Прочностные свойства жестких заливочных пенопластов типа ППУ-3Ф
Рассмотрены прочностные и деформационные свойства жестких заливочных закрытопористых пенопластовых блоков типа пенополиуретанов ППУ-3Ф и установлены зависимости между физико-механическими параметрами и плотностью материала при испытаниях на сжатие и кручение. Розглянуто міцнісні й деформаційні вл...
Saved in:
| Published in: | Проблемы прочности |
|---|---|
| Date: | 2000 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2000
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46212 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Прочностные свойства жестких заливочных пенопластов типа ППУ-3Ф / В.Г. Агузумцян, И.И. Крюков, О.О. Карапетян, В.П. Гнюбкин, А.В. Горский // Проблемы прочности. — 2000. — № 2. — С. 136-143. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859702405568921600 |
|---|---|
| author | Агузумцян, В.Г. Крюков, И.И. Карапетян, О.О. Горский, А.В. Гнюбкин, В.П. |
| author_facet | Агузумцян, В.Г. Крюков, И.И. Карапетян, О.О. Горский, А.В. Гнюбкин, В.П. |
| citation_txt | Прочностные свойства жестких заливочных пенопластов типа ППУ-3Ф / В.Г. Агузумцян, И.И. Крюков, О.О. Карапетян, В.П. Гнюбкин, А.В. Горский // Проблемы прочности. — 2000. — № 2. — С. 136-143. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы прочности |
| description | Рассмотрены прочностные и деформационные свойства жестких заливочных закрытопористых
пенопластовых блоков типа пенополиуретанов ППУ-3Ф и установлены зависимости
между физико-механическими параметрами и плотностью материала при испытаниях
на сжатие и кручение.
Розглянуто міцнісні й деформаційні властивості жорстких заливальних за-
критопористих пінопластових блоків типу поліуретанів ППУ-3Ф. Встановлено
залежності між фізико-механічними параметрами та щільністю матеріалу
при випробуваннях на стиск і крутіння.
We have analyzed the strength and strain properties of rigid potting porous foam rubber blocks of polyurethane foam PPU-3F type and determined the dependence between physicomechanical parameters and the material density in compression and torsion tests.
|
| first_indexed | 2025-12-01T01:41:57Z |
| format | Article |
| fulltext |
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ
РАЗДЕЛ
УДК 678.5.06-405.8: 699.86
П р о ч н о с тн ы е с в о й с тв а ж е с тк и х з а л и в о ч н ы х п ен о п л асто в т и п а
П П У -3Ф
В. Г. А гузум ц ян , И. И . К р ю к о в , О. О. К а р а п е тя н , В. П. Г н ю б ки н ,
А. В. Г о рск и й
Санкт-Петербургский государственный технологический институт им. Ленсовета,
Россия
Рассмотрены прочностные и деформационные свойства жестких заливочных закрыто
пористых пенопластовых блоков типа пенополиуретанов ППУ-3Ф и установлены зави
симости между физико-механическими параметрами и плотностью материала при испы
таниях на сжатие и кручение.
Среди жестких пенопластов наибольшее распространение получили
заливочные закрытопористые пенополиуретаны (ППУ). Они широко ис
пользуются в различных отраслях строительной индустрии, ракетной и
авиакосмической техники в качестве теплоизоляционного и изоляционно
конструкционного среднего слоя ответственных трехслойных конструкций
[1].
В связи с этим приобретает актуальность задача разработки методики
сплошного неразрушающего контроля качества пенопластов, причем кроме
определения непосредственно дефектов (таких, как “газовая полость”, уса
дочные трещины и т.д.) возникает необходимость в установлении физико
механических характеристик, существенно влияющих на качество изделий.
