СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ГАЗОНАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ

Технологии полимеров

1. Разработано новое научное направление по физике и механике пено­пластов» которое служит общенаучной основой разработки технологий по­лучения пенополимеров с различными комплексами параметров ячеистой структуры и физико-механических свойств. Разработаны научные основы модификации физико-механических свойств пенопластов путём направлен*- ного формирования ячеистой структуры пенополимеров и изменения хими­ческой структуры полимера-основы.

Установлен принцип структурно-механической суперпозиции пеноплас­тов, позволяющий определить эквивалентность зависимости изменения их приведенных упругих, либо прочностных характеристик от приведенной кажущейся плотности в широком диапазоне шкалы изменения жесткости полимера-основы и кажущейся плотности пеноматериала.

Сформулирован постулат наследственности в теории старения газо­наполненных полимеров и предложены методы наследственной аналогии на его основе, позволяющие определить общий вид уравнения кинетики и некоторые общие параметры функции изменения физико-механичееккх показателей смежных пенопластов при старении.

Обнаружены неизвестные ранее особенности физико-механического поведения пенопластов: наличие структур различной прочности стенок ячеек в спектрах распределения прочности стенок ячеек жестких пено­пластов; наличие структур различной жесткости тяжей ячеек пеноплас­тов; существование нижнего критического значения кажущейся плотности, ниже которого формостабильность жесткого пенопласта резко снижается; существование критического давления, выше которого сорбционные харак­теристики их резко меняются.

2. Разработаны новые методы оценки макроструктуры и выполнен ана­лиз ячеистой структуры ряда пенополимеров: определение степени замк­нутости ячеек и изменения давления и состава газа в замкнугых ячей­ках; определение размеров ячеек, длины и коэффициента формы тяжей,

Коэффициента искривления тяжей, коэффициента разнотолщинности тяжей. Впервые разработаны нетрадиционные методы комплексной оценки ячеис­той структуры: определение спектра распределения прочности стенок ячеек пенопластов и спектра распределения прочности и жесткости стержневой структуры пеноматериалов в условиях одноосного, либо

Всестороннего сжатия и исследованы указанные структурные параметры для основных типов пенопластов,

3, Предложены структурные и статистические модели газонаполнен­ных полимеров для теоретического расчёта их физико-механических ха­рактеристик.

Выполнен теоретический расчёт диаграмм сжатия эластичных пен@- плаетов на основе предложенной модели макроструктуры, в результате которого впервые теоретически получены и объяснены все основные ти­пы диаграмм сжатия, характерные для пенополимеров. диаграммы получе­ны из учёта продольно-поперечного изгиба тяжей в докритической и за - критической областях деформирования, влияния спектра распределения элементов макроструктуры по жесткости, релаксационных свойств поли­мера-основы.

Выполнен теоретический расчёт диаграмм сжатия эластичных пено­пластов на основе предложенной модели макроструктуры с искривлённы­ми тяжами, в результате которого впервые теоретически объяснены осо­бенности деформативности пенополимеров при возникновении остаточной деформации в материале: снижение жесткости пенопласта, увеличение участка диаграммы в докритической области сжатия, уменьшение 2-го участка (в закритической области сжатия) вплоть до полного его вы­рождения при увеличении остаточной деформации.

Выполнен теоретический расчёт диаграмм растяжения лёгких пено­пластов на основе предложенной модели макроструктуры, в результате которого объяснены особенности деформативности пенополимеров вслед­ствие продольно-поперечного изгиба тяжей, В частности, обнаружюный нами аномальный вогнутый начальный участок с боле® низким модулем упругости на первом начальном участке и более высоким значением мо­дуля упругости на втором начальном участке диаграммы растяжения объяснён изменением макроструктуры и переходом от продольно-попереч - ного изгиба тяжей к их растяжению.

Выполнен теоретический расчёт разрушения пенопластов при сжатии и растяжении на основе предложенных статистических моделей макрострук­туры, в результате которого выявлены законы распределения прочности пенополимеров, определена степень их повреждённости перед разрушени­ем, определён эффективный коэффициент использования материала. Уста­новлен и теоретически обоснован эффект влияния масштабного фактора образца на прочность пенопластов, в общем, обратный по сравнению с законом Вейбулла для монолитных материалов,.

