцы феноло-формаль - ьсгндного пенопласта ФРП-1 в процессе цикловых ис­пытании показали высокую стабильность размеров. Од­нако этот пенопласт имеет высокую гш роскопичпость, и hoi лощение влаги приводит к увелнчепию размеров об­разцов. искажающему значе­ния температурных деформаций. Предварительным кон - лпннопчровапием образцов над хлористым кальцием не
удается полностью исключить влияние влаги на темпера­турные деформации. В интервале температур от 40 до 90°С при 24-часовом выдерживании изменение размеров образцов примерно постоянно и составляет 0,4—0,45% (см. рис. 31).

Коэффициент линейного расширения. Изменение ли­нейных размеров образцов пенопластов при различных температурах характеризуется коэффициентом линейного расширения а (табл. 21).

Приближенное значение а рассчитывают исходя из допущения прямой пропорциональности изменения де­формаций в зависимости от температуры. В этом случае а определяют по формуле

Где I—начальная длина образца и мм Л/ — деформация образца д Мм при разности температур, равной А Т.

Для феноло-формальдегидных и полиуретановых пе­нопластов коэффициент а заметно не пропорционален температуре. Поэтому уточненное значение а определяет­ся из зависимости а — Т полинома второго порядка. В этом случае коэффициент а находят по формуле

J_ . D

~~ I D (А Т)

При определении коэффициента а феноло-формальде - гидиых и полиуретановых пепопластов встречаются также затруднения, вызванные характером температурных де­формаций. В диапазоне положительных температур (от 0 до 50°С) деформации при нагревании и охлаждении об­разцов различны (см. рис. 32). Такое неустойчивое изме­нение температурных деформаций не позволяет рекомен­довать какую-либо постоянную величину коэффициента линейного расширения в области положительных темпе­ратур для полнуретапо'вого пенопласта. Наблюдаемые от­клонения от общих закономерностей'у феполо-формаль- дегидных и полиуретановых пенопластов различны. Если у феноло-формальдегидных пенопластов эти отклонения связаны со значительной влагоемкостыо материала, то аномальное поведение лолиурстапового пенопласта обус­ловлено незавершенностью структурных поЛимсризаци - оппых процессов.

Коэффициент теплопроводности. Теплоизоляционные свойства пенопластов характеризуются главным образом коэффициентом теплопроводности К. Коэффициент К за­висит от вида полимерной основы, температуры и влаж­ности пенопластов. Существенное влияние на теплопро­водность оказывает объемный вес'пенопластов.

Коэффициенты теплопроводности беспрессовых пено­пластов приведены в табл. 21. Для различных марок пе­нопластов объемным весом 20—60 кг/ж3 коэффициенты л близки и составляют 0,03—0,04 ккал/м ■ ч ■ град.

Таблица 22

Теплопроводность пенопластов при различных температурах

Пенопласт

Значения коэффициента теплопроводности п ккал/м-ч-град прп температуре в

—00

0

20

80

ПСБ..... .....

Феноло-формальдегидный

0,019 0,022

0,028 0,025

0,03 0,027

0,037

Теплопроводность снижается с уменьшением объем­ного веса пенопластов. Вследствие этого в стационарном тепловом процессе, где теплоизоляционные свойства пе­нопластов определяются в основном коэффициентом К, выгоднее использовать материалы с низким объемным весом. Однако следует учитывать, что при объемном весе менее 30—40 кг/м3 наблюдается повышение коэффициен­та К (рис. 33). Это объясняется возрастающим влиянием газа на процесс теплопроводности. Коэффициент К с уве­личением температуры возрастает (табл. 22) [30—32]. Отмеченное снижение коэффициента X с понижением тем­пературы объясняется разрежением газа внутри ячеек, которое затрудняет теплопередачу [27, 32, 33].

Увеличение влажности пенопластов приводит к возра­станию теплопроводности этих материалов (рис. 34) [34].

Удельная теплоемкость пенопластов колеблется в пре­делах 0,3—0,5 ккал/кг • град [12].

