Ячейка ППУ — структурный элемент пенополиуретана, представляющий собой газовую полость, окружённую полимерными стенками и рёбрами.
Совокупность ячеек формирует пористую структуру ППУ. От их размера, формы, ориентации, степени открытости во многом зависят плотность, прочность, теплопроводность, паропроницаемость и другие свойства материала.
Рис. 1. Ячеистая структура пенополиуретана.
Какими бывают ячейки ППУ
Различают два основных типа:
- Закрытые — отделены друг от друга полимерными стенками. Газ остаётся внутри них, поэтому такие ППУ обычно отличаются меньшим водопоглощением, низкой теплопроводностью.
- Открытые — сообщаются между собой. Материал с такой структурой легче пропускает воздух и водяной пар, лучше поглощает звук, обычно имеет меньшую плотность.
В реальном ППУ могут одновременно присутствовать оба типа ячеек, а их соотношение зависит от рецептуры и технологии получения.
Размер ячеек
Размер ячеек влияет на свойства пены, но эта зависимость не является единственным фактором.
Более мелкая и равномерная структура может способствовать:
- повышению однородности материала;
- улучшению механических свойств;
- снижению переноса тепла излучением;
- более стабильному распределению нагрузки.
При этом теплопроводность ППУ определяется не только размером ячеек. На неё также влияют плотность, вид газа внутри пор, доля закрытых ячеек, температура и старение материала.
Степень вспенивания
При увеличении степени вспенивания снижается количество полимерного материала в единице объёма и, как правило, уменьшается плотность пены.
Это влияет на:
- модуль упругости;
- прочность при сжатии;
- деформативность;
- теплопроводность;
- водопоглощение;
- акустические свойства.
Но зависимость не всегда линейная. Например, снижение плотности сначала может уменьшать теплопроводность, однако при слишком низкой плотности вклад излучения и конвекции внутри ячеек возрастает.
Рис. 2. Зависимость прочности при сжатии и влагопоглощения ППУ от степени вспенивания
Рис. 3. Изменение теплопроводности ППУ в зависимости от степени вспенивания.
Количество ячеек
Число ячеек в единице объёма связано с их средним размером и характером образования при вспенивании.
При одинаковой плотности более мелкоячеистая структура обычно означает большее число ячеек на единицу объёма. Это может влиять на прочность, деформацию, теплотехнические свойства материала.
Такие зависимости корректно сравнивать только для ППУ близкого состава и плотности.
Рис. 4. Изменение относительной прочности и удлинения ППУ в зависимости от количества ячеек
Соотношение открытых и закрытых ячеек
Доля открытых и закрытых ячеек — одна из важных характеристик структуры ППУ.
При увеличении количества открытых ячеек обычно возрастает:
- воздухопроницаемость;
- паропроницаемость;
- способность поглощать влагу;
- звукопоглощение.
Высокая доля закрытых ячеек, напротив, характерна для многих жёстких теплоизоляционных ППУ и помогает уменьшить водопоглощение, теплопередачу.
От чего зависит структура ячеек
На формирование ячеек влияют:
- тип и количество вспенивателя;
- содержание воды;
- состав полиолов;
- изоцианатный индекс;
- катализаторы;
- поверхностно-активные вещества;
- температура компонентов и основания;
- интенсивность смешения;
- скорость газообразования и гелеобразования.
Поэтому ячеистую структуру нельзя рассматривать отдельно от рецептуры и условий переработки ППУ.
