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

СТРУКТУРА ПЕНОПОЛИСТИРОЛА

Пенопласты представляют собой дисперсные полимерные систе­мы. Это означает, что в структуре пенопласта взаимно распределены в пространстве полимер и газовая среда. Газообразная фаза при этом составляет не менее 50% (по объёму), а минимальный диаметр ячеек не превышает 0,02 мм. Типичная структура экструзионного пенополи - стирола приведена на рис. 4 [79, 86, 95].

Из рисунка видно, что ячейки воздуха разделены тонкими плён­ками полимерного материала. Сочетание твёрдой и газообразной фаз определяют специфичность свойств пенопластов. Свойства полимер­ных пен сильно зависят от строения и формы ячеек.

Содержание полимера-основы характеризуется кажущейся плотно­стью. В пеноматериале с низкой кажущейся плотностью объёмное со­держание полимера составляет менее 5%. Полимер распределяется в виде тяжей (стержней), вершин (узлов) и тонких оболочек (плёнок), об­разуя ячейки, заполненные газом. Отдельные стенки ячеек изогнуты, тяжи же обычно не искривлены и имеют переменное сечение (утолще­ние вблизи узлов). Ячеистая структура большинства лёгких пенопластов имеет полиэдрическую форму преимущественно с 12 - 14-гранными ячейками. С увеличением объёмной доли полимера-основы структура лёгкого пенопласта несколько видоизменяется. Хотя форма ячеек и сохраняется полиэдрической, однако доля полимера в узлах ячеек и увеличивается, а отношение длины тяжей к их ширине уменьшается. Иной вид имеет структура пенопластов повышенной кажущейся плот­ности, а именно, при увеличении содержания полимера более 30% ячейки представляют собой сферические полости, более или менее равномерно распределённые по всему объёму пеноматериала. Увели­чение объёмной доли полимера приводит к уменьшению числа полос­тей в пенопласте. Пеноматериалы, содержащие 10 ... 30% полимера - основы, состоят в основном из ячеек полиэдрической формы, хотя попереч­ные и продольные размеры тяжей близ­ки. Значительная часть полимера сосре­доточена в узлах ячеек [2 - 4, 16, 17].

Пенополистирол представляет со­бой особый вид материала, отличаю­щийся явно выраженной физической неоднородностью, своеобразием мик­роструктуры, напоминающей структуру
застывшей пены. Он состоит из более или менее правильно чередую­щихся слоёв полимерной основы, образующей стенки ячеек, запол­ненных газом. Образующиеся в полимерной основе газовые ячейки вначале представляют собой сферы. Когда их объём приближается к 74% объёма всей массы, сферы, сдавливая одну другую, деформируются в многогранники, в идеальном случае каждая ячейка представляет собой додекаэдр - правильный двенадцатигранник, гранями которого являют­ся пятиугольники (рис. 5) [2, 42].

Однако реальные пенистые пластмассы редко имеют однотипную макроструктуру. В процессе вспенивания сферические ячейки дефор­мируются раньше, чем пузырьки газа займут оптимальный объём. В результате структура пенополистирола получается псевдополиэдри- ческой. Форма, размеры ячеек, толщина полимерных плёнок, обра­зующих стенки ячеек, неодинаковы по объёму материала. Эти колеба­ния обусловлены составом композиции и технологией изготовления.

Пенопласты, изготовленные по прессовой технологии, имеют равномерную, мелкоячеистую структуру [12, 16, 18, 39]. Содержание закрытых ячеек составляет 88 ... 96%. Например, для пенопласта ПС-1 диаметр элементарных ячеек в среднем составляет 0,1 ... 0,2 мм, а толщина полимерных плёнок, образующих стенки ячеек, колеблется в

Пределах 5 ... 10 мкм. Пенопласт ПС-4 (рис. 6) имеет значительно более неодно­родную структуру вследствие использова­ния смеси органических и неорганических газообразователей, обладающих различной температурой разложения.

Основными элементами структуры беспрессовых пенопластов являются де­формированные гранульные образования. Совокупность этих образований представ­ляет собой надъячеистую структуру мате­риала, которая играет важную роль в со­противляемости и характере разрушения этих пенопластов [2, 12, 16, 20]. Каждое гранульное образование является порис­тым телом, содержащим замкнутые ячейки. Форма этих образований зависит от приня­того технологического режима формования плит и блоков пенопласта. Между грануль­ными образованиями в структуре материа­ла встречаются газовые полости, раковины
и другие структурные дефекты. Таким образом, структура беспрессо - вых полистирольных пенопластов состоит из надъячеистой и ячеистой структур. У пенопласта ПСБ-С в отличии от ПСБ (рис. 7) структура более мелкодисперсная, масса распределена неравномерно по объёму грануль­ных образований, периферийные области уплотнены. Между гранульны­ми образованиями больше дефектов. Она состоит из мелкоячеистых сфе­рических частиц (гранул) диаметром 3 ... 10 мм, спёкшихся между собой. Внутри каждой гранулы имеются микроячейки диаметром 10 ... 200 мкм, а между гранулами - пустоты объёмом 2 ... 4%. Толщина полимерных стенок микроячеек колеблется в пределах 1 ... 2 мкм. Введение антипи - реновой добавки ухудшает спекаемость гранул в процессе формирова­ния материала, обусловливая тем самым повышенное содержание меж - гранульных пустот и полостей.

Кажущаяся плотность пенополистирола зависит от количества газообразователя или вспенивающего агента. После того, как она дос­тигнет предельного минимального значения, увеличение количества газообразователя в исходной композиции сверх оптимального не приво­дит к дальнейшему её понижению. Маркировка пенопластов при этом производится в зависимости от плотности согласно [65]. Значение ка­жущейся плотности может колебаться, особенно эти колебания заметны по высоте плит и блоков. Это объясняется главным образом технологи­ческими причинами. Например, пенополистирол ПСБ-С М35:

- тип - ПСБ-С (пеноплистирол, изготовленный по беспрессовой технологии;

- С - самозатухающий, имеет в своём составе антипиреновые добавки (см. гл. 2);

- марки М35(имеет кажущуюся плотность - 35,0 кг/м3).