книги из ГПНТБ / Павлов В.А. Пенополистирол

В процессе циклических испытаний в макромолеку­ лах полимерной основы пенопласта ПСБ увеличивается количество кислородсодержащих группировок, а в пено­ пласте ПСБ-с — число метальных групп, свидетель­ ствующих о появлении разветвлений в макромолекулах, и кислородсодержащих группировок, но их количество гораздо меньше по сравнению с пенополистиролом ПСБ. Это различие объясняется наличием в полимер­ ной основе пенопласта ПСБ-с антипирена, препятству­

от структуры материала — его пористости, содержания открытых и закрытых пор и межзерновой пористости. Это отнооится в первую очередь к пенополистиролу

ПСБ.

Паро- и воздухопроницаемость. Показателем паропроницаемоста служит коэффициент паропроницаемоста, который определяет массу водяного пара (в г), прони­ кающего в течение 1 ч через 1 м2 поверхности образца толщиной 1 м под влиянием разности парциальных давлений с одной и Другой стороны образца ів 1 мм

пористости и характера пор показатели паропроницае­ мости различных марок пенополистирола значительно

101

Т а б л 11 Ц а IV.8. Воздухопроницаемость пенополистирола

Парю- и воздухопроницаемость пенополистирола определяется также растворимостью и диффузией паров и газов через полимерные стенки ячеек21.

Химическая стойкость. Пенополистирол, как и поли­ стирол, обладает высокой химической стойкостью. Хи­ мические реагенты ' действуют на пенополистирол так же, как и на монолитный полистирол, однако при оценке химической стойкости необходимо учитывать бо­ лее ‘развитую удельную поверхность, которая способ­ ствует более интенсивному воздействию на пенополисти­ рол агрессивных сред. С другой стороны, наличие на поверхности изделий из пенополистирола уплотненной пленки снижает поглощение _агресеивных сред.

Химическую стойкость пенополистирола в агрессив­ ных средах оценивают по изменению массы образцов и по количеству экстрагируемых веществ. При определе­ нии этих показателей используют образцы в форме куба с ребром 30 мм.

Полистирольные пенопласты характеризуются высо­ кой стойкостью к действию минеральных агрессивных сред, устойчивы к действию слабых и сильных кислот (исключение составляет концентрированная азотная кислота). Пенополистирол разрушается под действием эфиров, кетонов, хлорированных и ароматических угле­ водородов, набухает в бензине и маслах. Наиболее вы­ годой химической стойкостью отличается беспрессовый Пенополистирол. В табл. ІѴ.9 приведены данные о стой­ кости пенополистирола к различным реагентам22.

Воздухостойкость определяет способность материала сохранять свои свойства после интенсивного обдувания

103

* с — стоек, н — нестоек.

воздухом в течение продолжительного времени. При испытании на воздухостойкость пенополистирол обду­ вают в специальной камере при направленном движе­ нии воздушной струи с температурой 18—20° С и от­ носительной влажностью 65%; продолжительность об­

к пределу прочности при изгибе до испытания. Значе­ ния воздухостойкости пенополистирола представлены в табл. IV. 10.

Из данных табл. IV. 10 видно, что прочность образ­ цов пенополистирола не снижается. Незначительное увеличение кажущейся плотности объясняется увеличе­ нием влажности образцов.

- Биологическая стойкость. Пенопласты не поддаются

104

гниению, воздействию насекомых, не поражаются гры­ зунами, они обладают высокой стойкостью к действию грибков и_бактерий. Интенсивность грибкового пораже­ ния пенополистирола* зависит от его кажущейся плот­ ности 13.

Так как жизнедеятельность различных микроорга­ низмов возможна при наличии влажной среды, то основ­ ными условиями повышения биостойкости пенопластов является увеличение водостойкости и устранение причин их возможного увлажнения. Увлажнение пенополисти­ рола наиболее часто происходит при использовании его в строительных конструкциях. В этом случае пено­ пласты чаще всего поражаются домовыми грибками Конифора церебелла, Пория ванарария и Морулиус лакриманс.

Для определения биостойкости специально выращи­ вали культуры грибков в сосновых опилках13. Образцы пенополистирола находились под действием грибков, после чего определяли их влажность, потери массы и предел прочности при растяжении. Результаты испыта­ ний представлены в табл. IV.11. Образцы пенополисти­

105

Т а б л и ц а IV. 11. Биологическая стойкость пенополистирола

грибка. Развитие грибка на образцах было не пышным,

ностью. Так, пенополистирол марок ПС-1, ПСБ и ПСБ-с не корродирует другие материалы, а полистирол ПС-4 корродирует оцинкованные стали23. „Корродирующее действие усиливается при увлажнении пенополистирола, „а также/при повышенных температурах^

106 ' 4

Прочностные свойства пенополистирола

Механические свойства пенополистирола -зависят от размеров и -формы ячеек я от прочности полистирольных пленок, составляющих стенки ячеек3. Установить количественную связь между механическими свой­ ствами и параметрами ячеистой структуры пенополисти­ рола достаточно трудно, потому что на каждый показа­ тель одновременно влияют несколько параметров структуры, а изготовить образцы, ячеистая структура которых отличалась бы только одним параметром при строгом соблюдении других3, сложно.