В данной работе приведены результаты исследований физико-механи
ческих характеристик (модуля упругости и предела прочности при сжатии,
модуля сдвига и предела прочности при сдвиге) пенопласта ППУ-3Ф раз
рушающими методами с целью дальнейшего нахождения корреляционных
зависимостей между определяемыми параметрами и параметрами ультра
звуковых колебаний (скорость и амплитуда проходящей волны).
Структура пенопластов состоит из газовых ячеек, разделенных
каркасом твердого полимера. Размер ячеек в зависимости от плотности3 _з _з
(50...250 кг/м ) изменяется от 2,5-10 до 0,1-10 [2]. На рис. 1 показана
структура пенопластов высокой, средней и низкой плотности [3]. Непре
рывная деформация плотноупакованных сферических газовых ячеек вспени
вающегося пенопласта трансформирует их в правильные двенадцатигран
ники - додекаэдры (рис. 1,в). Однако в реальности из-за сложной техно
логии процесса вспенивания структура пенопласта неоднородна, причем
вариации размеров газовых ячеек могут достигать 50% [3].
© В. Г. АГУЗУМЦЯН, И. И. КРЮКОВ, О. О. КАРАПЕТЯН, В. П. ГНЮБКИН, А. В. ГОРСКИЙ, 2000
136 Й'ОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, N 2
Для заливочных ППУ характерно изменение плотности по толщине
пеноблока. При заливке в закрытую форму под давлением кажущаяся плот
ность ППУ имеет максимальные значения у основания и у поверхности,
минимальные - в средней части блока [1-3]. Жесткие ППУ обладают анизо
тропией прочностных свойств, которая обусловлена вытягиванием ячеек в
направлении вспенивания. Ориентация ячеек, их форма и размеры опре
деляются направлением движения пенообразующей массы (последняя со
стоит из полиэфира, изоционата, воды, фреона и специальных добавок),
которые в значительной степени зависят от способа вспенивания, размеров
изделия, температуры, давления и других параметров. Ориентация ячеек,
как правило, вертикальная, но в ряде случаев в силу турбулентных явлений
может отклоняться на тот или иной угол вплоть до горизонтального поло
жения [1 ].
При производстве ППУ-блоков, используемых в ответственных изде
лиях, важно знать их физико-механические характеристики, такие как инте
гральная плотность р , предел прочности при сжатии О ю (условный предел
прочности пенопласта при деформации 10 % - общепринятая характерис
тика прочности пенопластов данного типа), предел прочности при сдвиге
т пр, а также модуль упругости Е и модуль сдвига О.
В настоящей работе испытывали пеноблоки размером 6 X 0,25 X 0,056 м
с радиусом кривизны 1 м из жестких пенополиуретанов марки ППУ-3Ф,
получаемых в соответствии с ТУ 3198-77 методом заливки. По плотности,
называемой кажущейся [1], или относительной [2], такие ППУ делятся на VI
типов: 50...80; 80...110; 110...130; 130...150; 150...200; 200...250 кг/м3.
Испытания на сжатие (определение модуля упругости и предела проч
ности) проводили на цилиндрических образцах высотой 0,05 м и диаметром
0,03 м, которые вырезали из блока стальным заточенным цилиндром. Это
позволило обеспечить практически одинаковый диаметр всех образцов и
отсутствие механических повреждений на их поверхности. После вырезки
образцы подвергали торцовке в стаканах такого же диаметра, но имеющих
переменную глубину. Перед испытанием образцы взвешивали с точностью
до 1 • 1 0— кг и обмеряли с точностью до 1 * 1 0— м с целью последующего
определения их плотности.
Механические испытания осуществляли на универсальной испытатель
ной мат и не ЦМГ-500 (Германия) со шкалами 1000, 2500, 5000 Н (в зави
симости от плотности пенопласта были задействованы все три шкалы).