113

Сорбционные свойства. Беспрессовый полистироль - ный пенопласт имеет довольно высокую паропроницае-

5 Зак. 192

Моеть. За счет уплотпения структуры паронронпцаемостЬ пс шетирольного пенопласта ПСБ'с увеличением объем­ного веса уменьшается (табл. 23) [3]

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕСПРЕССОВЫХ ПЕНОПЛАСТОВ И ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТРЕХСЛОЙНЫХ ПДНБЛЕИ СО СРЕДНИМ СЛОЕМ ИЗ ПЕНОПЛАСТОВ

0.025 Ш'

II от

S4-

I* т 7 Ir1 Аш

0,05

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕСПРЕССОВЫХ ПЕНОПЛАСТОВ И ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТРЕХСЛОЙНЫХ ПДНБЛЕИ СО СРЕДНИМ СЛОЕМ ИЗ ПЕНОПЛАСТОВ

Ооьсмпця олптног. ть S '/.

Е. о-

I!


Рис. 33. Зависимость коэф Рис, М ЗнппепмО! ь ко^(|х}иi фнцпгпта теплопроводной и цпепта теплопроводности от от объемного ma пенолла - влажности пенопласта ПСБ стов

/ — полнетц^олыюго; 2 — фешв - ло-формальдчгпдпого

Таблица 23 Паропроницаемость полистирольного пенопласта

Объемный вес в кг/м3

Толщина образца в с:

Коэффициент паропропнцаемости'в 1 Г/м ч лш рт ст. за время в ч

240

720

16,3 60,8

1,4 1,4

0,0139 0 0075

0,019 Р.0097

В нормальных гемпературно-влажностпых условиях наблюдается некоторая влэгоемкость беспрессовых пепо­пластов. Величина гигрескоппчпастн этих материалов за­висит от их структурных особенностей. У полнетиролъиых и полиуретановых пенопластов, для которых характерна закрыто-ячеистая структура, гигроскопичность не превы­шает 0,4% (по весу). У феноло-формальдегидного пено­пласта, имеющего в основном открыто-ячеистую струк­туру, гигроскопичность возрастает до 2—2,5°/0- Повышен­ная гигроскопичность обусловливает возникновение влаж - ностных деформаций этого пенопласта. Величина влаж - ностиых деформаций за счет гигроскопичности феноло-
формальдегидиого пепопласта в нормальны* томг._ра - турно - влажностных условиях (при температупе 20'С и влажности воздуха 60—70%) составляет 0,4—П,5%.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕСПРЕССОВЫХ ПЕНОПЛАСТОВ И ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТРЕХСЛОЙНЫХ ПДНБЛЕИ СО СРЕДНИМ СЛОЕМ ИЗ ПЕНОПЛАСТОВ

Рис. 35. Зависимость ведо - поглошения от Еремени увлажнения пенопластов

Водопопошение пенопластов зависит от химической природы полимерной основы, структурных особег"остей, объемного веса и технологии изготовления этих материа­лов. Покаеятели влагопоглогцения (с условиях 95—98% влажности воздуха) и зодопоглэщения беспрессовых пе - нопластоз приведены в табл. 24.

Табтнца 21

Влаго- и водопоглошение пенопластов

Пепопляст

Объемный пес п кг/м^

Вллгопогло- щ. чше за 24 ч НТо (то объ­ему)

Вологда1" ноше­ние за 24 ч n ^ (по объ­ему)

ПСБ.................................

62

0 09

0,79

Полиуретановый, Г рецептура

№ 3.................................

50

0,16

4,4

ФРП-1.............................

43

1,07

7,66

Извести о, что с уменьшением объемного веса водопо- глощенне пенопластов возрастает из-за нарушений струк­туры, увеличения размеров ячеек и других причин. Водо - иоглощеипе полисти рольно­го пенопласта с объемным весом £0—25 кг/м3 в 4—6 раз больше по сразнению с водопоглощенпем этого ма­териала при объемном весе. 60 кг/м3.

