3. Основные физико-механические свойства полимеров и пластмасс

3.1. Полимерные строительные материалы для несущих и ограждающих конструкций (конструкционные)

Для несущих и ограждающих конструкций могут быть использованы следующие полимерные материалы: стеклопла­стики, древесно-слоистые пластики, древесно-стружечные и древесно-волокнистые плиты, бумажно-слоистые пластики, полимербетоны и пленочные материалы.

Основные данные по исходному сырью, маркировке, стан­дартам на материалы, областям их применения и физико­механическим свойствам приведены в табл. 3.1—3.4.

Стеклопластики — это пластмассы, содержащие стеклян­ные наполнители (нити, жгуты, ткани, короткие волокна, холсты или маты).

Изделия из стеклопластиков с ориентированным распо­ложением волокон СВАМ, АГ-4В, АГ-4С в виде нитей, жгу­тов, тканей получают послойной укладкой наполнителя, про­питанного связующим, с последующим прессованием или формованием: автоклавным, пресскамерным, вакуумным или контактным методами.

Изделия из стеклопластиков с неориентированным рас­положением волокон изготовляют прессованием, литьем под давлением или напылением в зависимости от типа пласт­массы.

Стеклопластики обладают исключительно интересными с точки зрения инженера сочетаниями свойств (табл. 3.1 и 3.2). Специальные стеклопластики, изготовленные на эпоксидном связующем и на однонаправленных алюмоборосиликатных волокнах, при плотности 1,9—2,0 г/см³ имеют проч­ность при растяжении 1300—1700 МПа, при изгибе— 800—1200 МПа, при сжатии — 400—600 МПа; модуль упругости — 45—56 МПа, коэффициент теплопроводности — 0,25—0,45 Вт/(м·К). Аналогов им среди традиционных ма­териалов нет.

Полиэтилен — термопластичный полимер, обладающий аморфно-кристаллической структурой. Для пленок исполь­зуют полиэтилен высокого или низкого давления, имеющий следующие физико-механические характеристики: плотность от 0,91 до 0,97 г/см³, температуру плавления от 102—137° С, модуль упругости от 100 до 200 МПа, предел прочности при растяжении от 7 до 45 МПа, относительное удлинение от 100—1200%. Он химически стоек (но не в окислителях), имеет низкую газо-и паропроницаемость.

Наименование материала, стандарты	Исходное сырье	Марки­ ровка	Основные области применения
Листовой стеклопластик (плоский, волнистый) ГОСТ 15809—70 и ГОСТ 10292—74	Полиэфирмалеинфталаты (ПН-1, ПН-3, ПН-10); руб­леное стекловолокно	ПСК-20 ПСК-5	Светопроницаемые панели и пере­городки, наружные ограждения, кровли и покрытия
Стеклотекстолит ГОСТ 10292—74	Фенолоформальдегидные, по­лиэфирные и эпоксидные смо­лы; стеклоткань	КАСТ-В КАСТ-Р ВФТС	Плоские и профильные элементы для конструкций: напряженных, под­верженных динамическим нагрузкам; эксплуатируемых в условиях повы­шенных до 200° С температур и в агрессивных средах
Анизотропные стеклопласти­ки ГОСТ 20437—75	Карбамидные, мочевино-ми- ламиновые, фенолоформальде­гидные и совмещенные смолы; стекловолокно	СВАМ АГ-4В АГ-4С	Крупногабаритные панели и пли­ты; стены и перекрытия обществен­ных и промышленных зданий; высо­копрочные профили; оконные пере­плеты и двери
Полиэтиленовые пленки ГОСТ 10354—82	Полиэтилен высокого давле­ния и низкого давления	—	Для остекления временных соору­жений; для надувных конструкций

Наименование характеристик	Единица измере­ нии	Стекло­ тексто­ лит	Листо­ вой стекло­ пластик	Фено­пласты стскло- напол­ненные	С ВАМ
Объемная масса	г/см3	1,85	1,4	1,3-2,0	1,9
Теплостойкость по	°С	200-330	200	190-300	200-300
Мартенсу
Водопоглощение	%	0,1-0,8	3,0—3,5	0,05-0,2	0
Коэффициенты:	Вт/м·К	0,28	0,40	0,24	0,20
теплопроводности
линейного теплового	0 С-‘	1,06	0,66	0,5+1,2	1,3
расширения Предел прочности при:		230-ЗС0	60	30-100
растяжении	МПа				450
изгибе		240	130	60—700	635-700
сжатии		35	90	100-200	240-300
срезе	.	60	45	120	150
Модуль упругости		15-31	30	13-35	28,0
(Е-103)
Коэффициент Пуассона		0,4	0,4	0,13	0,13

Полиэтилен подвержен старению, т. е. при действии кислорода воздуха, ультрафиолетовых лучей и тепла его свойства ухудшаются. Старение проявляется в увеличении хрупкости, появлении трещин, снижении показателей меха­нических свойств. Температурный интервал эксплуатации из­делий, несущих нагрузку, находится в пределах от 4-60 до —80° С. Полиэтилен обладает значительной ползучестью уже при комнатной температуре.

Полимербетон — композиционный материал на основе вы­сокомолекулярного связующего (фурановых, эпоксидных, по­лиэфирных и других смол), грубодисперсных заполнителей, наполнителей, пластификаторов, растворителей и отвердителей. Устойчив к кислотам, щелочам, солям, нефтепродук­там; морозостоек. Основные недостатки — деформируемость под нагрузкой (ползучесть) и горючесть. Полимербетон, ар­мированный металлом (сталеполимербетон)—высокопроч­ный конструкционный материал.

