高性能聚烯烃混凝土填缝板的耐老化性能研究

第36卷第3期黑龙江水专学报Vol 36, No. 32009年9月Journal of Heilongjiang Hydraulic Engineering文章编号:10009833(2009)03004306高性能聚烯烃混凝土填缝板的耐老化性能研究李亚芬,徐昭巍,刘桂英,张滨(黑龙江省水利科学研究院哈尔滨150080)摘要:混凝土工程用保温泡沫塑料一般不用在暴露的部位因而不要求较高的耐候性,但是泡沫材料在施工和存放过程中也受日晒在使用中需经历冻融循环、干湿循环而且研究不同泡沫材料本身的耐久性对于从高分子特性水平上认识泡沫塑料对于水利工程中设计使用泡沫板具有重要意义。研究了高性能改性聚乙烯泡沫塑料和常用聚苯乙烯泡沫塑料的耐久性结果表明高性能聚乙烯泡沫具有优异的耐久性,作为严格条件下的混凝土填缝板使用是完全能够满足要求的关键词:高性能混凝土填缝板;紫外线;耐老化;耐候性中图分类号:TU528.2献标识码:AStudy on Properties of anti-aging of High-performancePolyolefin cFilling Joint PlateLI Yafen, XU Zhaowei, LIU Guiying, ZHANG BiAbstract: Insulating foam in concrete projects isn't in general used in exposed positions, which does not re-quire higher weather resistance, but the foam withstands the sun in the construction and storage processwhich will be experienced freeze-thaw cycles, wet and dry cycle in the course of using. and researching dif-ferent foam durability of their own has great significance for understanding the foam at the level of polymercharacteristics and for the design of foam in water conservancy projects. In this paper, the modified highperformance polyethylene foam and the durability of common polystyrenere researched. The resultsshow that high-performance polyethylene foam has excellent durability it is fully able to meet the require-ments to be used as the concrete filling joint plate under strict conditions.Key words: highperformance concrete filling joint plate ultraviolet rays; aging resistance; weather resistance面积一般较小,而该类材料是用于工程结构部位的0引言连接和填充在水利T程中还有可能处于水位变化泡沫填缝板除常规用于一般水利、道路工程中,区和经历干湿循环,对寒冷地区尤其是季节性冻土还可应用于重要的水利枢纽工程、机场道路工程等区还经历着频繁的冻融循环。因此要求这种工程材等。黑龙江省水利科学研究院在对日本泡沫产品剖料在保证较高机械强度外还具有优异的耐久性。改析基础上,对新型工程用聚烯烃泡沫板进行了更深性聚乙烯泡沫型混凝土填缝板保留了其母料的抗入、全面的研究开发-3,研制成功了密度从0.080拉断裂伸长率抗折和耐溶剂性等聚烯烃类泡沫~0.25g/cm3范围内6个密度等级规格的JFP泡塑料的耐老化性主要包括耐大气曝晒,这种性能可沫板。可以根据要求制成不同规格,用在不同工程用紫外线加速试验方法模拟,还包括耐氧化诱导性,部位的混凝土工程的接缝及保温材料。