Рис. 3.1. Образцы пенополистирола ПЕНОПЛЭКС® 35:
а – для испытаний поперечным изгибом; б – для определения коэффициента теплопроводности; в – для исследования линейного термического расширения; г – для испытаний сжатием и пенетрацией
Важным эксплуатационным свойством любого материала является его стойкость к различного рода воздействиям внешних факторов, которые изменяют его механические и физические характеристики. Такие изменения значительно сокращают сроки службы строительных изделий. Их исследование необходимо для более четкого определения областей практического применения материала. В данной главе рассмотрено влияние на эксплуатационные характеристики экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЭКС® следующих факторов: циклов замораживание–оттаивание и замачивание–высушивание, теплового старения и воздействия агрессивных сред.
Для оценки морозостойкости экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЭКС® 35 проводились лабораторные испытания образцов материала (рис. 3.1, а), подверженных циклическому замораживанию и оттаиванию по методике НИИМосстрой. Согласно этой методике один цикл состоял из замораживания образцов в течение 3 ч при температуре –25 °С и 3-часового оттаивания их в воде с температурой +20 °С. Количество циклов было принято следующим: 5, 15, 25, 50, 75, 100.
В целях исследования влияния «замораживания-оттаивания» на механические свойства экструзионного пенополистирола ПЕНОППЛЭКС® 35 образцы после заданного количества циклов испытывали поперечным изгибом, сжатием и пенетрацией. При этом прочность материала на изгиб оценивали по значению предела прочности (σ, МПа); на сжатие – по величине относительных деформаций (ε, %) при постоянном напряжении, действующем в течение заданного времени; при пенетрации – по относительной глубине погружения (h, %) индентора-шарика от постоянной нагрузки в течение заданного времени. За конечный результат принималось среднее арифметическое значение указанных характеристик для серии образцов.
Графическая интерпретация результатов исследований представлена на рис. 3.2 – 3.4.
Из рисунков 3.2 – 3.4 видно, что переменное замораживание–оттаивание оказывает большее влияние на прочность пенополистирола при сжатии. Об этом свидетельствует увеличение относительных деформаций сжатия (в среднем на 9%) образцов, подвергнутых 50 циклам воздействия. Однако после 75 и 100 циклов наблюдается повышение жесткости исследуемого материала, что подтверждается уменьшением относительных деформаций сжатия и относительной глубины погружения индентора при пенетрации.
В целом можно сказать, что замораживание–оттаивание практически не сказывается на прочностных и деформационных свойствах экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЭКС® 35.
Для установления характера влияния циклического замораживания и оттаивания на теплофизические свойства экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЭКС® 35 после заданного числа циклов проводились испытания образцов (рис. 3.1, б, в) по определению коэффициента линейного термического расширения (α, 1/°С) и коэффициента теплопроводности (λ, Вт/(м·К)).
Определение коэффициента линейного термического расширения производили на оптическом дилатометре. В результате были получены дилатометрические кривые, представленные на рис. 3.5.
Дилатометрия является одним из прямых физических методов исследования структуры материала и позволяет делать некоторые заключения об ее изменении. Как видно из рисунка, переменное замораживание и оттаивание не оказывает значительного влияния на структуру исследуемого пенополистирола. Все кривые имеют практически линейный характер. Однако очевидным становится то, что после 75 и 100 циклов повышается жесткость материала – удлинение образцов происходит медленнее и имеет меньшее значение. Это подтверждается величиной рассчитанных коэффициентов линейного расширения, значения которых приведены в табл. 3.1.
Изменение теплотехнических свойств пенополистирола ПЕНОПЛЭКС® 35, подверженного переменному замораживанию–оттаиванию, оценивали по коэффициенту теплопроводности, который определяли на установке ИТП МГ-4 100.
| Циклы | 0 | 5 | 15 | 25 | 50 | 75 | 100 |
| α, ×10–4 1/°С | 5,07 | 5,57 | 7,93 | 6,30 | 7,88 | 2,68 | 3,16 |
| Циклы | 0 | 5 | 15 | 25 | 50 | 75 | 100 |
| λ, Вт/(м·К) | 0,029 | 0,029 | 0,029 | 0,029 | 0,029 | 0,028 | 0,029 |
Результаты, приведенные в табл. 3.2, показывают стабильность теплофизических свойств исследуемого пенополистирола.
В процессе изучения влияния циклов замораживания–оттаивания на физические свойства экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЭКС® 35 проводились исследования его водопоглощения, изменения массы и линейных размеров после заданного числа циклов.
Определение водопоглощения по объему осуществляли на образцах путем замачивания их в воде на 24 ч. В результате рассчитывали среднее значение водопоглощения (%) для серии образцов (рис. 3.6).
Из рисунка видно, что водопоглощение исследуемого материала с увеличением числа циклов замораживания–оттаивания меняется не значительно и находится в допускаемых для теплоизоляционного материала пределах.
Взвешивание на электронных весах с точностью 0,01 г образцов пенополистирола после установленного числа циклов замораживания–оттаивания показало незначительное уменьшение массы после 50 циклов на 1%.
Измерение линейных размеров образцов выявило увеличение максимум на 1,5% толщины образцов (данный размер образца соответствует размеру плиты пенополистирола в плане), что желательно учитывать при проектировании и устройстве теплоизоляции.
Воздействие циклами переменного замораживания и оттаивания приводит к повышению жесткости и водопоглощения, незначительному изменению массы и линейных размеров образцов, причем теплофизические свойства материала остаются стабильными. В целом на основании проведенных исследований можно сделать вывод о высокой стойкости экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЭКС® 35 к циклическому замораживанию и оттаиванию, что, безусловно, благоприятно сказывается на долговечности данного материала.