Технологія виготовлення полімерних матеріалів

Головною перевагою пластмас порівняно з іншими матеріалами є їх висока технологічність. Вони легко піддаються механічній обробці, склеюються. Технологічні процеси виробництва пластмас, як правило, механізовані та ав­томатизовані. Особливості технологічних процесів виготовлення полімерних матеріалів залежать від їхнього складу та призначення.

Виготовлення полімерних матеріалів та виробів передбачає підготовку сиро­винних компонентів, їх дозування, змішування, формування й стабілізацію.

Вироби виготовляють вальцюванням (каландруванням), екструзією, пресу­ванням, литтям під тиском, термоформуванням, зварюванням, склеюванням, контактним та промазним способами тощо. Ніздрюваті теплоізоляційні матеріа­ли виготовляють спінюванням та пороутворенням.

Вальцювання - це операція, при якій маса формується в зазорі між валка­ми, що обертаються. При проходженні крізь валки компоненти маси стискують­ся, роздавлюються і розтираються, оскільки валки можуть обертатися з різною швидкістю .

Склеювання застосовують для з'єднування як термопластичних, так і тер­моактивних пластмас. У найпростішому випадку клеєм для термопластичних пластмас може бути органічний розчинник або спеціальні клеї.

Залежно від умов виробництва і необхідної швидкості процесу застосовують клеї холодного чи гарячого тверднення.

Напилення - це спосіб нанесення на поверхню будівельних виробів та кон­струкцій порошкоподібних полімерів, які, розплавляючись, прилипають до неї, а при охолодженні утворюють міцне покриття. Розрізняють газополум'яне, вихро­ве та псевдорідке напилення. Напилення використовують для отримання декора­тивних, антикорозійних та антифрикційних покриттів.

Сучасна технологія переробки пластмас дає змогу виготовляти монолітні конструкції з великими прогонами, наприклад купольні, які одержують пошаро­вим напиленням склопластикової оболонки й пінопласту на пневмоопалубку.

Вироби з пластмас одержують з використанням різних прийомів, при виборі яких визначальним фактором є природа полімеру й вид наповнювача.Основними прийомами переробки пластмас є:

- пряме пресування просоченої гарячими смолами основи( тканини, деревного шпону, паперу) у кілька шарів( листові пластики) або полімерного прес- порошку(плитка для підлог) у гідравлічних пресах, що обігрівають, зазначений спосіб застосовується в основному при переробці термореактивних полімерів і композицій на їхній основі;

- лиття просте, при якому рідка композиція заливається у форму й затвердіває у результаті реакції полімеризації або холодження (оргскло,плитки для підлоги та інші вироби з полікапролактаму й поліметилметакрилату);

- лиття під тиском, застосовують при виготовленні пластмас на основі термопластичних полімерів: полістиролу, ефірів целюлози, поліетилену. Полімер у в'язкотекучому стані під тиском впорскується у форму,охолоджувану водою;

- екструзії або продавлювання пластичної маси через насадку певного розміру й форми( плинтуси, поручні для сходів, рейки, герметизуючі й ущільнювальні прокладки для вікон,);

- промазки верхньої поверхні просоченого полотна основи( паперу,тканини, склотканини) пастоподібною полімерною масою з наступним глибоким нанесенням малюнка;

- вальцево-каландровим, що складається з ретельного перемішування компонентів на вальцях,наступної прокатки пластичної маси між двома обертовими в різні сторони валками із зазором, що визначає товщину майбутнього виробу;

- вспінювання полімерної маси за рахунок інтенсивного механічного перемішування в сполученні з дією перегрітої пари з наступним швидким охолодженням,заливанням і фіксуванням пористої структури виробу (пінопласти).

Характеристика матеріалів на основі полімерних речовин: матеріали для покриття підлог, конструкційні матеріали, опоряджувальні матеріали, гідроізоляційні, покрівельні, герметизуючи матеріали, теплоізоляційні, полімерні вироби загальнотехнічного призначення, полімерні клеї.

Матеріали для покриття підлог. Покриття підлог із полімерних матеріалів гігієнічні, еластичні, зносостійкі, тепло- та звукоізоляційні, довговічні і, в поєд­нанні з можливістю індустріалізації будівельних робіт, досить ефективні.

