8 (8313) 20-94-17

Дзержинск, ул. Речная, д.2А
Написать письмо

8 (812) 329-42-90

Санкт-Петербург, Московское шоссе, д.13
Написать письмо

Свойства и применение пенопластов Тилен-А на основе порошковых новолачных фенолоформальдегидных композиций

Пластические массы, 1999,   № 4, с. 20-21

И.М.Дворко, Л.В.Щемелева

Санкт-Петербургский государственный технологический институт

В последние годы продолжаются разработки и применение пенопластов на основе новолачных фенолоформальдегидных композиций для конструкционных, электроизоляционных и теплоизоляционных материалов [1-4]. Большой интерес представляет модификация таких композиций олигомерами и полимерами с целью повышения эксплуатационных свойств и расширения диапазона их использования [4-5].

Пенопласты марок Тилен-А уже положительно зарекомендовали себя и применяются на ряде отечественных предприятий в составе композиционных материалов или в виде самостоятельных изделий, которые работают в жестких эксплуатационных условиях [6].

Композиции для пенопластов Тилен-А выпускаются по техническим условиям
ТУ 40-2-149-87, представляют собой одноупаковочные порошковые полуфабрикаты с насыпной плотностью 350-450 кг/м3 и гарантийным сроком хранения до 1 года, а при необходимости могут предварительно таблетироваться.

Вспенивание и отверждение порошковых композиций проводят в закрытых металлических и неметаллических формах при температурах 100-200°С, подбирая технологический режим в зависимости от требований к изделию, его конфигурации, массы и размеров. При этом кажущаяся плотность (r) изделий может регулироваться в пределах 40-600 кг/м3.

Эксплуатационные свойства пенопластов существенно зависят от их кажущейся плотности и условий рабочей среды [4]. Механические свойства пенопластов Тилен-А в зависимости от кажущейся плотности и температуры испытаний представлены в табл. 1 и табл. 2.

 

Таблица 1. Механические свойства и водопоглощение пенопластов Тилен-А в зависимости от кажущейся плотности

Наименование показателя Кажущаяся плотность, кг/м3
40-70 70-130 130-170 170-220 220-350
Разрушающее напряжение, МПа
при сжатии
при изгибе

0,2-0,6
0,15-0,7

0,5-2,0
0,6-1,4

1,2-2,6
0,8-2,5

1,7-6,0
1,6-5,0

3,0-9,0
2,8-7,8
Ударная вязкость, кДж/м2 0,10-0,15 0,15-0,30 0,25-0,40 0,35-0,70 0,6-1,2
Водопоглощение, кг/м2,
за 24 ч
за 30 суток

0,10-0,12
-

0,02-0,04
0,5-0,8

0,03-0,04
0,4-0,7

0,02-0,03
0,3-0,5

0,015-0,02
-

 

Пенопласты Тилен-А являются жесткими вспененными материалами и сравнение их физико-механических свойств с другими аналогами [7] показывает, что они относятся к наиболее прочным пенопластам данного типа. Благодаря своей равномерной мелкопористой и закрытоячеистой структуре они имеют очень низкое водопоглощение.

При воздействии отрицательных и положительных температур пенопласты Тилен-А сохраняют достаточно высокие физико-механические показатели при сжатии и изгибе, которые снижаются на 50-60 % при повышении температуры материала до 200°С. При этом следует отметить, что модули упругости при сжатии и растяжении сохраняют высокие значения до 160°С, а ударная вязкость пенопласта повышается (табл.2).

 

Таблица 2. Механические свойства пенопласта Тилен-А с кажущейся плотностью 120-150 кг/м3 в зависимости от температуры испытания

Наименование показателя Температура испытания, °С
-60 20 80 160 200
Разрушающее напряжение, МПа
при сжатии
при изгибе
при растяжении

1,9-2,4
1,4-1,6
1,3-1,6

1,3-2,2
1,3-1,5
1,5-2,0

1,2-1,8
1,3-1,4
1,3-1,6

1,0-1,7
1,2-1,3
0,5-1,0

0,75-1,2
-
0,4-0,8
Модуль упругости, МПа
при сжатии
при растяжении

-
-

45-80
108-157

37-58
108-138

28-46
103-129

-
-
Относительное удлинение при растяжении, % - 0,4-0,9 0,5-0,85 0,6-0,9 -
Удельная ударная вязкость, кДж/м2 0,13-0,19 0,16-0,23 0,24-0,28 0,24-0,30 0,22-0,28

 

Высокие показатели механических свойств пенопластов сохраняются и после длительного термостарения образцов при повышенных температурах (табл.3).

