СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ГАЗОНАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЕНОПЛАСТОВ

Поскольку пенопласты являются представителем громадного клас­са композитных полимерных материалов, у которых в качестве напол­нителя используется газовая фаза, подход к изучению их физико-ме­ханических свойств базируется, с одной стороны, на учёте фунда­ментальных признаков и свойств полимерных материалов, связанных прежде всего со стеклообразным, высокоэластическим и вязкотеку - чим состоянием аморфного полимера, либо изменением степени крис­талличности у кристаллических полимеров и, с другой стороны, вслед*» ствие многократной разницы в плотностях и свойствах газовой и твёрд­ой фаз, сводится к рассмотрению газовой фазы как наполнителя для модификации свойств пенополимеров.

Наибольший интерес проявляется, естественно, в отношении ме­ханических свойств пенополимеров. Действительно, каково бы не бы­ло назначение материалов или изделий, они всегда должны обладать определённым комплексом механических параметров для надёжного функционирования изделия или конструкции. Даже в тех случаях, ког­да пенопласт используется для теплоизоляционных целей, необходимо обеспечивать определённые требования в отношении его механической прочности, чтобы избежать разрушения под действием собственного веса или возможных эксплуатационных нагрузок,

В основу современных представлений о структуре и свойствах по­лимера-основы положены фундаментальные работы отечественных и за­рубежных учёных по физике и механике высокомолекулярных соедине­ний /5- 7, 9- 19, 21, 62- 66/ и другие. Наиболее глубоко физико - химические проблемы структуры и свойств полимеров, в полной мере распространяемые и на пенопласты, были вскрыты в трудах академика В. А.Каргина, что можно выразить словами В. А.Кабанова / 67 /: "Если у Штаундингера, Флори, Марка, Куна и ряда их последователей основ­ной предмет исследования составляла отдельная макромолекула, то у В. А.Каргина во главе угла всегда стояло полимерное тело, свойство которого и его поведение связаны с особенностями составляющих его макромолекул отнюдь неоднозначно. Отсюда брали корни глубокие идеи В. А.Каргина о структурно-физической модификации и легирова­нии полимерных материалов, которые лежат в основе сегодняшнего по­лимерного материаловедения и самых современных технологий перера­ботки".

В то же время свойства пенополимеров в основе своей базируются на свойствах газоструктурных элементов, многократно осложняющих и обогащающих уровни организации многофазного материала, и при их рассмотрении всё большее внимание уделяется связи ячеистой струк­туры с различными параметрами свойств вспененных полимеров.

В связи с высокими темпами роста производства и применения пе­нопластов и необходимостью разработки новых рецептур этих материалов^ в настоящее время проводятся интенсивные изучения физико-механи­ческих свойств пеноматериалов, обобщаются основные закономернос­ти их механического поведения, непрерывно развиваются и совершенст­вуются методы и приборы для исследований.

Сравнительно много работ публикуется, естественно, по изуче­нию механических свойств пеноматериалов, поскольку для надёжно­го функционирования изделий или конструкций применяемые вспененные пластмассы должны обладать определённым комплексом механических параметров. Возрастающие потребности современной техники в новых материалах способствовали широкому экспериментальному изучению их механических свойств /3, 68- 70/. Особый интерес привлекали прежде всего жесткие пенополиуретаны, нашедшие применение не толь­ко для тепло-, звуко-, электроизоляции, но и в качестве несущих элементов различных конструкций. Основное внимание в наиболее ран­них работах уделялось изучению связи химической структуры поли­мера - основы, либо наполнителей со свойствами пенопластов при разработке новых рецептур /22, 24/, оценке действия температур на механические и теплофизические характеристики вспененных пласт­масс /3, 27- 30/, определению влияния временного режима нагруже - ния на прочность пеноматериала / 3 /. Ввиду большого разброса по­лученных этими авторами опытных данных ( +20$ ) им удалось уста­новить зависимость между условиями проведения опыта и характером разрушения образцов лишь приблизительно. Так, при температурах выше 323К обнаружено лишь пластическое разрушение образцов, тогда как при более низких температурах в некоторых случаях вид разру­шения зависел ещё и от скорости деформации. Прочность ППУ увеличивав лась очень мало с повышением скорости деформации образцов и уменьшалась при повышении температуры» Так, зависимость прочнос­ти при сжатии <51 от температуры Т и кажущейся плотности У" бы - ла выражена эмпирическим уравнением, действительным до температу­ры стеклования /40/:

<5-0 Я-7")-*? (1.4)

Где: Д и В - постоянные, зависящие от свойств полимера-основы, tl - параметр, зависящий от строения газоструктурных эле­ментов.

