книги из ГПНТБ / Павлов В.А. Пенополистирол

щим влиянием газа, находящегося в ячейках, на про­ цесс теплопроводности. Коэффициент теплопроводности возрастает также с повышением температуры 24. Умень­ шение коэффициента X с понижением температуры объ­ ясняется разрежением газа внутри ячеек, которое за­ трудняет теплопередачу65' 66.

Увеличение влажности пенополистирола приводит к возрастанию теплопроводности67 (рис. IV.46). Измене­ ние коэффициента теплопроводности пенополистирола ПСБ в зависимости от влажности может быть определе­ но по формуле68:

этих материалов открытых ячеек, воздушных включений, полостей и т. п. При замещении воздуха в ячейках во­

чение, которое могло бы быть на основе разницы между X воздуха и X воды. Это объясняется 3 тем, что влага прежде всего заполняет мелкие ячейки, наиболее эффек­ тивно влияющие на теплопроводность. В пенополистиро­ ле, изготовленном из гранул, вода заполняет простран­ ство преимущественно вокруг точек соприкосновения отдельных гранул и образует тепловые мостики. При влажности пенополистирола ПСБ, равной 3 объемн.%,

0,040 ккал/(м-ч-град).

Наличие в структуре пенополистирола крупных яче­ ек, особенно сквозных, обусловливает возможность возниконовения конвективных газовых потоков, ухудшаю­ щих теплоизоляционные свойства. Зависимость коэффи­

150

Данные о зависимости коэффициента теплопроводно­ сти пенополистирола от размера пор представлены в

ч• табл. ІѴ.23.

Та б л и ц а ІѴ .23. Зависимость коэффициента теплопроводности пенополистирола от размера пор

различных марок приведены в табл. IV.24.

Т а б л и ц а IV.24. Теплофизические характеристики пенополистирола

Электрические свойства пенополистирола

Электрические свойства пенополистирола характери­ зуются главным образом диэлектрической проницаемо­ стью е и тангенсом угла диэлектрических потерь tgö. Для удобства математической обработки введено поня­ тие «обобщенной» диэлектрической проницаемости, ко-

J51

торая является комплексной функцией е' — истинной диэлектрической проницаемости и е" — коэффициента диэлектрических потерь:

е = е'-— /в"

где j =

Тангенс угла диэлектрических потерь равен:

tg S =

Пенополистирол состоит из двух фаз — твердой и газообразной, резко различающихся по электрическим свойствам, и является типичным неоднородным диэлект­ риком. Поэтому его диэлектрические свойства могут ха­ рактеризоваться некоторыми средними (эффективными)

значениями еп и tgön. Эти значения при кажущейся плотности пенополистирола р0 можно вычислить, если

известны ei, tgöi и плотность р полимерной основы пе­ нопласта:

а — 26

а-\- 6

Ро

Для вычисления диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь пенопластов мож­ но использовать и формулы, приведенные в работах73' 74.

Измерение е и tgö проводится двумя методами І6: ре­ зонаторным методом в измерителе диэлектриков типа 36-И (для материалов с tgö <0,03) и волноводным мето­

152

дом (для материалов с более высоким tgö). Однако сле­ дует учитывать, что при измерениях малых значений е, характерных для пенопластов, применение номограмм прибора 36-И при вычислениях дает большие ошибки. Чтобы избежать этих ошибок, вычисление е и tgö необ­ ходимо проводить по расчетным формулам, приведен­ ным в описании прибора. Это обеспечивает получение значений е с ошибкой не более 3% и tgö с ошибкой не более 15%. При измерениях волноводным методом вы­ числения е и tgö можно проводить по упрощенным фор­ мулам 72. Для измерения при повышенных температурах (до 200 °С) образец помещают в отрезок волновода, обо­ рудованный электрообогревом.