 

Таблица 3. Механические свойства пенопласта Тилен-А после выдержки при повышенных температурах (ρ = 120-150 кг/м3)

Условия выдержки Температура
испытаний, °С
Разрушающее напряжение, МПа Ударная вязкость,кДж/м2
Температура, °С Продолжительность, ч при
сжатии
при растяжении
80 500 20 0,9-1,5 1,4-1,8 0,15-0,20
80 1,0-1,5 1,2-1,7 0,17-0,21
80 1000 20 1,3-1,9 1,1-1,5 0,13-0,18
80 1,3-1,7 1,2-1,4 0,13-0,18
80 2000 20 1,3-1,9 1,1-1,3 0,11-0,17
80 1,3-1,8 0,95-1,2 0,12-0,15
160 24 20 1,25-1,7 0,85-1,2 0,09-0,12
160 0,9-1,2 0,6-1,1 0,07-0,12
160 100 20 0,9-1,3 0,6-1,1 0,08-0,13
160 0,75-1,1 0,6-0,9 0,07-0,11
160 500 20 0,8-1,1 0,6-0,9 0,07-0,11
160 0,6-1,2 0,5-0,8 0,05-0,06
200 10 20 0,8-1,4 0,4-0,8 0,08-0,11
200 0,5-1,5 0,4-0,75 0,08-0,11
200 24 20 0,7-1,1 0,5-0,8 0,08-0,13
200 0,6-1,2 0,5-0,7 0,08-0,11
200 50 20 0,4-0,9 0,4-0,7 0,07-0,10
200 0,5-0,8 0,4-0,6 0,06-0,09

 

Пенопласты марок Тилен-А имеют хороший комплекс теплофизических и диэлектрических характеристик, по которому они превосходят разработанные ранее отечественные пенопласты марок ФФ, ФК-20 и другие [7-8].

 

Таблица 4. Теплофизические свойства пенопласта Тилен-А (кажущаяся плотность 120-150 кг/м3)

Наименование показателя Температура, °С
-60 20 50 100 150 200
Коэффициент тепло-проводности, Вт/(м · К) 0,04 0,055 0,065 0,07 0,075 0,078
Коэффициент температу-ропроводности, м2 · с · 107 5,3 2,9 2,3 2,0 1,9 2,7
Удельная теплоемкость, кДж/м2 0,5 1,25 1,9 2,35 2,65 1,9
Коэффициент линейного термического расширения, a · 105, 1/°С 31-38 20-23 2-4 4-8 24-31 28-31
Линейная усадка за 24 ч, %       0 0,6 1,0

 

Важными показателями полимерного материала, который может быть использован как электроизоляционный, являются диэлектрические характеристики, особенно, если они остаются стабильными при воздействии различных неблагоприятных факторов.

Диэлектрические показатели пенопластов Тилен-А имеют достаточно высокие значения, однако они уступают аналогичным показателям для пенопластов на основе эпоксидно-новолачных порошковых композиций [9], что связано с содержанием во вспененном материале некоторого количества низкомолекулярных примесей и свободных функциональных групп, например, фенольных гидроксилов. С увеличением кажущейся плотности диэлектрическая проницаемость (e) и тангес угла диэлектрических потерь(tgd) ухудшаются, а удельное объемное сопротивление увеличивается (табл. 5).

 

Таблица 5. Диэлектрические свойства пенопластов Тилен-А

Наименование показателя Кажущаяся плотность, кг/м3
70-130 130-170 170-220
Диэлектрическая проницаемость при 106 Гц, ε 1,2-1,3 1,3-1,4 1,3-1,5
Тангенс угла диэлектрических потерь при 106 Гц, tgδ (7-9) · 10–3 (10-14) · 10–3 (15-19) · 10–3
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом · м (0,4-0,8) ·1011 (0,6-1,4) ·1011 (1-3) · 1011

 

Дэлектрические показатели пенопластов Тилен-А сохраняются на достаточно высоком уровне при различных воздействиях внешних условий, таких как влажность или повышение температуры, а также при длительном термостарении. Пребывание образцов пенопласта в атмосфере с влажностью 98 % в течение 30 суток повышает e на 10 %, tgd на 33 %, а их нагревание до 200°С повышает e на 10 % и tgd на 50 % (табл.6).

