ПОЛИМЕРНЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Раздел: Строительство. Теплоизоляция

Полимерные теплоизоляционные материалы — новый вид чрезвычайно эффективных тепло- и звукоизоляционных материалов, обладающих рядом очень ценных для строительства свойств: малым объемным весом, достаточной прочностью, малым водопоглощением и гигроскопичностью, низким коэффициентом теплопроводности и т. д.

По теплоизоляционным свойствам ПТМ превосходят большинство известных материалов. Для получения одинакового термического сопротивления толщина изоляционного слоя составляет (в см): гранит, базальт, мрамор — 250; песчаник, известняк— 150; железобетон — 130; плотный бетон—100; пустотелый кирпич — 50; пемзобетон —40; древесина — 20; пенополистирол — 1,5.

Жесткие и эластичные пенопласты малопроницаемы для звуковых колебаний. При использовании их для звукоизоляции следует иметь в виду, что благодаря тонкой сплошной пленке полимера на их поверхности они способны не поглощать, а отражать звуковые волны. Если эту пленку удалить, звукопоглощающие свойства пенопластов повышаются.

Наибольшей способностью к звукопоглощению обладают пористые материалы: их открытая система пор благоприятствует созданию «звукового лабиринта». Материалы с закрытыми порами, как правило, обладают невысокой звукопоглощающей способностью, но практически звуконепроницаемы.

Полимерные теплоизоляционные материалы уже достаточно широко применяются в строительстве в качестве теплоизоляционных, акустических и конструкционных материалов. С! lull I-B.26-02 «Теплоизоляционные и акустические материалы и изделия» предусматривает применение в строительстве в качестве теплоизоляционных материалов пенопластов на основе полистирола, по- ливиннлхлорида, полиуретанов и феноло-формальдегид- ных полимеров в виде плит, скорлуп, сегментов.

К применяемым для изготовления строительных конструкции жестким пепопластам и сотопластам СНиП Т-В. 15-69 «Материалы и изделия па основе полимеров» предъявляют требования по размерам, к поверхности и форме материала, физико-механическим показателям и определяют область их применения.

1. Обьемныи вес н пористость

Объемный вес полимерных теплоизоляционных материалов является одним из основных показателей, характеризующих свойства материала. Зная объемный вес пористого материала, можно составить себе приблизительное представление о его теплопроводности и прочностных показателях. Полимерные теплоизоляционные материалы, вырабатываемые нашей промышленностью, обладают объемным весом в пределах от 10 до 250 кг/м3. Самым легким материалом является мипора на основе мочевино-формальдегидного полимера, выпускаемая в виде плит и блоков, имеющих объемный вес в пределах 10—15 кг/м3.

Так как большинство полимерных теплоизоляционных материалов вырабатывается в виде плит и блоков, то вычисление их объемного веса не представляет трудности и пе требует каких-либо сложных аппаратов и приспособлений.

Обычно для определения объемного веса пенопласта н поропласта, имеющих жесткую структуру, изготовляются образцы правильной кубической формы размером 30X30X30 (+5) мм. Для эластичных ячеистых материалов образцы изготовляют в форме параллелепипеда размером 50X50X30 мм или в форме цилиндра диаметром 35,7 мм и высотой до 50 мм. Общин объем одного образца не может быть меньше 25 см3. Поверхности образца не должны иметь поверхностной пленки и каких-либо дефектов.

Для приближения к постоянному весу перед испытанием образцы кондиционируют в течение 24 ч при 18—22°С и определенной влажности воздуха.

Линейные размеры образца измеряют любым прибором, обеспечивающим точность измерения в пределах I % измеряемой величины. Обычно применяют штангенциркуль.

Образцы размером до 50 мм рекомендуется измерять индикатором часового типа с круглой опорной площадкой. Давление, оказываемое на образец в момент измерения, не должно превышать установленного техническими условиями для каждого вида материала предела: например, для пенополиэпоксида оно не может пре вышать 3 гс/см2.

Взвешивать образцы можно на весах любой конструкции, обеспечивающих точность результата в пределах 1 %' веса взвешиваемого объекта.

Испытание проводят не менее чем на трех образцах- кубиках от каждого вида испытываемого изделия (плиты, блоки). Можно также определять объемный вес на целых плитах при геометрически правильной пх форме и возможно точном определении их объема.

