Пенополіуретани відрізняються широкими технологічними можливостями отримання, стійкістю до корозії, впливу хімічних середовищ, радіації, атмосферних факторів. Вони мають високі теплоізоляційні властивості, високу питому міцність, широкий інтервал робочих температур, малу водопроникність і паропроникність.
Геометричні розміри осередків і властивості газу, який їх заповнює, впливає на теплоізоляційні характеристики пінополіуретанів. У дрібнопористий пінопластів високі теплоізоляційні характеристики. Пінополіуретан. спінений фреоном, має низький коефіцієнт теплопровідності, який збільшується протягом 30 років експлуатації. Відбувається це внаслідок поступової дифузії фреону.
Структура осередків впливає і на механічні властивості пінопластів.
Пенополіуретани. як і інші матеріали, мають теплостійкість - здатність витримувати підвищену температуру, і морозостійкістю - здатність витримувати знижену температуру. Діапазоном робочих температур є інтервал між цими двома характеристиками.
При необхідності діапазон робочих температур пенополиуретанов можна варіювати. Якщо додати модифікований поліізоціанат. то теплостійкість жорстких і еластичних пінополіуретанів підвищиться до 320ºC і при цьому збережеться 45-65% початкової міцності.
Для теплової ізоляції використовують теплостійкі пенополіуретани міцністю 30-650кг / м³.
При визначеної для цієї марки пінополіуретану температурі, нагріте пінополіуретан починає деформуватися і втрачає теплоізоляційні властивості, якщо немає повітря, або горить, якщо є повітря.
Від розміру та напрямки осередків, залежить міцність пінопластів, які використовуються в конструкціях, що працюють при низьких температурах. Міцність жорстких пінополіуретанів знижується при зменшенні температури - 160 ° С, а міцність еластичних навпаки збільшується. Певна марка еластичного пінополіуретану міцніше при температурі -30ºС, ніж при температурі 25ºС, а максимально міцна при температурі -53ºС. При такій температурі еластичний пінопласт поводиться як жорсткий.
Деякі марки пенополиуретанов працюють при температурі + 160º до -200ºС. Температурний коефіцієнт лінійного розширення твердих і еластичних пінополіуретанів вище, ніж у металів. Для того щоб запобігти виникненню температурних напружень і компенсувати різницю температур, в конструкції, виготовлені із застосуванням жорстких пінополіуретанів додають шви з еластичних пінополіуретанів. Таким чином, при зниженій температурі еластичний пінополіуретан в шві буде поступово розширюватися, заповнюючи зазор. Для таких цілей використовують також прокладки і вкладиші.
Пенополіуретани використовуються в якості амортизаційного матеріалу в авіаційній і радіоелектронної промисловості.
Від демпфуючих властивостей, ступеня еластичності, повітропроникності, товщини ізоляційного шару і інших властивостей залежить звукопоглощательная здатність пенополиуретанов.
Звукопоглинання пенополиуретанов і пінопластів визначається жорсткістю пористого каркаса, частотою порушених коливань, ступенем поглинання звукової енергії частинками повітря всередині осередків, роботою тертя при русі частинок між сполученими осередками.
Шумопоглинаючі властивості поропластов вище, ніж у пінопластів. Справа в тому, що осередки поропластов повідомляються і робота внутрішнього тертя знаходиться в них повітря більше. Для того щоб усунути відображення звуку від пінопласту, потрібно його опір середовищі (імпеданс) зробити рівним опору повітря.
Експериментально було доведено, що напівеластичний пенополіуретани мають найбільшу шумопоглинальну здатність. Необхідну ступінь еластичності легше підібрати серед пенополиуретанов, що випускаються з різним ступенем еластичності.
Кращі шумопоглинаючі властивості мають пенополіуретани на основі складних поліефірів, так як вібродемпфірующім здатність і коефіцієнт внутрішнього тертя у них вище.
Звукопоглинальні властивості пінополіуретанів можна підвищити різними способами:
- в зоні високих частот, при перфоруванні плівкових покриттів.
- в зоні середніх частот. Необхідно підібрати рецептури так, щоб резонансні частоти полімерних перегородок були поза межами робочого діапазону частот звукових коливань.
- в зоні низьких частот. Необхідно підібрати величину повітряного простору між вібруючої конструкцією і шаром пінопласту.
Пенополіуретани мають високу хімічну стійкість. Навіть до межі допустимої концентрації пари хімічних речовин не руйнують пенополіуретани.
