Материал: А27878 Андреев АК Материалы для низкотемпературной техники

Окончание табл. 5.55

При низкой температуре конвекция уже не является основным средством теплопередачи; главными факторами, влияющими на изоляционные свойства пенополиуретана при криогенных температурах, становятся размеры и однородность его ячеек.

Одним из условий надежной эксплуатации оборудования, защищенного теплоизолирующим материалом, является коррозионная активность последнего. Пенополиуретаны, вспененные диоксидом углерода, не проявляют коррозионной активности по отношению к различным металлам; пенополиуретаны, вспененные фреоном, могут вызывать коррозию металлов, поскольку хлорсодержащие углеводороды в присутствии влаги выделяют соляную кислоту.

Применение пенополиуретанов. Данные материалы находят широкое применение в различных отраслях промышленности и в производстве товаров народного потребления. Эластичные пенополиуретаны применяют в мебельной и автомобильной промышленности, жесткие – при производстве холодильников и рефрижераторов, теплоизоляции низкотемпературных и криогенных конструкций, а также в строительстве в качестве теплоизоляционных материалов.

Одним из определяющих условий применения теплоизолирующих материалов в криогенной и низкотемпературной технике является близость коэффициентов теплового расширения основного (защищаемого) материала и теплоизолятора.

В табл. 5.56 приведены сведения о коэффициентах теплового

271

расширения пенополиуретанов и ряда других, широко применяемых теплоизолирующих материалов.

Высокие теплоизоляционные свойства пенополиуретанов позволяют значительно уменьшить толщину изоляции по сравнению с другими материалами, а низкая плотность облегчает монтаж готовых панелей и блоков. При постройке зданий со стенами и крышей, изолированными пенополиуретаном, экономия материалов и рабочей силы составляет 25 % от затрат, а затраты энергии на обогрев или охлаждение при эксплуатации снижаются на 10–15 %.

Таблица 5.56

Температурный коэффициент линейного расширения ячеистых изоляционных материалов

Пенофенопласты. Эти материалы получили достаточно широкое распространение в технике низких температур из-за их уникальных свойств, формостабильности в широком температурном интервале и высокой огнестойкости.

Исходное сырье для производства указанных материалов (фенолоформальдегидные смолы) является одним из самых распространенных и экономически доступных видов реакционноспособ-

272

ных олигомеров, производство которых опирается на большие запасы сырья и высокоразвитую производственную базу.

Пенофенопласты получают на основе жидких резольных смол и твердых новолачных смол. Основными компонентами композиций для получения пенопластов являются форполимер, кислотный отвердитель, газообразователь и поверхностно-активное вещество. В качестве газообразователя при их производстве из резольных смол используются порошкообразные металлы (алюминий, магний, цинк, железо), которые, взаимодействуя с кислотами, выделяют водород. Кроме того, используются легколетучие углеводороды: н-бутиловый эфир, фреоны и др. В качестве поверхност- но-активных веществ применяют алкилсульфонаты и кремнийорганические поверхностно-активные вещества. Для отвердителей используют минеральные кислоты: соляную, серную, фосфорную.

Наиболее распространенный в России фенольный пенопласт типа ФРП получают на основе резольных форполимеров ФРВ (ФРВ-1, ФРВ-1А, ФРВ-2, «резоцела»), которые представляют собой гомогенные водорастворимые жидкости со слабым запахом фенола и формальдегида, полученные в результате конденсации фенола с формальдегидом с использованием в качестве катализатора едкого натра. В качестве вспенивающего агента и отвердителя используются продукты типа ВАГ (ВАГ-1, ВАГ-2, ВАГ-3), представляющие собой смесь минеральных кислот с мочевиной, диэтиленгликолем или продуктом конденсации сульфонилмочевины с формальдегидом. Кроме того, в композицию вводится алюминиевая пудра. Пенофенопласты имеют преимущественно открытоячеистую структуру, поэтому характеризуются высоким водо- и влагопоглощением, которое зависит от ячеистой структуры пенопласта. Так, фенольный пенопласт с мелкоячеистой структурой имеет водопоглощение 2–3 %, а с крупноячеистой – 12–14 %, что следует особо учитывать при выборе материала для теплоизоляции низкотемпературной техники, при размораживании которой интенсивно протекают процессы конденсации жидкости на стенках оборудования.

В табл. 5.57 и 5.58 приведены основные свойства различных фенольных пенопластов. Свойства полифенольных пенопластов зависят от состава композиции и плотности. Для них характерны пониженная прочность при растяжении и высокая хрупкость, что объясняется тем, что фенолоформальдегидные полимеры представ-

273

ляют собой жесткие трехмерные сетки, состоящие из фенольных ядер, прочно связанных друг с другом малоподвижными мостиковыми связями. Поэтому при прочностных расчетах изделий из полифенольных пенопластов рекомендуется вместо коэффициента Пуассона использовать коэффициент поперечной деформации. В направлении, параллельном вспениванию, этот коэффициент равен 0,55, а в направлении, перпендикулярном вспениванию, – 0,37.

Таблица 5.57

Свойства фенольных пенопластов на основе твердых смол

274

за 24 ч, кг/м3

Эпоксидные пенопласты. Данные материалы обладают высокими механическими свойствами, отличной адгезией ко многим материалам, высокой формостабильностью и химической стойкостью, а также хорошими теплостойкостью и диэлектрическими показателями. Однако высокая стоимость и несовершенство существующей технологии производства сдерживают их применение. Физико-механические свойства эпоксидных пенопластов близки к свойствам пенополиуретанов. Их прочность и модуль упругости при сжатии, растяжении, изгибе и сдвиге зависят от степени отверждения, плотности, температуры и направления вспенивания (табл. 5.59).

Особенно важным свойством эпоксидных пенопластов является их способность сохранять прочностные показатели при низких значениях температуры (до –60 °С). Например, коэффициент Пуассона этих материалов при +20 и –197 °С равен соответственно 0,41 и 0,45. Температура начала деформации ППЭ в условиях постоянно действующих сжимающих нагрузок зависит от их плотности.

Эпоксидные пенопласты являются горючими материалами, однако введением специальных модификаторов и добавок можно понизить их горючесть; в частности, очень эффективно использование галогенсодержащих эпоксидных смол, в состав которых входит 33–40 % хлора. Еще более эффективными являются бромсодержащие эпоксидные соединения.

Применение в качестве вспенивающего агента фреонов позволило заметно улучшить теплоизоляционные свойства. Помимо обычных преимуществ фреонов перед другими газообразователями (низких коэффициентах теплопроводности и диффузии), они обладают хорошей совместимостью с эпоксидными смолами.

Влаго- и водопоглощение эпоксидных пенопластов невелико и зависит от плотности материала. Пенопласты ПЭ-1 и ПЭ-2 (100 кг/м3) сорбируют до 0,045 % (по объему) влаги при относительной влажности воздуха 55–65 %. Водопоглощение эпоксидных пенопластов при 20 °С за 10 сут не превышает 0,25 кг/м2.

По химической стойкости эпоксидные пенопласты считаются одними из наиболее химически стойких пенопластов.

275