За окончательный результат испытания принимают среднее арифметическое всех значений \'о, полученных на отдельных образцах.

Содержание в материале закрытых пор. Размеры и количество пор в теплоизоляционных полимерных материалах зависят от вида применяемого сырья (полимера и порообразователя) и способа получения. Чем большую часть объема материала занимают закрытые поры и чем они мельче, тем выше его механическая прочность, значительно меньше водопоглощение и лучше теплоизоляционные качества. Последнее обстоятельство обусловлено тем, что в крупных и сообщающихся порах возникает движение воздуха, сопровождающееся переносом тепла (конвекцией), что повышает суммарный коэф фпннгпг к-илппрмнпдпогтп. Погтму onptv'livicHiir co'iep

жания в материале закрытых нор весьма важно для правильной оценки качества материала.

Пространство, занятое закрытыми порами и полимерными стенками пористого материала, определяется объемом воздуха, вытесненного из камеры измерительного прибора при помещении в нее исследуемого образца.

Для определения применяют образцы, имеющие правильную геометрическую форму, с объемом пс менее 16 см3. Обычно применяют прямоугольные образцы с размером сторон 2X2X4 см. Испытуемые образцы должны иметь ровную поверхность, без трещин, раковин, сле^- дов механической обработки и без технологической поверхностной пленки.

Испытывают не менее трех образцов. За окончательный результат испытания принимается сретнее арифметическое всех измерений, полученных на отдельных образцах.

Линейные размеры образцов измеряют любым прибором, обеспечивающим точность измерения до 0,1 мм. Взвешивают образцы на весах, обеспечивающих точность взвешивания до 0,01 г.

Испытание начинают с балансирования двух систем, объем воздуха в которых уравнивают следующим образом: рабочую камеру 1 закрывают пробкой, и уровень ртути » манометре 2 устанавливается в верхнем положении. При этом кран 7 открыт на атмосферу, кран 8 открыт, сосуд 5 включен в контрольную систему. Затем при помощи крана 7 обе системы изолируются от атмосферы. Для определения баланса системы, перемещая сосуд 6, уровень ртути в манометре 2 устанавливают в нижнее положение. При этом объем обеих систем увеличивается и соответственно уменьшается давление. Если уровень жидкости в обоих коленах манометра 3 остается одинаковым, значит объемы систем равны. Если манометр 3 показывает разность давлений, уровень ртути в бюретке 6 должен быть изменен для изменения объема в контрольной системе. Уровень ртути в бюретке 6 регулируют только после того, как ртуть в манометре 2 возвращена к нулевой отметке и кран 7 открыт на атмосферу. Эту операцию повторяют до полного уравновешивания обеих систем. При этом уровень ртути в бюретке 6 является начальной рабочей отметкой R|. При проверке баланса (понижение ртути в манометре 2) кран на бюретке должен быть закрыт.

Затем приступают к измерению объема образцов пенопласта. Образец известного веса и геометрического объема помещают в камеру 1 и закрывают ее пробкой; затем вновь уравнивают объемы систем. При балансе образцов уровень ртути в бюретке 6 принимается за вторую рабочую отметку /?2- При измерении образца с закрытыми порами кран 8 перекрывают и объем сосуда 5, равный V', добавляют к контрольной отметке.

1 еплонлолицпоппые строительные полимерные материалы могут подвергаться различным нагрузкам в конструкциях, испытывать различные напряжения — сжатие, растяжение, изгиб, срез, удар. Эти напряжения по-разному действуют на материалы, обладающие различными прочностными характеристиками. Для правильности расчетов при использовании этих материалов необходимо точно знать эти характеристики.

Предел прочности при сжатии. Пенопласты всех видов дают значительную деформацию при сжатии. Поэтому различают предел прочности при сжатии у жестких пенопластов (пенополистирола марок ПС-1 и ПС-4 и др.) и прочность при 10%-ном сжатии у мягких, сильнодеформирующихся пенопластов (например, у пенополистирола марки ПСБ). Метод определения условного предела прочности при сжатии заключается в определении предельного напряжения, соответствующего хрупкому разрушению образца или резкому изменению характера диаграммы сжатия, если образец не разрушается.