Полистирол является одним из лучших высокочас­ тотных диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость чистого полистирола составляет 2,5—2,56, а тангенс уг­ ла диэлектрических потерь равен 0,0002—0,0004. Поли­ стирол, полученный эмульсионной или суспензионной по­ лимеризацией, загрязняется остатками инициаторов, эмульгаторов и др., что увеличивает значение tgö до 0,0007—0,001. Значения tgö пенополистирола, полученно­ го прессовым методом, зависят от типа и содержания га­ зообразователя. Диэлектрическая проницаемость не за­ висит от природы газообразователя и составляет 2,5— 2,65, но зависит от кажущейся плотности (рис. IV.47). Влияние количества газообразователя на тангенс угла

153

диэлектрических потерь пенополистирола ПС-1 и ПС-4 иллюстрирует рис. IV.48. Ниже приведены значения tgö различных марок прессового' пенополистирола, со­ держащих 5% газообразователя:

Из приведенных данных видно, что наименьшим зна­ чением tgö характеризуется пенополистирол ПС-2. Оче­ видно, это объясняется тем, что при разложении диазо­ аминобензола выделяется азот и образуются слабопо­ лярные дифениламины, мало увеличивающие tgö поли­ мерной основы.'На рис. IV.49 приведена зависимость

tgö пенополистирола ПС-2 от кажущейся плотности. Не­ который рост tgö пенополистирола ПС-2 наблюдается при нагревании до 60°С (~на 5%).

Высокими диэлектрическими показателями характе­ ризуется также беспрессовый пенополистирол ПСБ.

154

Вспениватель (изопентан) является неполярным продук­ том и не влияет на диэлектрические свойства пенополисти­ рола. Однако испытания образцов показали значительный разброс данных: от 0,0008 до 0,0024 для е и от 1,46 до 1,60 для tgö. По-видимому, это объясняется влиянием плохо отмытых остатков эмульгатора. Кроме того, по­ скольку окончательное вспенивание и спекание пенопо­ листирола марки ПСБ ведется паром или в воДе при 98—105 °С> то полученный пенопласт содержит до 8— 10% влаги, что сильно увеличивает его tgö. При сушке tgö снижается и достигает минимального значения че­ рез 2—3 суток. Ниже показано, как изменяются диэлек­ трические свойства пенополистирола ПСБ с кажущейся плотностью 0,115 г/см3 в процессе сушки после спекания:

После сушки в течение 48 ч ПСБ различной кажу­ щейся плотности имел следующие показатели диэлектри­ ческих свойств І6:

На рис. IV.50 приведена зависимость электрической прочности пенополистирола ПС-1 от кажущейся плотно­ сти.

Электризация гранул пенополистирола

Пенополистирол обладает существенным недостат­ ком — способностью электризоваться, что в значитель­ ной мере затрудняет производство материала и ограни­ чивает его применение. В настоящее время еще нет еди­ ной теории, объясняющей электростатическую электри­ зацию пенополистирола, а существует ряд гипотез75’76. В любом случае возникновение электростатических за­ рядов обусловлено различными внешними факторами, сопутствующими технологическому процессу изготовле­ ния полистирола "или изделий из него.

Технология изготовления изделий из гранул ПСБ включает рассев гранул на определенные фракции, пред­ варительное вспенивание и формование. При загрузке

155

гранул в механическое сито и отборе фракций после просева, при перемешивании гранул во время предвспенивания, а также при выравнивании слоя гранул при за­ сыпке их в формы оператор может быть подвержен электрическому разряду в результате образования на гранулах зарядов статического электричества. Кроме того, наэлектризованные гранулы прилипают к оборудо­ ванию и рукам, плохо поддаются равномерному распре­ делению по объему формы и притягивают пыль, загряз­ няющую изделия.

Для оценки степени электризации гранул ПСБ 77 из­ меряют потенциал и величину заряда, создаваемые гра­ нулами. Так, была исследована зависимость степени электризации гранул от скорости их движения по на­ клонным полочкам шахты, имеющей датчик, по потен­ циалу которого судили о степени электризации. С увели­ чением скорости степень электризации возрастает.

