термического тепла достаточно для отверждения вспененного изделия, так что с последним можно работать уже через несколько часов .после того, как в смолу введен отвердитель. Однако обычно для достижения пенопластами наилучших физико-механических свойств требуется отверждение при комнатной температуре в течение 1--7 дней. Отверждение при повышенной температуре ускоряет процесс. В табл. 7-3 отражены свойства типичного пенопласта, полученного из форполимеров.

Таблица 7-3

Свойства типичного отвержденного пенополиуретана, полученного через форполимер [Л. 7-3]. Методы испытаний

по ASTM

Свойства

Плотность пенопласта, кг/м^

I 60 I.

Тепловые свойства: Температурный коэффициент линейного расширения в интервале температур от -30 до -1-30° С, 10-=-г/7вй- . . Механические свойства: Предел прочности при сжатии,

кГ1см..........

Сжимающее напряжение для 50%-ной деформации, кГ/см Предел прочности при растяжении, kFjcm.......

Электроизоляционные свойства:

tg е (при 10 гг;)......

Диэлектрическая проницаемость (при 10 гц).....

Полаэфир-уретановые пенопласты на основе простых полиэфиров. Основной модификацией полиэфир-урета-новых пенопластов является пенополиуретан, основанный на простых, а не сложных полиэфирах. Основным химическим различием между пенополиуретанами обоих видов, таким образом, является использование в качестве реагента, содержащего активный водород, полиэфира на основе простых, а не сложных эфиров. Таким образом, мы по существу имеем в основе пено-

полиуретана новый полимер. При этом полиэфир характеризуется простыми эфирными ОВЯ13ЯМИ, а не сложными (В случае полиэфира, основанного на сложных эфи-рах).

Такое изменение химической природы полимера приводит к известной разнице в овойстшах конечных продуктов. Например, деформация пенополиуретана на простых полиэфирах с повышением сжимающей нагрузки гораздо меньше, чем дефор.мация под такой же нагрузкой пенополиуретана на сложныХ полиэфирах. Этопока-

25 so 75

AeqjopnatiiLH, %

Рис. 7-3. Связь деформации и напряжения сжатия для пенопластов на основе простых и сложных эфиров [Л. 7-4].

/ - пенопласт на сложном эфире (исходный); 2 -пенопласт на сложном эфире (улучшенный); 3 - пенопласт на простом эфире.

зано на рис. 7-3. Подобные пенопласты являются эластичными. Как следует из .рис. 7-3, в случае пенополиуретана на сложных полиэфирах, но дйформация по мере увеличения нагрузки растет постепенно, существует точка (нагрузка около 0,07 кГ/см), при которой деформация увеличивается очень быстро при небольшом увеличении нагрузки. Из-за этого залитые изделия хуже защищены от любого вида сжимающих усилий. Однако в промы'Шг ленности пенопластов еще более важным является то, что пенопласты с такими свойствами не совсем удовлетворительны в качестве материала для мягкой мебели.

Из рис. 7-3 следует также, что свойства пенополиуретанов на сложных полиэфирах могут быть улучшены. Сравнивая кривые этого рисунка, можно видеть, что деформация дляиенопласта на простомполивфире гораз-

до больше. Другим преимуществом пенопластов на простых полиэфирах является их эластичность при низких температурах, более высокая, чем у пенопластов на сложных полиэфирах. Это видно на рис. 7-4, из которого следует, что деформация пенополиуретанов на простых полиэфирах значительно больше, чем деформа]Ция пенополиуретанов на сложных полиэфирах, хотя кривые деформации обоих материалов следуют одному закону. Для сравнения на том

-sP 20

8 гг 18 го

Прими испытания, ч

же графике приводится кривая деформации при низких температурах для натурального каучука.

Пенопласты на простых полиэфирах считаются более стойкими к растворителям, чем пенопласты на сложных полиэфирах [Л. 7-4]. В табл. 7-4 приводятся некоторые данные о стойкости к растворителям этих двух материалов. Кроме того, при использовании полиэфиров на простых эфирах по сравнению с полиэфирами на сложных эфирах -значительно улучшается стойкость к длительному действию влаги. Соответствующие данные приводятся в табл. 7-5. Следующим различием между этими материалами является то, что реакция между полиэфирами на простых эфирах и изоцианатами протекает гораздо медленнее, чем между полиэфирами на сложных эфирах и изоцианатами. Таким образом, наиболее часто полиэфиры на простых эфирах используются в форполимерных системах (см. выше). Однако имеются сведения о том, что пенополиуретаны на простых эфирах с хорошими физико-механическими свойствами можно получить и по одностадийному способу, если в качестве катализатора применяется триэтилендиамин [Л. 7-6].

Рис. 7-4. Морозостойкость при -20° С пенопластов на основе простых и сложных эфиров [Л. 7-5].

/ - натуральный каучук; 2 - пенополиуретан на простом эфире; 3 - пенополиуретан на сложном эфнре.

Стойкость* к растворителям, маслам и реактивам отвержденных пенополиуретанов на основе сложных (а) и простых (б) полиэфиров [Л. 7-4]

ратуре.