Водопоглощение пено­пластов зависит от времени увлажнения (рис. 351. Так, после годичного увлажне­ния в зависимости от тех­нологии изготовления поли-

СТИрОЛЬНОГО ПеНОПЛаСТа ПСБ (Т=60 кг/лЗ): 2_ по*и-

(объемный вес 20—40 кг/м3) ^IT5AOHTJ/%) "T-LTn-1 оно возрастает в 2—3 pa - =»W«3)

За [27].

115

При длительном увлажнении пенопластов размеры образцов изменяются, причем в наибольшей мере это на­блюдается у заливочных, пенопластов (феноло-формаль-

Г.* За к. 102
дегидпых н полиуретановых). Предельное набухание об­разцов феполо-фдрмальдегидного и полпуретанового пе­попластов в водной среде составляет соответственно 1,6 и 0,9%. У пенопласта ПСБ эта величина не превышает 0,25%-

Сопротивление разрушению пенопластов изменяется в широких пределах в зависимости от химической природы полимере, объемного веса и технологии производства.

По механическим свойствам беспрессовый полисти рольный пенопласт уступает полпетирольпому пенопласту преесововго изготовления. Имеется несколько факторов, обусловливающих пониженные механические показатели беспрессового пенопласта среди них низкая прочность суспензионного полистирола, и i основе которого выраба­тывается неноитаст. Известие, что прочность полимера и его реологические свойства опредегяягспся в значительной мере молекулярным весом. Как правило, с повышением монокулярного веса эти показатетн возрастают, Прессо­вые полистирольные пенопласты (ПС-1, ПС-4 и др.) из­готовляют на основе эмульсионного полистирола, имею­щего вьшэкнй молекулярный вес, в то время как молеку­лярный «вес суспензионного полистирола составляет 3| ООО—45 ООО. Для повышения механических характерис­тик беспрессового полистирольного пенопласта желатель­но увеличивать молекулярный вес используемой полимер­ной основы

Другая причина пониженной прочности беспрессового полистирольного пенопласта зашпочается в характере строения полимерных ячеек, являющихся основными структурными единицами пенопласта. У прессовых пено­пластов полимер образует единую структуру, состоящую из тонких прочных слоев полимерного вещества. Иная структура у беспрессового полистирольного пенопласта, получение которого основано на расширении и спекании отдельных гранул между собой. Хара-ктер разрушения образцов, испытанных на растяжение, свидететьствует о том, что материал разрчиается в ряде случаев по меж - грапульпым поверхностям вследствие низкой прочности спекания гранул (рис. 36).л„ Повышение ставлясмо-стн гранул между собой представляет новые возможности для увел [чения прочности беспреосового полистирольного пе­нопласта.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕСПРЕССОВЫХ ПЕНОПЛАСТОВ И ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТРЕХСЛОЙНЫХ ПДНБЛЕИ СО СРЕДНИМ СЛОЕМ ИЗ ПЕНОПЛАСТОВ

3G. Характер разрушения при растяжении образ­цов пенопласта ПСБ с различным диаметром гранул

Фемсйю-форм альдегидные и полиуретановые пеноплас­ты имеют направленную структуру, обусловленную мето­дом изготовления этих материалов. Вследствие этого прочностные характеристики пенопластов вдоль направ­ления вспенивания. несколько выше, чем в поперечном на­правлении (см. табл.18).

Механические свойства полиуретапового пенопласта зависят от молекулярного строения исходных компонен­тов. Чем выше пространственная связь образующихся по­лиуретанов в результате реакций между пзоциапатамп и полиэфиром, тем выше механические свойства поЛучае мог о пенопласта.

Как видно из приведенных в табл 25 данных, из бес - прессовых пенопластов наиболее высокими прочностными и упругими показателями обладает пенопласт ПСБ. По- лиуретачовый пенопласт имеет меньшую прочность на сжатие и высокую дгформативноеть. Наименее прочен фенвло-фор «альдегидный пенопласт. При объемном веое 60—70 кг/мг ere предел прочности при растяжении со­ставляет 2 кГ/см2. Однако этот пенопласт имеет наиболь­шую жесткость. В сочетании с высоким модулем упруго­сти относительно меньшая прочность делает этот пено­пласт наиболее хрупким ив рассматриваемых материа­лов.

