Физико-технические характеристики

Плотность и структура ячеек

Свойства ППУ зависят в большей степени от действующей плотности полиуретановой пены. При увеличении плотности пены прочность ее может быть увеличена. Для специальных областей, в которых имеют место высокие механические нагрузки, применяется полиуретановая жесткая пена плотностью 100-200 кг/м³. В обычных применениях плотность пены состав ляет 30-100 кг/м³. Плотность очень тяжелых полиуретановых интегральных жестких пен составляет 800- 1000 кг/м³. Из-за процессов пенообразования однородная структура с массивной матрицей ячеек и стенок ячеек создается, чтобы только занять небольшую часть 3 - 5 % общего объема пены. Для полиуретановой жесткой пены, которая имеет плотность 40 кг/м³ в ее конечном состоянии, только 4,5 % общего объема составляет твердый полиуретановый материал. Остающиеся 95,5 % общего объема заполнены устойчивым вспенивающим газом. 
На рис. 1 показана кривая распределения диаметров пор эластичного пенополиуретана плотностью 25-35 кг/м3. Она имеет четко выраженный максимум или пик, соответствующий доминирующему значению диаметра, оказывающему наибольшее влияние на свойства ППУ.

Рис. 1. Кривая распределения диаметров пор эластичного ППУ плотностью 25-35 кг/м3

Этот тип ППУ получается на основе механического смешения нескольких компонентов простых и сложных полиэфиров, содержащих олигомер, полиизоцианат, воду, катализатор, ПАВ и наполнитель. В результате реакции воды и олигомера с изоцианатом образуется пенообразная масса, состоящая из пузырьков углекислого газа в полимерной оболочке. При скоплении в смеси достаточно большого количества газа часть его выходит наружу, образуя при этом открытые поры. После застывания смеси образуется пористый эластичный материал плотностью 25-35 кг/м3. Следует отметить, что структура ячеек полиуретановой жесткой пены (ППУ) является анизотропной, потому что слабая вытянутость ячеек развивается в направлении пенообразования. Без учета влияния направленного пенообразования структура ячеек теоретически должна быть изотропной в виде додекаэдрона с 12 равными пентагонами. Практически, нет такой идеализированной структуры ячеек, происходит сжатие и растяжение структуры ячеек. Из-за их предпочтительного пространственного выстраивания, анизотропные вещества, такие как дерево, имеют направленную зависимость свойств. Известно, например, в дереве, что модуль упругости (модуль Юнга) параллельно волокнам значительно выше, чем в перпендикулярном направлении. Существует также основное различие в механических свойствах для полиуретановых жестких пен в отношении к направлению пенообразования. Однако, это различие в механических свойствах вертикального и параллельного направлений по отношению к направлению пенообразования является гораздо меньшим, чем в дереве из-за относительно низкой анизотропии. Различие направленных свойств становится меньше при увеличении плотности из-за увеличения толщины стенок ячеек, которые модифицируют эффект анизотропии.