Сопротивление разрушению пенопластов изменяется в широких пределах в зависимости от химической природы полимера, объемного веса и технологии производства. По механическим свойствам беспрессовый полистирольный пенопласт уступает полистирольному пенопласту прессового изготовления. Имеется несколько факторов, обусловливающих пониженные механические показатели беспрессового пенопласта, среди них — низкая прочность суспензионного полистирола, на основе которого вырабатывается пенопласт. Известно, что прочность полимера и его реологические свойства определяются в значительной мере молекулярным весом. Как правило, с повышением молекулярного веса эти показатели возрастают. Прессовые полистирольные пенопласты (ПС-1, ПС-4 и др.) изготовляют на основе эмульсионного полистирола, имеющего высокий молекулярный вес, в то время как молекулярный вес суспензионного полистирола составляет 30 000—45 000. Для повышения механических характеристик беспрессового полистирольного пенопласта желательно увеличивать молекулярный вес используемой полимерной основы.
Другая причина пониженной прочности беспрессового полистирольного пенопласта заключается в характере строения полимерных ячеек, являющихся основными структурными единицами пенопласта. У прессовых пенопластов полимер образует единую структуру, состоящую из тонких прочных слоев полимерного вещества. Иная структура у беспрессового полистирольного пенопласта, получение которого основано на расширении и спекании отдельных гранул между собой. Характер разрушения образцов, испытанных на растяжение, свидетельствует о том, что материал разрушается в ряде случаев по межгранульным поверхностям вследствие низкой прочности спекания гранул (рис. 36). Повышение сплавляемости гранул между собой представляет новые возможности для увеличения прочности беспрессового полистирольного пенопласта.
Феноло-формальдегидные и полиуретановые пенопласты имеют направленную структуру, обусловленную методом изготовления этих материалов. Вследствие этого прочностные характеристики пенопластов вдоль направления вспенивания несколько выше, чем в поперечном направлении.
Механические свойства полиуретанового пенопласта зависят от молекулярного строения исходных компонентов. Чем выше пространственная связь образующихся полиуретанов в результате реакций между нзоцпанатамп и полиэфиром, тем выше механические свойства получаемого пенопласта. Как видно из данных, из беспрессовых пенопластов наиболее высокими прочностными и упругими показателями обладает пенопласт ПСБ. По-лиуретаиовый пенопласт имеет меньшую прочность на сжатие и высокую дгформативность. Наименее прочен феноло-формальдегидный пенопласт. При объемном весе 60—70 кг/м3 его предел прочности при растяжении составляет 2 кГ/см2. Однако этот пенопласт имеет наибольшую жесткость. В сочетании с высоким модулем упругости относительно меньшая прочность делает этот пенопласт наиболее хрупким из рассматриваемых материалов.
Предел прочности при растяжении беспрсссового полистирольного пенопласта марки ПСБ составляет примерно 55—60% значения этого показателя у прессового полистирольного пенопласта марки ПС-4. Предел прочности при сдвиге этих материалов одинакового объемного веса отличается более чем в 2 раза. Вместе с тем прочность на сжатие и модули упругости пенопластов ПСВ и ПС-4 довольно близки [6].
Механические показатели зарубежных и отечественных беспрессовых пенопластов низкого объемного веса мало различаются. Так, прочность при сжатии английского полистирольного пенопласта ХР, западногерманского стиропора, американского монтопора, имеющих объемный вес 18—20 кг/м3, составляет 1 кГ/см2. Такую же прочность имеют отечественные полистирольные пенопласты ПСБ, объемный вес которых также 18—20 кг/м3. Однако зарубежные пенопласты лучше работают на растяжение. Например, предел прочности при растяжении пенопласта монтопор равняется 1,5 кГ/см2, в то время как соответствующие отечественные полистирольные пенопласты имеют прочность около 1—1,2 кГ/см2.
С повышением объемного веса некоторое различие в механических характеристиках отечественных и зарубежных пенопластов сохраняется. Так, при объемном весе 60 кг/м3 предел прочности при сжатии зарубежных пенопластов составляет 5,5—6 кГ/см2, а отечественного — 4,5—5,5 кГ/см2. В большей степени наблюдается различие показателей прочности при растяжении. При объемном весе 40 кг/м3 предел прочности при растяжении зарубежного и отечественного пенопластов равняется 5—6 и 3—4 кГ/см2, а при объемном весе 60 кг/м2 — соответственно 7,5—8 и 5,4 кГ/см2.
Пониженная прочность отечественных беспрессовых полистирольных пенопластов объясняется низким качеством некоторых партий исходного гранульного полуфабриката и несоблюдением оптимальных режимов технологии изготовления пенопластов. В этом отношении имеются значительные резервы повышения механических характеристик отечественных полистирольных пенопластов беспрессового производства. Подобное же соотношение механических показателей наблюдается у отечественных и зарубежных заливочных беспрессовых пенопластов: при низком объемном весе эти показатели близки, но с увеличением объемного веса различие возрастает.
При определении механических характеристик пенопластов наблюдается повышенное рассеяние экспериментальных данных).
Параметры рассеяния показателей прочности одной из партий беспрессового полистирольного пенопласта ПСБ объемным весом 18 кг/м3 следующие. Среднее значение прочности в кГ/см2 0,9 » квадратическое отклонение в кГ/см- ... 0,13 Коэффициент вариации в % 14,7
Коэффициент вариации прочности различных партий беспрессового полистирольного пенопласта колеблется в пределах от 8 до 16%. Из-за несовершенства технологии и структурных особенностей заливочных пенопластов колебания прочностных характеристик в ряде случаев достигают 20—25%. Одним из путей выявления действительных прочностных характеристик пенопластов является предварительный отбор образцов с заданным объемным весом. Путем отбора образцов удается снизить коэффициент вариации прочности пенопластов до 4-8%.