Стійкість пенополиуретанов до бензолу, бензину, галогеноугльоводород, розбавлених кислот, олив, пластифікатора, спиртів, обмежена стійкість до кетонам, ефірів, концентрованим кислотам розширює використання їх в нафтохімічної та хімічної промисловості.
Пінополіуретан. нанесений на металеву поверхню, захищає її від корозії. Він наноситься не тільки у вигляді пінопласту, а й вигляді плівки, яка утворюється в процесі спінювання на поверхні пінопласту з боку металу і з боку зовнішнього середовища. Залежно від ступеня пошкодження шару покриття і від марки пінополіуретану визначається ефективність захисту.
Водопоглинання пінополіуретану залежить від особливостей його композиції і щільності. За 24 год водопоглинання пенополиуретанов не перевищує 1-3%. Водопоглинання знижується в міру збільшення щільності. У деяких пінопластів знизили водопоглинання в 4 рази за рахунок введення в рецептуру касторової олії або гидрофобизирующих добавок.
Особливо важлива водостійкість пенополиуретанов для судноплавства. Проводилися дослідження тривалого впливу води на пінополіуретан-3 і пінополіуретан-3С. Макроячейки поропластов абсорбують воду стінками осередків. Стінки пінопластів повільніше поглинають воду. Пінополіуретан, спінений фреоном-11, за 3 роки абсорбував не більш 0,95кг / м², а пінополіуретан, спінений вуглекислим газом, за той же період абсорбує 1,1 кг / м². Залежність водопоглинання від тривалого впливу води виражається формулою W = W01b, в якій W - це водопоглинання за час r; W0 - це водопоглинання за 1 годину тесту, b - це коефіцієнт (для пінопластів b дорівнює 0,22). За такою формулою визначається водопоглинання пінополіуретану за результатами короткочасних випробувань при тривалій витримці. Було встановлено, що при тривалому впливі води, пінополіуретан відрізняється хорошою стійкістю форми.
Регулюючи процес деструкції хімічними, фізичними і енергетичними факторами можна підвищити термостійкість пінополіуретану.
Для того щоб практично підвищити вогнестійкість пінополіуретану можна застосувати один з двох способів: ввести наповнювачі або хімічно модифікувати композицію. Наповнювачі застосовуються частіше. В їх ролі виступають мінеральні наповнювачі, азот, фосфоровмісні сполуки сурми, галоген. А ось хімічна модифікація рецептури досить дорогий і трудомісткий процес.
Тропікоустойчівость пінополіуретану при температурі 30-70ºC і вологості 98% знизиться, якщо ввести в композицію тріхлоретілфосфат. А при введенні реактивного фосфату, підвищиться токсичність відпрацьованих газів.
Варто бути дуже обережними зі значним зниженням горючості, так як це може привести до збільшення маси і теплопровідності пінополіуретану. З цієї причини рекомендують покрити тонким шаром наповненого пінополіуретану поверхню раніше спіненого пінополіуретану. У таких двошарових покриттів не буде спостерігатися погіршення інших властивостей, і їх можна буде використовувати в галузях народного господарства, що вимагають підвищеної вогнестійкості.
Немає необхідності вводити пламягасящие добавки в заливальні композиції, які використовують, щоб заповнити закриті конструкції з негорючих матеріалів, і до яких немає доступу повітря. Пінополіуретан при горінні виділяє так мало тепла, що осередки полум'я дуже легко локалізувати.
Для того щоб визначити наскільки пінополіуретан пожежонебезпечний, його тестують на тепло- і вогне- та загоряння стійкість, а також визначають швидкість поширення полум'я по поверхні.
Проводять і вітчизняний тепло- і вогнестійкий ізоціанатуральний пінопласт. Його отримують тримеризация поліізоціанати в присутності активаторів та фреону. Завдяки гидроксилсодержащий поліефір відбувається пластификация пінопласту.
Ізоціанатуральний пінополіуретан погано згорає і тому його можна використовувати тривалий час при температурах від -60ºCдо + 200ºC і при більш високих температурах. Він може використовуватися як вогнезахисний, теплостійкий матеріал і як діелектрик. Коли він контактує з вогнем, то утворюється поверхневий шар коксу, який захищає ізольовану поверхню від високих температур і одночасно сприяє гасінню полум'я.
