Глава 13. Строительные материалы и изделия на основе полимеров

§ 75. Состав и свойства пластических масс

На основе искусственных или природных высокомоле­кулярных соединений — полимеров приготовляют пла­стические массы, характерной особенностью которых яв­ляется способность в процессе переработки принимать заданную форму и устойчиво сохранять ее.

Пластические массы являются сравнительно новыми материалами, технология их быстро развивается, а об­ласти применения расширяются. В настоящее время строители располагают полимерными строительными ма­териалами и изделиями довольно широкой номенклату­ры, использование которых позволяет повысить инду- стриальность строительных работ, сократить трудовые затраты, снизить стоимость строительства, а также до­биться значительной экономии цветных и черных метал­лов, древесины и других дефицитных материалов.

Строительные материалы и изделия из пластических масс изготовляют различными способами, выбор которых зависит от состава, свойств полимерного материала и вида изделия.

Состав пластических масс. Основные компоненты пла­стических масс — связующее вещество — полимер, напол­нители, пластификаторы, отвердители, красители и ста­билизаторы.

Полимеры представляют собой высокомолекулярные соединения (смолы), молекулы которых состоят из мно­гократно повторяющихся структурных звеньев. По про­исхождению полимеры делят на природные и искусствен­ные (синтетические). Природные полимеры — белки, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук. Искусствен­ные (синтетические) полимеры, применяемые в производ­стве строительных материалов, получают из различных видов сырья (каменный уголь, нефтепродукты, природ­ный газ и др.) путем его переработки на химических предприятиях методами полимеризации или поликонден­сации.

В зависимости от способа получения полимеры под­разделяют на четыре класса: А—полимеризационные, Б — поликонденсационные, В — полученные модифика­цией природных полимеров, Г — образовавшиеся в при­родных условиях и получаемые перегонкой органических веществ. Полимеры классов А и Б — основные в

производстве пластмасс.

При реакции полимеризации большое количество одинаковых молекул простых соединений (мономеров) соединяется в одну сложную молекулу (полимер) без вы­деления побочных продуктов. Полимеризацией получа­ют полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен и другие синтетические полимеры.

При реакции поликонденсации из нескольких простых соединений образуется полимер, состав которого отлича­ется от состава исходных продуктов. Процесс образова­ния полимера сопровождается выделением побочных веществ (воды, аммиака и др.). Поликонденсацией по­лучают фенолоформальдегидные, карбамидные, полиа­мидные, полиэфирные и другие синтетические полимеры.

В зависимости от поведения полимеров при нагрева­нии и охлаждении их разделяют на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные полимеры характеризуются способ­ностью размягчаться при нагревании и отвердевать при охлаждении. Они обладают большим электросопротивле­нием, малым водопоглощением и высокой химической стойкостью, однако имеют низкую теплостойкость, ма­лую твердость, легко разбухают и растворяются в орга­нических растворителях. К. этой группе относится боль­шинство полимеризационных полимеров.

Термореактивные полимеры затвердевают при дейст­вии теплоты и давления и не размягчаются при повтор­ном нагреве. Они отличаются от термопластичных поли­меров большей прочностью, теплостойкостью и твердо­стью. К этой группе относят фенолоформальдегидные, карбамидные, эпоксидные и некоторые другие полимеры.

В производстве пластических масс используют напол­нители порошкообразные (кварцевую муку, мел, тальк, древесную муку и др.), волокнистые (асбестовые, древес­ные и стеклянные волокна) и слоистые (бумагу, хлопча­тую ткань, стеклоткань, древесный шпон и др.). Они придают пластмассам высокую прочность, теплостой­кость, кислотостойкость, долговечность, повышенную ударную вязкость и др. Наполнители намного дешевле полимеров, поэтому введение их в состав пластических масс значительно снижает стоимость материалов и изде­лий.

Пластификаторы применяют для улучшения формо­вочных свойств пластмасс. В качестве пластификаторов рекомендуются дибутилфталат, камфора, олеиновая кис­лота и др. Отвердители вводят для сокращения времени отверждения пластмасс и ускорения технологического процесса производства изделий.

Красители придают пластмассам определенные цвета. Красителями служат стойкие во времени и к действию света органические (нигрозин, хризоидин) и минераль­ные (охра, сурик, мумия, умбра и др.) пигменты.

Стабилизаторы повышают долговечность пластмассо­вых изделий. Смазывающими веществами являются хи­мические добавки (стеарин, олеиновая кислота, соли жирных кислот и др.), которые вводят в пластмассы для предупреждения прилипания изделий к стенкам формы в процессе их формования.

В составе пластмасс могут быть специальные добав­ки, влияющие на их свойства. Например, для получения ячеистых пластмасс к полимерам добавляют порофо- ры — твердые, жидкие или газообразные вещества, вспе­нивающие пластмассу.

Основные свойства пластических масс. Пластические массы обладают рядом физико-механических свойств, ко­торые дают им значительные преимущества перед наибо­лее распространенными строительными материалами.

Истинная плотность пластмасс чаще всего находится в пределах 0,9—1,8 г/см³, т. е. они в 2 раза легче алюми­ния и в 5—6 раз легче стали. Средняя плотность пласт­масс колеблется в широких пределах и составляет у по­ристых 15—30 и плотных 1800—2200 кг/м³.

Прочность пластмасс различна. Предел прочности при сжатии пластмасс с порошкообразным наполнителем составляет 100—150 МПа, а у стекловолокнистых пласт­масс достигает 400 МПа. Теплопроводность пластмасс зависит от их пористости. Теплопроводность плотных пластмасс равна 0,2—0,7 Вт/(м-°С), пористых, например пено- и поропластов,—0,03—0,04 Вт/(м-°С). Пластмассы обладают высокой химической стойкостью по отноше­нию к воде, кислотам, растворам солей, органическим растворителям (бензину, бензолу и др.).

Пластмассы хорошо окрашиваются в массе в любые цвета. Некоторые ненаполненные пластмассы прозрачны и обладают высокими оптическими свойствами.

Пластмассы легко обрабатывать: пилить, строгать, сверлить. Ценным свойством пластмасс является легкость их технологической переработки — возможность придания им разнообразной формы. Перерабатывают пластмассы в готовые изделия различными методами: литьем под давлением (полистирольные плитки), непре­рывным профильным выдавливанием — экструзией (трубы и погонажные изделия, поручни, плинтусы), на вальцах с последующим пропусканием между валками каландра (рулонные материалы, например линолеум), формованием под давлением в пресс-формах (дверные ручки и др.), горячим прессованием (бумажно-слоистые пластики).

Однако наряду с достоинствами пластмассам прису­щи и некоторые недостатки, ограничивающие область их применения. Основной недостаток многих пластмасс — низкая теплостойкость (70—200°С). По сравнению со стеклом, керамикой и металлом пластмассы имеют ма­лую поверхностную твердость. Пластмассы обладают и повышенной ползучестью: в них со временем даже при небольшой нагрузке развивается пластическое течение в гораздо большей степени, чем это происходит в бетонах и металлах. Существенным недостатком некоторых пла­стмасс является старение, которое выражается в потем­нении поверхности и самопроизвольном разрушении из­делий.

Высокие темпы развития промышленности пластиче­ских масс позволяют в ближайшие годы расширить вы­пуск новых строительных материалов. Эти материалы найдут широкое применение для покрытия полов жилых, культурно-бытовых, административных и промышленных зданий, облицовки стен и потолков помещений различно­го назначения, изготовления погонажных изделий, сани­тарно-технического оборудования и др.