И. Н. Бакирова
 Скачать 0.86 Mb.
|
|
5.3.3 Акустическиесвойства Коэффициент звукопоглощения β зависит от частоты звука , доли открытых и закрытых ячеек, толщины образца и его плотности Пенополимеры слабо поглощают звук низких частот и имеют высокий коэффициент β в области частот 1000 Гц и более (табл. 9). Таблица 9 Значения коэффициента звукопоглощения Наименование пенопласта ρ к , кг/м 3 Диапазон частот , Гц β Пенополистирол Пенофенол - формальдегид 150 100 45 170 200–600 1200 100–1000 100–1000 100–1000 0,1 0,8 0,01–0,04 0,03–0,06 0,1–0,28 Коэффициент β повышается при увеличении содержания открытых ячеек в структуре пеноматериала. Поэтому открытопористые пеноматериалы часто применяются в звукоизолирующих конструкциях. На акустические свойства ГП в области низких частот заметно влияет толщина образца. На рис. 15 показана частотная характеристика открытопористого пенополивинилхлорида. В области низких частот коэффициент β этого материала возрастает с увеличением толщины образца. Для средних и высоких частот такой зависимости не наблюдается. 87 0 0,4 0,8 1 3 5 7 9 11 13 Рис . 15. Зависимость коэффициента звукопоглощения (β) пенополивинилхлорида толщиной 30 (1), 50 (2, 3) и 80 (4) мм кажущейся плотности 100 (1, 3, 4) 200 (2) кг/м 3 от частоты (f). С увеличением кажущейся плотности коэффициент β уменьшается . Из рис. 15 видно, что при одной и тоже толщине слоя (50 мм) образец пенополивилхлорида с ρ к = 100 кг/м 3 (кривая 3) обладает лучшими звукопоглощающими свойствами, чем образец с ρ к = 200 кг/м 3 (кривая 2). Звукоизоляция более эффективна, когда ГП находится не во влажном, а в воздушно-сухом состоянии. 5.3.4 Электрическиесвойства По своим электрическим свойствам пенопласты являются типичными диэлектриками, благодаря чему они широко применяются в радиоэлектронике и электротехнике. Природа полимера слабо влияет на значения диэлектирической проницаемости ε и электрической прочности Е пр , но существенно сказывается на показателе тангенса угла β f·10 -2 , Гц 4 2 1 3 88 диэлектрических потерь tg δ. Наличие в полимерной матрице полярных групп (гидроксильной, нитрильной и других) приводит к повышению величины tg δ, а, следовательно, к ухудшению электроизоляционных свойств материала. При низких температурах пенополимер становится более жестким и полярные группы в нем теряют подвижность, что вызывает уменьшение tg δ. Наоборот, при повышенных температурах значения tg δ возрастают (табл. 10). В наименьшей степени зависимость электроизоляционных свойств от температуры наблюдается для кремнийорганических пенопластов Таблица 10 Влияние температуры на значения тангенса угла диэлектрических потерь пенопластов Наименование ρ к , tg δ при температурах, ס С пенопласта кг /м 3 20 150 Пенополиуретан Фенольный пенопласт Кремнийоргани - ческий пенопласт 100 200 100 200 200 0,0015 0,005 0,005 0,009 0,002 0,005 0,013 0,009 0,018 0,0026* *Показатель при 200 ס С Диэлектрические показатели пенополимеров зависят от природы использованного при вспенивании ГО и его количества (рис. 16). Например, полистирольный пенопласт вспененный диазоаминобензолом , имеет наилучшие значения tg δ, поскольку при разложении указанного ГО выделяется азот и образуются слабополярные дифениламины. Продукты разложения азо- 89 бис (изобутиронитрил) полярны, что обуславливает увеличение tg δ. Низкие значения tg δ имеет беспрессовый пенополистирол, для изготовления которого применяют неполярный ГО – изопентан (р. 4.2). 0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0 1 2 3 4 5 6 Рис . 16. Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) от концентрации газообразователя (C ГО ): 1 – пенполистирол (ρ к ,=500 кг/м 3 ), вспененный 2,2 1 – азо- бис (изобутиронитрил); 2 – пенополистирол (ρ к ,=500 кг/м 3 ), вспененный диазоаминобензолом. Рассматривая пенопласты на основе полиуретанов, можно отметить , что использовании в качестве ГО галогенуглеводородов (фреонов), обладающих хорошими изоляционными свойствами, позволяет получать материалы с достаточно высокой Е пр . Однако, как только фреон продиффундирует через стенки ячеек и заменится воздухом и, особенно влагой, Е пр пенопласта снизится. Таким образом, следует ожидать, что в процессе старения Е пр образцов пенополиуретана , полученных резкой пеноблоков, будет уменьшаться . в то время как у панелей или других изделий с tg δ C ГО , % 1 2 90 формованной и, особенно, уплотненной поверхностью она практически не будет изменяться. Достаточно сильное влияние на электроизоляционные свойства пенопластов оказывает кажущаяся плотность, увеличение которой приводит к повышению ε, tg δ и Е пр (табл. 10, рис. 17,18,19). 