Разработаны технологические методы модификации макроструктуры пенополимеров, включающие вытяжку или сжатие газоструктурных элемен­тов, поверхностное армирование тяжей, изменение соотношения полиме­ра в элементах макроструктуры. Методы позволяют, улучшить механичес­кие и пожароопасные свойства пенопластов. Способы получения газона­полненных полимеров защищены тремя авторскими свидетельствами СССР,

5. Установлены физические особенности кинетики деформации пено­пластов, обусловленные влиянием кинетических параметров деформации полимера-основы и свойств макроструктуры, В результате по данным ис­пытаний пенополимеров впервые предложено определение кинетических параметров деформации полимера-основы в пенопласте: фактического уровня напряженного состояния, истинного объёма кинетической едини­цы деформации, эффективной энергии активации.

6. Экспериментально установлено, что в условиях непосредственного воздействия погодных факторов на пенополимер атмосферестойкость его сильно зависит от кажущейся плотности (степенная зависимость), хи­мической природы полимера-основы, климатического района. Показано, что в тёплом влажном климатическом районе (Батуми) атмосферное ста­рение пенопластов происходит в 2,5 раза быстрее, а в районе сухого

- 324 -

Жаркого климата (Ташкент) в 1,7 раза быстрее, чем в умеренно-холод­ном климатическом районе (г. Владимир). Установлена двойственная роль ячеистой структуры при атмосферном старении: ячейки являются тупиковым барьером роста трещин, что замедляет разрушение, однако при вспенивании удельная поверхность материала увеличивается, что снижает атмосферостойкость и ускоряет разрушение пенопласта.

Полученные данные позволили, прежде всего, рекомендовать опти­мальный выбор напыляемых ППУ для применения при теплоизоляции неф­техранилищ, строительных конструкций, водонапорных башен и т. п.

7. Разработана методология прогнозирования эксплуатационной дол­говечности пенопластов на основе предложенной классификации их по старению и проведены кинетические исследования старения пенопластов основных классов. Для прогнозирования изменения физико-механических характеристик пенополимеров в условиях длительного старения рекомен­дованы как традиционные методы испытаний на основе температурно - - влажностно-напряженно-временной аналогии, так и предложенные новые методы - приведенных условий, плотностно-временной аналогии, наслед­ственной аналогии, метод приведенных параметров. Предложенные новые методы испытаний защищены нами тремя авторскими свидетельствами СССР, Выполненные исследования были использованы при разработке новых ре­цептур пенополимеров и выборе оптимальных условий их долговременного применения, в частности, при обеспечении стабильности пенополиэтиле­на типа ВИЛАТЕРМ в случае уплотнения стыков в строительных конструк­циях, при использовании жестких ПГ1У в трёхслойных строительных пане­лях, при применении пенополиизоциануратов для теплоизоляции трубо­проводов.

8. Внедрение пенопластов с использованием полученных в работе ре­зультатов исследований позволило получить положительный эффект, в частности:

Разработаны и внедрены в практику работы лабораторий методы физи­ко-механических испытаний газонаполненных полимеров, изложенные в 2-х

- 325 -

Сборниках методов испытаний пенопластов и 4-х созданных ГОСТ-ах.

С использованием полученных в работе результатов разработаны и внедрены технологии получения новых пенопластоЕ - пенополиэтиленов, пенополиуретанов, пенополиэпоксидов и других со значительным эконо­мическим эффектом:

- годовой экономический эффект от применения пенополиэтилена ВИ- ЛАТЕРМ-С для уплотнения стыков в строительстве по ценам 1982 года составил 6,962 млн, руб.

«годовой ожидаемый (гарантированный) экономический эффект от внедрения стеновых панелей с ППУ-заполыителем по ценам 1985 года составил 64,041 млн. руб,

-годовой расчётный экономический эффект от внедрения установок с рекомендованными нами эластичными ППУ для очистки сточных вод на предприятиях тракторного и сельскохозяйственного машиностроения со­ставил 3,323 млн. руб,

- экономический эффект от внедрения в 1979 году панелей из пе~ нофенопласта ФРП-1, выпущенных объединением "Сибкомплектмонтаж", со­ставил в ценах 1979 года 530 тыс. руб.

- экономический эффект от внедрения в 1985 году работы предприя­тия п/я Г-4219 (Москва) с использованием полученных нами результатов определения сроков технической пригодности пенополиэпоксида ПЭ-9 со­ставил в ценах 1985 года 140 тыс. руб.

Получен положительный эффект от внедрения в 1977-1987 г. г. из­делий предприятия п/я A-I923 (Москва) с использованием рекомендован­ных пенополиэпоксидов ПЭ-9, ПЭ-12, ПЗ-60 и эластичного пенополиурета­на ППУ-ЭМ-1 при использовании полученных нами результатов определе­ния гарантийных сроков технической пригодности пенополимеров.