ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПЕНОПОЛИУРЕТАНА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Влияние структуры на закономерности разрушения и долговечность пенополиуретана

Изменению и сохранению прочностных свойств пенополиуретана с течением времени, т. е. долговечности (или работоспособности) посвящено несколько работ [52, 56, 74, 79]. Однако этот вопрос до сих пор считается малоизученным. В данной работе для решения этой проблемы подходили с позиции термофлуктуационной концепции разрушения твердых тел [3-5].

В режиме заданных постоянных температур и напряжений проводили испытания при поперечном изгибе на установке, показанной на рисунке 2.4. Форма и размер образцов приведены на рисунке 2.1а. Методика проведения эксперимента, способ получения и обработки экспериментальных данных в пунктах 2.2.1 и 2.4.1.

Как видно из рисунков 3.1 и 3.2, экспериментальные зависимости, представленные в координатах lgi-ст, имеют линейный характер и образуют семейства веерообразных прямых, сходящихся в одну точку при больших значениях долговечности и малых значениях а. Как было уже сказано выше, подобная зависимость носит название «обратного пучка». Ранее в работах [11, 12] проводились подобные испытания для пенополистирола. Однако полученные экспериментальные зависимости в координатах lgr-1/Г имеют вид «прямого пучка» (пункт 1.5.1). Данное различие механизма разрушения пенополиуретана и пенополистирола связано с химической структурой полимера-основы этих пенопластов. Так для пенополистирола она линейная, тогда как для пенополиуретана пространственная [1,2, 6, 7,22,38].

Экспериментальные результаты, для выявления аналитической зависимости, связывающей время до разрушения т, напряжение ст и температуру Т, перестраивали в координаты lgx -1/Т. Уравнения, описывающие такие зависимости, приведены в пункте 2.4.1 [формулы (2.6)- (2.8)].

Для исследованных марок пенополиуретанов по методике описанной в пункте 2.4.1 были определены эмпирические коэффициенты, значения которых приведены в таблице 3.1.

Из таблицы 3.1 видно, что коэффициент тт повышается с увеличением кажущейся плотности пенополиуретанов. Так для ППУ Изолан 210-1 (у=60

Л л

Кг/м ) величина тт на три порядка больше, чем для Изолан 200-а (у=40 кг/м )

-У

И на порядок больше, чем для Изолан 360 (у=45 кг/м). Все выше перечисленные марки ППУ имеют схожее строение структуры и примерно одинаковую величину ячеек (0,03-0,2 мм). Однако для Владипур™ ПГГУ-СП

Кажущейся плотностью 50 кг/м3 коэффициент хт на порядок меньше, чем у Изолан 360 с кажущейся плотностью 45 кг/м3. Это, объясняется тем, что Владипур™ ППУ-СП отличается от «Изоланов» строением структуры и величиной ячеек (0,2-0,8 мм).

Эмпирический коэффициент Uo зависит от вида полимера-основы, изменяется при наличии в ней активных химических добавок и не зависит от способа переработки [3,4, 5]. Трехкомпонентные системы на основе простых полиэфиров ППУ Изолан 200, Изолан -360 являются аналогами и имеют примерно схожие химические характеристики компонентов. Коэффициенты Uo (таблица 3.1) для Изолан 200-а и Изолан 360 примерно одинаковы, что объясняется схожестью их рецептуры. У обоих марок ППУ соотношение количества массовых частей реагируемых при производстве компонентов примерно равно. Существенное понижение коэффициента Uo наблюдается у ППУ Изолан 210-1, что, видимо, зависит от полимерного дифенилметандиизоцианата, которого в рецептуре Изолан 210-1 больше, чем у Изолан 200 и у Изолан 360 на 20 и 15 массовых долей соответственно. Также в состав Изолан 210-1 входит трихлорэтилфосфат - антипиреновая добавка аддитивно-реакционного типа, вводимая для снижения горючести ППУ. Применение подобных добавок незначительно повышает плотность (на 4-6 кг/м3), вызывает изменение параметров его вспенивания и отверждения,

87

Улучшают совместимость компонентов, что проявляется на коэффициенте U0[7].

ТМ

Наибольшая величина коэффициента Uo наблюдается у Владипур ППУ-СП. Этот двухкомпонентный пенополиуретан изготовлен на основе сложного полиэфира марки ВП 3700 и полиизоцианата с введением в него трихлорэтил фосфата.

Величина Тт зависит от состава, способа переработки и активной среды [4, 5]. Для всех марок пенополиуретана, вне зависимости от плотности, рецептуры и добавок коэффициент Тт остается примерно равным, лишь

TW

Только для Владипур ППУ-СП он несколько ниже. Это объясняется тем, что все исследуемые ППУ были получены на установках низкого давления путем свободного вспенивания углекислым газом.

Величина коэффициента у характеризует эффективность и направление силового поля и связана со структурой материала [4, 5]. На рисунке 3.1 представлены примеры микрофотографий исследуемых пенопластов, по которым проводили оценку ячеистой структуры по методу А. Г. Дементьева и О. Г. Тараканова, предложенному в работах [54, 55, 76]. По этой методике рассчитаны геометрические коэффициенты ячеистой структуры исследуемых пенополиуретанов, которые характеризуют механическую работу этих пенопластов при растяжении (таблица 3.2). Так как основную роль в разрушении образцов при поперечном изгибе играют напряжения в растягиваемой зоне, то эти коэффициенты применимы для оценки механических свойств и при данном виде нагружения.

Таким образом, закономерности разрушения пенополиуретана описыьаюгся формулами (2.6) - (2.В), которые могут использовагься для прогнозирования его долговечности, прочности и термостойкости в широком диапазоне нагрузок, температур и времени эксплуатации

0,2

Рисунок 3.2 - Зависимости времени до разрушения от напряжения (1а, 2а), температуры (16, 26), эффективной энергии активации от напряжения [в] при поперечном изгибе

Пенополиуретана Изолан 210-1 [1] и Изолан 200-а [2].