Майже 70% загального випуску полімерних матеріалів для підлог становлять полівінілхлоридні лінолеуми.

Лінолеуми (ДСТУ Б А. 1.1.-18-94) - це рулонні матеріали, які виготовляють на основі полівінілхлоридних, алкідних, гумових та інших полімерів. Вони приз­начаються для влаштування покриттів підлог у житлових, громадських та деяких промислових будівлях. Застосування покриттів з лінолеуму у 5...7 разів скорочує тривалість робіт порівняно з настиланням дощатих та паркетних підлог. Виготов­лені з високоякісних матеріалів згідно з усіма вимогами технології, вони можуть експлуатуватися 20...25 років. Лінолеуми випускають без підоснови, а також на тканинній, повстяній та інших видах підоснови. Безосновні лінолеуми випуска­ють одношаровими та багатошаровими. Вони можуть мати різну поверхню: ко­льорову, гладеньку, з візерунком, блискучу, матову та тиснену.

До сучасних різновидів утеплених лінолеумів на звукоізолюючій основі можна віднести полівінілхлоридні багатошарові покриття, які складаються з шару полівінілхлоридної плівки, зміцненого армуючим прошарком склополотна на голкопробивній волокнистій основі. Іноді використовують додаткові ша­ри каландрових плівок з багатобарвним друкованим візерунком. Такі рулонні покриття випускають шириною 1,5 та 2 м, довжиною у рулоні 25 і 30 м. Такі рулонні покриття можуть бути застосовані у приміщеннях житлових і громадських буді­вель без обмежень, крім шляхів евакуації.

Полівінілхлоридний лінолеум (ДСТУ Б В.2.7-20-95; ДСТУ 2.7-21-95) виго­товляють у вигляді полотнищ, ширина яких 1200...2000 мм, товщина до 1,8 мм і довжина не менш як 12 м. Полівінілхлоридний лінолеум зберігають у рулонах у вертикальному положенні при температурі, не нижчій ніж 10°С; приклеюють до основи бітумними та іншими мастиками. Застосовують його також у вигля­ді зварних килимів на всю площу підлоги приміщення.

Гумовий лінолеум (релін) (ГОСТ 16914) виготовляють із гумових сумішей на основі синтетичних каучуків. Релін - це дво- чи тришаровий рулонний ма­теріал. Він характеризується низьким водопоглинанням, високою зносостійкіс­тю, еластичністю, світло- та кольоростійкістю, кислото- та лугостійкістю, зву­копоглинанням.

Перспективними для покриття підлог у житлових та громадських будівлях є синтетичні килимові матеріали (ГОСТ 4.18; ГОСТ 28415; ГОСТ 28867). Це, як правило,- неткані матеріали ворсової чи повстяної структури (ворсолін та ворсоніт).

Рулонні килимові матеріали, виготовлені із зносостійких синтетичних (по­ліамідних, поліпропіленових) чи змішаних волокон, застосовують як покриття для підлог з високими діелектричними та комфортними характеристиками.

За способом виробництва існує багато різновидів нетканих килимових ма­теріалів. Основні з них - ворсово-прошивні (тафтингові) з розрізним або пе­тельним ворсом різної висоти, голкопробивні (або повстяні) безворсові матері­али, промазні килимові покриття з петельним ворсом та полівінілхлоридною плівковою основою, електростатичні (або флоковані) килими з оксамитовою ворсовою структурою. Килимові матеріали для покриття підлог виготовляють увигляді рулонів, довжина яких становить не менш як 10 м, ширина - 1...3 м (максимальну ширину мають тафтингові та ворсові килими), товщина -3...8 мм; тафтингові килими можуть мати ворс завдовжки в кілька сантимет­рів. Більшість килимових матеріалів дублюють з пористою латексною осно­вою, яка поліпшує їхні акустичні та теплотехнічні властивості.

Килимові матеріали можуть бути однотонними або мати багатоколірний малюнок Недоліком таких матеріалів є знижена гігієнічність, що обмежує їхнє засто­сування.

