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            常州珍珠棉加工中心帶你了解聚苯乙烯泡沫(EPS) 的特性
            發布時間:2021-07-16
            瀏覽次數:117 次

            常州珍珠棉加工中心帶你了解聚苯乙烯泡沫(EPS) 的特性 。

            EPS由聚苯乙烯顆粒發泡而成.聚苯乙烯顆粒中主要含有聚苯乙烯、可溶性戊烷(膨脹成分)和防火劑.按發泡的方式可分為兩大類,一類是在模型中發泡,一類是擠出法發泡.在EPS的成型過程中聚苯乙烯顆粒中的戊烷受熱汽化,在顆粒中膨脹形成許多封閉的空腔.這種均勻的封閉空腔結構決定了EPS具有許多其他土工泡沫材料所沒有的特性.

            1.1密度

            EPS的密度由成型階段聚苯乙烯顆粒的膨脹倍數決定,介于10~40kg/m3之間,工程中常用密度為15和30kg?m3之間的EPS,目前許多土工工程中用作輕質填料的EPS,其密度常為20kg?m3,僅為普通填料的1/50~1/100(本文以下若無特殊說明,都指密度為20kg/m3的EPS).密度是EPS的一個重要指標,其各項力學性能有著密切的關系.

            1.2耐久性

            EPS在水中和土壤中化學性質穩定,不能被微生物分解,也不會釋放出對微生物有利的營養物質.但有研究資料表明,在特定條件下白蟻可對EPS造成破壞.聚苯乙烯本身是憎水的,而且EPS的封閉空腔結構也使水的滲入極其緩慢.EPS的吸水率與EPS的形狀有關.100mm、高200mm的EPS圓柱試件浸水1年后的平均體積吸水率為154%,而EPS薄板的體積吸水率可達到9%,這是因為后者的表面積和體積的比值遠大于前者EPS在紫外線(UV)照射下一段時間后表面由白色變為黃色,材料在某種程度上呈現脆性.因此,EPS

            與許多高分子土工材料一樣,不允許長時間暴露在紫外線下.EPS在大多數溶劑中性質穩定,但可被汽車燃料油(汽油或煤油)溶解,因此,EPS用作輕質路堤填料時,必須在其表面覆蓋保護層.

            1.3熱穩定性

            在75~80℃以下使用EPS,一般沒有問題;溫度接近150℃時,聚苯乙烯將熔化.如果附近有火源,EPS也可燃燒.但由含有阻燃劑的聚苯乙烯顆粒發泡成型的EPS燃燒后,3s內可自熄,且阻燃劑對EPS的性能沒有不利的影響.

            1.4熱傳導性

            EPS的封閉空腔結構決定了其具有優良的隔熱性,因此EPS最初在道路工程中用于隔溫層,以滿足嚴寒季節對道路防凍的要求.但EPS的吸水量對其熱傳導性的影響很明顯,隨吸水量的增大,熱傳導系數也增大.有資料表明,EPS體積吸水率小于1%時,其熱傳導系數可增大5%;體積吸水率達到3%~5%時,熱傳導系數則可增大15%~25%[2].EPS薄板作為路面下的隔溫層,設計時考慮其吸水率為10%~15%,這可導致熱傳導系數上升50%~75%左右.而如前所述,EPS薄板最大的體積吸水率不大于10%.由于封閉空腔結構的存在,水滲入EPS的速度非常緩慢,即使將EPS完全浸入水中,EPS也具有比土壤優越得多的隔熱性.因此,EPS是一種優良的隔溫層材料,可節約大量的土地資源.

            EPS在單軸無側限壓縮下的應力應變曲線

            1.5短期荷載下的力學性能

            抗壓強度是EPS作為路堤輕質填料的重要指標.邊長50mm的EPS正方體試件在10mm/min的應變速率和典型條件(溫度為23℃,相對濕度50%)下,采取應變控制形式的無側限單軸壓縮試驗的應力應變曲線

            如圖所示

            EPS 在 單 軸 無 側 限 壓 縮 下 的
應 力 應 變 曲 線

            .可以看出EPS在變形初始階段表現為很好的彈性性狀.在1%~2%的應變范圍內表現為線彈性行為,研究表明,在壓縮條件下,

            即使超出了線彈性范圍,EPS仍保持彈性性質.粗略地估計,EPS的總彈性應變區域是其線彈性范圍的2倍.隨著EPS密度的增大,抗壓強度和彈性極限也增大.

