Статья содержит сведения об исследовании влияния деаэратора ПМС — 10000 на прочность фенольной пены при сжатии. Для определения прочности фенольной пены, модифицированной деаэратором при сжатии, в сравнении со стандартной фенолформальдегидной смолой использовали универсальное испытательное устройство Inspekt table Blue 20.
The article contains information about the study of the effect of the PMS — 1000 deaerator on the strength of phenolic foam during compression. To determine the strength of the phenolic foam modified by the deaerator during compression, compared with the standard phenol-formaldehyde resin, a universal testing device «Inspekt table Blue 20» was used.
Фенольные смолы широко применяются во многих областях, таких как строительство, автомобилестроение, деревообработка и аэрокосмическая промышленность, за счет низкой стоимости, хорошей термической и химической стойкости, а также когезионной способности [1]. Они образуются путем поликонденсации фенола и альдегида в присутствии щелочного или кислотного катализаторов [2].
Фенольная пена — это своего рода легкий, твердый вспененный материал, который характеризуются высокой пористостью, термостойкостью, коррозионной стойкостью, низкой плотностью и теплопроводностью [3]. Фенольная пена стала весьма востребованным материалом благодаря этим свойствам. Эти характеристики позволяют использовать ее во многих областях, таких как автомобилестроение, авиастроительство, химическая промышленность, а особенно в качестве теплоизоляционных материалов в строительстве зданий. Однако фенольная пена обладает низкой механической прочностью, а также получение ее из невозобновляемых нефтяных ресурсов ограничивает более широкое применение данного материала [4]. Так как при получении фенольной пены, на стадии перемешивания компонентов в системе возможно большое включение воздуха, и как следствие снижение механической прочности готового материала, в данной работе был использован деаэратор полиметилсилоксан (ПМС — 10000), способный снизить количество пузырьков воздуха в готовом материале.
Методы и материалы
В работе использовали деаэратор полиметилсилоксан (ПМС — 10000), который вводили в систему в количестве 1 % от общей массы смолы на стадии перемешивания.
Основные характеристики деаэратора полиметилсилоксана ПМС — 10000 представлены в таблице 1.
Таблица 1
Показатели деаэратора полиметилсилоксана (ПМС — 10000)
|
Наименование |
Показатель |
|
Внешний вид |
Жидкость без запаха, вкуса и цвета, прозрачная |
|
Плотность, г/см 3 |
974 |
|
Содержание механических примесей |
Отсутствует |
|
Кинематическая вязкость, сСт |
10000 |
|
Температура застывания, °С |
48 |
|
Температура вспышки, °С |
315 |
|
Коэффициент преломления |
1.4035 |
|
Поверхностное натяжение |
21,3 |
Для того чтобы оценить влияние деаэратора на прочность при сжатии фенольной пены была использована резольная фенолформальдегидная смола, которая используется в производстве вспененных композиционных материалов.
Основные характеристики резольной фенолформальдегидной смолы представлены в таблице 2.
Таблица 2
Показатели резольной фенолформальдегидной смолы
|
Наименование |
Показатель |
|
Условная вязкость при 25 ℃, сПз |
2400 |
|
Массовая доля щелочи, % |
0,54 |
|
Массовая доля нелетучих веществ (сухой остаток), % |
81,0 |
|
Массовая доля свободного формальдегида, % |
0,88 |
|
Массовая доля свободного фенола, % |
1,62 |
|
Кислотность, pH |
6,7–7,2 |
Для получения фенольной пены использовали резольную фенолформальдегидную смолу, деаэратор ПМС — 10000, вспенивающий агент и отвердитель. Все компоненты перемешивали в смесителе, а затем загружали в термостатированный ящик, и выдерживали при температуре 80 0 С в течении 30 минут. Готовый блок фенольной пены оставляли на сутки под вытяжной вентиляцией для устранения запаха и окончательно отверждения.
Готовый блок разрезали на 10 одинаковых кубиков с размерами 5*5*5 мм., чтобы определить влияние деаэратора на прочность при сжатии фенольной пены. Проведение испытаний прочности на сжатие проводили на универсальной испытательной машине «Inspekt table Blue 20».
Машина имеет несколько квадратных или круглых прижимных пластин. Поверхность прижимной пластины не должна деформироваться под действием нагрузки. Размер прижимной пластины должен быть не менее 100 мм с одной стороны (или от общего диаметра). Одна из прижимных пластин представляет собой неподвижную пластину, а другая — подвижная пластина. Подвижная пластина может перемещаться с постоянной скоростью согласно. Для точной регулировки образца имеется механизм, который может непрерывно измерять расстояние перемещения подвижной пластины. Точность измерения должна составлять ± 5 % или ± 0,1 мм, и, если последняя величина более точная, применяется последняя. Датчик индикатора нагрузки прикрепляется к одной из прижимных пластин, и измеряется сила F, возникающая в результате деформации испытываемого образца. Кроме того, индикатор нагрузки непрерывно измеряет силу в любой момент во время испытания с точностью ± 1 %.
Образцы фенольной пены перед испытанием на сжатие взвешивают, а затем поочерёдно устанавливают между двух пластин испытательной машины, регулирую расстояние между верхней пластиной и образцом. После регулировки необходимого расстояния, запускают программу и по графику отслеживают изменение прочности образца. Как только максимальная прочность будет достигнута программа фиксирует это значение, и после снижения этого значения верхняя пластина возвращается в исходное положение, что позволяет установить следующий образец, записать полученные данные и продолжить испытания.
В качестве сравнения изменения прочности при сжатии фенольной пены с деаэратором, был взят образец стандартной фенольной пены. Полученные результаты сравнения представлены в таблице 3.
Таблица 3
Прочность на сжатие фенольной пены с использованием деаэратора и без него
|
Наименование |
Прочность на сжатие, кПа |
|
Стандартная фенольная пена |
165,8 |
|
Фенольная пена с 1 % деаэратора |
223,9 |
Полученные данные свидетельствуют о том, что деаэратор, который введен на стадии перемешивания, увеличивает прочность на сжатие готовой фенольной пены. Это подтверждает то, что деаэратор способен снизить количество воздуха, который попадает в систему при перемешивании и в дальнейшем ухудшает структуру готовой фенольной пены, и, как следствие, снижает прочность при сжатии.
Заключение
- Проведены испытания по изучению влияния лигнина на прочность фенольной пены при сжатии с помощью универсального испытательного устройства «Inspekt table Blue 20».
- Установлено, что введение 1 % деаэратора на стадии перемешивания увеличивает прочность фенольной пены при сжатии.
Литература:
- Li J., Zhang A., Zhang S. Larch tannin-based rigid phenolic foam with high compressive strength, low friability, and low thermal conductivity reinforced by cork powder // Composites Part B: Engineering. 2018. Pp. 368–377. https://doi:10.1016/j.compositesb.2018.09.005
- Zhou J., Yao Z., Chen Y. Thermomechanical analyses of phenolic foam reinforced with glass fiber mat // Materials & Design. 2013. Pp.131–135. https://doi:10.1016/j.matdes.2013.04.030
- Chuang W., Lei P., Zhen-hai S. Preparation, thermal stability and deflection of a density gradient thermally-conductive carbon foam material derived from phenolic resin // Results in Physics. 2019. https://doi:10.1016/j.rinp.2019.102448
- Li Q., Chen L., Li X. Effect of Multi-walled Carbon Nanotubes on Mechanical, Thermal and Electrical Properties of Phenolic foam via In-situ Polymerization // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2015. Pp.214–225. https://doi:10.1016/j.compositesa.2015.11.014
