8. Основные свойства, достоинства и недостатки пластмасс как конструкционного материала.

Ресурсы сырья для получения синтетических полимеров практически неисчерпаемы. К ним относятся продукты переработки и отходы лесо-, нефте-, газо- и коксохимической промышленности, металлургического производства и т. п. Пластмассы и полимеры во многих случаях заменяют традиционные материалы: бетон, металл, древесину и позволяют экономить цемент, металл, стекло, древесину. Пластмассы и полимеры снижают массу несущих конструкций и эффективно используются в ограждающих (плитах и стеновых панелях), а также в пространственных конструкциях (включая и пневмоконструкции). Такие конструкции хорошо работают в агрессивной среде. Применение конструкций из пластмасс придает сооружениям высокий архитектурный и эстетичный вид и позволяет при светопрозрачном варианте совместить несущие и ограждающие функции. Применение пластмасс эффективно в многослойных плоских и криволинейных ограждающих конструкциях, а так же в пространственных конструкциях одинарной или двоякой кривизны с незначительными деформациями, так как большинство пластмасс имеют низкий модуль упругости. Пластмассы широко применяются в строительных конструкциях, изделиях и сантехнической арматуре. К ним относятся стеклопластики, термопластичные материалы, тепло- и звукоизоляционные материалы и древесные пластики. Стекловолокно получают из силикатного стекла малощелочного и щелочного. Малощелочное стекло обладает большой прочностью и химической стойкостью к воде, но более низкой стойкостью к щелочным и кислым растворам. Щелочное стекловолокно устойчиво к воздействию кислот. Малощелочное стекловолокно из-за большой прочности применяют в стеклопластиках более ответственного назначения. В качестве связующего в стеклопластиках строительного назначения широко применяют полиэфирные смолы, обладающие высокой адгезией к стекловолокну. Они дают возможность изготовить светопрозрачный стеклопластик со светопроницаемостью до 85%, и пропускающий ультрафиолетовые лучи. Термопласты имеют ограниченное применение в строительных конструкциях и особенно в несущих. Распространение получили такие материалы, как полиметилметакрилат (оргстекло), винипласт (поливинилхлорид), полиэтилен и некоторые другие. Ткани и армированные пленки применяются в пневмоконструкциях. Они должны удовлетворять следующим требованиям: обеспечивать достаточную прочность и долговечность, воздухо- и влагонепроницаемость, эластичность, прошиваемость или склеиваемость. Ткани, прорезиненные капроновые однослойные применяются для воздухоопорных конструкций, двух- и трехслойные - для сильно напряженных пневмокаркасных конструкций. Для повышения прочности и снижения деформативности пленки армируют тканевыми сетками из капрона, лавсана, стекловолокна. Такие пленки применяются для воздухоопорных конструкций, а также в качестве ограждающих конструкций по несущему каркасу. Сотопласты изготовляются в виде сот из бумаги обычной, прочной (крафт-бумаги), тканей, различных листовых материалов, стеклоткани. Ленты требуемой ширины склеивают друг с другом в шахматном порядке. Для упрочнения стенок сотопластов материал может пропитываться смолами. Сотопласты из жестких листовых материалов получаются вставлением полос под заданным углом в прорези, сделанные до половины ширины полос. Древесные пластики – это материалы, полученные путем соединения синтетическими смолами продуктов переработки древесины. К ним относятся древеснослоистые пластики (ДСП), древесноволокнистые плиты (ДВП) и древесностружечные плиты. Пластмассы отличаются своими физико-механическими свойствами, имеют как положительные, так и отрицательные свойства. Положительные свойства: легкость, водо- и атмосферостойкость, не требующие дополнительной пароизоляции; биостойкость, стойкость к химической агрессии; немагнитность, электроизоляционность, возможность получить материалы с различной расцветкой, поверхностная твердость. Производственные преимущества заключаются в простоте формования изделий – создание разнообразных пространственных архитектурных форм; легкость обработки; клеящая способность и свариваемость, высокая заводская готовность строительных элементов, что облегчает монтаж их на стройплощадке. Отрицательные свойства: горючесть большинства пластмасс, низкая теплостойкость термопластов, ползучесть и чувствительность к знакопеременным нагрузкам, старение. Основной производственный недостаток – токсичность некоторых синтетических смол. Влажность пластмасс (стеклопластиков) снижает физико-механические свойства, так как уменьшается адгезия (склеивание) между стекловолокнами, происходит вымывание и растворение компонентов стекла. Для предотвращения понижения прочности стеклопластиков волокна обрабатываются гидрофобными эмульсиями. Наибольшее влияние влаги наблюдается для стеклопластиков на основе полиэфирных смол, затем эпоксидных, меньше кремнийорганических и фенолформальдегидных смол. Плотность пластмасс равна плотности полимера, зависит от процентного содержания стекловолокна (1400-1900кг/м³). От плотности зависят прочностные свойства стеклопластиков. Плотность пенопластов определяет их теплотехнические свойства. Коэффициент линейного расширения у пластмасс значительный, достигает 100_*10^-6. Тепловые деформации должны учитываться при конструировании введением деформационных швов и расчёте на сдвигающие усилия и деформацию. Теплостойкость пластмасс слабая, что ограничивает температуру до +60⁰С. Отрицательные температуры не ограничиваются, но пластмассы становятся хрупкими. Механические свойства пластмасс – прочность, жесткость, твердость, трещиностойкость следует учитывать при расчете конструкций на действие внешних нагрузок. Конструкционные пластмассы в основном имеют ярко выраженную анизотропию по прочности, обусловленную ориентацией стекловолокна или древесных шпонов в определенном направлении. Термопласты и полиэфирные стеклопластики с хаотично расположенным рубленым волокном можно отнести к изотропным материалам. Сложность структур пластмасс и наличие вязкого компонента вызывает их ползучесть (нарастание деформаций при постоянной нагрузке во времени). Пластмассы относятся к упругопластическим материалам. Длительность нагрузки при расчете конструкций из пластмасс, так же как и деревянных, учитывается коэффициентом k_дл=0,2-0,75 для различных конструкционных пластмасс, имеющий следующие значения. Основные дефекты структуры стеклопластиков: поверхностное вздутие, расслоение, трещины, коробление, повышенная пористость, раковины, поворот и коробление отдельных слоев армирующею материала, снижение адгезии связующего и наполнителя, неравномерность усадки материалов и т. д. Эти дефекты приводят к внутренним остаточным напряжениям, концентрации напряжений в отдельных местах конструкций.