СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ГАЗОНАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ

ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ СЖАТИЕ

Раздел посвящен экспериментальному изучению влияния ячеистой структуры и свойств полимера-основы на деформирование и разрушение пенопластов в условиях гидростатического сжатия и комплексной оцен­ке спектров распределения прочности стенок ячеек этих материалов.

Изучение поведения пенопластов в условиях гидростатического сжа­тия представляет значительный интерес в связи с расширением областей применения пенополимеров в таких условиях использования. Поэтому на­ми было исследовано влияние ячеистой структуры на разрушение пено­пластов в условиях гидростатического сжатия /154, 166/,

В качестве объекта исследования были взяты образцы ППУ, полу­ченные способом заливки в форму (ППУ-0-24, ППУ-305А) и напылением (ППУ-17Н, ППУ-308Н), пенополиэпоксидов (ПЭ-б, ПЭ-13), пенополистиро - ла (ПС-1, ПС-4), пенополивинилхлорида (ПВХ-2), Все образцы имели преимущественно закрытопористую структуру; объёмное содержание за­крытых пор у всех пенопластов не превышало 10$.

Для проведения испытаний был использован гидрологический комп­лекс "ИСТОК-3", который позволял задавать и измерять гидростатичес­кое давление с точностью до 1% способом погружения образцов в морс­кую воду на глубину до 5 ООО м /154/. Ошибка в измерении объёмной уса­дки не превышала 2% при доверительной вероятности 0,95, а в изме­рении степени замкнутости ячеек по водозамещению ошибка среднего

- 105 -

Не превышала 5$ при доверительной вероятности 0,95.

Исследованиями в условиях гидростатического сжатия нами впервые показано, что у пенопластов имеются 2 предельных состояния - по прочности стенок ячеек (стенки разрушаются и ячейки заполняются во­дой) и по деформативности смятия материала (тяжи разрушаются без раз­рушения стенок ячеек), причём оба предельных состояния иногда могут быть реализованы одновременно. На рис.3.22 в качестве примера реа­лизации предельного состояния по прочности стенок ячеек представле­ны результаты испытаний ППУ-305А. Из рис.3.22 видно, что даже после заполнения 60$ порового пространства образцов водой изменение их линейных размеров не превышало 1,5$ (изменение объёма не превыша­ло 4$). 1 ПВХ-2, наоборот, после достижения критического давления наблюдается сильное смятие образцов. В качестве примера одновремен­ной реализации обоих предельных состояний на рис. 3.23 представлены результаты испытаний при гидростатическом сжатии пенополиэпосксида ПЭ-6. Из рис. 3,23 видно, что у ПЭ-6 объём смятых ячеек (при глубине погружения до 150 м) превосходит объём заполненных водой ячеек с разрушенными стенками. Интересно отметить, что сохранение поверхност­ной технологической плёнки у пенопласта резко смещает предельное состояние в сторону более высоких давлений. Так, из рис. 3.24 видно, что критическая глубина по водопоглощению увеличилась у ПЭ-13 по указанной причине с 18 до 75 метров.

Графическим дифференцированием диаграмм разрушения, полученных при испытаниях в условиях гидростатического сжатия, определяли спект­ры распределения прочности стенок ячеек в виде гистограмм (рис.3.25). Из рис. 3.25 видно, что почти у всех исследованных пенопластов имеется несколько структур пониженной и повышенной прочности даже для отдельной рецептуры. Каждая из структур в спектре может харак­теризоваться нормальным (данные таблицы 3.4, полученные по общепри­нятой методике /151/ показывают, что такое допущение вполне обосно­вано), либо более сложным законом распределения. Очевидно, характе-

V

—s -5—t 5-

О

№

Т

4

А. м

—^ а а

50

Рис. 3.22. Зависимость водопоглощения М^ и изменения объёма&V Образцов ППУ-305А ( 56 кг/м3) от глубины погружения

В воду,

О 50 W 450

H*

Рис. 3.23. Зависимость водопоглощения М/* и изменения объёма ЛV образцов пенополиэпоксида ПЭ-б ( v. 17 кг/м3) от глубины по­гружения в воду.

