Повышение механических свойств пенополистирола армированием Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 691.175.3

А.А. МАМОНТОВ, магистрант (kardinal61@mail.ru), О.А. КИСЕЛЕВА, канд. техн. наук, Тамбовский государственный технический университет (ГОУ ВПО ТГТУ)

Повышение механических свойств пенополистирола армированием

Пенополистирол зарекомендовал себя как наиболее экономичный и удобный строительный утеплитель. Однако он обладает высокой деформируемостью и малой прочностью, что ограничивает область его применения. Решения данной проблемы можно достичь различными способами — уменьшением размера гранул пенополистирола, модификацией полимерами, армированием [1, 2].

В работе повышения прочности пенополистирола марки ПСБ-С-35 достигали путем использования армирующих слоев из стеклохолста и стеклотканевой сетки с размером ячеек 2x2 и 5x5 мм. Армирующий материал располагали либо внутри конструкции, либо снаружи. Также рассматривали комбинированный вариант, когда армирование выполняли одновременно внутри и снаружи пенопласта. Склеивание материалов осуществляли специальным водостойким и термостойким клеем «WILD TITAN» под нагрузкой 0,04 кН в течение 24 ч.

Выбор оптимальной конструкции армированных плит пенополистирола осуществляли с учетом результатов механических испытаний [3]. Сводные результаты испытаний армированных образцов приведены в таблице.

При устройстве внешнего армирования лучшие результаты характерны для стеклосетки, а внутреннего — с помощью стеклохолста. При этом наиболее эффективным является совмещение внутреннего и внешнего армирования. Наибольшее значение прочности соответствует армированной конструкции, состоящей из двух слоев пенополистирола толщиной 10 мм с прослойкой и покрытием из стеклотканевой сетки (таблица). Прочность такой конструкции в три раза превышает прочность неармированного пенополистирола.

В многослойных конструкциях с числом слоев пено-полистирола 3 и более целесообразнее устраивать внутреннее армирование из стеклохолста. В этом случае прочность в два раза превышает прочность исходного пенопласта.

Величина твердости существенно увеличивается только при внешнем армировании стеклотканевой сет-

кой, обладающей в сравнении со стеклохолстом повышенной жесткостью.

Для выявления влияния армирующих материалов на долговечность был составлен график ^ т (долговечность) — ст (напряжение) (рис. 1).

Армирование увеличивает не только прочность, но и долговечность пенополистирола (рис. 1). Наиболее работоспособной является конструкция с внутренним и внешним армированием стеклотканевой сеткой.

Повышение долговечности обеспечено совместной работой армирующего материала с пенополистиролом за счет жесткого скрепления их клеем. Армирующие слои конструкции воспринимают растягивающие усилия, возникающие при изгибе пенополистирола, препятствуя его деформированию.

Увеличение температуры практически не сказывается на прочности неармированного пенополистирола (рис. 2), чего нельзя сказать об армированных конструкциях. За счет наличия в них клеевых прослоек под действием повышенной температуры разрушение образцов начинается с развития больших прогибов, а прочность снижается.

Определяющим в данном случае является материал армирования. При увеличении температуры наибольшее падение прочности (на 41%) характерно для конструкций с прослойкой и покрытием из стеклосет-ки. Менее чувствителен к действию повышенной температуры пенополистирол с внутренним и внешним армированием стеклохолстом (снижение прочности на 27%). Преимущество армированного пенополистирола над неармированным очевидно. В условиях максимальной температуры (70оС) армирование увеличивает прочность конструкции в 1,8—2 раза.

Проведенные дилатометрические испытания выявили, что армирование пенополистирола сказывается и на его термическом расширении. Непосредственное влияние оказывает не только материал армирования, но и его расположение в конструкции.