Из-за специфичности механических свойств пенопо­ листирола трудно выбрать критерии их прочности и деформативности. Об этом свидетельствуют заметные различия в критериях прочности для различных видов напряженного состояния, принятых в разных методиках.

Предел прочности для большинства жестких пено­ пластов явно выражен только при растяжении, когда происходит потеря несущей способности. При испыта­ нии пенопластов на сжатие хрупкое разрушение в боль­ шинстве случаев отсутствует и- четко выраженного пре­ дела прочности не наблюдается (рис. IV. 15). Поэтому

эта характеристика зачастую определяется условно.как напряжение, отвечающее заданной деформации мате­ риала (2,5 и 10% относительной деформации).

107

При растяжении для пенопластов характерна нели­ нейная зависимость деформации от напряжения. Откло­ нения от линейности проявляются уже в области милых деформаций, причем кривизна постоянно увеличивается с ростом напряжений. Наклон кривой на начальном участке, где напряжение более или менее пропорцио­ нально деформации, определяется жесткостью полимер­ ной композиции, составляющей основу пенопласта. На предел прочности при растяжении пенопластов влияет устойчивость полимерных пленок, образующих стенки ячеек. Необратимые деформации пенопластов обуслов­ лены разрушением элементов макроструктуры материа­ ла, что приводит к развитию гистерезисных явлений и возникновению остаточных деформаций. Остаточные де­

ная деформация пенопластов без потери несущей спо­

щей участку АВС, характерна потеря устойчивости ячеек и их уплотнение («сплющивание»). Соотношение этих областей в диаграмме «напряжение —деформа­ ция» определяется свойствами полимерной основы и параметрами ячеистой структуры пенопластов.

Несущую способность пенопластов целесообраано оценивать при сжатии и сдвиге по критическим напря­ жениям9. Различие между критическим напряжением и пределом прочности, соответствующим 10% -ному ли­ нейному сжатию образцов (принятому в технических условиях на пенопласты), зависит от вида пенопласта и особенностей его структуры. Статистический анализ ре­ зультатов испытаний на сжатие различных партий пенополистирола ПСБ показал, что пределы прочности при сжатии при 5 и 10%-ном деформировании образ­ цов отличаются на 12—18%.

физико-механические свойства пенопластов зависят от кажущейся плотности, свойств сырья и технологии производства. Так, по механическим свойствам беспрессовьш пенополистирол уступает прессовому, что объ­ ясняется, в частности, низкой прочностью суспензион-

108

иого полистирола, из которого его получают. Прочность полимера, как правило, с ‘повышением молекулярного веса возрастает. Прессовые пенополистиролы (ПС-1, ПС-4 и др.) изготавливают на основе эмульсионного по­ листирола, имеющего высокий молекулярный вес, в то время как молекулярный вес суспензионного полисти­ рола составляет 30 000—45 000. Для повышения механи­ ческих характеристик беспрессового пенополистирола желательно увеличить молекулярный вес полимерной основы.

Другая причина различия в механических показа­ телях беспрессового и прессового пенополистирола за­ ключается в строении полимерных ячеек. У прессовых пенопластов полимер образует единую структуру, со­ стоящую из тонких прочных слоев полимерного веще­ ства. Беспрессовый пенополистирол, полученный спека­ нием отдельных гранул между "собой, в ряде случаев при растяжении материала разрушается по межгрануль­ ным поверхностям вследствие недостаточного спекания гранул.

Предел прочности при растяжении беспрессового пенополистирола марки ПСБ составляет примерно 50—60% предела прочности прессового пенополистиро­ ла ПС-4. Предел прочности при сдвиге этих материалов одинаковой кажущейся плотности различается более чем в 2 раза. Вместе с тем24' 25 прочность при сжатии и модули упругости пенопластов ПСБ и ПС-4 довольно близки:.

Показатели механических свойств зарубежных и отечественных беспрѳссовых пенополистиролов низкой кажущейся плостности мало различаются. Так, проч­ ность при сжатии пенополистирола ХР (Англия), стиропора (ФРГ), монтопора (США), имеющих кажущуюся плотность 18—20 кг/м3, составляет 1 кгс/см2. Такую же прочность имеют отечественные пенополистиролы ПСБ с такой же кажущейся плотностью. Однако зарубежные пенополистиролы имеют более высокий, предел проч­ ности при растяжении. Например, предел прочности при растяжении пенопласта монтопор равен 1,5 кгс/см2, в то время как соответствующие отечественные пенопо­ листиролы имеют предел прочности около 1—1,2 кгс/см2. Пониженная прочность отечественных беспраосовых пе­ нополистиролов объясняется низким качеством некото-

109