ПЕНОПЛАСТЫ

ПЕНОПЛАСТЫ (вспененныеили ячеистые пластмассы, газонаполненные полимеры), композиц. материалы с каркасом(матрицей) из полимерных пленок, образующих стенки и ребра ячеек (пор), заполненныхгазом (преим. воздухом). Последние могут иметь сферич., эллиптич., полиэдрич.или др. форму. По физ. структуре пенопласты аналогичны древесине, искусств. и натуральнойкоже, туфам, пористым керамич. и т.п. материалам. Объемное соотношение газовойи полимерной фаз в пенопластах составляет обычно от 30: 1 до 1:10.

Вспененные пластмассы,содержащие преим. автономные (закрытые) ячейки, наз. собственно пенопластами (замкнутоячеистыепенопласты), в отличие отпоропластов-материалов, в к-рых преобладают сообщающиеся (открытые) ячейки илитупиковые капилляры-поры (открытопористые пенопласты). Типичные представители замкнутоячеистыхпенопластов-пластики с полым сферич. наполнителем, т. наз. синтактные (синтактичные)пенопласты, или сферопласты. Полностью открытопористую структуру имеют сетчатые (ретикулированные)пенопласты, в к-рых дополнит. вскрытие ячеек достигается в результате разрушения ихстенок выщелачиванием, направленным взрывом и др. спец. приемами.

Пенопласты с модулем упругостивыше 1000 МПа относят к эластичным, ниже 100 МПа-к жестким (полужесткие пенопласты занимаютпромежут. положение). В особую категорию выделяют пенопласты интегральные.

Пенопласты получены из большинстваизвестных полимеров. Основу пром, ассортимента пенопластов составляют пенополиуретаны,пе-нополистиролы, пенополивинилхлориды, пенополиолефины, пе-нофенопласты, карбамидо-формальдегидныепенопласты. Освоены также в пром. масштабе пенопласты на основе полиамидов, полиимидов,поликарбонатов, модифицир. полифениленок-сида, поливинилформаля, эфиров целлюлозы,эпоксидных и ненасыщ. полиэфирных смол, полиизоциануратов, поликар-бодиимидов,а также CK (см. Пористая резина).

В исходный олигомер илиполимер вводят обычно неск. добавок, способствующих получению пенопластов заданного качества.Это могут быть жидкий, твердый и (или) газообразный порообразователъ (вспенивающийагент), ПАВ, катализатор, ускоритель или ингибитор протекающих хим. р-ций, сшивающийагент, антиоксидант, светостабилизатор, антиста-тик, наполнитель (усиливающий,токопроводящий или др.), пластификатор, разбавитель, краситель или пигмент,мономерный или полимерный модификатор и др. Создаются комбинированные пенопласты изсмесей полимеров, в т. ч. с керамич. порошком, цементом, р-римым стеклом, измельченнымиотходами древесины.

Добавки вводят чаще всегов готовый полимер (олигомер), реже-на стадии его синтеза.

Получение. Независимоот типа и агрегатного состояния исходного олигомера или полимера в процессепроиз-ва любого пенопласта выделяют 3 осн. стадии: 1) смешение (в один или неск. приемов)составных компонентов (компаундированяе); 2) газонаполнение с вспениванием илибез него (ключевая стадия, определяющая принципиальную технол. схему процесса);3) фиксация (стабилизация) полученной микро-и макроструктуры пенопласта. Формование пенопластови изделий из них производят преим. в ходе вспенивания, реже-после завершенияэтой стадии. Возможности техн. реализации упомянутых стадий обширны даже дляоднотипных полимеров, что обусловило многообразие вариантов технологии и аппаратурногооформления действующих произ-в пенопластов-периодич. или непрерывных, часто оснащенныхавтоматич. управлением.

Вспенивают (с увеличениемобъема в 2-300 раз) р-ры, дисперсии, эмульсии, расплавы олигомеров и (или) линейныхи сшитых полимеров, а также термопласты в размягченном состоянии. Процесс ведутв открытой (“свободное” вспенивание) или в замкнутой (“стесненное”вспенивание) формующей полости. В результате газового пересыщения в системезарождаются “первичные” пузырьки газа, к-рые увеличиваются в объемеи статистически распределяются в полимерной матрице, находящейся в вязкотекучемсостоянии и способной к упругопластич. деформациям.