Н ЗМ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 2 137
В. Г. Агузумцян, И. И. Крюков, О. О. Карапетян, В. П. Гнюбкин, А. В. Горский
Образцы нагружали непрерывно с помощью ручного привода. Средняя
скорость нагружения составляла 5 • 10— 5 ...8 * 10—5 м/с. Испытуемые образцы
устанавливали в специальное приспособление, обеспечивающее соосность
прикладываемой нагрузки и равномерность ее приложения по торцам.
Указанное приспособление имеет, кроме того, консольную пластинку с
наклеенными на нее тензодатчиками для измерения продольных дефор
маций и тензометрическую скобу для записи поперечных деформаций [4-6].
На рис. 2 приведена типичная диаграмма о — £, полученная при испы
таниях ППУ на сжатие. В начальный момент нагружения рост деформаций
является нестабильным (зона “обмятия”). Начиная с деформации £1 =
= 0,1...0,5% (этот предел тем выше, чем больше плотность пенопласта),
указанная диаграмма стабилизируется, сохраняя относительную линейность
до значения £у = 2,5...3,5%. Нелинейность диаграммы на этом участке
может быть охарактеризована изменением тангенса угла наклона а (а 0 а)
касательной в каждой точке, т.е. изменением модуля упругости Е. При
деформации £> £ у начинается бурный, лавинообразный рост деформаций
(зависимость о — £ приобретает экспоненциальный характер). Интересно
отметить, что процесс загружения образцов сопровождается явлением акус
тической эмиссии - с увеличением нагрузки отчетливо прослушивается
треск, интенсивность которого нарастает параллельно с ростом деформаций
и постепенно также приобретает лавинообразный характер. Подобный
эффект легко объяснить накоплением повреждений в образце, связанных с
потерей устойчивости стенок отдельных ячеек пенопласта.
Рис. 2. Диаграммы о — £, полученные при испытании пенопласта на сжатие.
При деформациях £> 25% происходит постепенный процесс “упроч
нения” материала: нагрузка, которая при деформациях 8% < £< 25% изме
нялась незначительно в сторону увеличения, начинает плавно расти. Это
явление связано с уплотнением структуры пенопласта. Для оценки физико
механических характеристик исследуемого материала использованы следу
ющие параметры, определяемые на основании анализа диаграмм о — £,
построенных для каждого образца:
Е - модуль упругости пенопласта, определяемый как тангенс угла
наклона а аппроксимирующей прямой на участке £1 — £ у:
138 ШБЫ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 2
Прочностные свойства ж естких заливочных пенопластов
£у - £
где о !, £̂ - напряжения и деформации в конце начального участка диа
граммы (зоны “обмятия”); о у , £у - напряжения и деформации в конце
квазиупругого участка; Е ср - средний модуль упругости пенопласта, опре
деляемый как среднее арифметическое модулей упругости на каждой из
ступеней загружения;
о у - условный предел упругости (пропорциональности) пенопласта,
определяемый как значение напряжения в конце квазилинейного участка,
т.е. такого участка, где рост напряжений в зависимости от деформаций
может быть аппроксимирован линейной зависимостью. Необходимо отме
тить, что о у - характеристика весьма условная, поскольку количественный
критерий для выбора соответствующей точки на диаграмме о — £ отсут
ствует.
На основании накопленного опыта нами предложен количественный
критерий для выбора точки о у на диаграмме о — £. По нормативной
“остаточной” деформации при разгрузке выбирается некоторое значение
деформации £ и проводится прямая, параллельная аппроксимирующей
прямой о — £ на квазилинейном участке, до ее пересечения с реальной
диаграммой о — £. Эта точка пересечения и будет принята за условное
значение о у. Выбор данного критерия осложняется тем, что на начальном
участке, как уже отмечалось, существует зона “обмятия”, которая может
существенно исказить положение выбираемой точки. В рассматриваемых
*
экспериментах в качестве величины £ можно рекомендовать значение
деформации 0,3...0,5%.