通过本课题用耐热尺寸稳定性试验表示,在寒冷地区还包括耐研究使泡沫板生产配方更合理优良,产品性能更冻融(在饱水条件下)循环性能等,在季节冻土区这高,工艺操作性强,产品性能稳定,造价进一步降低。种性质是最关键的泡沫塑料型混凝土填缝板可能暴露在大气中的凵中国煤化工1高CNMHG收稿日期:200803-27;修订日期:200905-15本课题以兼具有聚苯乙烯咼哽度、橡胶类高韧基金项目:黑龙江省科技攻关计划项目(GC04A05)性、弹性的低密度/线性低密度聚烯烃树脂为基料作者简介:李亚芬(1964),女黑龙江阿城人,硕士高级工程以橡胶类、热塑性弹性体等改性剂,精选有机发泡师从事新型土工合成材料、化学建材的开发与研究黑龙江水专学报第36卷剂发泡助剂、过氧化物交联剂泡沫稳定剂、内外润规格泡沫体照射1000h仍无明显老化滑剂防老剂抗氧剂、紫外线接受剂等为原料,经严本课题还进行了不同泡沫塑料的户外自然老化格模压工艺生产而成。试验,将各种泡沫塑料试样在户外暴露600d结果本课题研究高性能聚烯烃的泡沫塑料,其基本表明聚乙烯泡沫塑料的耐候性是最佳的。耐候性尺配方如下:寸收缩率曲线见图18,测得收缩情况见表2。高压聚乙烯:70~100质量份;本研究的中高发泡泡沫体耐老化性能是十分突改性剂:10~30份出的,对于高发泡聚乙烯泡沫材料有研究表明,密线性低密度聚乙烯:70~100份;度为22kg/m3的聚乙烯泡沫体,经紫外线照射200发泡剂(AC、AIBN):1.5~6份(因容重而异);h后,物性保持率仍>90%,而30kg/m3的EPS同交联剂(DCP):0.6~1.2份,适宜的是0.75~样经200h照射后,产生明显脆化、风化现象粉化深1.0份;度已达厚度的30%已不再具有原有发泡体之性能促进剂(ZnO以AC/ZnO计):1:1~1:0.25,适宜的是1:0.25~1:0.4;表1JFP泡沫耐紫外线老化试验结果Table 1 JEP foam UV-resistant aging test results润滑剂(Hst、Znst):0.2~0.5份;填料(轻质CaCO3):0~30份,适宜的是15JFP1l0 JFP130 JFP160 JFP200型号500h)(800h)(800h)(500h30份;防老剂:0~2.5份;轻微变硬几乎无变化无变化无变化紫外线吸收剂:0.1份;抗氧剂:0.1~1.0份硬度变化,照射前发泡法生产高性能聚烯烃填缝板可分为4个步邵尔A照射后48骤:①混合、混炼;②出型坯片;③模内交联、发泡;④拉伸强度照射前L.171.461.802223陈化、裁切。其生产工艺流程为:(纵向)/Ma照射后1.1021.331.638206配料→混合→混炼→片并裁切伸长率保持率/%压缩强度照射前0.480.560.7180.91模压发泡→冷却定型→切割→包装→一测试(压缩至应变50%)/MPa照射后0420.520.670.852高性能聚烯烃泡沫填缝板的紫外线加速试验压缩恢复率(压缩至应变在众多的通用高分子材料中,聚乙烯树脂本身50%)/%照射后9192就具有优异的耐曝晒性,不加生物和化学改性的聚注试验参照ASIM(;53《非金属材料暴露使用的光源和水的暴乙烯产品降解性是很差的,即耐久性很高而为了进露装置》,光照试样厚度15-25mm,拉伸试样加工成10-15mm步提高其耐老化性在配方中加入了优质的防老光照淋水周期分别为4h4h,光照淋水温度分别为(50±2)℃剂、抗氧剂改善了泡沫接缝板的耐紫外线性能和热(60士2)℃老化性,表1给出了本课题研究的泡沫塑料的耐紫表2各种泡沫塑料的户外器露试验结果外线照射试验结果(500h,部分样品进行了1000Tabe2 All kinds of foam at outdoor exposure test resultsh),而图1~13给出了试样JFP泡沫在不同照射时间周期条件下泡沫样品的外观形貌照片,结果表明,泡沫种类JF3粟苯乙烯泡聚氨酯硬软质PVe沫EPS(30)泡沫(44)泡沫大孔的泡沫塑料板密度>130kg/m3后,其耐老化密度/k·(m2)-113532性能是非常优良的,表面无明显变化,材料的力学性初始颜色浅黄浅黄质也无明显变化。而且试验表明密度越大,单位质颜色变化无变化无变化变灰黑变灰褐量可以吸收较多能量,耐老化性能越好形状无变化风化飞散风化飞唐变形相当3工程用泡沫塑料户外自然老化试验中国煤化工表面硬化面硬化严重腐蚀有研究预期,一般紫外线人工照射200h后,相CNMHG严重收缩严重收缩当于自然暴晒1a,而几乎所有其它高分子材料室外暴晒1a其性能都会明显降低,本课题研究的改性注:自然暴露光照试验样品厚10-15m,尺寸20m×20mX聚乙烯泡沫板照射500h性能是比较优异的,多数(10~20第3期李亚芬,等高性能聚烯烃混凝土填缝板的耐老化性能研究图1 JFP1l0泡沫光照前照片图5JFP30泡沫光照前照片Fig. 