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Рис . 17. Зависимость диэлектрической проницаемости (ε) пенополимеров от кажущейся плотности (ρ к ): 1 – пенополивинилхлорид ; 2 – пенофенолформальдегид; 3 – пенополиуретан , пеноэпоксид; 4 –пенополистирол. ε ρ к ·10 -3 , кг/м 3 4 3 2 1 91 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Рис . 18. Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) пенополимеров от кажущейся плотности (ρ к ): 1 – пенополивинилхлорид ; 2- пенополиуретан; 3 – пенополистирол. 0 10 20 30 40 50 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Рис . 19. Зависимость электрической прочности (Е пр ) пенополистирола от кажущейся плотности (ρ к ). tg δ ρ к ·10 -3 , кг/м 3 ρ к ·10 -3 , кг/м 3 Е пр ·10 -3 , кВ/м 1 2 3 92 5.3.5 Химическаястойкость Водопоглощение W и влагопоглощение φ зависят от структуры пенополимеров. Как правило, материалы с преобладающей закрытой ячеистой структуры имеют низкие значения W и φ. В поропластах, имеющих открытоячеистую структуру , влага непрерывно проникает в объем материала, поэтому они характеризуются высокими показателями W и φ. На сорбционную способность пенистых полимеров влияет и размер элементарных ячеек структуры. Например, образец со средним диаметром ячеек 0,08 мм за 30 суток пребывания в воде имеет втрое меньшее водопоглощение по сравнению с диаметром ячеек 0,48 мм. Водопоглощение фенольного пенопласта с мелкоячеистой структурой составляет 2-3, а с крупноячеистой – 12–14 %. Наличие на поверхности изделий уплотненной пленки (корки) снижает сорбционную способность пенополимера С увеличением кажущейся плотности пенопластов их влаго - и водопоглощение уменьшается (рис. 20) Другие химические реагенты действуют на пенополимеры так же, как и на монолитные полимеры. Однако при оценке химической стойкости необходимо учитывать более развитую удельную поверхность этих материалов, которая способствует более интенсивному воздействию на образцы агрессивных сред. Особенно наглядно это проявляется при действии на пенопласты органических растворителей Уплотненная корка, имеющаяся на поверхности изделия, снижает поглощение агрессивных сред, повышая тем самым устойчивость пенопластов. 93 0 1 2 3 0 40 80 120 160 200 Рис . 20. Зависимость водопоглощения (W) пенопластов от кажущейся плотности (ρ к ) : 1 – пенополистирол; 2 – пенополивилхлорид ; 3 – пенофенолформальдегид. Качественная характеристика химической стойкости пенопластов в наиболее распространенных химических средах представлена в табл. 11. Полистирольные пенопласты устойчивы к воздействию слабых и сильных минеральных кислот (кроме концентрированных азотной и соляной), а также к слабым и сильным щелочам. Они сильно набухают в бензине и имеют значительный привес в маслах. Сложные эфиры, кетоны, ароматические и хлорированные углеводороды оказывают на них разрушающее воздействие. Поливинилхлоридные пенопласты противостоят воздействию как кислот, так и щелочей. По сравнению с полистирольными , поливинилхлоридные пенопласты более стойки к органическим растворителям. Пенополиуретаны стойки в органических растворителях. В ацетоне они набухают и размягчаются. Обсуждаемые материалы на основе сложных полиэфиров хорошо противостоят ρ к , кг/м 3 W, % 1 2 3 94 Таблица 11. Химическая стойкость пенопластов Наименование Пенопласты среды полисти - рольные поливинил - хлоридные полиурета - новые фенольные 1 2 3 4 5 Разбавленные и умеренные кислоты : серная сольная фосфорная азотная муравьиная уксусная Щелочь Аммиачная вода Спирты Ацетон Кетоны Эфиры Этилацетат Толуол Четыреххлористый углерод Бензин Нефть Растительные и животные масла + + + 0 + + + + 0 – 0 – – – – – – + + + + + + + + + + – – – – – + + 0 + + + + 0 + + + + + 0 0 0 0 + 0 + + + + + + + 0 0 – – – 0 0 0 0 – – + – – Примечание . Знак «+» означает, что пенопласты стойкие; «–» – разрушаются ; «0» - слабостойкие. 