Пенопласты Тилен-А и ПЭН-И на основе порошковых термореактивных композиций давно зарекомендовали себя как высокопрочные пеноматериалы конструкционного назначения для изделий машиностроения и приборостроения.
В Санкт-Петербургском государственном технологическом институте разработаны новые поколения пенопластов конструкционного назначения на основе модифицированных новолачных фенолоформальдегидных (Тилен-Б) и эпоксидно-новолачных (ПЭН-Д) порошковых композиций, пригодные для производства объемных изделий и многослойных композиционных материалов.
Композиции для пенопластов представляют собой порошковые, одноупаковочные полуфабрикаты с насыпной плотностью 350-450 кг/м3,сохраняющие свои технологические свойства длительное время. Вспенивание и отверждение порошковых композиций может проводиться при нагревании в металлических или полимерных формах беспрессовым формованием по заданным режимам. Получаемые пенопласты имеют мелкоячеистую, закрытопористую макроструктуру и высокие физико-механические свойства, повышенную работоспособность в среде бензинов, масел и гидрожидкостей.
Пенопласты марок Тилен-Б это жесткие газонаполненные материалы, с кажущейся плотностью 70-350 кг/м3, вспенивание и отверждение композиций для которых проводят при температурах100-200°С.
Их получают на основе новолачных фенолоформальдегидных модифицированных порошковых композиций, имеющих гарантированный срок хранения не менее 6 месяцев. Композиции могут быть окрашены в черный цвет. В качестве химического газообразователя используется 2,2'-азо-бис-изобутиронитрил.
По сравнению с пенопластами Тилен-А, пенопласты Тилен-Б отличаются высокими разрушающими напряжениями и высокими модулями упругости при сжатии и изгибе, низким водо- и бензопоглощением, а также повышенными диэлектрическими показателями (табл. 1). Пенопласты работоспособны при температурах до 180°С. Таблица 1. Свойства пенопластов марок Тилен-Б. Наименование показателя | Марка материала | | Тилен-Б-100 | Тилен-Б-150 | Тилен-Б-200 | Тилен-Б-300 | | Кажущаяся плотность, кг/м3 | 70-130 | 130-170 | 170-220 | 220-350 | | Разрушающее напряжение, МПапри сжатиипри изгибе | 0,6-2,40,8-3,1 | 1,8-3,72,6-6,8 | 3,2-6,43,8-7,6 | 5,2-11,25,4-13,4 | | Модуль упругости, МПапри изгибепри сжатии | 65-9262-72 | 90-11684-93 | 95-13888-122 | -- | | Коэффициент теплопроводности, Вт/м/К | 0,04-0,05 | 0,05-0,06 | 0,06-0,07 | 0,06-0,08 | | Водопоглощение, кг/м2за 24 ч.за 30 суток | 0,07-0,0110,15-0,26 | 0,04-0,060,11-0,18 | 0,03-0,050,12-0,16 | 0,02-0,030,04-0,08 | | Бензопоглощение, кг/м2за 24 ч.за 30 суток | 0,12-0,230,18-0,32 | 0,08-0,140,12-0,27 | 0,06-0,110,10-0,22 | 0,05-0,090,08-0,16 | | Диэлектрическая проницаемость при 106 Гц | 1,1-1,2 | 1,2-1,4 | 1,3-1,5 | 1,5-1,8 | | Тангенс угла диэлектирческих потерь при 106 Гц·103 | 5-7 | 8-12 | 11-16 | 14-21 | | Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·м | (0,4-0,7)·1011 | (0,6-1,2)·1011 | (1-2)·1011 | - |