Првчиостньи и упругие характеристики иолистпроль пух пенопластов. представлены в гаЛл. ЗБ.

Предел прочности при растяжении беспрссл>вого полн- стпролыюго пенопласта. марки ПСБ составляет лример-

Таблица 25

Физико-механические характеристики беспрессовых пенопластов

Пенопласт

Объемный вес

В

Предел прочности1 в кГ/см- при

Модуль упруго­сти при растя­жении в кГ 1см2

Модул] сдтига в кГ/см*

Растяжешш

Сжатии

Сдвиге

ПСБ

18—20

1,02

1,17

1,13

39

0,72—1,3

0,91—1,4

1,06—1,25

27—45

1

ПСБ (влособ теплового удара)

40—50

3,8

2,9

1,6

208

50

2,7—5,7

1,4-4,2

0,8-3,4

112—254

39—59

60 -70

5,4

3,8

115

4.8S— 6,3

2,7—4,6

82—204

Полиуретановый, рецеп­тура № 3

45—50

4,1

1,96

1,87

37

24

3,7-5

1,5-2,4

1,6-32,5

24—56 j

18—36

ФРП-1

60 -70

2

2,3

0,85

230

145

1,8—2,35

1,8—2,37

0,56 -0,99

141—317

90—210

1 Над чгртоЛ — средние значения, под чертой — минималыи ; и максимальные значения. Механические характеристики феноло форчальдегпдного и нолиуретанового пенопласта даны н направлении вспенивания материала.

По 15—60% зпачсппя этого показателя у прессового по­листирольного пенопласта марки ПС-4. Предел прочно­сти прп сдвиге этих материалов одинакового объемного веса отличается более чем в 2 раза. Вместе с тем проч нос 11, на сжатие и модули упрупк-ш ппюпла гой fly'.T и ПС-4 довольно близки |б].

Механические показатели зарубежных и отечествен­ных беспрессовых пенопластов низкого объемного веса мало. различаются. Так, прочность при сжатии английско­го полистирольнюго пенопласта ХР, западногерманского стиропора, американского мсштопора, имеющих объемным вес 18—20 кг/м3, составляет 1 кГ/см2. Такую же проч­ность имеют отечественные полистирольные пенопласты ПСБ. объемный вес которых также 18—20 кг/м3. Однако зарубежные пенопласты лучше работают та растяжение. I Стример, предел прочности при растяжении пенопласта монтопор равняется 1,5 кГ/см2, в то время как соответст­вующие атече'ственные полистирольные пенопласты имеют прочность около 1 —1,2 кГ/см2.

С повышением объемного веса некоторое различие в механических характеристиках отечественных и зарубеж­ных пенопластов сохраняется. Так, при объемном весе 60 кг/м3 предел прочности при сжатии зарубежных пено­пластов составляет 5,5—6 кГ/см2, а отечественного — 4,5—5,5 кГ/см2. В большей степени наблюдается разли­чие показателей прочности при растяжении. При объем­ном весе 40 кг/м3 предел прочности при растяжении зару­бежного и отечественного пенопластов равняется 5—6 и 34 ■Г/см2, а при объемном весе 60 кг/м3 — соответст­венно 7,5—8 и 5,4 кГ/см2.

Пониженная прочность отечестзенных беспрессовых полистиоольных пенопластов объясняется низким качест­вом некоторых партий исходного гранульного полуфабри­ката и несоблюдением оптимальных режимов технологии изготовления пенопластов. В этом отношении имеются значительные резервы повышения механических харак­теристик отечественных полистирольных пенопластов бес­прессового производства.

Подобное же соотношение механических показателен наблюдается у отечественных и зарубежных заливочных беепре«совых пенопластов: при низком объемном весе эти показатели близки, но с увеличением объемного веса различие возрастает.

