Влияние колебаний температуры и влажности на долговечность пенополиуретана
В процессе эксплуатации строительные изделия из пенополиуретана работают в режиме постоянного изменения температур. Средние колебания температуры за сутки могут быть от 5 до 15 °С, и в течение года, для умеренного климата, находятся в пределах от «минус» 35 до «плюс» 35 °С [104].
Ниже исследовано влияние колебания температуры на долговечность
RpW
Пенополиуретанов Изолан 360 и Владипур ППУ-СП при разрушении поперечным изгибом.
Испытания проводили в натурных условиях в режиме заданных постоянных напряжений на установке показанной на рисунке 2.4. Размеры образцов для испытания и методика, приведены в пунктах 2.1.3 и 2.3.1. Экспериментальные данные в координатах lgi-a, имеют линейный характер и представлены на рисунке 4.2. Данная зависимость описывается уравнением (2.5), которая справедлива только при постоянных температурах (физический смысл констант этого уравнения, описан в пункте 2.4.1), поэтому для определения долговечности в режиме переменных температур была определена поправка, смотри таблицу 4.3.
|
Таблица 43 - Значения теоретической и экспериментальной долговечности пенополиуретанов ВладипуршППУ-СП и Изолан 360
|
Закономерности разрушения исследованных материалов в режиме заданных постоянных температур и напряжений описываются уравнениями (2.6) - (2.8). Коэффициенты этих уравнения приведены в таблице 3.1. По этим уравнениям были вычислены значения теоретических долговечностей (тт) при заданных температурах и напряжениях. Величины экспериментальных долговечностей (тэ) определяли из зависимостей, показанных на рисунке 4.2. Эмпирическая поправка перехода от лабораторных испытаний Атср, является средней величиной, разностей значений теоретических (тт) и экспериментальных долговечностей (хэ) рассчитанных формуле Дт= тт-хэ.
Полученные данные позволяют прогнозировать долговечность пенополиуретанов при колебаниях температуры и влажности. Для этого по формулам (2.6) - (2.8) находится долговечность при заданном напряжении и средней температуре, а затем из неё вычитается величина эмпирической поправки.
Следует отметить, что величина поправки для мелкопористого Изолан 360 меньше на один порядок, чем для крупнопористого Владипур™ППУ-СП. Из этого можно сделать вывод: долговечность последнего более зависима от
Колебаний влажности и температуры, что, напрямую, связано с пористостью этих материалов.
Рисунок 4.2 - Зависимости напряжения при поперечным изгибе от логарифма времени (а); температуры (б) и влажности (в) от продолжительности испытания для пенополиуретанов Изолан 360 (1) и Владипур ™ ППУ-СП (2).
4.3 Влияние циклических температурно-влажностных воздействий на прочностные и деформационные характеристики пенополиуретана
Ранее отмечалось, что пенополиуретан, защищенный от непосредственного воздействия климатических факторов, сохраняет свои механические и теплофизические свойства. Предварительное увлажнение с последующим замораживанием приводит к значительному понижению прочностных характеристик, т. е. полиуретановые пластмассы нестойки к непосредственному атмосферному воздействию [1,2, 6, 7].
Механические испытания проводили при центральном поперечном изгибе и сжатии на установках, показанных на рисунках 2.4 и 2.6а при постоянной температуре 290 К. Конструкция и размеры образцов описаны в пункте 2.1.3.
Ниже исследовано поведение пенополиуретана Изолан-210-1 кажущейся
Л
Плотности 60 кг/м (производство г. Воронеж) при циклическом воздействии замораживания-оттаивания предварительно увлажненного материала.
Кратковременные характеристики определяли при поперечном изгибе с постоянной скоростью нагружения до разрушения образца и при сжатии под действием постоянной нагрузки, фиксируя величину относительной деформации образца за определенное время нагружения (через 0, 10, 40, 70, 90, 110, 140 циклов) (таблица 4.4). Из таблицы видно, что при циклических температурно-влажностных воздействиях происходило резкое снижение прочности, как при изгибе, так и при деформации уже после 10 циклов испытаний. Это связано с частичным разрушением некоторых закрытых ячеек и выравниванием их внутреннего давления с атмосферным. После 40 циклов испытаний наблюдается увеличение прочностных характеристик материала. Причем после 140 циклов прочность при изгибе становится примерно равна прочности до испытаний, а при сжатии относительная деформация уменьшилась по сравнению с начальной. По-видимому, происходит постепенное уплотнение материала и появление дополнительных связей при продолжении процессов полимеризации.
|
Таблица 4.4 - Кратковременные прочностные характеристики пенополиуретана Изолан 210-1 в зависимости то числа циклов замораживания-оттаивания
* - разрушающее напряжение при изгибе; ** - относительная деформация при сжатии (ст = 0.036 МПа; т = 600 с) |
После 140 циклов воздействия проводили длительные испытания поперечным изгибом и центральным сжатием с позиции кинетической концепции прочности.
Процесс деформирования и разрушения при постоянной температуре описывается уравнением (2.5).
Экспериментальные данные обрабатывали в координатах lg(i)8- ст.
Коэффициенты уравнения (2.5) определены графоаналитическим способом по методике описанной в пункте 2.4.1 и сведены в таблицу 4.5.
|
Таблица 4.5 - Константы к уравнению (2.5)
|
Полученные значения коэффициентов (таблица 4.5) позволяют прогнозировать долговечность пенополиуретана Изолан 210-1, с учетом реальных условий эксплуатации (после циклических воздействий замораживания- оттаивания).
О 0,02 0,04 0,06 0,08 а, МПа
Рисунок 43 - Зависимость времени до разрушения (г) - при поперечном изгибе (1) и достижения деформации 10 % (в) - при сжатии (2) от напряжения при постоянной температуре 290 К для пенополиуретана Изолан 210-1 кажущейся плотности 60 кг/м3 (производство г. Воронеж).
