ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ПЕНОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ КАРБАМИДНЫХ СМОЛ С АКТИВИРОВАННЫМИ НАПОЛНИТЕЛЯМИ

Теплофизические свойства

Поскольку карбамидные пенопласты применяются в качестве тепловой изоляции, то их основными теплофизи чески ми характеристиками являются теплопроводность, теплостойкость (сохранение работоспособности при повышенных температурах) и горючесть.

В связи с наличием ячеистой структуры передача тепла в материале

Зависимость коэффициента теплопроводности наполненного

Пенопласта от влажности

Рис. 4.7. 1 - без активатора, 2 - с ЛДБАХ, 3 - с ДПХ

Обуславливается как теплопроводностью полимерных пленок, так и теплопроводностью конвекцией газообразной фазы и излучением между стенками ячеек, которые находятся в большой зависимости от характера пористой структуры. С увеличением среднего размера пор теплопроводность пенопласта увеличивается из-за роста вклада конвективного переноса теплоты. Кроме того, в пенопластах, характеризующихся открытоячеистой структурой, возникают конвективные потоки воздуха между порами, которые повышают проводимость тепла.

Исследования прошлых лет показали, что важным фактором, влияющим на теплопроводность карбамидных пенопластов, является влажность материала, имеющих небольшую кажущуюся плотность, эта зависимость выражается особенно резко.

Исследована зависимость коэффициента теплопроводности наполненного карбамидного пенопласта от влажности (рис. 4.7). Выявлено, что при замещении воздуха в ячейках наполненного пенопласта водой коэффициент теплопроводности увеличивается с О, 049 Вт/м. К, до 0, 067 Вт/м. К, хотя активация поверхности наполнителя с ЛДБАХ и ДПХ позволяет снизить теплопроводность пенопласта при 12%-ной влажности соответственно на 6,1 и 7,5%. Как видно из рисунка, интенсивный рост коэффициента теплопроводности наблюдается с повышением влажности до 9-10%. Дальнейшее увеличение влажности приводит к снижению интенсивности роста теплопроводности. Следует отметить, что предва­рительная активация поверхности наполнителя приводит к незначительному изменению характера зависимости, особенно при низких значениях влажности.

Известно /39/, что коэффициент теплопроводности карбамидных пенопластов в зависимости от плотности и влажности определяется также расчетным путем.

Х= 1,16(0,0259 + 0,00037р + 0,0036W0)

Р - кажущаяся плотность пенопласта в воздушно-сухом

Состоянии, кг/м3, W0 - влажность пенопласта по объему, %

Сопоставление экспериментальных и расчетных значений коэффициента теплопроводности разработанных карбамидных пенопластов с активированными наполнителями показали сильное различие между ними (1,8-2 раза). Видимо, вышеприведенная эмпирическая зависимость неадекватно описывает процесс теплопереноса через слой наполненного пенопласта, который отличается довольно высокой плотностью в сравнении с карбамидными пенопластами марок БТП и МФП (раздел 1.2) и более упорядоченной мелкоячеистой структурой.

Промышленность и строительство на современном этапе испытывают гораздо большую нужду в пенопластах (в частности наполненных) повышенной теплостойкости, чем в пенопластах с хорошими металлическими характеристиками, поскольку последние имеются в достаточно большом ассортименте (пенополиуретан, пенополистирол, пеноэпоксид и их различные модификации). Именно поэтому проблеме повышения температур эксплуатации (теплостойкости) и увеличения сроков службы карбамидных пенопластов в настоящее время уделяется большое внимание.

Теплостойкость пенопластов определяется не только свойствами олигомерной основы, но и особенностями макроструктуры, в частности, степенью дисперсности, обусловленной кажущейся плотностью и анизотропией материала.

Нами изучено влияние количества КПАВ на теплостойкость наполненных карбамидных пенопластов при оптимальной дисперсности карбонатного наполнителя (раздел 3.2).