Фиксация образовавшейсяячеистой структуры достигается быстрым охлаждением (преим. термопластов) и (или)хим. или физ. сшиванием полимера.

Вспенивание осуществляюттвердыми (т. наз. порофора-ми) или жидкими порообразователями (газообразователя-ми),напр. хладонами, пентаном, CH2Cl2 и т.п. При повышениит-ры в результате внеш. подогрева или протекания во вспениваемой системе экзотсрмич.р-ций порробразователи начинают интенсивно испаряться. Этот же эффект достигаетсяи при уменьшении давления в системе. Подобные легкокипящие порообразователичасто вводят уже на стадии синтеза термопластичных полимеров с целью полученияполимерных частиц,способных увеличиваться в объеме при т-ре, превышающей т-ру размягчения полимера.

Полимеры вспенивают и непосредственногазами. При этом р-р или расплав полимера насыщают под давлением N2,CO2, реже др. газом, к-рый при резком понижении давления высвобождаетсявследствие уменьшения р-римос-ти и вспенивает систему. В присут. подходящегоПАВ возможен непосредственный “захват” воздуха или др. газа жидкойфазой при интенсивном ее мех. перемешивании и (или) пневматич. продавливаниичерез набор сит-сеток. Полученную пластичную пену фиксируют (отверждают) доначала ее разрушения (коалесценции).

Универсален способ вспениваниягазами, образующимися при термич., каталитич. или др. разложении твердых поро-образователей,а также при хим. р-ции их с к.-л. ингредиентом вспениваемой композиции. Так,толуилендиизоцианат и др. орг. изоцианаты, реагируя с водой, выделяют CO2;порошки Al, Zn, Fe при взаимод. с сильными к-тами выделяют H2, ит.п.

Осн. требование при выборепорообразователя – обеспечение оптим. синхронизации между скоростями вспениванияи стабилизации (фиксации) образующейся ячеистой структуры пенопластов. При чрезмерно быстромвспенивании пенопласты дают усадку, а преждеврем. потеря текучести чревата неполнымзаполнением формы пенистой массой и возникновением в готовом пенопласте внутр. напряжений,проявляющихся в растрескивании пенопласта. В обоих случаях неизбежны дефекты ячеистойструктуры: каверны, неправильной формы раковины, “рваные” поры,разноплотность по объему. Указанные порообразователи берут обычно в кол-ве 0,5-10%от массы полимера. При выборе порообразователей необходимо учитывать, что т-равспенивания термопласта даже при повышении давления не должна превышать егот-ру стеклования более чем на 50 ⁰C.

Меньшее развитие получилогазонаполнение без вспенивания, используемое в осн. для получения поропластозиз порошкообразных композиций, содержащих добавки в-в, впоследствии удаляемыхиз сформированных материалов-заготовок экстрагированием подходящим р-рителем,вы-плавлснием, сублимацией, селективной деструкцией. Этот длительный и трудоемкийметод применяют при получении пористых структур из фторопластов и термостойкихполимеров, а также при формовании микропористых разделит, мембран и искусств.кожи. Без вспенивания получают также синтактичные пенопласты, вводя в жидкое полимерноесвязующее (напр., в эпоксидные или полиэфирные смолы, полиуретаны) полые микро-или макросферич. наполнители, а затем отвсрждая матричный полимер. Твердая фазав синтактич-ных пенопластах состоит, помимо полимера, из углерода, стекла, керамики илидр. неорг. материалов, из к-рых изготовлены сферич. наполнители.

В целом при формованиипенопластов и изделий из них применяют традиц. методы переработки полимерных материалов(см. Полимерных материалов переработка). Специфич. требование к перерабатывающемуоборудованию: высокая герметизация для удержания вспенивающего газа, давлениек-рого может достигать нсск. атмосфер.

Пенопласты можно, напр., резать,сверлить обычными деревообрабатывающими инструментами, склеивать клеями, обычноприменяемыми для полимеров, соответствующих полимеру матрицы.

