8.6. Газонаполненные пластмассы

Газонаполненными пластмассами называют легкие полимерные материалы с плотностью от 0,015...0,20 до 0,3...0,5 г/см³, получаемые из различных полимеров и синтетических смол вспениванием. В авиационных конструкциях применяют целый ряд легких и сверхлегких материалов с пористой структурой.

По макроструктуре газонаполненные пластмассы подразделяют на пенистые – пенопластны, имеющие замкнутую ячеистую структуру, и пористые с сообщающимися ячейками, порами – поропластпы. Пенопласты являются жесткими материалами, а поропласты эластичны, имеют губчатое строение. Механические свойства пенопластов следующие: σ_в = 0,7...4,5 МПа; КС = 0,5...2,5 кДж/м².

Свойства пенопластов зависят от их плотности и химической природы полимерной основы. Наиболее высокую прочность имеют плиточные пенопласты, получаемые из композиций на основе линейных термопластичных полимеров – полистирола марок ПС–1, ПС–4 и поливинилхлорида ПВХ. Максимальная температура эксплуатации этих материалов не превышает 60...70 °С. При более высоких температурах используют пенополиуретаны и пенопласты на основе фенолоформальдегидных смол и их сочетания с каучуком, а также пеноэпоксиды и пенополиимиды, вспениваемые непосредственно в замкнутых объемах конструкций.

Образование пористой структуры достигается введением в смолы газообразователей – порофоров, например (NH₄)₂CO₃, NaHCO₃, которые, разлагаясь при нагреве, выделяют газы NH₃, N₂, СO₂ и др. Широко используют органические газообразующие соединения: азодинитрил диизомасляной кислоты, полиизоцианаты, диизоцианаты. В авиационных конструкциях широко применяют термопластичные и термореактивные пенопласты (табл. 8.1).

ПС–1 – пенопласт на основе полистирола с газообразователем из азодинитрила диизомасляной кислоты. Плиты и формованные изделия из ПС–1 получают методом прессования: допускаются все виды механической обработки. Материал хорошо склеивается, фор муется, штампуется. Применяют его для изделий конструкционного и радиотехнического назначения в качестве легкого заполнителя слоистых конструкций, а также в качестве теплоизоляционного и труднозатопляемого материала, работающего в интервале температур от –60 до +60 °С.

Таблица 8.1

Свойства авиационных пенопластов

Пенопласты	ρ, г/см3	σсж, МПа	КС, кДж/м2	tmax* , °С
Термопластичные: ПС–1 ПВХ ПУ–104 Термореактивные: ФК–40 ФК–20–А20	0,07…0,35 0,11 0,060 0,18	0,3…7,0 0,7 0,17 2,0 0,85	1,7 0,7 0,38 2,2 0,64	65 60 130 120…130 250

*При длительной эксплуатации.

ПХВ – пенопласт плиточный, содержащий поливинилхлорид, полиметилметакрилат и газообразователи – карбонат аммония и гидрокарбонат натрия. ПХВ хорошо формуется при нагреве, склеивается. Применяют его для заполнения слоистых конструкций, а также в качестве теплоизоляционного и труднозатопляемого материала, работающего в воде, керосине и бензине при температурах от –60 до + 60 °С.

ПУ–104 – пенопласт, содержащий полиэфир, смолу и полиизоцианат. Детали из ПУ–104 получают на месте путем вспенивания жидких компонентов в формах или непосредственно в конструкциях. Вспененная масса отверждается при 130... 150 °С в течение 6...8 ч.

ФК–40 – пенопласт, содержащий фенолоформальдегидную смолу, азодинитрил диизомасляной кислоты, серу, отвердитель и акрилнитрильный каучук. ФК–40 получают вспениванием измельченного полуфабриката при плавном нагреве до температуры 150 °С. Применяют его для заполнения внутренних полостей деталей конструкционного, теплозвукоизоляционного и электроизоляционного назначения.

ФК–20–А20 – пенопласт, состоящий из фенолоформальдегидной смолы, азодинитрила диизомасляной кислоты, алюминиевой пудры ПАК–4, отвердителя и каучука СКН–40. Получают его вспениванием непосредственно в конструкциях. Он легко обрабатывается резанием, склеивается с пластмассами и металлами. Применяют ФК–20–А20 в качестве заполнителя слоистых конструкций, длительно работающих при температурах до 200...250 °С и кратковременно (до 1 ч) при 300...500 °С.