После статистической обработки результатов испытаний получены
средние значения прочностных и упругих характеристик, на основании
которых были построены диаграммы о — £ для каждого образца различного
типа плотности. На рис. 3 представлены кривые для пенопластов ППУ-3Ф
разной плотности. При этом среднеквадратическое отклонение напряжения
о при одной и той же деформации составляло ± 10...12% средних значений,
среднеквадратическое отклонение плотности р равнялось примерно ± 2,5%
среднего значения.
Испытания на сдвиг кручением проводили по известной методике [6],
основанной на том, что напряженное состояние при кручении эквивалентно
напряженному состоянию чистого сдвига. Согласно этой методике, цилинд
рический образец подвергается действию крутящего момента. Для создания
более “чистого” состояния сдвига цилиндрический образец выполняется
пустотелым (трубчатым) с наружным диаметром В = 0,03 м, внутренним
диаметром d = 0,01 м и длиной Ь = 0,05 м. Кроме соответствия размеров
образца толщине панели имеется еще одно преимущество - образец таких
размеров унифицирован с образцом, используемым при испытаниях на
сжатие. На данном этапе были проведены испытания образцов, вырезанных
по оси 2 в направлении вспенивания. При этом возникающие в образце
напряжения действуют в плоскости Х У перпендикулярно направлению
вспенивания.
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 2 139
В. Г. Агузумцян, И. И. Крюков, О. О. Карапетян, В. П. Гнюбкин, А. В. Горский
6, МПа П= 9йП кэ1клЗ
6
О
5
4
5
2
2 3 5 10 15 е,%
Рис. 3. Диаграммы о — е, полученные при испытании на сжатие образцов пенопласта
ППУ-3Ф разной плотности.
Испытания осуществляли на специальной испытательной машине на
кручение рычажного типа. Образец закрепляли в машине посредством дис
ков диаметром 0,1 м, которые приклеивались эпоксидным клеем по торцам
образца.
Крутящий момент замерялся и регистрировался по силоизмерительной
шкале, которая была протарирована с помощью подвески фиксированных
грузов (10...50 Н) с заданным плечом. Одновременно с замером крутящего
момента по этой же шкале фиксировался угол закручивания одного из
торцов образца р 1. Угол закручивания другого торца образца р 2 изме
рялся прогибомером часового типа через тягу, закрепляемую к диску на
торце образца. Абсолютный угол закручивания определялся как разница
углов на обоих торцах: р = р 2 — р 1.
Угол сдвига на поверхности образца (р = К)
где К - радиус образца; Ь - его длина.
В результате испытаний для каждого образца были получены диа
граммы т — у (рис. 4). При этом среднеквадратическое отклонение напря
жения т составляло ± 10...12% средних значений. Особенностью диаграмм
является то, что в начальной стадии имеется “площадка обмятия”. Раз
рушение во всех случаях носило квазихрупкий характер - образцы разру
шались от отрыва по винтовой линии, перпендикулярной направлениям
главных напряжений.
140 Н ЗМ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 2
Прочностные свойства ж естких заливочных пенопластов
Рис. 4. Диаграммы т — у, полученные при испытании на кручение образцов пенопласта
ППУ-3Ф разной плотности.
В результате анализа численных данных, полученных при испытаниях,
а также диаграмм т — у в качестве величин, характеризующих физико
механические свойства пенопласта, приняты: т пр - предельные касательные
напряжения при разрушении; О - средний модуль сдвига, определяемый
как среднее арифметическое модулей сдвига на каждом шаге загружения
(без учета начального участка) в пределах т у .
На основании полученных данных на рис. 5 и 6 для ППУ-3Ф приведены
зависимости от кажущейся плотности р предела прочности а 10, модуля
упругости Е при испытаниях на сжатие и соответственно предела проч
ности при сдвиге т пр, модуля сдвига О при испытаниях на кручение.
Как видно, зависимости, проведенные через точки, соответствующие
средним значениям, подобны друг другу, отличаются они лишь масштабом.
