Фенолформальдегидный пенопласт

Фенолформальдегидный пенопласт (ФФП, phenolic foams, фенольные пенопласты, фенопласты) - вспененный утеплитель на основе фенолоформальдегидных смол, представляющий из себя газонаполненнуб пластмассу с преимущественно замкнутой ячеистой структурой. Пенопласты ФФ применяют в качестве легких заполнителей для строительных конструкций, а также в качестве теплоизоляционных материалов при температуре изолируемой поверхности от -180 до +150 °С.

Все фенолформальдегидные пенопласты обладают хорошими теплоизоляционными свойствами.

Выпускается в виде желто-коричневых плит, покрытых бумагой. Размер плит с обрезанными торцами не менее 480Х480Х50 мм. Цвет плит от желтого до коричневого.

Фенол-формальдегидный пенопласт
Фенол-формальдегидный пенопласт ФК-20

Нормативные требования к фенолформальдегидным пенопластам описаны в ГОСТ 20916-2021 Плиты теплоизоляционные из пенопласта на основе резольных феноло-формальдегидных смол (введен в 2022 году взамен ГОСТ 20916-87).


Характеристики

Фенолоформальдегидные смолы - наиболее распространенные и дешевые полимеры. Пенопласты, изготовленные на их основе, отличаются повышенной тепло- и огнестойкостью по сравнению с остальными. Они морозоустойчивы и относятся к группе трудносгораемых материалов. Являются химически стойкими материалами.

Показатели физико-механических свойств пенопластов ФФ в зависимости от марки:
  • средняя плотность: 170 и 210 кг/м³;
  • предел прочности при сжатии: не менее 0,8 и 1 МПа;
  • водопоглощение за 24 ч: не более 0,2 кг/м²;
  • теплопроводность: не более 0,047 и 0,056 Вт/(м·К).
 

Резольнофенолформальдегидный пенопласт

Резольнофенолформальдегидные пенопласты содержат в составе резольную смолу (синтетическая смола, получаемая конденсацией фенола и формальдегида; то же, что бакелит).

Теплоизоляционные плиты из пенопласта на основе резольных фенолоформальдегидных смол по средней плотности 50, 80 и 90 кг/м³ подразделяют на марки 50, 80 и 90. Теплопроводность плит в зависимости от марки составляет при средней температуре 25°С соответственно 0,041; 0,044 и 0,045 Вт/(м·К). Прочность на сжатие при 10%-ной деформации – 0,05; 0.13 и 0,2 МПа. Прочность на изгиб – 0,08; 0,18 и 0,26 МПа.

Пенопласты ФК (фенолокаучуковые)

Фенолокаучуковый пенопласт представляет собой продукт совмещения феноло-формальдегидной смолы марки СФ-010, уротропина с различным количеством бутадиен нитрильного каучука марки СКН-40, который придает пенопласту упругие и упруго-эластичные свойства. С увеличением содержания нитрильного каучука пенопласты становятся более жесткими при отрицатательных температурах.

Наиболее теплостоек фенолформальдегидный пенопласт марки ФК-20-А-20. В качестве заполнителя в трехслойных конструкциях он допускает длительный прогрев при 200—250°С и кратковременный (до 3 часов) при 300°С.

  • ФК-20, ФК-40, ФК-20-А20 – пенопласты на основе продуктов совмещения нитрильных каучуков с фенолоальдегидными олигомерами, рекомендуются в качестве теплостойких, конструкционных заполнителей трехслойных конструкций и для изготовления различных конструкционных элементов. Обладают плотностью 0,17–0,23 г/см³.
  • ФК-20-А20 – длительно работоспособен до 200°С и кратковременно до 250°С, рекомендован к использованию в качестве теплостойкого конструкционного пенозаполнителя. Прочность при сжатии 1,2–1,8 МПа, удельная ударная вязкость 0,5–0,6 кДж/м².
  • ФК-20 – пенопласт с прочностью при сжати 0,8–1 МПа, удельной ударной вязкостью 0,3–0,7 кДж/м², рабочей температурой – до 120°С. Применяется в качестве конструкционного заполнителя лопастей самолетов и вертолетов.
  • Пенопласт ФК-40 применяется в качестве силового и демпфирующего заполнителя конструкций и для изготовления формовых изделий, в качестве вибростойкой теплоизоляции для изготовления крупногабаритного теплозащитного экрана в изделиях авиационной и космической техники.. Его выпускают в виде вальцованного и шприцованного полуфабриката, которые можно вспенивать непосредственно в конструкциях, или в виде плит и изделии объемным весом 150-550 кг/м³. Относительное удлинение его возрастает по сравнению с ФК-20 до 12% (при объемном весе 200 кг/м³). Пенопласт ФК-40 отличается от ФК-20 высокими упругими свойствами: вдвое большей удельной ударной вязкостью (0,5–0,9 кДж/м²), на 10—12% большим удлинением, меньшим пределом прочности при растяжении и сжатии, прочностью при сжатии до 1 МПа, урабочей температурой до 80°С. Наличие в его составе большого количества нитрильного каучука сужает температурный интервал его эксплуатации: при температуре —10°С он становится хрупким, а при нагревании выше +80°С его упругие характеристики становятся нестабильными. В замкнутых конструкциях при отсутствии непосредственного контакта с воздухом он сохраняет показатели и размеры до 120—130°С.
Фенол-формальдегидный пенопласт ФК-20
Фенол-формальдегидный пенопласт ФК-20