 

Таблица 6. Диэлектрические свойства пенопласта Тилен-А с кажущейся плотностью 120-150 кг/м3 в зависимости от условий воздействия

Воздействие 98 % влажности, сутки Температура испы- таний, °С Диэлектрическая проницаемость при 1010 Гц, не более Тангенс угла диэлектрических потерь при 1010 Гц, не более
0

20

1,25 0,012
2 1,30 0,014
30 1,30 0,016
0 100 1,25 0,013
160 1,3 0.016
200 1,3 0,018

 

Продолжительная термообработка пенопласта при температурах до 160°С приводит к повышению диэлектрических характеристик, что связано с углублением процесса отверждения полимерной матрицы и увеличением частоты сшивки, а снижение диэлектрических показателей после выдержки образцов при 200°С связано с началом деструкции сетчатого полимера и повышением содержания низкомолекулярных примесей в данном материале (табл. 7).

 

Таблица 7. Диэлектрические свойства пенопласта Тилен-А с кажущейся плотностью 120-150 кг/м3 в зависимости от условий выдержки (температура испытаний 20°С)

Условия выдержки Диэлектрическая проницаемость при 1010 Гц, не более Тангенс угла диэлектрических потерь при 1010 Гц, не более
Температура, °С Продолжительность, ч
80 2000 1,24 0,009
160 50 1,22 0,009
160 100 1,21 0,007
200 24 1,29 0,010

 

Испытания показали, что пенопласты Тилен-А могут применяться в контакте с алюминиевыми, анодированными и титановыми сплавами не вызывая их коррозию. Изделия из таких пенопластов пригодны для длительной работы в среде топлив и масел при повышенных температурах и имеют низкие показатели набухания. [6].

В настоящее время уже опробована технология получения пенопластов на основе порошковых композиций данного типа под действием микроволнового излучения, что позволяет провести вспенивание и отверждение за 40-50 мин и сократить цикл формования изделий в 5-8 раз [10].

Приведенные данные свидетельствуют, что представленные пенопласты являются перспективными материалами для изготовления изделий в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности.

Литература

  1. Пат. 4898370 США, МКИ С 08 J 9/10. Producnion of phenolic resin composite foam / Saeki  Yukio, Inoue Naomitsu, Tokunaga Yukio.- Заявл. 14.04.86; Опубл. 06.10.87.
  2. А.с. 1816774 СССР, МКИ С 08 J 9/06. Композиция для пенопласта/ Р.А.Сембаева, Г.В.Жукова, А.Ю.Самсонов и др. - Заявл. 20.04.90; Опубл. 23.05.93, Бюл. № 19.
  3. Пат. 1838348 СССР, МКИ С 08 L 61/10. Композиция для пенопласта./ С.П.Хайнер, С.А.Карташова, В.В.Гурьев и др. - Заявл. 10.12.91; Опубл. 30.08.93, Бюл. № 32.
  4. Заявка 2188636 Великобритании, С 08 J 9/10. Термоотверждаемые пенопласты с плотным поверхностным слоем на основе полиэфиров и фенольных смол/ P.H.Ridsdale, M.J.Brenner. - Заявл. 23.12.86; Опубл. 7.10.87.
  5. Порошковые композиции для пенопластов на основе модифицированных эпоксидных и фенолоформальдегидных олигомеров / А.Ф.Николаев, Л.В.Щемелева, И.В.Коцелайнен, И.М.Дворко // Пластмассы со специальными свойствами: Мат-лы краткоср. науч.-техн. семинара 16-17 сент. 1988.– Л., ЛДНТП, 1988.– С. 48-52.
  6. Дворко И.М., Щемелева Л.В. Новые пластмассы и эластомеры: Мат-лы науч.-техн.семинара / Под ред. проф. В.Н.Красовского и проф. В.К.Крыжановского.-С-Пб.,МЦЭНТ, 1996.- С. 14-16.
  7. Попов В.А. Пласт. массы.-1960, № 10.– С. 20-25.
  8. Берлин А.А., Шутов Ф.А. Пенополимеры на основе реакционноспособных олигомеров.- М.: Химия, 1978.- 296 с.
  9. Дворко И.М., Коцелайнен И.В. Пласт. массы.-1998. - № 2.- С. 40-42.
  10. Дворко И.М., Морозова Т.Ю., Крыжановский В.К. Новые химические технологии: Cб. мат-лов Всероссийск. науч-техн. конф /Приволжский дом знаний.- Пенза, 1998.- С. 6-10.