Плитки для підлог (ГОСТ 16475) виготовляють із полівінілхлориду, інденкумаронових полімерів, каучуків, регенерованої гуми та фенопластів. Порівняно з рулонними матеріалами плитки мають краще зчеплення з основою, створюють потрібний візерунок підлоги; легко замінюються під час ремонту, при укладанні не дають відходів, зручні в транспортуванні. Плитки можна також вирубувати з кусків лінолеуму, що вибраковані. Проте підлоги з плиток менш гігієнічні й більш трудомісткі, а крім того, можуть мати меншу довговічність, ніж безшовні підлоги, через наявність великої кількості стиків.

Крім рулонних та плиткових, для влаштування підлог застосовують масти­ки (ГОСТ 4.54), які наносять поливанням чи розпилюванням на різні основи, пе­реважно бетонні, з наступним отвердінням при кімнатній температурі. Наливні підлоги з мастикових матеріалів гігієнічні та зручні в експлуатації, технологічні.

Як полімерні зв'язуючі, вміст яких у мастикових покриттях підлог не менш як 50%, застосовують водні дисперії полімерів - полівінілацетату та латексів, сополімери вінілацетату з етиленом, поліакрилонітрилу. Використовують також рід­кі термореактивні олігомери: фенолформальдегідні, карбамідні, поліефірні, епок­сидні, фуранові та їхні модифікації.

При введенні в пасти спеціальних наповнювачів або інших добавок, можна створювати теплоізоляційні, пиловідштовхувальні, бактерицидні, діелектричні, рентгенонепроникні та інші підлоги.

Прикладом безшовних мастикових підлог є підлоги на основі епоксидно-сланцевих композицій. У затверділому стані така композиція, укладена шаром 0,2...4 мм, має середню густину 1200 кг/м³, міцність при стиску — 85 МПа, міц­ність при згині - 39 МПа, стираність - 1,15 мкм, твердість за Брінеллем не ниж­че 108 МПа, водопоглинання за масою - 0,01%. Така підлога стійка до дії води, лугів, кислот, органічних розчинників, атмосферних факторів, а також водонеп­роникна. Крім того, епоксидно-сланцева композиція може бути застосована при влаштуванні антикорозійних покриттів для захисту металевих, бетонних і інших поверхонь; при виконанні внутрішньої і зовнішньої гідроізоляції бетонних і ме­талевих конструкцій та герметизації швів і стиків.

Конструкційні матеріали (ГОСТ 25288) з пластмас є досить різноманітними. Як елементи несучих, огороджувальних та інших конструкцій застосовують обо­лонки, тришарові панелі, деревношаруваті пластики, склопластики, полімерні бе­тони, деревностружкові, деревноволокнисті плити, фанеру та фанерні вироби.

Оболонки покриттів відносять до найбільш ефективних конструкцій з пластмас. Завдяки високій технологічності, є можливість виготовляти оболонки раціональної геометричної форми, тип якої дозволяє компенсувати деякі недолі­ки вихідного матеріалу, наприклад підвищену деформативність, і виконувати одночасно несучу та огороджувальну функції.

Пластмасові оболонки вдало поєднують такі властивості, як радіопроник-ність, легкість, стійкість, індустріальність зведення. Такі оболонки дозволяють перекривати прогони споруд від 3 до 110 м. Оболонки виготовляють з викорис­танням різних типів матеріалів: склопластиків (поліефірного, епоксидного і по-лістирольного); алюмінієвого та сталевого профілів; клеєних дерев'яних брусків.

Використовують такі конструкції для перекриття театрів, концертних залів, спортивних арен, торгових майданчиків тощо.

Тришарові панелі - це плоскі чи просторові конструкції, складені з легкого тепло-, звуко-, віброізоляційного матеріалу, обклеєні з обох боків міцними і жор­сткими обшивками, стійкими до різних впливів.

Такі панелі є найбільш ефективними несучими і огороджувальними конструкціями. Середня густина тришарових панелей знаходиться в межах 40...70 кг/м³, що дозволяє значно знизити масу будинку і підвищити індустрі­альність будівництва.

Такі панелі класифікують за призначенням (для стін, покриттів) з урахуван­ням світлопропускаючої спроможності (світлопроникні і глухі) та технологічних властивостей (неутеплені і утеплені).