95 воздействию бензина и масел. Фенольные пенопласты стойки в разбавленных и умеренных минеральных кислотах, но щелочи разрушают их. При контакте со спиртами и кетонами эти материалы набухают, разрушаются в ацетоне. Пенопласты на основе эпоксидных смол являются одними из наиболее химически стойких пеноматериалов. Они характеризуются высокой стойкостью к действию химических реагентов , нефтепродуктов и растворителей. В то же время пеноэпоксиды не стоки к действию кетонов. 6 ОСНОВНЫЕОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ГАЗОНАПОЛНЕННЫХПОЛИМЕРОВ ГП характеризуются малыми значения кажущейся плотности , превосходными тепло -, электро - и звукоизоляционными свойствами , высокой жесткостью конструкций при их малом весе, а мягкие материалы – эластичностью и стойкостью к циклическим нагрузкам. Все эти отличительные характеристики определяют и области применения ГП. 6.1 Строительство Пенополиизоцианурат , пенополиуретаны , пенофенопласты , пенополистирол Пенополиуретаны , карбамидные пены. Внутренний слой навесных и несущих сэндвич-панелей. Заполнение пустотелых кирпичных стен , ремонт старых зданий и построек. 96 Пенополиуретаны , пенофенопласты , карбамидные пены. Пенофенопласты , пенополиуретаны , пенополистирол Пенополивинилхлорид , пенополиэтилен , пенополиуретаны Утепление кровельных панелей и вентилируемых чердаков В конструкциях сборно - разборных передвижных домиков , предназначенных для дальних и труднодоступных районов Герметизация и уплотнение стыков панелей. Пенополиуретаны , пенофенопласты сотопласты Пенополиуретаны , пенополивинилхлорид Пенополиуретаны , пенополиэтилен Пеноэпоксиды , пенополиуретаны Утепление потолков , широкоплетных сводов и надувных куполов выставочных и зрелищных сооружений «Плавающие» полы и утепленный линолеум. Изоляция междуэтажных перекрытий , оконных и дверных проемов , труднодоступных участков. Предотвращение промерзания бетонного основания и тела плотин 97 Пенополиуретаны , пенофенопласты Пенополиэтилен Сотовый поликарбонат. Для быстровозводимых малоэтажных построек. Подложка для настила ламинатных полов. Теплосберегающее остекление спорткомплексов , бассейнов, супермаркетов , переходов между зданиями , теплиц , автостоянок , зимних садов, животноводческих комплексов 6.2 Транспортноемашиностроение Пенополиуретаны , в том числе интегральные , пенополивинилхлорид , вспененные АБС-пластики. Эластичные пенополиуретаны. Пенополиуретаны , пенофенопласты , пенополистирол , пенополиэтилен , сотопласты Пенополиуретаны , пенополивинилхлорид , Декоротивная облицовка сидений , дверей , салона , пультов управления и т.д. Набивка сидений транспортных средств. Изоляция кабин автомобилей, кают , а также полов, крыш и стен пассажирских и изотермических вагонов. Вибродемпфирующий и силовой заполнители крыльев 98 сотопласты Ретикулярные пенополиуретаны Пенополиуретаны , пенофенопласты , пенополиэтилен Пеноэпоксиды , пенополиуретаны Пенополиуретаны фюзеляжа , переборок и других элементов авиационных конструкций , воздушные фильтры в двигателях внутреннего сгорания. Для предотвращения взрыва горючего в топливных баках при пробоинах. Изоляция служебных, жилых и грузовых судовых помещений. Поплавки и расходомеры в топливных бака. Экспресс ремонт прокола шин. 6.3 Холодильнаятехника Пенополиуретаны , пенофенопласты , пеноэпоксиды , пенополистирол , пенополиэтилен Пенополиуретаны , пенофенопласты , пеноэпоксиды , пенополистирол , пенополиэтилен В холодильных установках. Изоляция бытовых и промышленных холодильников. В торговом холодильном оборудовании Емкости для перевозки криогенных жидкостей. Изоляция трубопроводов сжиженного газа. 99 Пенополистирол , пенополиуретаны , пеноматериалы на основе микросфер Контейнеры , рефрижераторы и тара для транспортировки замороженны х и скоропортя- щихся пищевых продуктов. 