При этом отмечается иногда весьма существенное расхождение в данных различных авторов, что по мнению автора работы /40/, лиш­ний раз подтверждает проблематичность теоретически - аналитических оценок механических свойств пенополимеров,

Романенков /71/ оценил рассеяние физико-механических характе­ристик пенополистирола, пенополивинилхлорида, заливочного ППУ и фенольного пенопласта. Было установлено повышенное рассеяние экспериментальных данных при определении физико - механических ха­рактеристик и определены их доверительные интервалы, зоны рассея»

Ния, вид и параметры функции распределения. Показано, что кажуща­яся плотность и прочность подчиняются нормальному закону распре­деления. При использовании статистического метода обработки ре­зультатов испытаний была показана возможность надёжного опреде­ления прочностных и деформационных показателей при помощи дове­рительных интервалов, оценены зоны рассеяния и установлены пара­метры функции распределения показателей.

Хартсок /72/ изучал ползучесть жестких ППУ при деформации сдвига. После 100 суток испытаний при различных нагрузках наблю­далось непрерывное деформирование образцов с затухающей скоростью и на основании экспериментальных данных автором была в аналити­ческой форме выражена временная зависимость деформационных свойств пеноплиуретанов.

Основополагающие исследования ползучести ППУ с использовани­ем методов напряженно-, вибро-, влаго-, температурно-временной аналогии были выполнены Уржумцевым и Максимовым /73/. Было пока­зано, что общие методы исследования монолитных полимерных мате­риалов могут быть использованы при изучении долговременных физи­ко-механических свойств вспененных пластмасс. Разработанные авто*» рами методы исследований долговременных свойств полимерных мате­риалов и полученные ими в аналитической форме в большом объёме экспериментальные данные по оценке вязкоупругости пенополимеров позволили решить некоторые задачи по оптимальному использованию их в качестве силовых элементов конструкций и изделий. Обратная ползучесть, характеризующая деформативные свойства пенопласта после разгрузки, также представляет значительный практический интерес и также привлекла внимание этих авторов. Было показа­но, что после длительного испытания на ползучесть и последующе­го 100-суточного "отдыха" образцов в ненагруженном состоянии ППУ практически полностью восстанавливают первоначальные размеры /73/.

Полученные исследователями перечисленные экспериментальные данные по оценке физико-механических свойств пенополимеров опре­деляют основные эксплуатационные характеристики конкретных типов пеноматериалов. В то же время они недостаточно учитывают специ­фику влияния ячеистой структуры, взаимозависимость различных её параметров, физические особенности и механизм развития процесса деформации и разрушения при интерпретации экспериментальных дан­ных для пенополимеров.

Рядом авторов были предприняты попытки установить эксперимен­тально связь теплофизических и механических характеристик с неко­торыми отдельными параметрами ячеистой структуры пенопластов. Так, в работах /57, 74/ изучено влияние структуры пены на физические свойства ППУ. Показано, что при изменении в композиции содержа­ния вспенивающего агента (фреона) от 0 до 1% можно изменить объёмное содержание пор в ППУ от 0 до 9Ъ%. При охлаждении пено­пласта отмечено снижение эффективного коэффициента теплопровод­ности, однако после достижения температуры, соответствующей началу конденсации фреона в ячейках, эффективный коэффициент теплопровод­ности резко увеличивается. Размеры ячеек также влияют на эффектив­ный коэффициент теплопроводности: увеличение размера пор способ­ствует его повышению. В ещё большей степени размеры и форма яче­ек, а также кажущаяся плотность пенопласта влияют на его водопогло - щение.

