Усиление карбамидных пенопластов активными наполнителями

Исследование основных технических свойств химически наполненных карбамидных пенопластов [141,143,144]

При исследовании технологических параметров было установлено, что при введении химически активного наполнителя более 6 % процесс гелеобразования начинает ускоряться (рис.3.156). Скорость отверждения смолы при этом становится больше скорости газообразования, что приводит к возникновению внутренних напряжений, приводящих к трещинообразованию пенопласта. Поэтому, химически активные наполнители вводились в систему в пределах до 10 масс. ч.

Для оптимизации рецептуры химически наполненных пенопластов в композиции варьировалось содержание наполнителей (АНО, ОВТЭЦ и доломита разной удельной поверхности) и ортофосфорной кислоты. В качестве критериев оптимальности составов выбраны следующие основные эксплуатационные свойства: плотность, прочность на сжатие при 10%-ной деформации, сорбционное увлажнение и линейная усадка.

На рис. 4.1 - 4.4 представлены зависимости указанных свойств от содержания наполнителя. Причем, для каждого из наполнителей были найдены оптимальные соотношения с кислотой, а именно для АНО : кислота = 1:1,8; ОВТЭЦ : кислота = 1 : 2,26; доломит : кислота = 1: 2,26. Количество кислоты рассчитывалось таким образом, чтобы время реакции взаимодействия химически активного наполнителя с кислотой (при теоретически 100% выходе) соответствовало оптимальному, с точки зрения технологичности, времени гелеобразования (от 2 до 4 минут).

Из анализа кривых зависимостей плотности и прочности на сжатие при 10%-ной деформации от содержания наполнителя (рис.4.1) видно, что рост прочности пенопластов, наполненных малым количеством доломита и ОВТЭЦ (до 4 масс. ч.), происходит при незначительном увеличении плотности.

И S

I-

*

J

X! ^

■О D

О Ч -

Исследование основных технических свойств химически наполненных карбамидных пенопластов [141,143,144]

40 f--------------------------------------------------

О 2 4 б 8 10

Концентрация наполнителя, масс ч.

Исследование основных технических свойств химически наполненных карбамидных пенопластов [141,143,144]

Т

О T 1= с

О 2 4 6 8 10 Концентрация наполнителя, Масс. ч

Рис.4.1. Зависимость плотности (а) и прочности на сжатие при 10%-ной деформации (б) карбамидного пенопласта от концентрации наполнителя (на 100 масс. ч. смолы): 1-АНО, 2- ОВТЭЦ, 3- доломит (исходный порошок), 4,5,6 - доломит (соответственно 1, 2 и 3 мин помола)

Низкие значения плотностей коррелируют с высокой кратностью вспенивания. Наибольшая плотность карбамидных пенопластов, модифицированных АНО, объясняется отсутствием газообразования при взаимодействии Al(OHh с ортофосфорной кислотой.

Повышение плотности с увеличением содержания наполнителя более 6 масс. ч., обусловлено необходимостью введения большего количества кислоты, при этом происходит резкое ускорение процесса отверждения смолы, сопровождающееся фиксацией высокоплотной ячеистой структурой.

С целью определения оптимальной концентрации наполнителей, с точки зрения улучшения прочностных характеристик, были рассчитаны коэффициенты конструктивного качества (К К. К.), равные отношению предела прочности при сжатии пенопласта к его плотности. Пенопласты с более высоким К. К.К являются более эффективными. Анализ швисимосгей, представленных на рчс.4.2, позволяет сделать заключение, что наибольшую прочность на сжатие при минимальной плотности имеют карбамидные пенопласты, наполненные 3 масс. ч. АНО, 5 масс. ч. ОВТЭЦ и 5 масс. ч. доломита, подверженного 3 мин. помола, характеризующегося наибольшей удельной поверхностью. Наименьший К. К.К. наблюдается при наполнении исходным порошком доломита.

2,7

Исследование основных технических свойств химически наполненных карбамидных пенопластов [141,143,144]

2,4

* 1.8

1.5

1.2

О 2 4 6 8 1С

Концентрация наполнителя, масс. ч.