Для определения предела прочности при сжатии изготовляют образцы-кубики со сторонами 30±1 мм. Образцы вырезают из плит материала, с которых снята поверхностная пленка не менее чем па 2 мм, пе ближе 5 см от края плиты. Параллельность граней куба должна быть выдержана в пределах 1 мм. Объемный вес изготовленных образцов должен соответствовать норме, в протнвпом случае образец бракуется и заменяется дру- I им. Обра hiы пепы I ыиают па любой машине, обееиечн иающей гочность измерения до 1% при 18—22°С. Испытание ведут с равномерной скоростью движения нижнего зажима, равной 40—50 мм/мин.

Прочность при 10%-ной линейной деформации определяют на образцах размером 50X50X50 мм при скорости нагружения не более 50 мм/мин. При достижении 10%-ной линейной деформации образца определяют нагрузку. Показатель прочности вычисляют по формуле (17). Прочность на сжатие при 10%-ной линейной деформации вычисляют как среднее арифметическое значение результатов испытаний девяти образцов.

Некоторые виды пенопластов имеют незначительную прочность (например, мипора). Поэтому вместо прочности на сжатие определяют пластичность материала, для чего берут пять кубиков материала размером 50X50X50 мм, помещают между двумя пластинками и сжимают до толщины 40 мм (20%). При этом образец не должен разрушиться.

Предел прочности при статическом изгибе. Для проведения испытания на прочность при статическом изгибе жестких пенопластов изготовляют образцы прямоугольного сечения с размером сторон 125X10Х15 мм. с допусками по длине ±1 мм и по ширине и высоте ±0.2 .мл. Отклонения от параллельности противоположных гранен допускаются в пределах 0,5 лл, а от перпендикулярности граней не более 2°. Если испытуемый материал является анизотропным, то испытание проводят на образцах, вырезанных в разных направлениях. Образцы должны иметь ровную поверхность без трещин, вздутий, раковин п поверхностной пленки.

Перед испытанием образцы для приближения к постоянному весу выдерживают в течение 24 ч при 18— 22°С и относительной влажности окружающего воздуха 65±5%; непосредственно перед испытанием образцы измеряют с точностью до 0,1 мм. Измерительные приборы не должны вызывать деформации образцов, количество которых должно быть не менее пяти от каждой партии испытуемого материала.

Для проведения испытания используют машины, применяемые для испытаний на сжатие, снабженные приспособлениями для испытаний на изгиб. .Точность определения нагрузки должна бып. не менее 1%.

Образец устанавливают па опоры с радиусом закругления 2±0,1 мм (расстояние между осями опор 100 мм) так. чтобы плоскость образца касалась опор по псеп его ширине. Середина пролета меж iy опорами должна совпадать с осью пуансона, передающего нагрузку. Радиус пуансона должен быть равен 5±0,1 мм. Скорость на- гружения — 30 мм/мин.

Мягкие, сильно деформирующиеся пепопласты (например, пенополистирол ПСБ) испытывают па образцах размером 160X30X30 мм. Количество образцов — не менее шести. Расстояние между опорами— 120 мм; радиус закругления — 6 мм. Такой же радиус закругления должен иметь и пуансон. Образец нагружают со скоростью не более 50 мм/мин.

Предел прочности при статическом изгибе определяют как среднее арифметическое результатов испытания всех образцов, причем в расчет не принимаются образцы, разрушившиеся вне средней трети расстояния между опорами, а также образцы, в которых в момент испытания обнаружены внутренние дефекты, и образцы, дающие результаты с отклонением более чем на 25% среднего значения. Если после отбраковки число оставшихся образцов окажется менее трех, то опыт повторяют на поной партии образцов.

Если образец при испытании не разрушается, то рассчитывают временное сопротивление изгибу при стреле прогиба 10 мм по формуле расчета предела прочности при изгибе.

Удельная ударная вязкость определяется как количество работы, необходимой для разрушения образца при испытании его на изгиб ударной нагрузкой, отнесенное к площади поперечного сечения образца. Образцы для проведения испытаний аналогичны образцам жестких пенопластов при испытании их на статический изгиб.

Удельную ударную вязкость определяют на маятниковом копре, развивающем энергию удара до 15 кгс-см. Скорость удара маятника должна быть близка к 2— 3 м/сек. Расстояние между опорами копра должно быть равно 70±0,2 мм, радиус закругления краев опор 3 мм. 1 U-итр удара маятника долл<ен приходиться на середину образца. Клинообразный боек маятника должен вписываться в угол 45° и оканчиваться закруглением радиусом 3 мм.