В работах Паншина с соавторами /75- 77/ экспериментально ис­следовано влияние кажущейся плотности на прочностные и упругие характеристики пенопластов. По зависимости модуля упругости при сжатии от температуры была оценена теплостойкость ряда пеноплас­тов. Эти результаты позволили оценить работоспособность пеномате­риалов при статических и динамических нагрузках для случая исполь» зования их в 3-слойных конструкциях. Другой параметр структуры

<т 27 —

Степень замкнутости ячеек - по данным авторов работ /78- 79/ не оказывает заметного влияния на прочность при сжатии жестких ППУ, Однако, при изучении вязкоупругих свойств эластичных ППУ /47/ бы­ла обнаружена сильная зависимость модуля упругости и тангенса уг­ла механических потерь от частоты за счёт влияния газа внутри ячеек.

Противоречивыми оказались литературные данные по исследованию влияния размеров ячеек на прочность пенопластов* Так Блайр экспе­риментально показал, что с увеличением размеров ячеек прочность ППУ снижается /51/ и опубликованная работа многократно цитирова­лась как одна из важнейших по связи одного из основных параметров макроструктуры - размеров газоструктурных элементов - с механи­ческими свойствами пенополимеров.

Этот эффект Андертон /80/ и Витакер/81/ пытались объяснить представлением ячейки как деффекта в смысле ГриффитОа. С другой стороны, из теоретических расчётов различных структурных моделей следовал противоположный вывод - о независимости прочности от размера ячеек (при неизменных остальных параметрах макрострукту­ры) /I, 4/. Для снятия возникшего противоречия представлялось важным и актуальным выяснение механизма процесса разрушения на уровне ячеистого строения, поскольку механические свойства об­суждаемых полимерных "конструкций" в основе своей базируются на свойствах фрагментов газоструктурных элементов.

Следует также отметить, что изучение роли физико-химических явлений в процессах деформирования, разрушения и диспергирования, а также в процессах образования новых твёрдых тел и материалов привело к созданию новой науки - физико-химической механики по­ристых и волокнистых дисперсных структур /20, 82/. На основе фи - зико-химической механики были выполнены широкие исследования по разработке теории прочности пористых дисперсных тел, которая ох­ватывает в основном область мелкопористых дисперсных структур (сорбенты, катализаторы и их носители и т. д.). Хотя одна из ос­новных её задач - связь механических свойств с параметрами порис­той структуры - в полной мере распространяется и на пенопласты.

Анализ представленных выше данных показывает, что эксперимен­тальные исследования влияния некоторых параметров макроструктуры на механические свойства пенопластов носят отрывочный характер; авторами не учитывалось одновременное совокупное влияние многих параметров макроструктуры на поведение пенополимеров, что вносит неопределённость в интерпретацию получаемых взаимозависимостей. Поэтому несмотря на сложность проблемы и трудности её решения, попытки установления связи между физико-механическими свойствами и макроструктурой пенопластов экспериментальным путём предприни­мались многими авторами не только в ранних работах, но и на про-* тяжении последних лет и, из-за недостаточности полученной таким пу» тём информации, решение проблемы сохраняет важность и актуальность.

Невозможность решения проблемы структурно-механических свойств пенополимеров экспериментальным путём привела к тому, что некото*» рыми авторами были проведены теоретические исследования в этом направлении. Большой спектр переменных по различным параметрам ма» кроструктуры обусловил применение разных модельных подходов для объяснения различных аспектов поведения ячеистых полимеров при ме­ханических воздействиях.

В работах /83- 88/ были предприняты первые попытки теоретическо­го рассмотрения механизма деформирования пеноматериалов на при­мере пенокаучука на качественном /83- 85/ и полуколичественном /86» 88/уровне его оценки. Описание поведения большинства откры - топористых пенопластов Гент и Томас предлагают проводить с ис­пользованием модели случайным образом ориентированных тонких тя­жей из эластомера и связанных с недеформируемыми узлами из поли­мера. Предполагается, что при малых деформациях тяжи работают в режиме одноосного растяжения или сжатия и это позволило выразить модуль упругости пенополимера через модуль упругости монолитного материала и геометрические параметры элементов макроструктуры. На основании проведенных исследований авторами сделан вывод о слабой зависимости приведенного модуля упругости пеноматериала от ячеистой структуры. Для дальнейшего расчёта механических ха­рактеристик пеноматериалов была использована модель в виде куби­ческой решетки /86- 88/. В результате была определена зависимость деформации образца от сжимающей нагрузки с введением неизвестной функции, которая находилась экспериментально для образцов одной кажущейся плотности и распространялась затем на образцы с другими значениями кажущейся плотности. Однако, применение полученных ре­зультатов для оценки механического поведения других пеноматериа­лов оказалось затруднительным, поскольку предложенная модель, в частности, не учитывает анизотропию. Более того, для оценки свойств пеноматериала с использованием модели необходимо полу­чить базовый образец пенопласта и испытать его, прежде чем будет предсказано механическое поведение смежного образца, отличающего­ся кажущейся плотностью.