Как видно из рис. 4.8 интенсивный рост теплостойкости наполненных карбамидных пенопластов по мере увеличения количества ЛДБАХ

Изменение теплостойкости карбамидного пенопласта во времени в зависимости от количества ЛДБАХ

Зависимость теплостойкости карбамидного пенопласта во времени в зависимости от количества ДПХ

Зависимость горючести наполненного карбамидного пенопласта от количества ЛДБАХ и дисперсности барханного песка

Зависимость горючести наполненного карбамидного пенопласта от количества ДПХ и дисперсности барханного песка

Наблюдается на 15-30 сут возрастах. Также следует отметить характерное явление снижения теплостойкости при содержании ЛДБАХ выше оптимального (1,0-1,2 по массе). В 30-60 сут возрастах заметно снижается интенсивность роста теплостойкости образцов.

Зависимость теплостойкости композиций с ДПХ (рис. 4.9) аналогичен композициям с ЛДБАХ. В композициях с ДПХ кинетика достижения максимума теплостойкости (115° С) пенопластов имеет более выраженный характер. Выявлено, что при расходе ДПХ выше 0,8 теплостойкость пенопластов снижается. Это связано, по-видимому с агрегированием частиц высокодисперсного барханного песка и последующим неравномерным распределением их в объеме карбамидофор - мальдегидного полимера.

Как известно, возгораемость пенопластов зависит от вида их полимерной основы. Введение наполнителей, несомненно, приведет к понижению горючести пенопластов, что обусловлено обрывом цепных разветвленных процессов горения на частицах песка /73/. Поэтому, хотя для снижения горючести пенопластов обычно используют специальные наполнители-антиперены, введение инертных высокодисперсных минеральных наполнителей, типа кварцевых песков, положительно влияет на показатель горючести пенопластов.

Нами исследовано влияние количества и дисперсности активированного барханного песка на коэффициент горючести наполненного карбамидного пенопласта (рис. 4.10-4.11). Как видно из рисунков, на коэффициент горючести пенопласта влияет не только количество активатора и дисперсность наполнителя, но и вид КПАВ. Это выражается в довольно интенсивном снижении коэффициента горючести образцов с ЛДБАХ при увеличении количества КПАВ до 0,5-0,6% по массе наполнителя (рис. 4.10). Увеличение удельной поверхности барханного песка привело к заметному снижению горючести пенопласта, что является дополнительным подтверждением влияния фракционного состава наполнителя на горючесть путем нейтрализации активных радикалов, образующихся в процессе разветвленной реакции горения. При увеличении дисперсности с 0,4 до 0,8 м2/г горючесть карбамидных пенопластов с ЛДБАХ снижается на 65%.

Влияние количества ДПХ на горючесть пенопластов отличается более умеренным характером, по сравнению с композициями ЛДБАХ, хотя влияние дисперсности наполнителя аналогичен (рис. 4.11). Горючесть пенопластов с дисперсностью барханного песка 0,6 м2/г, при увеличении количества ДПХ с 0,2 % до 1,2 % снижается очень незначительно. Но с увеличением дисперсности влияние количества ДПХ, приобретает более выраженный характер (кривая 3). По-видимому, в данном эффекте решающую роль играет химическая природа поверхности наполнителя.

ВЫВОДЫ

1. Применение активированных катионоактивными поверхностно - активными веществами барханных песков в качестве наполнителей карбамидных пенопластов позволяют повысить прочностные свойства материала. Установлено, что в температурном интервале 0-60°С прогностные показатели наполненного пенополимера изменяются незначительно.

2. Выявлено, что активация поверхности ЛДБАХ и ДПХ способствуют более равномерному протеканию процессов деформирования при отверждении структурообразования карбамидных пенопластов. Карбамидные пенопласты на активированных наполнителях позволяют развитие 11 -12%-ные деформации сжатия без потери материалом несущей способности.

3. Активаторы ЛДБАХ и ДПХ позволяют повысить теплостойкость пенопластов на 13-15° С при оптимальной дисперсности наполнителя, а также значительно снизить показатель горючести путем нейтрализации активных радикалов процессов горения.