1 JFPl10 foam before the lightFig. 5 JFP130 foam before the light图6JFP130泡沫紫外线照射288h照片图2JFP10泡沫光照后288h的照片Fig. 6 JFP130 foam under ultraviolet radiation for 288 hFig 2 JFP110 foam under the light for 288 h图7JFP130泡沫紫外线照射432h照片图3JFP0泡沫紫外线老化(432h)试样(光照后)的照片Fig. 7 JFP130 foam under ultraviolet radiation for 432Fig 3 FP110 foam UV aging sample(432 h)(after the light)中国煤化工CNMHGJrFu体外现照册576h照片图4JFP0泡沫紫外线老化(576h)试样(光照后)的照片Fig.8 JFP130 foam under ultraviolet radiation for 576 hFig 4 JFP110 foam UV aging sample(576 h)(after the light)黑龙江水专学报第36卷图9JFP160泡沫光照前照片Fig 9 JFP160 foam before the light图13JFP160泡沫紫外线照射732h照片Fig 13 JFPl60 foam under ultraviolet radiation for 732 h图10JFP160泡沫紫外线照射288h照片图14JFP160泡沫紫外线照射864h照片Fig. 10 JFP160 foam under ultraviolet radiation for 288 hig. 14 JFP160 foam under ultraviolet radiation for 864 h图11JFP160泡沫紫外线照射432h后照片图15日本填缝板(密度110kg/m3)光照前照片Fig. 11 JFP160 foam under ultraviolet radiation for 432 hFig. 15 Filling joint plate in Japan(density 110 kg/m )before中国煤化工CNMHG图12FP160泡沫紫外线照射576h照片23)照射288h后照片Fig 12. JFP160 foam under ultraviolet radiation for 576 hFig. 16 Filling joint plate in Japan(density 110 kg/m )underhe light for 288 h第3期李亚芬,等.高性能聚烯烃混凝土填缝板的耐老化性能研究的其它结构材料具有一定的耐冻融循环性能。混凝土是无机材料,吸水率较髙,孔隙较少,冰晶的膨胀会产生使混凝土体产生破坏,混凝土的抗冻融循环性能需加入引气剂改善增加混凝土气孔结构来保证。而发泡烯烃接缝板主体还是聚合物树脂,并具有低吸水率,无毛细现象。抗冻融循环性能比无机材料优越得多。在水中并不存在冻融破坏现象。EPS板冻融初期吸水率增加不大,后期增加得很明图17日本填缝板(密度110kg/m3)照射432h后照片显;而JFP冻融初期吸水率有一定增长,后期吸水Fg17 Filling joint plate in Japan(desy1lkg/m3) under率增加缓慢,本实验进行了3种泡沫板的耐冻融循the light for 432 h环试验,结果见表4。经历300次冻融循环,吸水率列1为JP130增加不大,尺寸、硬度、力学性能均无明显降低,图19~21给出了 EPS JFP泡沫的冻融试验关系曲线表4JPP泡沫耐冻融循环试验结果(300次Table 4 JFP foam freezethaw cycle resistant test results(300 times泡沫概外观硬度吸水率WV拉伸强度伸长率压缩恢型号变化变化%变化率/%保持辜/复率/%暴露时间/mnthJFP0无变化+21.9JFPI图18不同泡沫户外暴露时间与尺寸收缩率的曲线JFP160无变化+1Fig. 18 Curve of the time of different foam at outdoor exposureENk/m3掉角变粗糙24L5(200次)325FXkg/m3泡孔边缘模糊9.5(200次)4高性能聚烯烃泡沫填缝板的热稳定性(尺寸稳定性)塑料材料的尺寸稳定性试验能够部分反映它的耐热老化性能。