Новое поколение пенопластов ПЭН-Д на основе эпоксидно-новолачных порошковых композиций отличается высокими физико-механическими и диэлектрическими свойствами (табл. 2). Их получают вспениванием и отверждением при температурах 80-140°С в течение 5-10 ч. Продолжительность хранения одноупаковочных порошковых композиций составляет не менее 3 месяцев. Таблица 2. Свойства пенопластов марок ПЭН-Д. Наименование показателя | Марка материала | | ПЭН-Д-100 | ПЭН-Д-150 | ПЭН-Д-200 | ПЭН-Д-300 | | Кажущаяся плотность, кг/м3 | 90-125 | 125-170 | 170-220 | 220-350 | | Разрушающее напряжение, МПапри сжатиипри изгибе | 18,-2,52,2-2,7 | 2,2-3,22,3-3,4 | 3,5-5,43,6-5,8 | 4,5-11,84,8-12,5 | | Ударная вязкость, кДж/м2 | 0,5-0,7 | 0,6-0,8 | 0,8-1,4 | 1,2-1,9 | | Коэффициент теплопроводности, Вт/м/К | 0,04-0,045 | 0,045-0,05 | 0,05-0,06 | 0,06-0,07 | | Водопоглощение за 24 ч., кг/м2 | 0,05-0,06 | 0,04-0,05 | 0,03-0,04 | 0,02-0,03 | | Диэлектрическая проницаемость при 106 Гц | 1,05-1,15 | 1,10-1,20 | 1,2-1,4 | 1,4-1,8 | | Тангенс угла диэлектирческих потерь при 106 Гц·103 | 2-4 | 3-5 | 4-6 | 5-8 | | Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·м | (3-6)·1013 | (4-8)· 1013 | (5-9)·1013 | (6-11)·1013 |
Отличительной особенностью композиций для пенопластов ПЭН-Д, по сравнению с пенопластами ПЭН-И, является возможность формования одной и той же марки порошковой композиции при различных температурах. Кажущаяся плотность таких пенопластов может уменьшаться при повышении температуры вспенивания и отверждения, но эти изменения не превышают 20%. В этом проявляется определенная универсальность таких композиций, так как они могут применяться, как для получения композиционных высокопрочных материалов, так и для герметизации изделий радиоэлектроники, которые не выдерживают термообработки при температурах выше 80-85°С. После отверждения пенопласты проявляют высокие адгезионные свойства к различным материалам.
Пенопласты ПЭН-Д сохраняют хорошие диэлектрические свойства и в условиях повышенной влажности.
Важной особенностью пенопластов ПЭН-Д также является относительно низкая анизотропия физико-механических показателей (табл. 3), которая незначительно увеличивается с понижением плотности, но не превышает 16% при кажущейся плотности 50-60 кг/м3. Таблица 3. Анизотропия механических свойств пенопластов ПЭН-Д Отношение разрушающих напряжений | Кажущаяся плотность, кг/м3 | | 100 | 150 | 200 | 300 | | При сжатии | 1,07-1,11 | 1,05-1,08 | 1,03-1,07 | 1,02-1,05 | | При изгибе | 0,89-0,93 | 0,89-0,93 | 0,93-0,95 | 0,94-0,98 |
При снижении кажущейся плотности пенопластов от 300 до 100 кг/м3 отношение разрушающих напряжений при сжатии, полученных при параллельном нагружении по направлению вспенивания, к разрушающим напряжениям при сжатии, полученных при пендикулярном нагружении по направлению вспенивания, увеличивается от 1,02 до 1,11. Тогда как отношение разрушающих напряжений при изгибе, полученных при параллельном нагружении по направлению вспенивания к разрушающим напряжениям при изгибе, полученных при перпендикулярном нагружении к направлению вспенивания, уменьшается от 0,98 до 0,89 (табл. 3).
Изменение линейных размеров пенопластов ПЭН-Д, полученных вспениванием и отверждением при 110°С в течение 6 ч, при воздействии температуры 110°С в течении 100 ч не превышает 1 %, а после выдержки при температуре 125°С не превышает 1,2%.
Изделия из пенопластов ПЭН-Д могут быть рекомендованы для длительной работы в среде нефтепродуктов, растворах щелочей, кислот и других жидкостей. Дворко И. М., Мохов М. В., Санкт-Петербургский государственный технологический институт.
По материалам 2-й международной конференции «Полимерные материалы XXI века», проходившей в рамках 14-й международной выставки «Химия-2007». |