6.4. Радиоэлектроника, электроникаиэлектротехника Пенополиуретаны , пеноэпоксиды , пеноматериалы на основе микросфер. Пенополиэтилен , пенополиизоцианурат Пенополиуретаны , пеноэпоксиды , пенополиизоцианурат , пенополиэтилен Пенополиуретаны , пенополистирол , пенополиизоцианурат Пенополиэтилен Пенополиуретаны , пенополистирол Герметизация и капсулирование электронных схем , модулей и блоков. Электроизоляция проводов , токопроводящих жил и коаксиальных кабелей. Диэлектрики в аккумуляторах и ферритовых изоляторах. Обтекатели антенн и поисковых устройства радарных установок. Электротехническая бумага и материал для абажуров светильников Упаковка электронного и оптического оборудования , 100 приборов и точной механики и оптики 6.5 Легкаяпромышленность Эластичные и интегральные пенополиуретаны Пенополиуретаны , АБС-пены. Эластичные пенополиуретаны Пенополиуретаны , пенополивинилхлорид Пенополиуретаны , пенополистирол , пенополиэтилен Эластичные пенополиуретаны, пенополиэтилен Пенофенопласты , пенополистирол , пенополиуретаны Сидения и спинки мягкой мебели Художественные и сувенирные изделия , имитирующие дерево, кожу и другие материалы. Подушки , матрацы, одеяла и другие постельные принадлежности Утепленная спортивная и рабочая одежда, пальто и т.п. Синтетическая кожа и материалы низа обуви и верхней одежды Игрушки Пляжные и ванные коврики, гигиенические губки. Изготовление кино - и театральных декораций , рекламных надписей и 101 вывесок , архитектурное моделирование и макетирование 6.6 Другиеобластитехники Синтактные пеноматериалы , пенополистирол , пенополивинилхлорид , пенополиэтилен Пенополистирол , пенополиуретаны , пенополиэтилен Пенополивинилхлорид , пенополиэтилен , пенополиуретаны Синтактные пеноматериалы. Пенополиуретаны , пенополистирол Открытопористые пенофенопласты , пенополиуретаны Орудия рыболовства лова (поплавки, тралы, распорные щитки ) и маркировочные приспособлени я на воде. Спортинвентарь , учебные принадлежности Плавучие , спасательные и переправочные водные средства (плоты, понтоны, лодки , нагрудники, круги и т .п.) Повышение плавучести и грузоподъемности глубоководных аппаратов. Снятие с рифов и мелей, подъем затонувших кораблей. Очистка поверхности от разлива нефти и нефтепродуктов 102 Пенофенопласты , пенополиуретаны Открытопористый пенополивинилхлорид Пенополиизоцианурат , пенополиуретаны Интегральные пенополиуретаны Карбамидные пены. Герметизация трещин в вентилируемых штреках угольных шахт и подземных рудников Закрепление горных выработок и осыпей. Амортизационные и вибродемпфирующие прокладки в шахтерских касках , шлемах и рукавицах для работающих с отбойными молотками Звукопоглощение в вентиляционных глушителях и глушителях всасывания газодинамических установок. Изоляция обогреваемых резервуаров и трубопроводов для транспортировки вязких нефтепродуктов Шаровые поршни для очистки нефтетрубопроводов Дренаж болотистых почв. Удержание влаги в почвах. Гашение скорости и сокращение длины пробега самолетов при аварийной посадке 103 Пенополиуретаны , пенополистирол Пенополивинилхлорид , пенополиуретаны Пеножелатин Пенополиэтилен , пенополиуретаны Пенополивинилформаль Пенополиуретан Локализация и тушение пожаров Предотвращение промерзания почвы при внезапных заморозках Искусственная почва. Имитация снега. Структурирование тяжелых грунтов , улучшение проходимости болотистых и укрепление песчаных почв. Заменитель гигроскопической ваты в санитарных салфетках при лечении ожогов, гнойных ран , язв и пролежней. Кровоостанавливающее средство Ортопедическая обувь. Абразивные круги для тонкой шлифовки и полировки. Поглощение воды и ее паров в системах жизнеобеспечения и кондиционерах Средства маскировки военной техники 104 Пенополистирол , пенополиуретаны Синтактные пеноматериалы. Открытопористые пенополиэтилен и пенопропилен Сооружение временных взлетно -посадочных аэродромных полос. Тара и упаковка для перевозки вин , пива, битой птицы, яиц и других сельскохозяйственных продуктов Рули для шлюпок и прогулочных катеров. Фильтры очистки биологических растворов и других жидкостей. 105 РЕКОМЕНДУЕМАЯЛИТЕРАТУРА 1. Берлин, А.А. Химия и технология газонаполненных высокополимеров / А.А. Берлин, Ф.А. Шутов. –М.: Наука, 1980. -504 с. 2. Берлин, А.А. Пенополимеры на основе реакционноспособных олигомеров /А.А. Берлин, Ф.А. Шутов. –М.: Химия, 1978. -296 с. 3. Энциклопедия полимеров. –М: Советская энциклопедия, 1972. –Т. 1-3. |