本实验对样品进行了70℃×48h(试验结束后,取出试件自然冷却至室温,经2、24h分别测定条件下尺寸变化率试验)的热稳定性试验结果见表3。结果表明加热后强度、硬度有所增加伸长率几乎无变化,尺寸变化率极小。丧3聚烯烃混凝土接缝板尺寸稳定性试验结果图19EPS30kg/m3)保温板冻融次数与体积吸水率的关系Fig 19 Relationship between the times of freeze-thaw of EPSTable 3 Polyolefin joint board dimensional stability of(30 kg/m )insulation board and the volume of water absorptionconcrete test results1400泡沫板长度方向宽度方向厚度方向拉伸强度伸长率型号变化率变化率变化率保持率保持率FP1100.38-0.29+0.85105960.33-0.23+0.7610895次号长P160-0.27-0.18+0.72109JFP2000.21-0.21+0.5111397注:试样尺寸;200mmx200mm,厚度15~25mm中国煤化工CNMHG5高性能聚烯烃泡沫填缝板的耐冻融循环试验图20EPS(30kg/m3)保温板冻融次数与重量吸水率的关系在季节性冻土区,水工建筑物中水位变化区承Fg20 Relationship between the times of freeze-thaw of EPS受着较为频繁的冻融循环,要求混凝土材料及工程(30 kg/m)insulation board and the weight of water absorption第36卷mJFP110%试验采用了加速试验方法,在水中(20±3)℃浸泡40h,取出后自然晒至表干(2h),用低于40℃一万P%6泡沫的条件在烘箱中烘3h,冷却3h后进行下一个循环,共进行100次7结语经过500~800h以上的紫外线加速老化和室外自然试验,表明高性能混凝土填缝板具有优异的冻融次数/次耐紫外线性,产品外观、性能、吸水率均无明显降低。经过冻融试验和干湿循环试验,表明该类产品具有图21JFP系列泡沫冻融次数与质量吸水率的关系良好的抗水性、耐候性。g. 21 Relationship between the times of freeze-thaw of JFPfoam and the quality of water absorptio参考文献:冻融条件:先在(23±2)℃饱水72h。在(-25[]李亚芬,张滨高性能聚烯烃土工合成材料在水利工程中的20)℃冻结16h,在(20士2)℃下融解8h,共冻开发与研究技术工作总结[R]哈尔滨:黑龙江水利科学研究融300次循环。院,2007[2]李亚芬刘桂英张滨发泡聚乙烯混凝土填缝板的研究及在6高性能混凝土填缝板的耐干湿循环性能寒冷地区工程中的应用[.黑龙江水专学报,2005,32(3):2628.聚乙烯基泡沫塑料吸水率很低,这种吸水性是[3]钱志屏泡沫塑料[M北京:中国石化出版社,199由于具有封闭微孔,水分子在孔壁上产生的是物理]张滨,那文杰,李亚芬聚烯烃泡沫在黑龙江省水利工程中的吸附,且聚乙烯表面非极性,吸附力弱。由于微孔是应用[A]国际土工合成材料协会中国委员会全国第六届土工合成材料学术会议论文集,中国土工合成材料工程协会[C]互不连通的,在水中无毛细现象因而具有优异的耐香港:现代知识出版社,2004:110-117干湿循环性,不会像木材那样,因干湿循环产生明显[5]那文杰张滨寒区水工建筑物聚苯乙烯泡沫塑料保温板设收缩,翘角和扭曲。表5给出了聚烯烃混凝土填缝计指标应用研究技术工作总结[R]哈尔滨:黑龙江省水利科板的耐干湿循环试验结果。学研究院,2004表6JFP泡沫板耐干湿循环试验Table 6 JFP foam wet and dry cycle resistant test泡沫板种类FP110JFP130JFP160外观无变化无变化无变化硬度(邵氏A)尺寸稳定性/%无变化无变化无变化拉伸强度保持率/%中国煤化工CNMHG