Для оценки влияния анизотропии на механическое поведение пе­нопласта Поляковым и Таракановым /89/ была предложена 6-гранная мо­дель, Здесь, в отличие от модели Гента и Томаса, стержни, располо­женные в двух взаимно перпендикулярных направлениях, могут иметь начальную кривизну (начальный эксцентриситет). В результате авто­рам удалось учесть в расчётах анизотропию свойств пенополимеров и связать её с коэффициентом формы ячеек. Однако модель, предложен­ная Поляковым и Таракановым, кроме учёта анизотропии, сохранила остальные недостатки предыдущей модели, поскольку не учитывает корректно основную особенность работы тяжей при деформации - их

30 ** '

Продольно-поперечный изгиб. Поэтому характер диаграмм деформации пенополимеров, полученный ими расчётным путём, позволяет объяснить лишь часть наблюдаемых на практике диаграмм.

Несколько отличается от рассмотренных выше модель Матениса /90/, представляющая собой кубическую структуру, образованную квадрат­ными пластинами одинакового размера. Представленная Матенисом мо­дель далека от реальной структуры ячеистых пластмасс. Тем не ме­нее её применение оказалось полезным для оценки соотношений параметр - свойство в тех случаях, когда затруднительно использовать бо­лее сложные модели, например, при изучении взаимосвязи между гео­метрической и механической анизотропией. Однако и эта модель со­хранила все основные недостатки модели Гента и Томаса. Главный из них заключается в том, что рассмотренные модели принципиально не учитывают реальные условия работы элементов макроструктуры лёгких пенопластов (продольно-поперечный изгиб тяжей) и поэтому расхож­дение опытных данных с расчётными при определении упругих и проч­ностных характеристик у лёгких пеноматериалов оказалось значи­тельным.

Учитывая отмеченные недостатки, рядом авторов были предприняты попытки использовать для описания структурно-механических свойств пенопластов более сложные модели ячеек. Так, Ко /91/ исследовал системы, образованные двумя типами плотной упаковки (гексагональ­ной и кубической гранецентрированной). Он рассматривал единичную ячейку, выделенную из сетки гексагональной призмой, как предста­вительный элемент пеноматериала. С использованием предложенной модели была установлена связь модуля упругости пенопласта с модулем упругости полимера-основы и объёмной долей монолитного материала. Однако, сложность предложенной модели не позволила автору удов­летворительно рассмотреть характер больших деформаций пенопо - лимера.

F!* щт

Чан и Накамура предприняли попытку использовать модель в ви­де пентадодекаэдра для исследования упругих характеристик открыто» и закрытопористых пеноматериалов /93/* Структура представляется в виде 12-гранных моделей ячеек с 5-угольными гранями, образован­ными полимерной матрицей. Рассмотренная модель близка к идеальной структуре ячеистых полимеров. Однако» как отмечают сами авторы, при упомянутом модельном описании с её помощью поведения реального пе» номатериала необходимы упрощения модели.

Использование модели, состоящей из совокупности наклонных и вертикальных стержней, закреплённых в узлах решетки, позволило Ро*> маненкову с сотрудниками определить характеристики некоторых жест» ких пенопластов при сжатии /94- 95/. С помощью этой модели удалось проследить закономерности разрушения "биссерных" пенопластов типа беспрессового пенополистирола. Расчёт напряжений с использованием указанных сложных моделей труден, поэтому возможности определения структурно-механических свойств пеноматериалов при использовании таких моделей сильно ограничены.

Некоторые положительные результаты получены при статистичес­ком исследовании деформирования и разрушения квазиоднородного тяжелого пеноматериала, ячейки которого содержат большое число структурных элементов /96/. Для расчёта использована модель, в которой единичный элемент структуры содержит одно сферическое вклю» чение. Указанный подход позволил авторам найти прочность сферо - пластика при сжатии и теоретически построить диаграмму деформиро­вания, отражающую все этапы реального процесса: упругое сопро­тивление, временное сопротивление, закат диаграммы.

