Свойства композиционных пенопластов, наполненных гранулами пеностекла —
В создании композиционных пенопластов для строительных конструкций перед учеными стоит задача направленного изменения свойств материала с целью повышения его формоустойчивости, формостабильности и снижения горючести. При этом полимер и наполнитель выбирают в зависимости от требуемых условий работы конструкции и необходимости обеспечения заданных свойств композиционных пенопластов.
В ЦНИИСК им, В. А. Кучеренко проведены исследования по модификации полиуретановых пенопластов введением в них гранул пеностекла, разработанных Минским научно-исследовательским институтом строительных материалов (НИИСМ).
Производство гранулированного пеностекла основано на гидратации высокодисперсного стеклянного порошка в растворе щелочей. Гранулы пеностекла в виде щебня размером 10—30 мм насыпной плотностью 70—107 кг/м3 получают на опытно-экспериментальном предприятии института. Расчетная себестоимость 1 м3 гранул в зависимости от мощности производства и свойств пеностекла состапляет 20—30 р.
Свойства гранул пеностекла определяли по методике ЦНИИСК, (табл. 1). Отмечено, что с увеличением насыпной плотности прочность гранул на сжатие возрастает. Адгезионная прочность пенополиуретана к гранулам пеностекла не зависит от их плотности и определяется качеством поверхности гранул, т. е. пористостью поверхности и ее запыленностью.
Изучено влияние на плотность и прочность композиционного пенополиуретана степени наполнения его пеностеклом (табл. 2). При постоянном расходе пенополиуретана увеличение степени наполнения (с 50 до 95% по объему пенопласта) приводит к повышению в 2 раза плотности пеноллста, что, в свою очередь, на 10—40% увеличивает его прочность на сжатие.
Что касается изменения прочности на сжатие и растяжение композиционных пенополиуретанов различной плотности, выявлено, что при сравнительно низких степенях наполнения (50—70% но объему пенопласта) в процессе деформирования образцов происходит разрушение в основном по пенопласту и в приконтактном слое пенополнуретана с гранулами наполнителя. С увеличением степени наполнения отмечается участие наполнителя в работе пенопласта. Установлена оптимальная степень структурирования пенополиуретана гранулами пеностекла, соответствующая наполнению на 85—95% по объему пенопласта.
Определена кинетика изменения водопоглощения композиционного пенополиуретана различной (плотности. Результаты анализа свидетельствуют, что с повышением плотности композиционного пенополиуретана его водопогло- щенне снижается. При этом с увеличением степени наполнения пенополиуретана с 50 до 90% по объему показатели водопоглощения уменьшаются в 1,5 раза. Прочность композиционного пенополиуретана после выдерживания в воде в течение 30 сут снижается на 10—15% от первоначального значения в зависимости от вида и качества использованного пеностекла и пенополиуретана.
Наполненный гранулами пеностекла пенополиуретан — хороший теплоизоляционный теплоизоляционно-конструкционный материал. В зависимости от насыпной плотности пеностекла и степени наполнения им композиционного пенополиуретана теплопроводность последнего находится в пределах 0,03— 0.055 Вт/(м-ч-°С).
Совместно с МНИИТЭП исследовано влияние цикличных температурно-влажностных воздействий на свойства композиционного пенополиуретана. Выявлен характер изменения прочности этого пенопласта при воздействия «а «его колебаний температур от —40 до +70°С относительной влажности воздуха 80%.
Исследования проводили по методике МНИИТЭП на образцах, выпиленных из панелей на основе наполненного гранулами пеностекла пенополиуретана, изготовленных на опытно-промышленной установке ЦНИИСК.
В первые циклы температурно-влажностного воздействия прочностные показатели композиционного пенополиуретана снизились при его сжатии и растяжения соответственно на 8,5 и 14,5%. Однако при дальнейшем экспонировании образцов в климатической камере до 650 циклов попеременного нагрева и охлаждения установлено незначительное снижение прочности на сжатие и растяжение в среднем до 11 и 8% соответственно.
С учетом прочностных и деформационных свойств композиционных пенополиуретанов ЦНИИСК разработаны конструкции для жилых и служебных зданий контейнерного м сборно-разборного типом. Предусмотрены ограждения размером 3X9 м с вертикальной разрезкой стон п поперечной разрезкой пола и покрытия на однослойные панели размером 1X3 м. Однослойные стеновые панели толщиной 100 >м,м обрамлены но периметру древесным каркасом, а наружная и внутренняя поверхность армированы стеклохолстом марки МБС-12-620-9. В качестве конструкционно-теплоизоляционного утеплителя использован наполненный пеностеклам пенополиуретан амотностью 150 кг/м .
Опытная партия панелей изготовлена на экспериментальной стендовой установке ЦНИИСК.
Статические испытания панелей показали, что их поверхностное армирование увеличивает в 1,5 раза (несущую способность и практически .не .влияет на деформационные характеристики конструкций. При этом нормативная жесткость конструкций обеспечивается высокими упругими характеристиками наполненного пеностеклом пенопласта. Применение таких панелей рекомендовано для строительства в любых климатических районах нашей страны.
Основную долю затрат на производство таких конструкций составляют расходы па материалы — 70,4%. Себестоимость панелей в пересчете на 1 м2 — 20,61 р. Это на 7,7% меньше себестоимости металлических панелей типа «сэндвич», изготовляемых «а Воронежском заводе алюминиевых конструкций по стендовой технологии. При изготовлении каркасной панели на основе наполненного пеностеклом пенополиуретана экономится дефицитный маталл, так как наружные обшивки в ней заменены на стеклохолст, пропитанный в процессе изготовления пенополиуретаном. Благодаря использованию минерального наполнителя и стекло- холста повышается огнестойкость конструкции.
На основании проведенных в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко исследований было рекомендовано использовать наполненный пеностеклом пенополиуретан в каркасных однослойных панелях ограждений для инвентарных сборно-разборных зданий.