Пенопласт ФС (поропласт)

Пенопласт ФС-7-2 – поропласт, изготовляемый на основе фенолоформальдегидной смолы СФ-121, а также на основе сплава смол СФ-010 и СФ-011 и твердой фурфуролоацетановой смолы ФА-15 с отвердителем, пенообразователем и наполнителем (стекловолокно или вспученный перлит). Материал выпускают в виде плит с покрытием с двух сторон бумагой или без покрытия. Плиты с бумагой обладают большей прочностью (0,4 вместо 0,3 МПа), чем плиты без покрытия. Плиты относятся к группе трудновоспламеняющихся.

По средней плотности (100 и 70 кг/м³) пенопласт ФС-7-2 выпускают двух марок: ФС-7-2-100 и ФС-7-2-70. Размеры плит (мм): 1000Х1000; 1200Х1900; 1000х500; 1200х600; 1200х700. 1200Х900. Толщина: 25, 30, 35, 40, 60. Теплопроводность при температуре 25°С должна быть не более 0,052 Вт/(м·К). Используют для тепловой изоляции поверхностей температурой от -180 до +100 °С.


Общие пожарные характеристики

   Пенопласты на основе фенолоформальдегидных полимеров имеют повышенную теплостойкость и пониженные горючесть и дымообразующую способность. На основе резольных олигомеров методом заливки получают пенопласты марок ФРП-1, «Резопен», «Виларес», ФЛ-1, ФЛ-2, ФЛ-3 и др. Эти пенопласты относятся, как правило, к трудновоспламеняющимся материалам. Введение в них наполнителей и антипиренов позволяет получить трудносгораемые материалы. Теплоизоляционные плиты из пенопласта марки ФРП-1 с кажущейся плотностью более 80 кг/м3 классифицируются как трудносгораемые  материалы.

   Новолачные пенопласты марок ФК-20 и ФК-40, содержащие 20 и 40 % синтетического каучука, являются сгораемыми материалами. Пенопласт марки ФФ относится к трудновоспламеняющимся и имеет теплотворную способность около 30000 кДж/кг. Температура его воспламенения 490 °С, а самовоспламенения — более 580 °С. При введении наполнителей (например, ФС-7) снижается теплота сгорания до 25000 кДж/кг и повышается температура воспламенения до 580 °С. Следует отметить, что не всегда применение минеральных наполнителей снижает горючесть пенопластов. Так, введение вспученного перлитового песка повышает их горючесть.

   Пенопласты на основе фенолоформальдегидных полимеров при горении выделяют сравнительно мало дыма. При термической деструкции выделяется в основном СО, а также фенол, формальдегид, аммиак и другие вещества. Продукты полного сгорания слаботоксичны.

Производство

Фенольные пенопласты получают несколькими способами: механическим вспениванием водных дисперсий, вспениванием частично отверждеиных смоляных композиций с применением соответствующих отвердителей и стабилизаторов и вспенива­нием жидких смоляных композиций под влиянием вспениваю­щих веществ или газообразных продуктов, выделяющихся в результате взаимодействия исходных компонентов перераба­тываемой смеси.

В настоящее время фенольные пенопласты получают без применения повышенного давления:
  • вспениванием размягченной полимерной композиции при помощи разложения газообразовагеля с последующим отверждением (беспрессовый метод);
  • вспениванием жидких композиций газами, выделяющимися при химическом взаимодействии компонентов, или парами лег- кокипяших жидкостей (заливочный метод).

Беспрессовый метод. 

Беспрессовым методом получают пенопласты из термопластичных новолачных фенолформальдегидных олигомеров. Отверждение их (переход в состояние резита) возможно только в присутствии отвердителя.