Численный подход к изучению физико-механических характерис­тик ППУ низкой кажущейся плотности с использованием имитационных стохастических моделей рассмотрен Валуйских с соавторами /37/. В качестве вычислительной модели жесткого ППУ принята комбиниро­ванная стохастическая имитационная модель /37, 92/, соответству­ющая статистическому обобщению плотной упаковки 14-гранных газо­структурных элементов /I/. Авторами выполнено ступенчатое нагру - жение модельных образцов ППУ и определена взаимосвязь между мак- ронапряжениями и макродеформациями.

Анализ рассмотренных литературных данных показывает, что со­храняется необходимость во всё более обширном и разнообразном комплексе свойств вспененных полимеров, в связи с чем их совер­шенствование и исследования будут проходить в обозримом будущем ещё более интенсивно.

Значительное внимание в литературе уделяется и проблеме дос­тижения высокого уровня физических свойств пенополимеров.

Много работ публикуется по изучению теплофизических свойств пенопластов /57, 60, 100- 108/. Основное внимание в этих работах уделяется экспериментальному исследованию эффективного коэффици­ента теплопроводности пенополимеров,/^, обусловленное необходи­мостью изыскания возможности более эффективного использования этих материалов для теплоизоляции. Эффективный коэффициент теплопро^ водности определяется в предположении аддитивности действия раз­личных механизмов переноса тепла /103, 105/:

Л = Xj + ,/Сг + уС3 + Лц ;

Где:у^| - вклад теплопроводности полимера - основы;

2 » теплопроводность газа в ячейках;

2 - конвективная составляющая теплопроводности;

</С 4 БКлад составляющей излучения.

Установлено, что у свежеприготовленного ППУ низкой кажущейся плотности, вспененного фреоном-П, передача теплоты примерно со­ставляет: 15% за счёт теплопроводности полимера - основы газостук - турных элементов, 50$ за счёт теплопроводности газа и паров в ячейках, 35% за счёт излучения /103, 105/, Авторы показали, что

Определяющее влияние на эффективный коэффициент теплопроводности ППУ низкой кажущейся плотности оказывает природа газовой фазы в ячейках, характеристика части из которых представлена в табли­це I. I /100- 102/. Низкий коэффициент теплопроводности имеют газы

Табл. I. I. Коэффициент теплопроводности компонентов газострук­турных элементов пенополиуретанов.

Компонент Коэффициент теплопроводности, вт/м. К

С более высокой молекулярной массой и это свойство вспенивающего агента, как наполнителя, в значительной мере переносится на свойства пенопласта. По этой причине у пеноматериалов, вспененных фреоном, эффективный коэффициент теплопроводности оказывается существенно ниже, чем при заполнении ячеек диоксидом углерода, либо воздухом.

Вклад проводимости полимера в эффективную теплопроводность лёгких пенополимеров в несколько раз меньше, чем вклад за счёт теплопереноса в газовой фазе, и его обычно многие авторы опре­деляют используя различные модели пористых систем /39, 100, 109- 112/.

Как установлено в ряде работ /104- 105, 109, 112/, конвектив­ный теплообмен начинает вносить в эффективную теплопроводность существенный вклад при диаметре ячеек закрытопористых пеноплас» тов не менее 1,6... 4 мм, то-есть за пределами значений этого

- 34 -

Параметра для подавляющего большинства реальных систем.

Назревшая необходимость в получении пеноматериалов с более высокими теплоизоляционными свойствами из-за возросшего дефицита энергоресурсов явилась мощным стимулом развития соответствующих исследований как в направлении изучения механизма теплопереноса, так и по определению связи структуры со свойствами материалов /100- 107/. В результате значительный качественный скачок в теп­лоизоляционных свойствах был достигнут при разработке ППУ теплои­золяционного назначения, прежде всего используемых для теплоизо­ляции холодильников, за счёт получения макроструктуры с сущест­венно меньшими размерами ячеек. Это обусловлено тем, что вклад составляющей излучения в эффективную теплопроводность хотя и несколько меньше, чем теплопроводности газа в замкнутых ячейках» однако весьма значителен и его величина пропорциональна размеру ячеек /104- 105/.