Рис.4.2. Зависимость К. К.К. карбамидного пенопласта от концентрации наполнителя (на 100 масс. ч. смолы): 1-АНО, 2- ОВТЭЦ 3-доломит (исходный порошок), 4,5,6 - доломит (соответственно I, 2 и 3 мин помола)

Однако, при оценке эффективности химического наполнения необходимо учитывать и изменение теплофизических характеристик материала. При исследовании изменения теплопроводности пенопласта в зависимости от количества наполнителя, было отмечено, что наименьшее увеличение коэффициента теплопроводности характерно для карбамидных пенопластов, модифицированных газообразующими наполнителями доломитом и ОВТЭЦ (всего на 3-5% больше, чем у ненаполненного пенопласта). Вероятно, это обусловлено положительными изменениями ячеистой структуры в результате сочетания воздушно-механического способа с газообразованием, позволяющими компенсировать увеличение теплопроводности в присутствии минеральных наполнителей. Максимальное увеличение коэффициента теплопроводности (на 8% больше, чем у ненаполненного пенопласта) свойственно пенопласту, модифицированному АНО.

Одним из основных показателей является сорбционное увлажнение пенопласта, оказывающее сильное негативное влияние на теплозащитные характеристики материала, и, в первую очередь, на теплопроводность.

Из представленных на рис.4.3 зависимостей сорбционного увлажнения от содержания АНО, ОВТЭЦ и доломита видно, что с повышением концентрации наполнителей гигроскопичность материала уменьшается. Оценивая влияние дисперсности наполнителя (на примере доломита) на гигроскопичность видно, что с ростом удельной поверхности сорбционное увлажнение пенопласта снижается. Однако, карбамидные пенопласты, наполненные АНО, удельная поверхность которого в 2 раза больше, чем у ОВТЭЦ, характеризуются большей сорбционной влажностью, чем карбамидные пенопласты, модифицированные ОВТЭЦ. Это еще раз подтверждает положительное влияние газообразования при использовании ОВТЭЦ.

Значительная линейная усадка, возникающая в процессе сушки, свойственна всем карбамидным пенопластам, предусматривает обязательное исследование влияния химического наполнения на величину данной характеристики.

Исследование основных технических свойств химически наполненных карбамидных пенопластов [141,143,144]

О

2

8

10

Концентрация наполнителя, масс ч.

Рис.4.3. Зависимость сорбционного увлажнения карбамидного пенопласта от концентрации наполнителя (на 100 масс. ч. смолы): 1-АНО, 2- ОВГЭЦ. 3- доломит (исходный порошок), 4.5,6 - доломит (соответственно 1,

2 и 3 мин помола)

Показанные на рис.4 4 зависимости линейной усадки от содержания наполнителя, имеют экстремальный характер. Минимальная линейная усадка наблюдается при следующем содержании наполнителей.: АНО - 3 масс. ч., ОВТЭЦ - 6 масс. ч., доломит (независимо от дисперсности) - 3 масс ч Дальнейшее увеличение линейной у садки при увеличении концентрации наполнителя, вероятно, связано с возникновением внутренних напряжений в высокоплотном пенопласте, в результате несоответствия скоростей химическою взаимодействия наполнителя с кислотой со скоростью отверждения смолы.

Усадка карбамидных пенопластов может быть разделена на технологическую и временную [33,35]. Усадка технологическая, в основном зависит, от количества технологической воды (вода в составе пенообразующего раствора и часть воды, входящей в состав смолы), дренирующей в период отверждения карбамидной пены (первые 8-10 часов после заливки формы).

Исследование основных технических свойств химически наполненных карбамидных пенопластов [141,143,144]

1.2

О 2 4 6 8 10 Концентрация наполнителя, масс. ч

Рис.4.4. Зависимость линейной усадки карбамидного пенопласта от концентрации наполнителя (на 100 масс. ч. смолы): 1-АНО, 2- ОВТЭЦ. 3- доломит (исходный порошок), 4,5,6 - доломит (соответственно 1, 2 и 3 мин помола)

Временная усадка наблюдается при переходе из начальной 100%-ной влажности к равновесному состоянию.