50 ЮО 150 200 р ,кг/м 3
Рис. 5. Зависимость предела прочности а^ и модуля упругости Е при сжатии от плотности
р пенопласта ППУ-3Ф.
0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 2 141
В. Г. Агузумцян, И. И. Крюков, О. О. Карапетян, В. П. Гнюбкин, А. В. Горский
Рис. 6. Зависимость предела прочности т пр при сдвиге и модуля сдвига О от плотности р
пенопласта ППУ-3Ф.
Все указанные испытания были осуществлены для пенопластов марки
ППУ-3Ф, имеющих разную плотность и соответственно различные пара
метры ячеистой структуры при неизменном химическом составе материала
- основы. Это позволило получить зависимость предельных напряжений и
модулей упругости от плотности. Выявленные при испытаниях особен
ности, с одной стороны, подтверждают существующий в настоящее время
подход к расчету прочностных и упругих характеристик вспененных мате
риалов с позиций моделирования их структуры, а с другой - показывают,
что ни простые стержневые модели, ни подходы теории упругости микро-
неоднородных сред не являются исчерпывающими. Их применение огра
ничено всегда узким диапазоном плотности каждого конкретного типа
пенопласта. Для более объективной оценки использован комплексный под
ход, включающий экспериментальные данные [4].
На основании физико-механических зависимостей, полученных для
образцов из бездефектного жесткого пенопласта ППУ-3Ф разной плотности,
возможно оценить качества и прочностные параметры вновь получаемых
пенопластовых блоков непосредственно путем измерения интегральной
плотности материала. Кроме того, проведенные параллельно ультразвуко
вые измерения по определению скорости и амплитуды прошедших через
исследуемые образцы ультразвуковых волн позволили установить корре
ляционные зависимости между ультразвуковыми и физико-механическими
параметрами, что дало возможность разработать методику сплошного нераз
рушающего контроля качества пенопластов ППУ-3Ф.
В соответствии с ТУ 3198-77, пенопласт пригоден для использования в
качестве среднего слоя ответственных трехслойных конструкций, если его
прочностные параметры выше предельно допустимых для соответствующих
типов ППУ-3Ф. Кроме того, материал ППУ бракуется, если в нем несплош-
ности типа “газовая полость” превышают по линии 0,03...0,05 м. Эти де
фекты резко снижают как прочностные, так и теплофизические свойства
пенопласта и подлежат выявлению ультразвуковыми и другими неразруша
ющими методами контроля [1, 7].
142 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 2
Прочностные свойства ж естких заливочных пенопластов
Р е з ю м е
Розглянуто міцнісні й деформаційні властивості жорстких заливальних за-
критопористих пінопластових блоків типу поліуретанів ППУ-3Ф. Встанов
лено залежності між фізико-механічними параметрами та щільністю мате
ріалу при випробуваннях на стиск і крутіння.
1. К арапет ян О. О., Г ню бкин В. П., Д р о н о в Ю . В. Контроль качества
конструкций с заполнителем из пенопласта. - Л.: Стройиздат, 1995. -
199 с.
2. Горлов Ю . П . Технология теплоизоляционных и акустических мате
риалов и изделий. - М.: Высш. шк., 1989. - 384 с.
3. Тараканов О. Г., Ш ам ов И. В., Алъперн В. Д . Наполненные пенопласты.
- М.: Химия, 1989. - 216 с.
4. Гню бкин В. П., К арапет ян О. О. Особенности поведения вспененных
полимерных материалов при механических испытаниях // Тез. докл.
Всесоюз. конф. “Физико-химические проблемы материаловедения и
новые технологии”. - Белгород, 1991. - Т. 3. - С. 125 - 126.
5. М ет оды физико-механических испытаний пенопластов: Сб. трудов. -
М.: НИИТЭХИМ, 1976. - 80 с.
6. Р уко во д ст во по физико-механическим испытаниям строительных
пенопластов. - М.: ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко, 1973. - 86 с.
