Пенопласты на основе эпоксидных смол (пеноэпоксиды)

Пеноэпоксиды – газонаполненные материалы на основе эпоксидных смол. Чаще всего это жесткие материалы с замкнутой структурой ячеек. Основой композиции при получении пеноэпоксидов являются смолы и отвердители. Вспенивание осуществляется в результате испарения жидкости, входящей в состав смеси (например фреона). Иногда для вспенивания применяют газообразователи. В этом случае проводят горячее отверждение, совмещаемое со вспениванием. Вспенивание можно осуществить с помощью газов, выделяющихся при взаимодействии компонентов композиции. Самым ценным качеством некоторых эпоксидных пенопластов (например эпокси-бороксиновых) является исключительно высокая температура размягчения (до 300°С) и высокая термостабильность (до 200°С в течение 48 ч).

Для получения сверхлегких пеноэпоксидов с кажущейся плотностью 20…30 кг/м³ в качестве отвердителей применяют комплексы ВF₃ со спиртами, эфирами или аминами. Вспенивание осуществляется фреоном, которое происходит при комнатной температуре. Отверждение длится всего несколько минут. Получаемые полиэпоксиды имеют малую хрупкость, упруги, устойчивы к действию света, имеют белый цвет и со временем не желтеют в отличие от пенополиуретанов.

Порядок выполнения работы

1. Получить пенополистирол с различной кажущейся плотностью вспениванием гранул, содержащих низкокипящую жидкость.

1.1. Провести предварительное вспенивание гранул. Изменяя продолжительность вспенивания, получить гранулы с различной насыпной плотностью. Для этого необходимо полимер марки ПСВ (полистирол самовспенивающийся без добавок) в количестве 5…7 г рассыпать равномерно на тонкий металлический противень и поместить его в термопечь, где выдержать при температуре 102±2^оС в течение 3 мин. Затем противень извлечь из печи и гранулы высыпать на лист фильтровальной бумаги (партия 1).

Описанную операцию повторить еще два раза, увеличив продолжительность предварительного вспенивания до 4 и 5 минут (партия 2 и 3).

Предварительно вспененный полистирол необходимо оставить созревать в комнатных условиях не менее 4 часов.

1.2. Определить насыпную плотность вспененных гранул.

Из каждой партии гранул взять навеску около 2 г (с точностью до 0.01 г), высыпать ее в мерный цилиндр на 100 мл и замерить объем, занимаемый гранулами. Насыпную плотность рассчитать по формуле

кг/м³ , (1.1)

где - масса гранул, кг,

- объем, занимаемый гранулами, м³.

Результаты занести в табл. 1.1.

1.3. Заключительное вспенивание.

Заключительное вспенивание провести в специальных цилиндрических формах.

Каждую партию гранул (1 – 3) засыпать в формы, предварительно смазанные мыльной пеной, до верхнего уровня. Формы закрыть, сжать и поместить на 10 – 15 минут в термопечь при температуре 110…115^оС. Формы вынуть из шкафа и охладить на воздухе до комнатной температуры, после чего полученные образцы пенопласта извлечь из форм.

1.4. Определить кажущуюся плотность готовых образцов пенопласта.

Измерить размеры образцов пенопласта штангенциркулем с точностью до 0,2 мм не менее чем в трех местах, используя в дальнейших расчетах среднеарифметическое значение. Определить среднюю высоту образцов и среднюю площадь их поперечного сечения (S_о, м²). Результаты занести в табл. 1.1.

Взвесить образцы на весах с точностью до 0,01 г и рассчитать их кажущуюся плотность по формуле

кг/м³, (1.2)

где - масса образца, кг.

- объем образца, м³.

Результаты занести в табл. 1.1.

Построить график зависимости насыпной плотности гранул r_н и кажущейся плотности r_к пенополистирола от продолжительности предварительного вспенивания.

2. Изучить структуру пенополистирола с различной кажущейся плотностью.

2.1. Изучить и зарисовать макроструктуру пенополистирола.

2.2. Изучить структуру оболочки и центральной части ячейки пенополистирола под микроскопом.

Из середины плиты лезвием безопасной бритвы вырезать тонкий слой пенопласта. После чего полученный образец поместить на предметный столик микроскопа, выбрав объектив с семи-восьмикратным увеличением и окуляр с увеличением в 10-12 раз. В окуляр вставить стеклышко с сеткой, цена деления которой известна. Зарисовать увиденное в микроскоп изображение оболочки и центральной части ячейки пенопласта.

3. Провести испытания полученных образцов пенопласта на сжатие, построить графики зависимости силы от деформации Р = f() для образцов с различным временем предварительного вспенивания.

Поочередно провести испытания трех образцов на ручном гидравлическом прессе, фиксируя высоту образцов (h) через каждые две атмосферы по манометру.

Усилие сжатия в каждый момент определяется как произведение давления по манометру р, кгс/см², на площадь поперечного сечения поршня, на который это давление действует (S_п » 30 см²). Для перевода силы в ньютоны это произведение надо умножить на 9,8 (можно округлить до 10).

Сила, таким образом, равна:

Р = рS_п×10 Н. (1.3)

Результаты испытаний занести в табл. 1.2.

Деформацию в процессе испытаний определить по формуле

e=(Dh/h₀)×100%. (1.4)

Условные напряжения в каждый момент сжатия определить по формуле

, (1.5)

где S₀ – площадь поперечного сечения пенопластового образца, м².

По результатам испытаний построить диаграммы сжатия пенопластов Р=f(e) для трех образцов (рис.1.1).

Рис. 1.1. Диаграмма сжатия пенопластов:

1, 2 – с резким изменением характера диаграммы при Р_пр;

3 – без резкого изменения характера диаграммы

4. Определить условное разрушающее напряжение сжатия образцов пенополистирола.

Условным разрушающим напряжением пенопласта (пределом прочности при сжатии) называется напряжение, приводящее к резкому уменьшению начальной жесткости пенопласта.

Из диаграммы сжатия определить предельное усилие (рис. 1.1, кривые 1 и 2). При отсутствии резкого изменения характера диаграммы сжатия определить усилие , вызывающее 10%-ную деформацию образца (рис. 1.1, кривая 3).

Условное разрушающее напряжение при сжатии рассчитать по формуле

МПа, (1.6)

где - предельная нагрузка, Н;

S₀ – площадь поперечного сечения образца, м².

Напряжения сжатия при 10%-ной деформации определить по формуле

МПа, (1.7)

где – усилие сжатия при 10%-ной деформации.

5. Определить принадлежность образцов к соответствующему классу по жесткости.

Определить напряжения сжатия s_50сж во всех образцах при 50%-ной деформации.

Результаты расчетов занести в табл. 1.3.

Сделать выводы о принадлежности пенопластов к тому или иному классу по жесткости (табл. 1.3).

6. Оформить отчет по лабораторной работе.