            EPS在壓縮條件下的屈服不是出現在某一點,而是在某一范圍.屈服后EPS表現為屈服硬化,且開始階段仍是線形的,斜率大約是線彈性

            階段的5%.當應變繼續增長,EPS呈現非線性,此時EPS的空腔結構已遭破壞,產生明顯的塑性變形.吸水、低溫、凍融循環對EPS的抗壓強度沒有不利的影響


            .相反,潮濕狀態下EPS抵抗變形的能力甚至優于干燥狀態,前者的抗壓強度比后者要高出約10%.隨著溫度的下降,EPS的抗壓強度上升.在道路工程中常涉及到的溫度范圍內(從零下到45℃),典型試驗條件下EPS抗壓強度的變異范圍大約為±20%[1].

            EPS的模量也是重要的性能參數.許多研究表明EPS的模量與密度具有良好的相關性

            .Eriksson和Trnk于1991年得出了線彈性階段EPS的彈性模量EEPS與密度ρ具有如下的關系式:

            EEPS=00097ρ2-0/014ρ+1/8

            Magnan和Serratrice于1989年則得出了如下的關系式:

            EEPS=0479ρ-2875(2)

            常規溫度、濕度和路面荷載作用下,EPS的彈性模量值(線彈性階段)大約在62~124MPa之間.

            EPS的動彈性模量可由EPS小梁通過超聲波檢測裝置得到

            .檢測結果表明EPS的動彈性模量Edyn與EPS的密度及聲波在EPS中的傳播速度有關,可表示為下式:

            Edyn=ρv2式中,Edyn為EPS的動彈性模量;ρ為EPS的密度;v為聲波在EPS中的傳播速度.

            EPS的動彈性模量接近于10MPa,遠大于路面結構設計中常用的5MPa.

            在線彈性范圍內,EPS的模量值不變.當荷載超過比例極限后,EPS的模量值迅速下降,如圖所示.

            EPS 的 彈 性 模 量 與 應 變 的 關 系 曲 線

            EPS的彈性模量與應變的關系曲線

            因為荷載超過比例極限后,EPS的空腔結構被破壞,其抵抗變形的能力大幅下降.因此在設計中應采用低于EEPS值的彈性

            模量,這樣在使用過程中EPS的彈性模量可近似保持恒定.

            文獻[1]表明,在頻率為10Hz的應變循環作用下,在1%的應變范圍內,應變循環次數達到2×106后EPS不產生塑性變

            形,彈性模量也不變.與抗壓強度一樣,吸水、低溫、凍融循環對EPS的彈性模量也沒有不利的影響.EPS的泊松比,由測試的徑向和豎向應變計算得到,在007~011之間.

             100 mm、 高 200 mm 的 EPS 圓 柱 試 件
在 靜 止 恒 載 20 kPa 下 的 蠕 變 曲 線

            100mm、高200mm的EPS圓柱試件

            在靜止恒載20kPa下的蠕變曲線

            1.6長期荷載下的力學性能

            EPS是熱塑性材料,與其他土工合成材料一樣,在設計中應考慮材料隨時間的性能變化.這種變化包括蠕變和松弛,但目前尚缺乏這方面的研究.蠕變的研究資料相對充足一些,但數據主要是在無側限抗壓條件下得到的;有研究資料表明,EPS的蠕變和松弛是相互的現象

            .為了更深入地了解EPS的松弛性能,仍需對此開展深入研究.在20kPa的豎向應力作用下的干燥EPS圓柱試件(直徑

            100mm,高200mm)的蠕變曲線如圖所示

            .該圖顯示了超過1年后所測得的EPS的蠕變.從圖中可得到EPS最主要的蠕變出現在加載初期,加荷1d后產生的蠕變大致為總蠕變

            的50%.隨著時間的增長,蠕變速度逐漸下降,1年后變化已相當緩慢.隨著EPS密度的下降,蠕變的影響程度上升.此外,有限的試驗數據表明,在一定的密度下,蠕變的影響隨溫度的上升而增大;現場在寒冷氣候下的觀測結果也表明,溫度下降,蠕變的影響程度也隨之下降.

            EPS在20kPa的靜止豎向荷載的作用下的蠕變僅為百分之零點幾(見圖3),第1d產生的蠕變為008%左右.所以,EPS基層由蠕變產生的額外永久變形在路面設計中只有微小的影響.

            EPS 的 各 種 強 度 與 密 度 的 關 系 曲 線

            EPS的各種強度與密度的關系曲線

            1.7其他荷載形式下的變形

            除了壓縮外,還有3種常見的荷載作用形式:拉伸、剪切和彎曲.在這些荷載形式的試驗中,都采用了小試件在應變控制條件

            下承受大范圍的荷載作用,直至試件破壞.拉伸和彎曲試驗在實踐中常用,是EPS的品質指標,可用于判斷聚苯乙烯顆粒在生產

            EPS過程中熔合程度的好壞.


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