Пластмассы, содержащие в качестве наполнителя древе­сину (древесно-слоистые пластики, древесно-волокнистые и древесно-стружечные плиты), также используют в качестве

14

Наименование материала, стандарты	Исходное сырье	Маркировка	Основные области применения
Дрсвесно-слоистые пластики ГОСТ 25288—82	Фенолоформальдегидные полимеры; березовый лущеный шпон	ДСП-А ДСП-Б ДСП-В ДСП-Г	Обшивка трехслойных панелей; пе­регородки, обшивка и декоративная облицовка внутренних поверхностей стен; опалубка бетонных и железо­бетонных конструкций; несущие эле­менты конструкций; подвесные по­толки, профильные изделия
Древесно-волокнистые плиты ГОСТ 4598—86 и стандарт СЭВ 4188—83	Фенолоформальдегидные • смолы; целлюлозные волокна	Т, Т-С; Т-П; Т-СП; СТ	Перегородки, облицовка стен; об­шивка потолков; настил полов; двер­ные полотна; средний слой трехслой­ных плит покрытий и стеновых па­нелей
Древесно-стружечные плиты ГОСТ 10632—77	Мочевино- или фенолоформальдегидные смолы, древесные стружки	П-1 П-2М П-2Т П-20 П-3	Полы, потолки, перегородки внут­ренних помещений, дверные полот­на, опалубка, панели, несущие кон­струкции
Полимербетоны	Фурановые, полиэфирные, эпоксидные карбамидные смолы; минеральный наполнитель		Рамная крепь горизонтальных под­земных выработок; канализационные коллекторы, крепление шахтных створов; фундаменты под тяжелое оборудование; полы в цехах с по­вышенной нагрузкой и в коррози­онных средах, колонны и ригели в цехах химического производства; ванны в гальванических цехах, тю­бинги

конструкционных материалов, но преимущественно для внут­ренних помещений. Изготовляют их путем горячего прессо­вания наполнителя, смешанного со связующим (табл. 3.3, 3.4). Однако вид наполнителя, его расположение, давление прессования и температура отверждения полимера в каж­дом случае различны.

Так, для приготовления древесно-слоистых пластиков ис­пользуют листы или плиты, изготовленные из тонкого бе­резового лущеного шпона с влажностью 9—12%. Допуска­ется применение в смеси с березовым букового, ольхового и липового шпона. Листы пропитанного шпона прессуют при давлении до 15—16 МПа и температуре 145—150° С.

Древесные слоистые пластики изготовляют следующих марок:

ДСП-А — во всех слоях волокна шпона параллельны или через каждые 4 слоя с параллельным направлением воло­кон укладывается один слой с направлением волокон под углом 20—25°;

ДСП-Б — через каждые 10—20 слоев с параллельным на­правлением волокон укладывается один слои с перпендику­лярным направлением волокон;

ДСП-В — все слои шпона имеют взаимно перпендикуляр­ное направление волокон;

ДСГТ-Г — в смежных слоях волокна древесины шпона располагаются под углом 45°.

Древесно-слоистые пластики толщиной менее 15 мм на­зываются листами, а толщиной 15 мм и более — плитами.

Древесно-волокнистые плиты получают путем горячего прессования (температура 150—165°С, давление—1 — 5 МПа) волокнистой массы, состоящей из целлюлозных во­локон, воды, наполнителей и синтетических полимеров. Во­локна изготовляют из древесной щепы или дробленки (от­ходы деревообрабатывающих производств и лесозаготовок) или же используют стебли тростника, льняную костру и другие материалы. В качестве конструкционных применяют твердые (объемная масса не менее 0,850 г/см³) и сверх­твердые (объемная масса не менее 0,95 г/см³) плиты, имеющие размеры, мм, соответственно (1200—2500) X (1000—1200) X (3—6) или (2700—3600) X (1600— 1800) X (3—4).

Древесно-стружечные плиты изготовляют путем горячего прессования (при 140—150°С и давлении 1,0—1,2 МПа) древесных стружек, смешанных с термореактивным жидким олигомером. Сырьем для производства древесно-стружечных плит служат отходы лесопиления и деревообработки (от-

16

Наименование характеристик	Единицы измерения	Древесно-слоистые пластики	Древесно- волокнистые плиты	Древесно-стружечные плиты	Полимер- бетоны
Объемная масса	г/см3	1,3	0,85-1,1	0,65—0,85	2,1-2,2
Теплостойкость по Мартенсу	°С	180—200	180-200	180-200	выше 200
Водопоглощение	%	2,0-3,0	9/6	60-90	0,01
Коэффициенты:					68-75
— теплопроводности (^•102)	Вт/м • К	18-20	14-20	10-12
—линейного теплового расширения (а-10ч) Предел прочности при:	°С	30-35	35-40	25-60	70—100
— растяжении	МПа	112-260	20 30	8	6-11
— изгибе	»	150-280	40 50	12	13-25
— сжатии		120-160	20 30	12	40-120
— срезе	»	8-41	12/17	—	—
Модуль упругости (Е-103)	»	9,2-21,2	30/50	25	100 и выше
Коэффициент Пуассона		0,12	—	0,10-0,12	0,4