Прп определеим! механических характеристик пено-
пластов наблюдается повышенное рассеяние ккспернмен - талыплх данных (рис. 37). Параметры рассеяния показа­телен прочности одной из партий беспрессового полнсти - рольного пенопласта ПСБ объемным весом 18 кг/м* сле­дующие.

Среднее значение прочности в кГ/Chl2....... О, У

Ъ квадратическое отклонение в кГ/см" . . . 0,13 Коэффициент вариации в % 14,7

Коэффициент вариации пр#«ностп различных партий беспрессового полистнролыюго пенопласта колеблется в пределах от 8 до 16%. несовершенства технологии

И структурных особеннос­тей заливочных пенопластов колебания прочностных ха­рактеристик в ряде случа­ев достигают 20—25%.. Од­ним из путей выявления действительных прочпост - 07 Q9 и „ пых характеристик псио - Npt Jem Прочности при статии в хг/с«2 плгш-тов является предвари­тельный отбор образцов с заданным объемным весом. ПУгсм отбора образцов уда­ется снизить коэффициент шриацнн прочности пено­пластов до 4—8% [29]. Сопоставление параметров рассеяния объемного веса и прочности пенопластов покашяло^ что колебания г^эка - затслсн прочности не могут быт* ойчленепы только по - шдисперспоетыо структуры этих материалов. Сущестеен - ное влияние па рассеяние прочностных характеристик окшывает неоднородность структ рпых дефектов и нали­чие внутренних напряжении

Испытания па Асатие выборок нескольких партий п«- лпетпрольпого псион.!аста ЛОказалп близкие яшчеппя коэффпцпепга пар lannn прочности: 1ЦА 8.3; 11,4; 13.6; 11,7; II 9. Речульта, ы пос, роеппа гистограммы и плотпо - стп распределения ошлпых ишпых свидетельствуют о норма чипом дара. сгере распрсделеппя показателей проч­ности пенопластов (jm. [inc.. 37). Коэффициенты асиммет­рии и эиепесса находятся f и ре-делах соответственно от 0.2 до 0,3 и от 0,2 ;*) 1,1. Параметры рассеяния проч­ными п модуля упругости 1 юл пег 11 рол ы юго пенопласта пределавтепы в табл. 26. Испытания проводили па прс:>- варитсльно отобранных по объемному весу образца»

Т а б л и ц а.'Л

Параметры рассеяния прочности и модуля упругости пенопласта ПС1>

Среднее

Коэффи­

Показатели

Среднее значение

Квадратн - ческое

Циент вариации

Отклоне­

В %

Ние

Предел прочности при растяжении в кГ/См3 пенопласта об^мным весом в кг/м

40i2

33±2

Модуль упругости при растяжении пенопласта в кГ/см2 объемным весом

41 ^ кг/иг1

Предел прочности при сжатии в КГ/см2 пфюпласта объемным весом в ке/м*:

41 ±2

43±2

46 + 2

Механические показатели пенопластов зависят от объемного веса, с повышением которого прочность и жевткость возрастают. В небольших диапазонах колеба­нии объемного вела имеется линейная корреляционная связь лежду прочностью (модулем упртости) и объем­ным ве, с£)м пенопластов. В широком диапазоне изменения объемных весов эта связь имеет параболический ха­рактер.

На рис. 38 представ­лена корреляционная за­висимость между преде дом прочисти при сжа­тии и объемным 1ИЛНСТИ ДЕЛЬНОГО

25

4п

Пласта ПСБ-С. Для по­строен®! указанной зави­симости были использо­ваны данные Централь­ной «1тодской лаборато­рии Мытищинского ком бпната сгроипластмасс. В
качестве предела прочности при сжатии бралп показатель 117% л*веЙ1юир сжатия, т. е. за разрушающую нагрузку условно принимали па1рузку, соответствующую 10% де­формации образца. Изменений механических показате­лей с повышением темпепптуры опрецеляется в основ­ном свойствами полимерной основы. Гак, у термоплас­тичных пенопластов на­блюдается резкое сниже­ние прочности и жестко­сти прп температурах, близких к температуре стеклования полимерной основы. Термореактивные пенопласты имеют бояе« высокую стабильность механических характери - сгпк 11 [иг повышенных температурах (рис. 39).