♦Данные представляют собой изменение свойств (%) после 7 суток пребывания в указанных средах при комнатной темпе-

. . Таблица 7-5

Влияние длительного увлажнения и нагрева на свойства пенополиуретанов на простых и сложных полиэфирах [Л. 7-4]

Техника безопасности при работе с диизоцианатами. Ввиду широкого использования пенополиуретанов и потенциальной опасности, связанной с применением диизоцианатов, был разработан аналитический способ контроля при работе с уретанами или диизоцианатами [Л. 7-7]. Этот способ основан на быстром гидролизе диизоцианата до соответствующего производного диамина, диазотировании диамина в присутствии азотистой кислоты, разрушении избытка азотистой кислоты суль-фаминовой кислотой и, в заключение, сочетании стабильного диазосоединения при комнатной температуре с N-1 нафтилэтилендиамином с образованием продукта реакции красновато-голубого цвета, определяемого спектрофотометрически.

Фирмой The Mine Safety Appliances Co. разработан портативный прибор для диазометрического контроля.

позволяющий проводить ПОЛНЫЙ анализ, включая отбор образцов воздуха, проведение цветной реакции и сравнение цвета со стабильными пластмассовыми Эталонами. Такой' анализ осуществляется непосредственно там, где Применяется толуилендиизоцианат.

Токсикологическое исследование показало, что максимально допустимая концентрация TDI ib воздухе составляет около 10-. В том случае если концентрация TDI превысит этот уровень, производство должно быть приостановлено или должна быть организована очистка помещения интенсивной изоляцией. Работа при концентрации TDI выше 10- приводит к нарущению работы органов дыхания.

ЭПОКСИДНЫЕ ПЕНОПЛАСТЫ

Как правило, эпоксидные пенопласты получаются при действии Вспенивающего агента, добавленного к эпоксидной - смоле. При нагревании вспенивающий агент .разлагается, выделяя газ, который во время реак-. ции отверждения приводит к расширению эпоксидной смолы с образованием ячеистого пенопласта. Получение пенопласта по этому способу требует очень хорошего контроля всех факторов процесса, так как необходимо, чтобы отверждение эпоксидной смолы и выделение газа пенообразователем происходило одновременно. Если газ выделится из вспенивающего агента слишком рано, то он сможет удалиться.и пенопласта совсем не образуется или он будет плохой. С другой стороны, если отверждение смолы происходит до выделения газа, материал становится слишком твердым или вязким для вспенивания и в результате образуется твердый, монолитный эпо'ксидный материал. Таким образом, между типами смолы и отвердителя, температурой, вязкостью и другими переменными должно поддерживаться строгое соотношение.

Способ получения эпоксидного пенопласта в небольших количествах [Л. 7-8]:

Смешайте 2 г вспенивающего агента Celogen 709 (Naugatuck Chemical Co.) z Ъ мл толуола и 2 каплями смачивающего агента Tween 20 (Atlas Powder Co.). Добавьте смесь К 100 г эпоксидной смолы Ероп 864 (1064) (Shell Chemical Corp.), нагретой до 110°С. После тща-

Таблица 7-6

Свойства типичных эпоксидных пенопластов* [Л. 7-9]

Объемный вес, кг/ж' . .

Прочность при сжатии, kFjcm.......

Прочность при растяжении, kFjcm.....

Температура размягчения, С.......

Удельная теплопроводность, кал1ч-град-см

Влагопоглощаемость за 24 ч. Ус ...... .

Жизнеспособность при комнатной температуре ........

Грузоподъемность при погружении в воду, /сг/ж'........

AMS** 3730

AMS 3730

Forest Products Lab. United States Ocpath-nent of Agricu ture Bullet in 1555

AMS 3730

Cenco-Fitch

MH***, метод № 3

AMS 3730

80 5,7 6,9

144 0,35 1,5

4-10 Ч 880

112+16 7,7 5,3

108 0,29 1,3

Месяцы (в закрытой таре)

Определения проводились на свободно вспененных образцах. Ограничение объема при вспеииваиин повышает объемный вес. ** Aeronautical Material Specification. * * Minneapolis Honeywell Regulator Co.

тельного смешивания размешайте эту композицию с 6 г диэтилентриамина. Вспенивание начинается в течение около 30 сек, причем образуется пенопласт с объемным весом приблизительно 112 кг/м^.

Найдено, что наиболее прочный пенопласт получается термообработкой смолы (после вспенивания) в течение 1-2 ч при 75-100° С для того, чтобы отверждение прошло до конца. Эту операцию желательно производить перед охлаждением детали, так как из-за низкой теплопроводности пенопласта повторный нагрев осуществляется с трудом, особенно внутренних частей толстых изделий.

Так как разработка и контроль композиций, дающих эпоксидные пенопласты, иногда затруднительны для по-

требителей, наиболее рационально потребителям применять готовые композиции. Такие композиции в зависимости от активности катализатора представляют собой одно- или двухкомпонентную систему. Готовые системы готовы к употреблению, обычно требуя только смешения и отверждения. Свойства двух типовых эпоксидных пенопластов приводятся в табл. 7-6.

