Пенопласту (газонаполненные или вспененные полимеры) по своей структуре напоминают застывшую пену. С физической точки зрения они представляют собой двухфазные системы, в которых одной фазой является полимерная матрица, другой — газ. Пенопласты можно рассматривать также как наполненные полимеры, в которых наполнителем служит газ. Такое опреде­ление особенно подходит к так называемым синтактным пено -

материалам —- пенопластам с полным наполнителем (микросфе­рами), содержащим газ.

Основной структурный элемент вспененной пластмассы — ячейка, содержащая газ. Ячейки имеют форму сфер, многогран­ников, вытянутых капилляров и др. с размерами от нескольких микрон до нескольких миллиметров. В зависимости от того, яв­ляется ли основная доля газовых ячеек изолированными или сообщающимися, вспененные пластмассы подразделяют на за­крыто - и открытопористые, Материалы с закрытыми ячейками называются пенопластами, с сообщающимися — поропластими.

Наряду с понятием газовой ячейки используется также по­нятие газоструктурный элемент (ГСЭ). под которым подразу­мевается элементарный объем материала, состоящий из ячейки, ее стенок и ребер, и повторяющийся с определенной периодич­ностью во всем пенопласте. Термин ГСЭ более точно характе­ризует структуру пенопласта, чем термин «ячейка», так как одинаковые по размерам и форме ячейки могут образовывать разные типы газоструктурных элементов за счет различной кон­фигурации межъячеистого пространства.

В зависимости от того, какое строение имеет ГСЭ, вспенен­ные пластмассы классифицируют на следующие типы:

ячеистые (пенистые), содержащие изолированные ГСЭ; пористые, содержащие сообщающиеся ГСЭ; мнкробаллонпые, или синтактные пеноматериалы, в которых газ находится в сферических частицах — микросферах или мик - робаллоках из стекла, керамики, полимеров и других материа­лов, распределенных во всем объеме пенопласта;

сотовые пластики, ГСЭ которых состоят из многогранников, образованных слоями бумаги или ткани, пропитанными поли­мерным связующим и заключенной в них газовой фазой:

капиллярные или волокнистые пластики. ГСЭ которых состо­ят из капилляров с газом;

пенопласты со смешанным типом ГСЭ.

Газовые ячейки-поры могут иметь как более-менее одинако­вые размеры, так и определенное распределение ячеек различ­ных размеров по толщине изделия. На рис. 12.1,а показано рас­пределение пор в плиточном пенополистнроле, в котором ячейки одинаковых размеров равномерно распределены по всему объе­му плиты. На рис 12.1,6 показано распределение пор в литье­вом изделии из пенополипроиилеиа, из которого видно, что чем дальше от середины изделия, тем меньше размер газовых ячеек. Такие пенопласты называются интегральными или структуриро­ванными.

Свойства пеиоизделий в меньшей степени зависят от химиче­ской природы исходного полимера, чем свойства изделий из монолитных пластмасс. Так, механические, теплофизическне. диэлектрические свойства вспененных пластмасс определяются

Рис. 12 1. Распределение пор по размерам:

г. --в плиточном ирееь'овом к:.Ш1'Тн;к)лв; и - ч »н и-.-рдльн'»* пеноклатте

Рис 12.2. Кривая распределений плчтноли з пмтегргь’ ом пенопласте

п основном долей газовой фазы в пенопласте. Поэтому одной из важнейших характеристик вспененных пластмасс является кажущаяся плотность,

В зависимости от кажущейся плотности пенопласты делятся на сверхлегкие (ji„< 10 кг/м’). легкие (рк— 10 500 кг/м1) и облегченные (кажущаяся плотность превышает 0,5 значения плотности исходного полимера). Кажущаяся плотность - вели­чина усредненная; в пределах объема'одного пепоизделия для центральных и поверхностных слоев ее значение может значи­тельно различаться. Так, средняя кажущаяся плотность, напри­мер, плиточного пеиополистирола ПСБ составляет -10—45 кг/м3, и то время как для внутренних слоев--30—35 кг/м1. Для ин­тегральных пепопластоп этот показатель имеет минимальное значение и центральных слоях изделия, а в поверхностных до­стигает значения плотности монолитного материала. Па рис.

12.2 показана кривая распределения плотности интегрального пенопласта.

Пенопласты по отношению к напряжению сжатия при 50%- ной деформации делятся на эластичные (мягкие), жесткие и полужесткие. Эластичные — это пенопласты с напряжением сжатия при 50%-ной деформации менее 0.01 МПа. жесткие — более 0,15 МПа, полужесткие пенопласты занимают промежу­точное положение.

Механические свойства пенопластов оцениваются теми же показателями, что и свойства монолитных пластмасс, чп основной их характеристикой является разрушающее напря­жение при сжатии. Для данного пенопласта егЬ прочность за­висит от кажущейся плотности: чем больше кажущаяся плот­ность, тем выше механическая прочность этого пеиоматериала. Например, при изменении кажущейся плотности плиточного прессового пеиополистирола ПС-1 or 60 до 600 кг/м1 разруша­ющее напряжение при сжатии увеличивается от 0,3 до 5 МПа.

т.. е. почти в 17 раз; при изменении кажущейся плотности прес­сового пенеполивинилхлорида от 80 до 220 кг/м3 разрушающее напряжение при сжатии увеличивается в 4 раза—от 0,4 до 1,5 МПа. Для механических свойств ненопластов более сущест­венным является их плотность, чем природа исходного поли­мера.

Теплофизические свойства ленопл астов характер и - зуются коэффициентом теплопроводности и температурой раз­мягчения. Коэффициент теплопроводности зависит от кажущей­ся плотности пенопласта: чем ниже плотность, т. е. чем больше газовой фазы в пеноматерпале, тем меньше коэффициент тепло­проводности. Теплопроводность вспененных пластмасс значитель­но ниже теплопроводности невсиененных {например, коэффици­ент теплопроводности пеиополистирола при плотности 650 кг/м 1 вдвое ниже, чем для невспенешюго). Низкая теплопроводность пенопластов обусловливает применение их з качестве теплоизо­ляционных материалов.

Диэлектрические свойства пенопластов характеризуются ди­электрической проницаемостью е, тангенсом угла диэлектриче­ских потерь tg6, удельным объемным электрическим сопротив­лением ру. Диэлектрические показатели зависят от природы ис­пользуемых при получении пенопластов газообразоватедей (например, неорганические газообразователп ухудшают их). Кроме того, на электроизоляционные свойства оказывает влия­ние и природа полимера (например, поливинилхлоридные пеао - нласты имеют худшие диэлектрические показатели, чем поли - стирольные, что объясняется более высокой полярностью ПВХ).

Химическая стойкость пенопластов зависит от приро­ды полимера, поэтому она такая же, как и у соответствующих монолитных материалов.