В температурном ин­тервале от —50 до G0°C разрушение при растя женпп образцов беспрес­совых панонластов происходит без земетного образова­ния шейки в месте разрыва. Прочностные характеристи­ки пепоп [астов при повышенных температурах пред­ставлены в табл. 27

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕСПРЕССОВЫХ ПЕНОПЛАСТОВ И ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТРЕХСЛОЙНЫХ ПДНБЛЕИ СО СРЕДНИМ СЛОЕМ ИЗ ПЕНОПЛАСТОВ

Ре». 89. Зависимость предела прочности при сжатии от темпе­ратуры пенопластов /-пса (Г = 50 кг/м*). 2-ФРП-1

(1 = 11 кг! яЦ

Т л б л м ц л U7

Прочностные характерт гики печинкяленж при noiii. iuieniiwx температурах

Пено­

Обтеч - ный

Вид напря­

Предел прочности в кГ/см2 при темпе- - атур ' в СС

Отношение к пжата - телго при 20*С пока­зателя

Пласт

Вес в Кг/м'

Женного со­стояния

20

40

60

При 40°С

При 60°С

Па;

ФР11-1

1 18

37 ПО 18 37 Г,0 И

Растяжение »

»

Сжатие »

» »

1,47

3,02 3,37 1,11 2,32 Л, 28 1 40

1,3

2 42

2 84 0 81 1,!Л

3 1,12

0,85 1,70 2,33 0,78 1 ,(Л 2,8 1,02

0,88 0,8 0 82 0 71 0 83 0 81 0 П

0,58 0 58 0,69 0,68 0,7 0.7!) 0,7

122

Как видно из данных таблицы, снижение прочности полистирольного пенопласта при 40°С не превышает 29% п прп 60'С — 42%. причем величины снижения пределов пpi чипсы: при растяжении н сжатии довольно близки. 1 нп/кенпг предела прочности при £ катпи фад>ло-фор мнлиде> и тного пенопласта при 10'С составляет 23 /„, а прп (Ю"С 30%.

Можно считать, что характер снижения прочностных показателей при повышенных температурах термопла­стичных пенопластов прессового и беспревеового произ­водства одинаков. Па примере поливчнилхлоридного пе­нопласта ПХВ-1 было показано [35], что связь между прочностью при растяжении и температурой этого мате­риала может быть достаточно точно описана корреляци­онным уравнением второго порядка:

Г2 т

А — н- B —- с (т0, Т' -">>

А т0 J

Где о—предел прочности при растяжспин; Т - - тимпер.1 г> ра: = 10 кГ/cjw2 и Г0=НГС — масштабные коэффициенты; а = —0,013, Ь — —0,083, с = 2,1—константы уравнения для пенопласта ПХВ-1.

При использовании уравнения (15) для описания зависимости прочности поливинилхлоридного пенопласта ПХВ-1 от температуры отклонения между средними зна­чениями прочности п вероятными расчетным,, величина­ми не превышают 1%.

Общин характер изменения деформационных и проч­ностных показателей пенопластов при повышенных тем­пературах довольно похож. Зависимость модули упруго­сти от температуры также может быть выражен»» поли­номом второго порядка. Однако по сравнению со сниже­нием прочностных характеристик изменение показателей деформации при повышенных температурах происходит несколько в большей степени Для примера ниже приве­дены результаты испытаний одной из партий беспрессо­вого полистирольного пенопласта ПСБ: при 60°С сниже­ние пределов прочности при растяжении и сжатии р на­нялось соответственно 31 и 21%, а модуля упругости при растяжении — 44%.

В отличие от процесса деформирования монолитных полимеров развитие деформаций пенопластов преж ie всего зависит от формостабильности стенок ячеек, обра­зующих ячеистую структуру. Интересно отметить, что, несмотря па различия механизма деформирования, пара­болическая аппроксимация зависимости предела прочно­сти и модуля упругости от температуры применима также для монолитных полимерных материалов [36].