Сырье. Новолачные смолы получают при избытке фенола в кислой среде. Это твердые хрупкие материалы темно-коричневого цвета, хорошо растворимые в спирте и ацетоне. В качестве отвердителя применяют уротропин (CH2)6N4 (гексаметилентетрамин) — белый кристаллический порошок. Газообразовате- лем служит порофор 2,2'-азо-бис-изобутиронитрил (порофор N или ЧХЗ-57), который вводится в количестве 1...2%. Возможно применение мягчителей — каучуков (довольно трудоемко), наполнителей — перлита, стекловолокна, асбеста. Если сырьевые материалы имеют влажность выше предусмотренной технической документацией, то перед употреблением их необходимо подсушить.

Технология получения. Беспрессовый метод получения новолачных пенопластов включает в себя: приготовление гомогенной смеси компонентов, вспучивание и отверждение композиции.

Фенолформальдегидная смола поступает в кусках, ее предварительно измельчают в молотковой дробилке до размера частиц не более 10... 15 мм, затем в шаровой мельнице — до частиц не более 0,35 мм. Уротропин и порофор перед смешением просеивают до размера частиц 0,15 мм. Смешивание компонентов производят в шаровой мельнице с водяным охлаждением в течение 20... 120 мин до тонкости 5 000 см2/г. Температура внутри мельницы не должна превышать 40 °С.

Сначала в мельницу загружают смолу, затем порофор и отвердитель, в последнюю очередь — наполнитель, совместный помол с которым не должен превышать 3 мин.

Готовую молотую смесь выгружают в герметически закрытые емкости и хранят при нормальной влажности воздуха и температуре не выше 25 °С. Смесь загружают в формы или на конвейер в количестве, необходимом для получения заданной плотности пенопласта. Смесь ровным слоем распределяют по форме, так как композиция обладает незначительной текучестью, и подают в зону тепловой обработки. При нахождении в зоне с температурой 110 °С смола расплавляется и начинается разложение порофора с выделением газа и вспениванием массы. При повышении температуры до 150... 200 °С смола отверждается и пенопласт приобретает прочность. Время выдержки зависит от толщины слоя, количества отвердителя, условий и вида тепловой обработки.

При вспенивании пенопласта в формах тепловую обработку проводят в камерных или туннельных сушилках.
Затвердевший пенопласт режут циркулярной пилой по заданным размерам.

При изготовлении трехслойных сэндвич-панелей возможно вспенивание пенопласта производить непосредственно между металлическими обшивками, заполняя зазоры порошкообразным полуфабрикатом, который при нагревании вспенивается и надежно соединяет все заготовки между собой и со стенками конструкции. Схема получения пенопласта из новолачных смол приведена на рис. 9.7. По такой же схеме получают так называемый перлитопластбетон (наполненный перлитом новолачный пенопласт).

Заливочный метод

 Для этого метода используются сравнительно недорогие недефицитные резольные термореактивные смолы и довольно простые технологии получения пенопластов. Для перевода резольных смол в нерастворимый неплавкий продукт (резит) отвердителей не требуется.

Сырье. Для получения заливочных пенопластов используют резольные фенолформальдегидные полимеры — вязкие гомогенные жидкости вишневого цвета, представляющие собой смесь олигомерных продуктов поликонденсации фенола с формальдегидом (при избытке последнего) в щелочной среде. Обычно растворимы в воде и спиртах. В качестве вспенивающего агента и газообразователя применяют поверхностно-активное вещество (ОГТ-7 или ОП-Ю) и алюминиевую пудру.
  
Наименование показателяФФФК-20*Перлито- пл астбетон
Плотность, кг/м3190...230140...200100... 175
Теплопроводность при 25 ± 5°С, Вт/(м-°С), не более0,042...0,0610,041 ...0,0610,039...0,046
Прочность на сжатие, МПа2,0...4,00,85...2,30,12 ...0,2
Предел прочности при изгибе, МПа1,50,9...2,90,18...0,3
Ударная вязкость, кДж/м20,20,8
Водопоглощение за 24 ч, кг/м2ол ...о,з0,1 ...0,311...8
Температура применения,
°С”
+ 150+ 120...-130-50...+ 150
ГорючестьСамозату-
хающий
ГорючийСамозату-
хаюший
  • * Пенопласт марки ФК-20 может быть получен с плотностью 50... 100 кг/м3, для этого вводят в композицию до 5...7% порофора, что приводит к снижению механических показателей.
  • ** При отсутствии контакта с воздухом пенопласты на основе новолачных смол могут выдерживать температуру до 350 °С.
Композиция вспенивается водородом, выделяющимся при реакции соляной или ортофосфорной кислоты с алюминиевой пудрой. В качестве катализатора отверждения применяют смесь бензосульфокислоты в сочетании с диэтиленгликолем.