ФЕНОЛЬНЫЕ ПЕНОПЛАСТЫ

Фенольные смолы могут быть превращены е пенопласт с помощью химического вспенивания. Так же как В случае получения фенольных материалов высокой плотности, 1при составлении рецептур для получения пенопластов основными компонентами являются жидкая-смола и отвердители или ускорители. Кроме того, к смеси прибавляется вспенивающий агент. Реакция между смолой и кислыми -отвердителями является экзотермической. Тепло этой реакции используется для разложения вспенивающего агента, который выделяет при этом газ. Так же как и в случае других пенопластов, при изготовлении фенольных пенопластов применяются такие дополнительные компоненты, как эмульгаторы, которые регулируют объемный вес, размер ячеек и другие характеристики. Процесс вспенивания фенольных смол подобно вспениванию других смол отличается быстротой.

Большинство эксплуатационных характеристик фенольных пенопластов подобны характеристикам исходных фенольных смол. Из выдающихся свойств фенольных пеноматериалов следует назвать их теплоизоляционные И звукоизоляционные свойства и химостойкость, за исключением стойкости к некоторым щелочам, кетонам и спиртам. В табл. 7-7 показаны некоторые свойства типичных фенольных пенопластов, а в табл. 7-8 сравнивается удельная теплопроводность этих пенопластов с некоторыми теплоизоляционными материалами.

Несмотря на то, что фенольные пенопласты по сравнению с другими пеноматериалами относительно дешевы, из экономических соображений для заливки применяются эти пенопласты с объемным весом не более 16 кг/жз. Хотя отвержденные фенольные пенопласты хорошо себя показывают при транспортировке залитых

Таблица 7-7

Свойства отвержденных фенольных пенопластов [Л. 7-10]

Свойства

Объемный вес, кг1м?

16-48

80-112

128-160

Прочность при сжатии, kFjcm Прочность при растяжении,

кГ/см-..........

Прочность при сдвиге, kFjcm Модуль упругости при сжатии, kFjcm . .......

Коррозия:

мягкая сталь ......

алюминий 61-S......

Горючесть....... . .

Обрабатываемость......

Длительная нагревостойкость

0,35-1,55

3,15-6,3

0,9-2,2 0,7-1.55

8,4-15,4

2,7-4,1 1.9-2.7

0,37 мг/см-сугпки (при lOO/o относительной влажности и 38° С)

0,12 мг/см-сутки (при 100% от носительной влажности)

Самозатухающий материал

Легко режется, пилится и т. д.

150° С

Таблица 7-8

Теплоизоляционные свойства фенольного пенопласта

Insulfoam В (Westinghouse Electric Co.) в сравнении с другими теплоизоляционными материалами [Л. 7-10]

электронных изделий, они редко применяются для заливки электронных схем путем вспенивания в месте применения. Причины те же, что и для фенольных смол высокой .плотности, т. е. в основном Корродирующее действие .кислых отвердителей фенольных смол. Наименьший объемный вес пенопластов на .основе фенольных смол может достигать значения 4,8-6,4 кг/м^ (около 0,1 от объемного веса свободно уложенной измельченной бумаги) при прочности, достаточной для того, чтобы

применять эти пеноматериалы в качестве амортизирующего материала. Такие пенопласты получаются в результате тепла реакции отверждения смолы, которое вызывает испарение небольших количеств воды и растворителя, присутствующего в смеси смолы и отвердителя.

В процессе вспенивания смола быстро изменяется от свободно-текучей жидкости до неплавкого ячеистого материала. При правильном соотнощении времени отверждения и вспенивания образуется пенопласт, имеющий объем в 200 раз больший, чем исходная жидкая смола [Л. 7-11].

Несмотря на то, что технологический процесс изго-готовления фенольных пенопластов очень прост и заключается в смешении жидкой смолы кислого отвердителя при комнатной или несколько пониженной по . сравнению с комнатной температурой, быстрота процесса делает весьма желательным применение автоматического оборудования, а наличие тщательно регулируемых технологических устройств является совершенно необходимым.

КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ ПЕНОПЛАСТЫ

Для тех случаев, когда требуется совместить высокую нагревостойкость с такими преимуществами пенопластов, как низкий объемный вес или высокая теплоизоляционная способость, рационально применять кремнийорганические пенопласты. При этом может идти речь как о твердых, так и о эластичных кремнийорганических пенопластах.

Твердые кремнийорганические смолы для вспенивания представляют собой однокомпонентные, сухие гранулированные порошки. Таким образом, они не требуют ни дополнительного смешивания, ни добавки катализатора или других компонентов {Л. 7-12]. Вспениваемые материалы нетоксичны, и потребители могут не думать о защите от вредных газов. Давление и влажность незначительно влияют на вспенивающее действие таких материалов.

Вспенивание происходит при атмосферном давлении, причем внутреннее давление, развиваемое самим пенопластом,-практически незначительно. Форма или другая