Усадка сопровождается потерей массы в результате удаления воды в процессе отверждения и сушки пенопласта. Из представленных на рис. 4.5 зависимостей изменения массы образцов наполпечных пенопластов в процессе сушки видно, что основное удаление технологической воды (50-80%) происходит в период отверждения, когда материал еще проявляет упругие свойства и мала вероятность возникновения внутренних напряжений.

Низкие значения линейной усадки наполненных пенопластов и отсутствие трещинообразования можно объяснить, во-первых, меньшей динамикой удаления оставшейся влаги (20-40%) в процессе сушки >же отвержденного материала (после первых 10 часов), и, во-вторых, образованием в присутствии наполнителя более однородной ячеистой структуры.

Исследование основных технических свойств химически наполненных карбамидных пенопластов [141,143,144]

Продолжительность отверждения и сушки, часы — X— /доломит (ИСХОДНЫМ пирошок) —V— АНО

О доломит 1 мин помола —D— ОВТЭЦ

Доломит 2 мин помола - - без наполнителя

Доломит 3 мин помола

Рис.4.5. Зависимость потери массы карбамидного пенопласта в процессе отверждения и сушки

Кроме того, уменьшение внутренних напряжений возможно, благодаря более быстрому протеканию релаксационных процессов на межфазной поверхности частицы наполнителя и смолы из-за перехода отверждаюшейся полимерной системы на поверхности частиц в студнеобразное состояние вследствие образования локальных физических или химических связей между структурными элементами.

Высокие значения усадки, характерные для ненаполненного пенопласта, определяются, вероятно, тем, что основное количество воды (более 80%) удаляется после 10 часов (рис. 4.5) из уже отвержденного пенопласта. При этом в материале возникает градиент в л агосо держания и происходит развитие внутренних напряжений, приводящих к трещинообразованию пенопласта.

Удержание влаги в объеме ненаполненного пенопласта (особенно в процессе отверждения) обусловлено капиллярным подсосом (всасыванием) дренажной воды из-за характерных для ячеистой структуры ненаполненного пенопласта капилляров Плато-Гиббса.

Анализ полученных концентрационных зависимостей эксплуатационных свойств пенопласта от содержания АНО и ОВТЭЦ позволил определить оптимальные концентрации АНО и ОВТЭЦ, равные, соответственно, 3% и 5%. При выбранных концентрациях наблюдается наилучшие показатели прочности. Увеличение коэффициента конструктивного качества при этом составило 55 % (АНО) и 50 % (ОВТЭЦ). Наблюдается снижение сорбционного увлажнения на 27 % (АНО) и 38% (ОВТЭЦ), а линейная усадка уменьшается на 75 % (АНО) и 67 % (ОВТЭЦ).

В случае доломита выбор оптимальных концентраций усложняется. Из полученных зависимостей видно, что с ростом удельной поверхности доломита сорбционное увлажнение снижается, а установить зависимость влияния дисперсности доломита на прочностные характеристики и усадку достаточно сложно. Необходима оптимизация состава с учетом всех определяющих факторов.

Усиление карбамидных пенопластов активными наполнителями

Карбамидные пенопласты для строительства

1. Согласно разработанным рецептурам выпущена опытно-промышленная партия наполненных карбамидных пенопластов объемом 100 м ; 2. Результаты испытаний наполненных карбамидных пенопластов показали увеличение прочности' в 10 раз и уменьшение (на 60 …

Добавки в карбамидные пенопласты

1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность и эффективность усиления «химическим наполнением» карбамидных пенопластов, получаемых сочетанием воздушно-механического пенообразования и газообразования за счет химического взаимодействия компонентов системы с химически активными наполнителями. …

Выводы по главе и некоторые практические следствия

1. В традиционную технологическую схему производства карбамидных пенопластов внесены изменения, заключающиеся в дополнительных операциях: сушка и помол (просев ВПП с целью выделения эффективной фракции) наполнителя, приготовление суспензии наполнителя в карбамидоформальдегидной …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.