7. К рю ков И. И ., К арапет ян О. О., Г ню бкин В. П . Диагностика проч
ностных свойств пенопластов по двум ультразвуковым параметрам //
Механика композитных материалов. - 1993. - № 2. - С. 274 - 281.
Поступила 11. 05. 99
0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 2 143
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-46212 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0556-171X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T01:41:57Z |
| publishDate | 2000 |
| publisher | Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Агузумцян, В.Г. Крюков, И.И. Карапетян, О.О. Горский, А.В. Гнюбкин, В.П. 2013-06-28T18:39:06Z 2013-06-28T18:39:06Z 2000 Прочностные свойства жестких заливочных пенопластов типа ППУ-3Ф / В.Г. Агузумцян, И.И. Крюков, О.О. Карапетян, В.П. Гнюбкин, А.В. Горский // Проблемы прочности. — 2000. — № 2. — С. 136-143. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46212 678.5.06-405.8: 699.86 Рассмотрены прочностные и деформационные свойства жестких заливочных закрытопористых пенопластовых блоков типа пенополиуретанов ППУ-3Ф и установлены зависимости между физико-механическими параметрами и плотностью материала при испытаниях на сжатие и кручение. Розглянуто міцнісні й деформаційні властивості жорстких заливальних за- критопористих пінопластових блоків типу поліуретанів ППУ-3Ф. Встановлено залежності між фізико-механічними параметрами та щільністю матеріалу при випробуваннях на стиск і крутіння. We have analyzed the strength and strain properties of rigid potting porous foam rubber blocks of polyurethane foam PPU-3F type and determined the dependence between physicomechanical parameters and the material density in compression and torsion tests. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Производственный раздел Прочностные свойства жестких заливочных пенопластов типа ППУ-3Ф Strength Properties of Rigid Potting Foam Rubbers of PPU-3F Type Article published earlier |
| spellingShingle | Прочностные свойства жестких заливочных пенопластов типа ППУ-3Ф Агузумцян, В.Г. Крюков, И.И. Карапетян, О.О. Горский, А.В. Гнюбкин, В.П. Производственный раздел |
| title | Прочностные свойства жестких заливочных пенопластов типа ППУ-3Ф |
| title_alt | Strength Properties of Rigid Potting Foam Rubbers of PPU-3F Type |
| title_full | Прочностные свойства жестких заливочных пенопластов типа ППУ-3Ф |
| title_fullStr | Прочностные свойства жестких заливочных пенопластов типа ППУ-3Ф |
| title_full_unstemmed | Прочностные свойства жестких заливочных пенопластов типа ППУ-3Ф |
| title_short | Прочностные свойства жестких заливочных пенопластов типа ППУ-3Ф |
| title_sort | прочностные свойства жестких заливочных пенопластов типа ппу-3ф |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46212 |
| work_keys_str_mv | AT aguzumcânvg pročnostnyesvoistvažestkihzalivočnyhpenoplastovtipappu3f AT krûkovii pročnostnyesvoistvažestkihzalivočnyhpenoplastovtipappu3f AT karapetânoo pročnostnyesvoistvažestkihzalivočnyhpenoplastovtipappu3f AT gorskiiav pročnostnyesvoistvažestkihzalivočnyhpenoplastovtipappu3f AT gnûbkinvp pročnostnyesvoistvažestkihzalivočnyhpenoplastovtipappu3f AT aguzumcânvg strengthpropertiesofrigidpottingfoamrubbersofppu3ftype AT krûkovii strengthpropertiesofrigidpottingfoamrubbersofppu3ftype AT karapetânoo strengthpropertiesofrigidpottingfoamrubbersofppu3ftype AT gorskiiav strengthpropertiesofrigidpottingfoamrubbersofppu3ftype AT gnûbkinvp strengthpropertiesofrigidpottingfoamrubbersofppu3ftype |