Протягом 10 хвилин при температурі 340ºC, температура поверхні, яка ізольована шаром пінополіуретану в 35 мм, не перевищує 50ºC.
Так як пінопласт ізолан не викликає корозії і є атмосферостійким, його використовують в нафтохімічній промисловості, авіації, суднобудуванні.
Пінопласти з нанесеним на них шаром ізолана приблизно в 10-30мм не горять. Крім того, вогнестійкість пінополіуретану підвищують і шляхом нанесення спеціального покриття. Так, наприклад, фірма «карболіни» з США розробила покриття що називається «Пайрокріт Л / Д», основою якого є оксихлорід магнію. У складі цього покриття відсутні займисті і токсичні речовини. Межа міцності при стисненні 14МПа при щільності покриття 0,55 кг / м³.
Як і всі інші органічні речовини, пенополіуретани змінюють свої властивості під впливом навколишнього середовища - вони старіють. Стійкістю до старіння - здатність зберігати властивості при експлуатації на рівні технічних умов - визначаються експлуатаційний термін різних матеріалів. З цієї причини в різних кліматичних регіонах протягом 5 років проводилися кліматичні випробування різних пінопластів і пінополіуретанів. Випробування проводилися для того, щоб поліпшити експлуатаційні властивості, визначити гарантійні терміни служби, вивчити більш раціональне використання пінопластів в різноманітних експлуатаційних умовах. В результаті цього дослідження виявилося, що за вказаний період контрольовані характеристики пінополіуретанів практично не сильно змінилися і збереглися на допустимому рівні.
Випробування проводилися як в складських приміщеннях, так і на відкритому повітрі. Була помічена незначна деформація зразків - розширення пінополіуретану, спінених фреоном і усадка пінополіуретану, спіненого вуглекислим газом. З'ясувалося, що зразки без природної кірки менш формостійкі, ніж зразки з природною кіркою.
Пенополіуретани. одержувані заливкою, захищені від безпосереднього впливу навколишнього середовища. Тому експлуатаційні умови для них краще імітувати в складських приміщеннях. Відзначимо, що всі досліджувані композиції пінополіуретанів в складських умовах практично не змінили свої фізико-механічні властивості і продемонстрували задовільну стійкість, стабільність розмірів і форми.
Протягом 15 років експлуатації стійкість пенополиуретанов до старіння і інші основні властивості залишилися в допустимих межах. Також не було прояви ерозії, спучування покриття, цвілі.
Забарвлення всередині пінопласту теж практично не змінилася, а от зовні колір змінився зі світло-жовтого на темно-коричневий. Шар пінополіуретану товщиною 5-10мм в місцях контакту з металом пожовтів. Збільшилася в 1,5 рази ударна в'язкість. з 0,033 до 0,041 Вт / (м К) змінився коефіцієнт теплопровідності. Практично не змінилися діелектричні характеристики. Водопоглинання пінополіуретану не перевищувало 0,15 кг / м². Практично не змінився межа міцності пінопласту при стисненні. Крім ділянок, які піддавалися спеціальному систематичного впливу нафтопродуктів, практично не змінилася температура розм'якшення (98ºC). На цих ділянках коефіцієнт теплопровідності підвищився до 0,046 Вт / (м К), а температура розм'якшення знизилася до 65 ºC. Отримані дані відповідають розрахунковими даними. За ним, коефіцієнт теплопровідності пінопластів через 30 років зберігання збільшується на 15-35 ºC.
Пожовтіння пінополіуретану пояснюється присутністю в полімері аминогрупп і впливом світла.
За рахунок зміни рецептури вдається знизити інтенсивність цього процесу.
Властивості пінополіуретанів при старінні змінюються в основному в поверхневих шарах, а внутрішні залишаються досить стабільними. Ультрафіолетова радіація є основним фактором руйнування при старінні полімерів. В процесі старіння, еластичні пінополіуретани стають більш жорсткими, особливо на початку старіння, а жорсткі - крихкими.
В процесі старіння на відкритому повітрі у еластичних пінополіуретанів на основі простих поліефірів значна ерозія з'являється з поверхні, а потім проникає вглиб.
У жорстких пінопластів в процесі старіння після видалення поверхневої плівки змінюються форма і розміри. Цей процес відбувається в результаті релаксації через різницю тиску зовнішнього повітря і повітря всередині осередків. Спеціальною формулою визначається тривала атмосферна стійкість жорстких пінополіуретанів.