Так, применение наружного армирования сдерживает удлинение пенополистирола. Более эффектив-

Способ армирования Материал армирования Кол-во слоев пенопласта Толщина слоя, мм Прочность, МПа Твердость (по Бринеллю), МПа

Отсутствует - 1 20 0,39 0,31

Внешний Сетка(5х5мм) 1 20 0,96 0,55

Сетка(2х2мм) 1 20 0,89 0,55

Стеклохолст 1 20 0,72 0,5

Внутренний Стеклохолст 2 10 0,45 0,33

3 10 0,5 0,27

Сетка(2х2мм) 2 10 0,42 0,34

3 10 0,4 0,27

Комбинированный Стеклохолст 3 10 0,51 -

Сетка(2х2мм) 2 10 1,06 -

Внутри - стеклохолст Снаружи - сетка(2х2) 3 10 0,79 -

www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал '-ÖY^QHr^JjjjHbJ^

сентябрь 2010 *

ig т, с 7

6

5

4

3

2

0

1,4

а, МПа

Рис. 1. Влияние вида армирования на долговечность пенополистирола при 20оС: 1 - армирования нет; 2 - два слоя пенопласта с внутренним и внешним армированием стеклосеткой; 3 - три слоя пенопласта с внутренним армированием стеклохолстом и внешним из стеклосетки; 4 - три слоя пенопласта с внутренним и внешним армированием стеклосеткой

ным является внешнее армирование стеклосеткой, а не холстом. Оно в два раза уменьшает коэффициент линейного термического расширения. Устройство армирующей прослойки из стеклосетки или стекло-холста положительного результата на деформатив-ность не дало.

Таким образом, армирование уменьшает деформируемость, увеличивает прочность и, как следствие, долговечность пенополистирола. Такая конструкция меньше подвержена короблению, пенопласт не рассыпается на гранулы.

Ключевые слова: пенополистирол, армирование, прочность, теплостойкость, долговечность.

- ' 1

2

3

1 1 1 1

а, МПа 1,2 1,1 1

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2

20 30 40 50 60 70

Т, оС

Рис. 2. Изменение прочности пенополистирола при действии повышенной температуры в зависимости от вида армирования: 1 - двухслойные образцы с внутренним и внешним армированием стеклосеткой; 2 - двухслойные образцы с внутренним и внешним армированием стек-лохолстом; 3 - неармированные образцы

Список литературы

1. Павлов В.А. Пенополистирол. М.: Химия, 1973. 240 с.

2. Киселева О.А., Соломатин М.А., Ярцев В.П. Влияние покрытия на долговечность органических строительных материалов // Сб. статей V Междунар. на-учн.-технич. конф. «Эффективные строительные конструкции: теория и практика». Пенза, 2006. С. 208-211.

3. Мамонтов А.А., Киселева О.А. Повышение механических свойств пенопластов путем их армирования // Сб. научн. статей молодых ученых и студентов «Проблемы ноосферной безопасности и устойчивого развития». Вып. 1. Тамбов, 2010. С. 187-189.

1] ® = и ®НОЯБРЯ ©ш ш mm

промСтройЭн е р

ВЫСТАВКА ПРОМЫШЛЕННОГО И СТРОИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ, ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ В ЕДИНОЙ ВЫСТАВОЧНОЙ ЭКСПОЗИЦИИ:

ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ЯМ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЖКК

ЖКХ - СТАНДАРТЫ БУДУЩЕГО РЕМСТРОЙЭКСПО СВЕТ. СТЕКЛО. ДВЕРИ. ОКНА. ДРЕВЭКСПО. МЕБЕЛЬ.

ОМСКПОЛИТЕХ

АВТОМАТИКА, ЭЛЕКТРОНИКА И РАДИОТЕХНИКА

ЭКСПОМАШ ИН-ЭКСПО

РИЭЛТ-САЛОН СИБДОМСЕРВИС

Организатор: МВЦ "ИнтерСиб", тел. 13812) 25 84 87, 25 25 56, тел./факс (3812) 25-72-02, e-mail: stroy@intersib.ru, fair®ntersib.ru,http:\\ www.intersib.ru

Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru

Л] сентябрь 2010 ЧТ