Структура и свойства газонаполненных полимеров

Основными структурными параметрами любой пены, определяющими свойства пенопласта, являются следующие характеристики:

- объемная доля газовой фазы в композите или степень вспенивания;

- количество газовых ячеек (пузырьков) в единице объема;

- размер (диаметр) газовых ячеек;

- доля открытых ячеек или непрерывность газовой фазы (пена или губка).

Эти характеристики определяются структурой пены и свойствами полимера. Рассмотрим связь структуры со свойствами пенопластов.

Механические, теплоизолирующие и звукоизолирующие свойства пенопластов определяются в основном степенью вспенивания.

Пенопласты всех видов дают значительную деформацию при сжатии. Различают предел прочности при сжатии у жестких пенопластов (пенополистирола марок ПС-1 и ПС-4, фенолоформальдегидных марок ФРП-1, ФФ) и предел прочности при 10 %-ном сжатии у эластичных пенопластов (пенополистирол марки ПСБ, эластичные пенополиуретаны). Предел прочности при сжатии зависит от вида пенопласта, структуры, средней плотности и находится в пределах от 0,02 (мипора марки 10) до 3 МПа (пенопласты на основе фенолоформальдегидных смол средней плотности 200 кг/м³). Предел прочности при изгибе находится примерно в тех же пределах.

Прочность при сжатии и при растяжении, модуль упругости пенопласта снижаются с увеличением степени вспенивания (рис. 11.1, а). Увеличение степени вспенивания повышает долю открытых газовых ячеек, а это ведет к росту поглощающей способности и проницаемости пенопласта. Но это свойство можно существенно менять путем регулирования доли открытых газовых ячеек за счет управления технологическими условиями вспенивания.

Рис. 11.1 - Зависимость относительной прочности при сжатии, водо-поглощения (V_w) и коэффициента теплопроводности от объемного содержания газовой фазы в пенопласте.

Пенопласты характеризуются очень низкой теплопроводностью, которая снижается с увеличением степени вспенивания (рис. 11.1, б).

Размер ячеек весьма существенно влияет на прочностные свойства пенопластов. С увеличением размера пузырьков газовой фазы прочностные свойства пенопластов заметно снижаются и уменьшается величина предельной деформации при разрыве (рис. 11.2).

Рис. 11.2 - Зависимость прочности при растяжении (а) и относительного удлинения при разрыве (б) пенополиуретана с плотностью 32 кг/м³ от числа пор (N) в единице объема.

На поглощающую способность пенопластов и их проницаемость наиболее сильное влияние оказывает доля открытых ячеек в пенопласте. Чем больше эта доля, тем выше проницаемость пенопластов и поглощение ими различных жидкостей и газов.