Степень электризации гранул при пересыпании их из одной тары в другую (находящихся на высоте 250— 500 мм одна от другой) определяли по потенциалу дат­ чика, встроенного в приемную тару. Степень электриза­ ции растет с увеличением высоты падения (табл. IV.25).

Т а б л и ц а IV .25. Зависимость электризации гранул от скорости движения и высоты падения

Из данных, приведенных в таблице, видно, что сте­ пень электризации увеличивается при уменьшении диа­ метра гранул 77

Чем выше диэлектрические показатели материала, контактирующего с гранулами ПСБ (удельное объемное и поверхностное электрическое сопротивление, диэлект­ рическая проницаемость), тем более интенсивно они электризуются. В табл. IV.26 представлены данные по электризации гранул, соприкасающихся с поливинил­ хлоридным и медным трубопроводами.

І56

Т а б л и ц а IV.26. Зависимость электризации гранул от типа контактирующего материала

Значения потенциала датчика при использовании для пересыпки гранул совков из различных материалов при­ ведены ниже:

Степень электризации гранул уменьшается при уве­ личении угла наклона медного трубопровода, по которо­ му они движутся (рис. ІѴ.51).

Рис. ІѴ .51. Зависимость степени электризации гранул полистирола от угла наклона медного трубопровода.

При исследовании зависимости характера электриза­ ции гранул от диэлектрических свойств контактирую­ щих с ними материалов было обнаружено, что при кон­ такте с полистиролом и поливинилхлоридом (виниплас­ том) гранулы заряжаются положительно, а при контак­ те с медыо, стеклом, сталью, дуралюмином, сухим дере­ вом — отрицательно78.

При изготовлении изделий из гранул пенополистиро­ ла применяется тара в виде мешков из бумаги или по­ лиэтилена, т. е. из диэлектриков, которые замедляют процесс рассеяния зарядов статического электричества, имеющихся на гранулах. Для устранения влияния за­ рядов статического электричества предложено79 приме-

157

пять тару не из диэлектрического, а из токопроводяще­ го материала и, кроме того, разделять тару на секции с помощью вертикальных токопроводящих перегородок. Испытания проводили, используя шахты из фанеры и из алюминия. В последнем случае шахта представляла собой металлический резервуар со сплошными метал­ лическими перегородками, с перфорированными метал­ лическими перегородками или без перегородок. Датчи­ ки-электроды размещались в пересечении диагоналей го­ ризонтального сечения резервуара или его секций. Срав­ нение показателей датчиков-электродов свидетельствует

Рис. IV.52. Зависимость по­ тенциалов датчиков-электро­ дов от времени с момента

о том, что разделение металлического резервуара вертикальными перегородками обеспечивает значительное уменьшение потенциала поверхностного слоя гранул по сравнению с резервуаром без перегородок. Зависимость потенциала датчика-электрода от времени, прошедшего с момента окончания засыпки гранул в резервуар, пред­ ставлена на рис. IV.52.

Акустические свойства пенополистирола

Акустические свойства пенопластов характеризуются коэффициентом поглощения . звуковых волн, который определяется по формуле:

где g — отношение минимального и максимального звуковых дав­ лений.

Результаты определения коэффициента звукопогло­

158

щения пенополистирола представлены на рис. IV.53 и ниже:

35 кг/м3 имеет в диапазоне частот 100—1000 Гц низкий

Рис. ІѴ .53. Значение коэффициента поглощения звуковых волн пенополистиролом ПСБ ( а ) , ПС-4 и ПС-1 (б):

/—ПСБ. P =27 кг/м3; 2—ПСБ, Р =34 кг/м3; 3—ПС-4, р =47 кг/м3; 4—ПС-1, Р=104 кг/м3.

коэффициент звукопоглощения (0,03—0,15), что объяс­ няется наличием большого количества пор. Увеличение коэффициента звукопоглощения происходит при часто-

159