Пена

ПенаЕсть старинное выражение: «камнем пошел на дно». Однако оно не всегда бывает верно. Ведь встречаются камни, которые мож­но бросать утопающему, как спа­сательный круг. Это вспененные вулканическими газами минералы, главным образом кремнезем и глинозем, известные под названи­ем пемзы. Есть сорта пемзы, кото­рые легче сухой сосны и ели.

Каменная «пена» — древней­ший, но не единственный из образ­цов для создателей новых сверхлегких материалов. Немало их со­здано и живой природой. Это не только газонаполненная кора пробкового дерева. Значительно легче ее, например, бальза, из ги­гантских стволов которой был сооружен знаменитый «трансоке­анский» плот «Кон-Тики».

Начав со стеклянной пены, че­ловек создавал постепенно множе­ство материалов, наполненных га­зом. Правда, даже люди с техни­ческим образованием часто не знают, что существуют два само­стоятельных класса этих важней­ших материалов. Любая пена со­стоит из мелких или крупных пу­зырьков, которые все наглухо «за­печатаны». Примером может слу­жить хотя бы мыльная пена, которая исчезает, как только на­рушается герметичность пузырь­ков. Но пена ли микропористая резина, обычная поролоновая губ­ка или мягкая набивка кресла в самолете?

ПенаМикропорка, поролон… — в са­мих их названиях упомянуто гре­ческое слово «пора», что означает не пузырек, а отверстие. Вот, соб­ственно, и все различие между двумя группами новых материа­лов. Одна группа — пенопласты, другая — поропласты. У первых все пузырьки запечатаны, у вто­рых они вытянулись, потеряли герметичность, стали лабиринтом мелких каналов, соединенных между собой и с внешним про­странством. В технике, в быту огромное значение приобретают обе группы. Но сейчас рассказ пойдет о пенах.

В соревновании с синтетиче­ской химией природа потерпела полное поражение. И сравнение «легкий как пробка» в наши дни — мертвый архаизм. Ведь ку­бический метр пробки весит до 300 килограммов. А некоторые пены, превосходящие ее по ряду основных качеств, имеют объем­ный вес 0,001: куб с ребром 1 метр весит 10 килограммов. В 25—30 раз легче пробки!

Первые наши пенопласты, по­явившиеся в начале пятидесятых годов, были не очень еще хороши. Их получали вспениванием фе­нольных смол. Эти пены годились для тепловой изоляции зданий, немало пластин из них пошло на строительство МГУ. Но первые же попытки делать из фенольных смол спасательные круги окончи­лись неудачей. Слишком хрупки­ми оказались такие пены. Кораб­лестроители отказались от них наотрез и продолжали утеплять борта и надстройки судов быстро загнивающей смесью крошеной пробки и дешевых каменноуголь­ных смол.

Но все это уже в прошлом. Судостроители быстро переходят сейчас на сверхлегкую тепловую изоляцию — прочные и упругие пенопласты из акриловых и дру­гих смол. Рефрижераторные суда с такой изоляцией будут меньше расходовать энергии на поддержа­ние в трюмах нужной температу­ры, ощутимо увеличится и их гру­зоподъемность.

Кстати, чтобы снабдить ко­рабль новой изоляцией, совсем не обязательно привозить на него го­товые пластины пенопласта, а по­том крепить их изнутри к бор­там. В 1963 году на Одесском су­доремонтном заводе был успешно освоен, например, способ нанесе­ния пенополиуретана прямо на внутреннюю поверхность корпуса и надстройки. Жидкий полимер, подаваемый мощными пульвериза­торами, прилипает к металлу, вспенивается и образует сплош­ной теплозащитный слой нужной толщины. Эта изоляция послужит «шубой», предохраняющей нефть в стальном корпусе танкера от остывания — густую холодную нефть не берут никакие насосы. А летом в тропиках, особенно при перевозке бензина, когда металл раскален и бензин испаряется сот­нями тонн, его можно охлаждать морозильной установкой под за­щитой той же пенопластовой «шубы».

Не менее важна проблема тепловой изоляции и на суше: для крупных холодильников, для на­земных видов транспорта, да и для жилых помещений. А в по­следнем случае пенопласт стано­вится еще и отличной звуковой изоляцией. Его можно не только устанавливать в виде готовых пластин и плит или наносить с по­мощью пульверизатора. Есть тре­тий способ — наливать полимер с пенообразователем в пустоты между тонкими перегородками. И, заполнив все предназначенное для нее пространство, пена за­твердеет там навсегда, упрочнит конструкцию.