Для пенопластов низкой кажущейся плотности установлена экс­тремальная зависимость эффективного коэффициента теплопроводности от кажущейся плотности У* /3/. При изменении от 20 до 50 кг/м эффективный коэффициент теплопроводности практически не меняется. При более низкой он возрастает как из-за увели­чения содержания открытых пор и наложения по этой причине кон­вективной составляющей, так и вследствие увеличения вклада сос­тавляющей излучения, поскольку у очень лёгких пеноматериалов размеры ячеек несколько увеличиваются. При повышении У* до 50 кг/м и выше увеличение эффективного коэффициента теплопроводнос­ти обусловлено в основном вкладом теплопроводности полимера.

Экспериментальное исследование эффективной теплопроводности пе«* номатериалов низкой кажущейся плотности при пониженных и повышен­ных температурах выполнено авторами работ /3, 100, 109, 112/. Пока­зано, что с повышением температуры эффективная теплопроводность

Возрастает из-за увеличения теплопроводности газа в ячейках мате­риала. При снижении температуры с ЗООК до 25К наблюдается сниже­ние эффективной теплопроводности как за счёт снижения теплопровод*» ности газа в ячейках, так и из-за создания в них некоторого разре­жения. Однако, в области конденсациигаза-наполнителя характер из­менения эффективной теплопроводности резко меняется - появляется максимум на температурной зависимости, что обусловлено дополни­тельным вкладом капиллярного эффекта тепло-массопереноса конден­сирующейся среды /109/. Так у ППУ, вспененного фреоном, максимум на температурной зависимости, связанный с конденсацией фреона, появляется при 240... 260К и связанный с конденсацией воздуха по­является при 40... 70К.

В целом ^ механизм теплопереноса в пенополимерах и эффектив­ная теплопроводность свежеприготовленных пенополимеров изучены довольно подробно, однако долговременные характеристики их свойств; в литературе исследованы недостаточно.

Ряд работ посвящено другому важному теплофизическому показа­телю - термическому деформированию пенополимеров /3, 39, 57, 100/. Авторами показано, что коэффициент линейного термического расши­рения пенопластов повышенной кажущейся плотности определяется свойствами полимера-основы и имеет одинаковые значения с коэффици­ентом линейного термического расширения монолитного материала. У закрытопористых пенопластов пониженной кажущейся плотности с по­лиэдрической формой ячеек на величину коэффициента линейного тер­мического расширения влияет также газовая фаза в ячейках. У зак­рытопористых жестких пенополимеров низкой кажущейся плотности с

^ ^20 кг/ьР отмечена низкая стабильность размеров как при ди­намическом термическом воздействии, так и при выдержке в изотер­мических условиях. Авторами оценено влияние свойств полимера-ос­новы, температурных условий воздействия окружающей среды, параметров

Макроструктуры - степени замкнутости и вытянутости ячеек» объемно» го содержания полимера в пенопласте, давления газа в ячейках - на формостабильность пенополимеров. Однако недостаточная изученность термического деформирования и низкая формостабильность многих по­лученных в настоящее время лёгких закрытопористых пенопластов со­храняют важность и актуальность дальнейших работ в этом направле­нии.

Особенно большое внимание в литературе посвящено исследованию пожароопасных свойств пенопластов /113- 118/. Основное внимание исс­ледователи уделяли технологии создания ограниченно горючих пено­пластов, изучению механизма горения и разработке методов опреде­ления пожароопасных свойств этих материалов.

Показано, что для правильной оценки пожароопасных свойств пе­нополимеров необходимо определение всего комплекса характеристик горения по температуре и концентрации кислорода, скорости распрос­транения пламени и скорости выгорания, а также дымообразующей спо­собности и токсичности продуктов горения. Существенного влияния яче­истой структуры на пожароопасные характеристики пенополимеров ав­торами не установлено.