Некоторые пенопласты обладают сравнительно высо­кой водостойкостью. Снижение предела прочности при растяжении полистиролыюго пенопласта ПСБ поел? 500-часового увлажнения не наблюдается: различия прочности сухих и увлажненных образцов находятся в пределах рассеяния экспериментальных данных. Сниже­ние предела прочности при сжатии увлажненных образ­цов не превышает 8°/0. Наиболее чувствителен к дейст­вию водной среды показатель предела прочности при сдвиге: в результате 500-часового увлажнения образцов этот показатель снижается на 10—18%.

Снижение предела прочности при сжатии беспрессо­вого полистнрольного пенопласта марки ПСБ после 2'8-су - точиого увтажпепия составляет 2%, а п&диуретаиового пенопласта — 24% [3].

В работе [3] отмечается, что попеременное увлажне­ние и высушивание, приводит к спиженш» прочности бес­прессовых пенопластов. В зависимости от вида полимер­ной осноязы п типа ячеистой структуры пенопластов апп - ж:сппе предс;и прочпосчп прп е^катпи после 25 циклов испытании колеблется в пределах от 3 до 40%.

Сопротивление длительному воздействию статических нагрузок баспрессоных пенопластов при испытаниях па растяжение, сжатие и кручснпс характеризуется величи­ной напряжения, гарантирующего работу материала во времени без разрушения, а также величиной напряжен.1Я, обеспеч. шающедю деформатпвность в заданных допусти­мых пределах. Характеристикой длительного сопротивле­ния растяжеипю п отчасти кручению является напряже­ние, гарантирующее работу пенопласта без разрушения. Характеристикой длптвдьпогО сопротивления сжатию является развитие деформаций во врс. чепп, так как прп испытаниях беопрессовых пенопластов па стж-а-тие образ­цы не имеют хрупкого разрушения {IС

Длительны® испытания веспресеового полистиролыю­го пенопласта ПСБ объемным весом 55—60 ш/лг3 под •гатическоп нагрузкой позволили выявить повышенпио деформатпвность »того материала. Длительное сопротив­ление растяжению полистиролыюго пеной^аста ПСБ со­ставляет 0,45—0,5 кратковременной прочности ст1(|). Кри­вые ползучести прп растяжении, сжатии и кручении
позво 1яют судить о зависимости характера и величины деформирования от величины приложенного напряжения.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕСПРЕССОВЫХ ПЕНОПЛАСТОВ И ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТРЕХСЛОЙНЫХ ПДНБЛЕИ СО СРЕДНИМ СЛОЕМ ИЗ ПЕНОПЛАСТОВ

Ьремя | тыс ч

Рис. 40. Деформации ползучести при растяжении обращов пенопласта ПСБ (у =55-н 00 кг/,»3)

/-0,1 овр; 2-0.27 апр; г - 0,3 4 0,1 fff)p; Б-0,5 ст

Деформирования, приводящей

По сравнению с результатами испытаний на сжатие и с. дпиг испытания па растяжение показывают пониженную деформативноетн полистирольного пенопласта ПСБ. По характеру деформиро­вания образцы услов­но можно разделить на две группы. Для первой ipynnbi образ - нов, установленных под напряжения 0,1 — 0,4 <7nf), характерно затухание деформаций. При этих напряжени­ях величина макси­мальных деформаций составляет 1,2% (рис. 40). Вторая группа об­разно!!, установленных под напряжения более 0.4 а„р, характеризует­ся постоянной скоростью к разрушению образцов.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕСПРЕССОВЫХ ПЕНОПЛАСТОВ И ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТРЕХСЛОЙНЫХ ПДНБЛЕИ СО СРЕДНИМ СЛОЕМ ИЗ ПЕНОПЛАСТОВ

Рис. 41. Деформации псувучести при сжатии образцор пенопласта

ВивМА 5 мыс. ч

55 н - 60 кгЦ(*)

W а,

0,1 о

ПСБ /-0,1 а

Сг=

Пр-

М[

4 0.35 а

Ир'