Свойства пенопластов во многом определяютсятипом полимера-основы, относительным содержанием твердой и газовой фаз, параметрамиморфологич. структуры (формой, размером, строением и ориентацией ячеек). Этиже факторы влияют на характер деформации и механизм разрушения пенопластов под действиемстатич. или динамич. нагрузок. С увеличением степени сшивания полимера возрастают, модульупругости, формоустойчивость при повыш. т-рах, но уменьшается относит, удлинениеи ухудшаются эластич. св-ва пенопластов. Для многих пенопластов, полученных “свободным”вспениванием, характерна анизотропия св-в; так,и могутбыть на 20-40% больше вдоль направления течения композиции при вспенивании,чем в перпендикулярном к нему направлении.

По уд. мех. прочности ижесткости интегральные пенопласты намного превосходят соответствующие монолитные (невспененные)аналоги, поэтому замена последних на пенопласты может обеспечить экономию до 50% полимера.Прочностные показатели интегральных пенопластов зависят от св-в и толщины поверхностнойкорки; на ударопрочность заметно влияют жесткость сердцевины и размер ее ячеек.

По теплоизоляц. св-вампенопласты превосходят традиц. теплои-золирующие материалы. Миним. коэф. теплопроводности[менее 0,02 Вт/(м·К)] имеют пенопласты с кажущейся плотн. 0,035b0,015г/см³ и замкнутыми ячейками, заполненными хла-доном. При криогенныхт-рах возрастает роль морфологич. факторов.

Способность пенопластов поглощатьвибрацию и звук, сорбировать водные пары и жидкости возрастает с увеличениемуд. доли открытых ячеек. Гигроскопичность и водопоглощение зависят также отстепени гидрофильности полимера. По сравнению с поропластами замкнутоячеистыепенопласты имеют более высокие диэлектрич. св-ва и меньшую газо- и паропрони-цаемость.Горючесть, био-, свето-, тепло- и хим. стойкость определяются гл. обр. типомполимера, однако эти показатели у пенопластов из-за более развитой уд. пов-сти несколькониже, чем у соответствующих им монолитных полимеров.

Применение. Жесткие пенопласты-эффективныетеплоизоляц. материалы для несущих и навесных строит. панелей, бытовых и пром.холодильников, трубопроводов, хим. оборудования, пассажирских и изотермич. вагонов.В этом же качестве пенопласты применяют для предохранения мостов от обледенения, защитыс.-х. культур от заморозков, аккумулирования тепла в гелиотехн. установках.Эластичные пенопласты-эффективные вибро-демпфирующие материалы для сидений автомобилейи мягкой мебели, постельных принадлежностей, амортизирующих прокладок.

Открытопористые пенопласты применяютв произ-ве фильтров, в качестве ср-ва для поглощения и удержания жидкостей (напр.,нефтепродуктов), как гигиенич. и спец. губки, для изготовления утепленной одеждыи мягких игрушек.

Напыляемые пенопласты надежно герметизируютщели, стыки конструкций, пустоты.

Исходные смеси для полученияпенопластов-вспенивающееся при применении связующее для электронных модулей и блоков(попутно решается проблема электроизоляции), ср-во для укрепления песчаных почв,горных выработок.

Благодаря технологичностии легкости пенопласты-перспективные материалы для упаковки хрупких изделий и прецизионныхприборов, замороженных и скоропортящихся продуктов.

В развитых странах на изготовлениепенопластов расходуется 5-10% от общего выпуска крупнотоннажных полимеров. Мировое произ-вопенопластов ок. 6,5 млн. т/год (1980), из них ок. ¹/3 приходитсяна долю США.

Первый пенопласт (на основе эбонита)получен в 1922 в Великобритании.

Лит.: ТаракановО. Г., Мурашов Ю. С., Пенопласты, M., 1975; Берлин А. А., Шутов F. А.,Пенополимеры на основе реакционноспособ-ных олигомсров, M., 1978; их же, Упрочненныегазонаполненные пластмассы, M., 1980: их же. Химия и технология газонаполненныхвысокополимеров, M., 1980; Вспененные пластические массы. Каталог…. Черкассы,1982; Тараканов О. Г., Шамов И. В., Альперн В. Д., Наполненные пенопласты, M.,1989.

Ю. С. Мурашов.

В разделе Акции и скидки на нашем сайте https://resant.ru/ на странице https://resant.ru/aktsiya-skidki-otoplenie-vodosnabzhenie.html можно всегда найти выгодное предложение по отоплению и водоснабжению