Ш-

Рис. 3.24. Зависимость водопоглощения Мд образцов пенополи - эпоксида ПЭ-13 ПЭ-13 с поверхностной технологической плёнкой (I. ^ = 152 кг/м3) и без плёнки (2.^Л= 158 кг/м3) от глубины погружения в воду.

К-

Qtt

Opz 9

To

№ О

Mi

OM

I

«4- T.0

I

I wTTTllllhrt>. 0.5

Kjbw E.S

О 45 Fjo ВMfIa

Wi QMj.

Q/N

Ooe ' о. № №

T

Ooz

' a.

5 Ffi

?

D ^h^rrJLy

45 F 1fi

. ^^Mb^madMSlB!^

Ihnnba

0,5 Ift

' 0,5 1.0 (У МП A

Рис. 3.25. Гистограммы распределения прочности стенок ячеек пенопластов: I. ППУ-17Н (^=92 кг/м3); 2. ППУ-0-24 С 41 кг/м3); 3. ППУ-305А ( 56 кг/м3); 4. ПЭ-13 (^=152 кг/м3); 5. ПЭ-б 17 кг/м3); б. ПС-1 = 90 кг/м3); 7. ПС-4 = = 33 кг/м3); 8. ППУ-308Н ( 159 кг/м3).

- 108 -

Табл. 3.4, Характеристики максимумов в спектре распределения пенополиуретанов по прочности стенок ячеек.

ППУ-305А 0/152 0,052 0,34 -0,070 0,132 0,261 2,57 0,269 0,394 0,036 0,25 -0,34 0,247 0,478 1,01 0,71

Ристику ячеек по прочности их стенок можно оценивать параметрами распределения (максимумов) и их взаимным положением. Интересно от­метить (рис.3.25), что у пенопласта одновременно могут быть струк­туры, различающиеся по прочности стенок ячеек более чем на десятич­ный порядок. Это можно объяснить прежде всего распределением ячеек (оболочек) по размерам и по толщине их стенок, которые - могут ме­няться в значительных пределах. В то же время у оболочки под дей­ствием внешнего равномерного давления критическая величина нагруз­ки Р очень сильно зависит от указанных параметров /201/: кр

Л2

Р ^ Е ----- ; £Г

Где: /ъ - толщина оболочки; А?- радиус кривизны оболочки;

Е - модуль растяжения (модуль упругости). Что касается возможности некоторого искажения истинного распре­деления прочности стенок ячеек за счёт возможного плотного охвата ослабленных структур более прочными, то оно практически не будет иметь места. Действительно, такие зоны структур не могут быть соиз­меримы с размерами образца, так как спектры распределения прочности для различных образцов из одного блока оказались близкими. С другой стороны, разрушение стенок ячеек будет происходить, вероятно, прей - - 109 -

Мущественно по плёнкам, ориентированным в направлении вспенивания (т. к. величина £ у них наибольшая). А поскольку ориентация ячеек на про** тяжении образца практически не меняется, то такие охватываемые ос­лабленные структуры, существенно меньшие, чем размеры образца, также не могут возникнуть. Вместе с тем можно ожидать, что распределения будут чувствительны к технологическим и рецептурным особенностям пенополимера, в связи с чем предложенный в работе метод определе­ния спектров оказывается эффективным для исследования макрострукту­ры пенопластов.

Таким образом, в разделе изложены экспериментальные данные по деформированию, разрушению и водопоглощению жестких пенополимеров в условиях гидростатического сжатия. Обнаружены 2 предельных сос­тояния - по прочности стенок ячеек и по деформативности смятия га­зоструктурных элементов и установлены характеристики этих состояний. Предложена методика определения обобщенных показателей прочности сте­нок ячеек пенополимеров в условиях гидростатического сжатия. Выдви­нуто предположение о специфическом влиянии характеристик газострук­турных элементов на деформативность и прочность пенополимеров в ус­ловиях гидростатического сжатия.