Основне призначення тришарових панелей - влаштування підвісних перек­риттів і вертикальних огороджувальних конструкцій.

Матеріалом обшивок панелей може бути тонколистовий алюміній, корозій­ностійка сталь, склопластики, фанера, деревні плити, азбестоцемент.

Найчастіше як матеріал середнього шару використовують полістирольний пінопласт, що обумовлено його порівняно низькою вартістю і високими фізико-механічними властивостями. Проте йому притаманні деякі недоліки: низька теп­лостійкість (70...80°С) та низька вогнестійкість, яку іноді підвищують введенням спеціальних добавок.

Більш високою міцністю і теплостійкістю (до 130°С) характеризується піно-полівінілхлорид, але його застосування обмежене внаслідок високої вартості та можливості виникнення корозійних процесів.

Для тришарових панелей широко використовують пінополіуретан. Його у рідинному стані заливають у порожнини, після чого він самочинно спінюється і склеюється з листами обшивки.

Структура пінопласту і ступінь спінювання регулюються зміною складу ви­хідної композиції.

Найбільшу жорсткість і сталість при мінімальній масі мають панелі з серед­нім шаром із сотового заповнення, яке виготовляють з металевої фольги, паперу, пластмас. Іноді для підвищення теплоізоляційних і вогнезахисних властивостей пане­лей чарунки стільників заповнюють пінопластом, спученим перлітом чи верми­кулітом тощо.

При склеюванні стільників з обшивками застосовують різні клеї. Більш жорсткі наносять на стільники, а еластичні - на листи обшивки.

Тришарові плити покриттів і підвісних перекриттів виготовляють з обрамо­вуванням, яке міцно з'єднане з обшивками. Обрамовування може бути із стале­вих, азбестоцементних, фанерних профілів.

Торцеві боки панелей також закривають смугами з водостійкої бакелізованої фанери і обрамовують алюмінієвими кутиками, скріпленими з обрамовуван­ням і фанерою клеєзаклепувальними з'єднаннями.

Стики панелей ущільнюють прокладками з пороізолу, герніту, пінополіуре­тану, які здатні сприймати температурні деформації панелей без порушення гер­метичності стику. Додаткову герметичність забезпечують мастики і механічні пристрої, компенсатори, прокладки.

Азбестоцементні тришарові панелі обрамовують дерев'яними, фанерними чи сталевими профілями, які з'єднають з обшивками клеєгвинтовими з'єднання­ми.

Панелі з алюмінієвими обшивками і середнім шаром із полівінілхлоридного пінопласту обрамовують алюмінієвим швелером, який скріплюють із обшив­ками клеєзаклепувальним чи клеєзварним з'єднанням.

Сучасним вимогам, які пред'являються до будівель відносно теплозахисту, відповідають тришарові панелі із зовнішніми шарами з армованого важкого бе­тону і середнім теплоізоляційним шаром із полістирольного пінопласту ПСБ-С у вигляді плит на «гнучких зв'язках» (з металевих стрижнів).

Деревношаруваті пластики (ДШП) (ГОСТ 20966) - це листові та плиткові матеріали, виготовлені гарячим пресуванням пакетів та листів із деревного шпо­ну, просочених полімером. В'яжучими речовинами для ДШП є резольні фенолформальдегідні чи фенолокарбамідно-формальдегідні полімери. Товщина дерев­ного шпону може бути 0,5...2,5 мм. Стрічку шпону розрізують на листи заданих розмірів, су­шать у роликових сушарках до вологості 9... 12%. Для просочування шпону використовують розчини полімерів різної концен­трації (28...55%).Деревношаруваті пластики за основними фізико-механічними властивостя­ми переважають вихідну деревину і використовуються для виготовлення несучих конструкцій, допоміжних та монтажних елементів.

Склопластики (ГОСТ 27389) - це конструкційні композиційні матеріали, що містять як наповнювач скловолокнисті матеріали, зв'язані синтетичними по­лімерами. Спільна робота склонаповнювача й синтетичної зв'язуючої речовини забезпечує склопластикам ударну міцність, стійкість до атмосферних та хімічних впливів, високі тепло-, електро- та звукоізоляційні властивості.