Полимерные пены становятся все легче и долговечнее. Ученые, работающие в этой области, под­бирают наиболее прочные смолы, стараясь создать пены, кубический метр которых весил бы всего 5—8 килограммов. Цель, вероятно, будет достигнута очень скоро. Но является ли такой вес пределом?

Все зависит от прочности смо­лы и технологии изготовления пены. Сейчас уже ясно, что созда­ние полимеров, в несколько раз более прочных, чем самые проч­ные эпоксидные смолы, — выпол­нимая задача. А чем большие на­грузки выдерживает полимер, тем тоньше могут быть стенки пузырь­ков пенопласта, тем легче стано­вится он сам. Не исключено, что только этим путем удастся создать пены, кубический метр которых весит всего килограмм.

Впрочем, реальный ли это прогноз, если газ, заполняющий пузырьки в таком кубе, должен весить столько же?

Да, реальный, потому что этот килограмм воздуха — «нейтраль­ный». Вес куба определяет лишь количество сверхпрочного полиме­ра. Больше того пенопласт можно еще значительно облегчить. Для этого следует использовать в роли наполняющего пузырьки газа во­дород или, чтобы не случилось по­жара или взрыва, смесь водорода с гелием. В таком случае полимер­ная пена, имея в пузырьках газ с «отрицательным» весом, станет почти невесомой.

ПенаНечего и говорить о том, ка­кой это будет ценный материал для авиации, крупных искусствен­ных спутников, для высотных зда­ний, наземного и водного транс­порта и множества других целей.

Но даже такое облегчение по­лимерных пен — не предел.

А что если попробовать каким-либо способом изготовить пе­нопласт, у которого в пузырьках находился бы не газ, а самая «легкая» среда — глубокий вакуум?

Задача заманчивая, но как будто совершенно невыполнимая.  Даже если создать в аппарате во­круг жидкого полимера вакуум, близкий к космическому, для по­лучения пузырьков все-таки пона­добится какой-либо газ, иначе они не зародятся и не расширятся до нужных размеров. Подать газ в налитый для реакции полимер можно. При вакууме, царящем снаружи, его понадобится чрезвы­чайно мало. Но удалить его потом из миллиардов мельчайших герме­тических пузырьков никаким спо­собом не удастся. Выходит, за­манчивая задача неразрешима. Так ли это?

В Институте элементооргани­ческих соединений Академии наук СССР пришли к выводу, что ва­куумный пенопласт все же приго­товить можно. Для этого нужно лишь подобрать два прочных по­лимера с далеко отстоящими друг от друга точками кипения. Если начать нагревать их смесь, со­ставленную так, чтобы капельки низкокипящего полимера были взвешены в массе высококипящего, то менее теплостойкий полимер начнет переходить в газообразное или парообразное состояние. Мас­са достаточно хорошо вспенится. Этот процесс можно вести, напри­мер, при 300 градусах выше нуля. При понижении температуры до 200 градусов более теплостойкий полимер затвердеет настолько, что сможет сохранить свою форму не­изменной. А уже при 150 градусах находящийся в парообразном со­стоянии второй полимер начнет осаждаться на внутреннюю по­верхность пузырьков в виде тон­кой, но прочной пленки, дополни­тельно укрепляющей пенопласт. Получаются вакуумные пузырьки в весьма надежных двойных обо­лочках.

Таким образом, появляется с виду фантастическая, но все-таки вполне реальная возможность со­здать пенопласт, кубический метр которого при нормальном давле­нии атмосферы будет весить мень­ше килограмма. Конечно, если удастся на практике изготовить вакуумный пенопласт, кубометр которого станет хотя бы на не­сколько десятков граммов легче кубометра воздуха, это будет большой и важной победой хими­ческой науки. Такой пенопласт, не­зависимо от его количества и формы, сможет плавать в ниж­них слоях атмосферы. И пусть чи­татель сам представит себе удиви­тельные сооружения, которые можно будет создавать из вакуум­ного воздухоплавающего пенопла­ста. Это будут легчайшие изотер­мические здания любой высоты, мосты без единой промежуточной опоры не только через реки, но и через морские проливы. Можно будет даже соорудить над пыль­ным нижним слоем атмосферы ги­гантские воздушные острова, свое­образные «высокогорные» курор­ты…

Фантастика? Нет! Химики го­ворят, что «коэффициент осущест­вимости» подобных идей весьма близок к единице, а срок их осу­ществления упорно стремится к нулю.

Инженер Ю. МОРАЛЕВИЧ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>