"I1

Испытания та сжагие позволили определить измене­ния характера деформирования обравцов, установленных под напряжения, большие и меньшие, чем 0|Й ст, р. При напряжении, меньшем этого предела деформации ползу­чести образцов сравнительно невелики. После испытании в течение 10 тыс. ч вели

Чины максимальных д#- формжшй «оставляют 2% (рнс. 41). При напря­жениях, больших отмечен­ного предела, наблюдает­ся значительное развитие деформативноетн об­разцов. Исхода из опен­ки длительной прочности по деформативноетн об­разцов в заданных пре­делах, отмеченный предел, соответствующий напря-

Женню 0,35 (тВ|„ можно

Принять равным длите,1плюму сопрот, вас пню прп ема - тни беснрессового полнстпрольпого пенопласта ПСБ.

Прп испытаниях на кручение полнстпрольного пено­пласта величины деформаций ползучести сравнительно невелики. Однако в процессе длительных испытании про­исходит постепенное развитие деформаций ДлГ/ite прп низких напряжениях (рпс. 42).

Сравнение величин деформаций ползучести полистн- рольного пенопласта ПСБ прп растяжении и сжатии по­казывает, что при приложении длительно действующих растягивающих напряжений этот материал проявляет меньшую йеформативпость. Например, у обра зцов, уста-, новлепных под напряжением 0,3 сг„р, /реформации ползу­чести при сжатии составляют 1.77, а деформанпи прп растяжении — 0,7%.

Длительную прочность и полвучесть других видов пе­нопластов изучали К. В. Панферов и С В Колпаков [14, 37 3®].

Значения нормативных н расчетных сопротивлений, деформационных характеристик и коэффициентов одно­родности оесирессовых пеной, члсТов приведены в тпГ>ч 28 №.

Таблица 28

Сопротивления и деформационные характеристики беспрессовых

Пенопластов

ОбъемиыЛ

Вес в кг/м3

Сопротивление в кГ/смг

Модуль

В кГ/см2

Пенопласт

Растяже­нию

Сжатию

Сдвигу

Упругости

Сдпига

ПСБ

20

0,5 0,1

0.5 0,1

0,5 0,1

70 25

20 10

1,5

1,5

1,2

120

40

0,3

0 3

0,2

40

15

ПСБ (способ теплового удара)

20 40

0,7 0,15 2

0,4

0,5 0,15 2

0,4

0,7

0,15

1,5

GM

70 25 150 "50

20 "То

50

"20

60

3

3

2,8

250

100

0,6

0,6

С 5

Afc

50

ФРП-1

60

1,2 0,2

1,6 0 3

1

0,2

100 "70

40 30

П р и м е ч а н и я: I. Над чертой — норма.,1вные данные, под чертой — расчетные. 2. Коэффициент однородности равен 0,6

БЕСПРЕССОВЫЕ ПЕНОПЛАСТЫ В СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТРЕХСЛОЙНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Учет экономических факторов при разработке и внед­рении новых материалов и конструкций на их основе может дать реальную картину экономической эффектив­ности лишь при условии, что он опирается на достаточно обоснованные закономерности, …

ПРИМЕНЕНИЕ СЛОИСТЫХ КОНСТРУКЦИЙ С Б FX ПРЕССОВЫМ И ПЕНОПЛЛСТАМИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Беспрессовые пенопласты находят достаточно широ­кое применение в жилищном, культурно-бытовом строи­тельстве, строительстве административных и промышлен пых здании б США, Ашлии, Франции, ФРГ, Италии, Канаде, Японии и др. Многие'еарубежиые фирмы, напри­мер американская …

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ПАНЕЛЕЙ СО СРЕДНИМ СЛОЕМ ИЗ ПЕНОПЛАСТОВ

В железобетонных и других традиционных конструк­циях толщину слоя пенопластового заполнителя (см pre. 1, а, б) определяют обычно теплотехническим расче­том. Эксплуатационную надежность слоистых конструк­ций со средним слоем из конструкционных пенопластов (рис. …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.