Залежно від виду й розміщення наповнювача розрізняють склопластики на основі орієнтованих волокон (СВАМ - скловолокнистий анізотропний матеріал), рубаних волокон, тканих та нетканих скловолокнистих матеріалів, а в'яжучою ре­човиною у них є модифіковані поліефіри, фенолформальдегідні та епоксидні смоли.

Склопластики пропускають до 90% світла при товщині до 1,6 мм, у тому числі до 30% ультрафіолетового спектра сонячних променів. їх використовують; у вигляді плоских та хвилястих листів для влаштування світлопрозорої покрівліпромислових будівель і споруд, теплиць, оранжерей; для малих архітектурних форм; тришарових світлопрозорих та глухих огороджувальних засобів і покриттів; оболонок і куполів, виробів коробчастого та трубчастого перерізів, віконних та дверних блоків; санітарно-технічних виробів; форм для виготовлення бетонних і залізобетонних виробів тощо.

Гарячим пресуванням пакетів із оброблених зв'язуючою речовиною полот­нищ скловолокнистої тканини виготовляють шаруватий листовий матеріал -склотекстоліт (ГОСТ 12652; ГОСТ 10292). Його застосовують при влаштуванні електророзподільних щитів, для обшиття тришарових панелей стін і покриттів у будівлях хімічних підприємств. Границя міцності склотекстолітів при розтягу до­сягає 220...390 МПа.

Листові поліефірні склопластики на основі рубаного волокна (завдовжки 40...50 мм) одержують безперервним формуванням у вигляді плоских та хвиляс­тих листів на конвеєрних установках. Границя міцності їх при розтягу має бути не менш як 40...50 МПа. Листові поліефірні склопластики призначаються в основ­ному для покрівлі та декоративних захисних засобів.

Полімербетони - це композиційні матеріали, які одержують внаслідок зат­вердіння суміші, що складається з полімерної зв'язуючої речовини, мінеральних заповнювачів та наповнювачів. Як полімерний компонент застосовують фурано-ві, епоксидні, фенолформальдегідні та поліефірні смоли. До мінеральних напов­нювачів належать порошки з розміром частинок менш як 0,16 мм, до заповню­вачів - пісок з розміром зерен до 5 мм і щебінь з розміром зерен до 50 мм. По-лімеррозчини не мають у своєму складі крупного заповнювача — щебеню.

Основні властивості полімербетонів визначаються хімічною природою полі­мерного компонента, видом і вмістом наповнювачів та заповнювачів.

Найвищі фізико-механічні властивості мають полімербетони, отримані на основі епоксидних смол. Однак висока вартість і дефіцитність епоксидних полі­мерів обмежує їх застосування. Звичайна витрата зв'язуючої речовини 100...200 кг на 1 м³ бетону при відношенні зв'язуючої речовини до мінеральної частини бе­тону 1:5... 1:12 за масою.

Найбільш поширені полімербетони на фуранових смолах, що стверджують­ся добавкою сульфокислот.

Границя міцності полімербетонів при стиску становить 60... 120 МПа, при згині - 12...40 МПа. Морозостійкість полімербетонів 200...300 циклів. Водостій­кість залежить від виду зв'язуючої речовини. Найбільш водостійкі полімерні бе­тони отримують при використанні епоксидних смол. Полімербетони мають висо­ку зносостійкість, кавітаційну та хімічну стійкість. Ударна міцність полімербетону на фуранових смолах в 4...6 разів вища, ніж у цементних бетонів.

Полімербетони добре склеюються з цементним бетоном, міцність зчеплення (адгезія) наближається до міцності на розтяг цементного бетону. Полімербетони можна підсилювати армуванням.

Одним з напрямів використання полімерів та мономерів є модифікація властивостей бетонів за допомогою просочування їх. Щоб змінити структуру й властивості бетонів, застосовують рідкі мономери (метилметакрилат чи стирол) і полімери (епоксидні й поліефірні смоли) та різні композиції на їхній основі. Гли­бина просочування 1...20 см. Для повного просочування щільного бетону потріб­но 2...5% мономеру за масою (4... 10% за об'ємом). Просочені бетони називають бетонополімерами.