В работе /118/ сделан еывод, что жесткие ППУ наиболее ранних разработок относятся к горючим материалам, обладают высокой дымо­образующей способностью и токсичностью продуктов горения, что обусловлено горючестью полимера-основы. Однако, модификация поли - мера-осноЕн и введение наполнителей позволяет резко изменить по­казатели пожароопасности пенопластов /117/. В частности, при ис­следовании горючести жестких ППУ, пенополиизоциануратов, карбодни»

Мидсодержащих пенопластов с различными наполнителями (гидро^ись алюминия, двузамещенный фосфат аммония, сульфат аммония, стекло*-

Пор и др.) были получены умеренно дымообразующие пеноматериалы,

Относящиеся к трудновоспламеняемым, либо трудносгораемым /117/.

Авторы работы /116/ показали, что фенольные пенопласты относят­ся к группе трудногорючих материалов и склонны к длительному тле­нию после удаления источника пожара. Однако, при введении в рецеп - туру реакционноспособных фосфорсодержащих соединений, а также ДР, авторами получены трудногорючие пенофенопласты, не тлею­щие после удаления источника пожара.

Добавление наполнителей во многих случаях снижает пожароопас - ность пенопластов, но ухудшает качество макроструктуры и другие физико-механические показатели материала, в связи с чем проблема связи структуры и свойств при разработке пеноматериалов ограни­ченной горючести остаётся недостаточно изученной. Поскольку про­блема создания ограниченно горючих пенопластов с сохранением на высоком уровне других физико-механических показателей далека от её удовлетворительного решения /113- 116/, изучение горючести пено­полимеров остаётся важным и актуальным.

Выводы.

Анализ литературных данных показывает, что свойства пеноплас­тов в равной мере определяются как ячеистым строением, так и свойствами полимерной матрицы. Свойства полимерной матрицы зависят в первую очередь от типа полимера, однако на них можно воздейство­вать также путём изменения условий переработки, которые влияют, в частности, на степень ориентации макромолекул, кристалличность, плотность сшивки. К другим факторам, определяющим особенности по­ведения пенополимеров, относятся состав и давление газа в замкну­тых ячейках, температура, величина деформации и её скорости, а сами пенополимеры обычно можно отнести к вязкоупругим, реологи­чески сложным материалам с нелинейными характеристиками.

Эмпирический подход к проблеме структуры и свойств пеноплас­тов позволил получить довольно много экспериментальных данных по оценке физико-механических свойств отдельных рецептур пеномате - риалов. Однако» из-за недостаточного учёта специфики макрострук­туры, связанной с необходимостью контроля многих её параметров» неоднородности пеноматериалов и т. д. и наложения свойств полиме - ра-основы, часто вносится неопределённость в их интерпретацию. В результате до сих пор влияние ячеистой структуры на механические свойства пенопластов остаётся мало изученным экспериментально.

Использованные различными авторами математические расчёты некоторых моделей не позволили достигнуть существенных успехов, поскольку либо использованные модели были слишком простые и не отражали физические особенности реальной макроструктуры пены, ли­бо модели были настолько сложные, что расчёты таких структур сильно ограничены. Это делает актуальной поставленную в работе проблему - разработки нового научного направления по физике и ме­ханике пенопластов на уровне ячеистой структуры.

Выполненные к настоящему времени обширные исследования по изучению структуры и теплофизических свойств пенополиуретанов и механизму теплопереноса в пенополимерах способствовали решению ря» да вопросов разработки технологии получения высокоэффективных теп** лоизоляционных материалов. Необходимость дальнейших технологичес­ких разработок в связи с требованиями перехода на новые, хвююло - Гически более безопасные бесфреонные системы, повышение требова­ний к показателям теплоизоляционных свойств в связи с проблемой сбережения энергоресуроов делают актуальной дальнейшую разработку проблемы структуры и свойств пенополимеров и, с другой стороны» являются мощным стимулом развития соответствующих исследований.

Особенно остро при удовлетворении требований к физическим свойствам лёгких пенополимеров стоит задача по обеспечению их фор- мостабильности, в связи с чем исследования различных авторов по термическому деформированию пеноматериалов недостаточны.

Исследования многих авторов показали, что ячеистая структура не

Влияет существенно на пожароопасные свойства пенополимеров, одна­ко введение различных антипиренов позволяет значительно снизить горючесть пеноматериалов с одновременным ухудшением ряда других характеристик его из-за снижения качества макроструктуры. Поэтому исследование связи структуры со свойствами пенопластов остаётся особенно актуальным при создании ограниченно горючих пеноматери­алов.