2.2. Полимерные материалы

Полимеры – высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из большого числа элементарных звеньев одинаковой структуры (мономеров). Существует два основных метода получения полимеров: полимеризация и поликонденсация.

Полимеризация – процесс соединения большого числа молекул одного и того же исходного мономера в одну большую макромолекулу, при этом не происходит изменения химического состава вещества.

Поликонденсация – процесс получения полимера, при котором часть атомов отделяется от мономера, а остатки молекул мономера соединяются. При этом образуются побочные вещества (вода, аммиак и др.). Т.е., в процессе поликонденсации происходит изменение химического состава вещества.

В зависимости от поведения связующего вещества (смолы) при нагревании пластические массы делятся на две группы: термопластичные и термореактивные.

Термопластичные пластмассы (термопласты) при нагреве размягчаются, они имеют небольшую теплостойкость. К ним относятся пластмассы на основе полиэтилена, поливинилхлорида, полиуретана, полистирола, полиамида и других полимеров, получаемых методом полимеризации.

Термореактивные пластмассы (реактопласты) при нагреве не размягчаются, а при достижении определенной температуры, начинают разрушаться. Эти пластмассы являются более теплостойкими. К ним относятся пластмассы на основе полиэфирных, феноло-формальдегидных, эпоксидных, карбомидных и других смол, которые получаются методом поликонденсации.

К числу полимерных материалов, которые используют в строительстве, относятся:

- древесно-слоистые пластики (ДСП),

• древесностружечные плиты,

• древесноволокнистые плиты (ДВП),

• стеклопластики,

• полиметилметакрилат,

• винипласт,

• пенопласты,

• полимербетоны.

Пластмассы состоят из связующего (основной компонент), отвердителя, пластификатора, наполнителя, заполнителя, пигментов (красители), газо- и водововлекающие добавки, антистатики.

Связующие вещества (смолы).

Для конструкций и изделий строительного назначения применяют полиэфирные, фенолформальдегидные, эпоксидные, мочевино- и меламиноформальдегидные и кремнийорганические смолы.

Наполнители уменьшают расход связующего (снижают стоимость изделия), предотвращают усадку при отверждении, придают высокую механическую прочность. В качестве наполнителей применяют непрерывное и рубленое стекловолокно, стеклоткань, асбестовое волокно, древесную стружку, опилки, тальк.

Пластификаторы снижают хрупкость пластмасс, увеличивают гибкость, морозостойкость, эластичность и относительное удлинение.

Антистатики уменьшают электризацию полимерных материалов.

2.3. Основные виды конструкционных пластмасс

Наибольшее применение в строительстве нашли стеклопластики, древесные пластики, полиэтилен, поливинилхлорид, метилметакрилат, реактопласты, стеклотекстолиты.

Стеклопластики представляют собой пластмассы, которые состоят из стеклянного волокна и связующего.

Стеклянное волокно служит «арматурой». Смола является связующим материалом и защитой от влияния внешних воздействий, а также для равномерного распределения усилий, возникающих в них.

Стеклопластики нашли наибольшее применение в качестве ограждающих конструкций (плоские и волнистые, прозрачные и окрашенные в различные цвета).

Древесные пластики – это материалы, полученные соединением синтетическими смолами продуктов переработки натуральной древесины.

К ним относятся древесно-слоистые пластики, древесно - волокнистые и древесно - стружечные плиты, бумажный слоистый пластик и др.

Древесно-слоистые пластики обладают высокой прочностью ( в следствие уплотнения материала прессованием и термической обработкой, которые пропитывают прочными и водостойкими смолами). Древесный шпон пропитывают резольными, фенолформальдегидными или карбамидными смолами с последующей просушкой.

ДСП выпускают в виде плит длиной 0,7-5,6м, шириной до 1,2м, толщиной 3-60мм. Плиты обладают высокой водостойкостью, стойкие к органическим растворителям и маслам, легко поддаются механической обработке. Они очень дорогие, поэтому их не возможно применять для крупных элементов строительных конструкций. Применяют в основном для изготовления средств соединения элементов конструкций в виде шпонок, нагелей, косынок и вкладышей.

Древесно - волокнистые плиты (ДВП) изготовляют из хаотически расположенных волокон древесины, которые склеивают канифольной эмульсией с добавлением для некоторых типов плит фенолформальдегидных смол. Сырьем являются отходы лесопильных и деревообрабатывающих производств (дробят в щепу).

Из ДВП изготавливают: утеплитель (пористый), звукоизоляционные плиты, отделка стен, перекрытий и покрытий.

При длительном воздействии с водой плиты поглощают значительное количество влаги, в результате чего набухают(по толщине) и теряют свою прочность.

Древесно - стружечные плиты (ПС и ПТ) получают горячим прессованием под давлением древесных стружек, пропитанных синтетическими термореактивными смолами.

Сырьем является мелкая стружка и мелкая щепа.

Плиты облицовывают с одной или двух сторон древесным шпоном, фанерой, бумагой, пленками.

В строительстве их применяют в качестве перегородок, декоративной отделки (они имеют высокие механические показатели, ровную поверхность и хороший внешний вид), звукоизоляционных материалов.

Механические свойства зависят от плотности, вида и количества связующего, породы и размеров древесных частиц.

С повышением содержания связующего увеличивается прочность, но увеличивается стоимость плит.

При водопоглощении плиты разбухают, для предотвращения разбухания вводят гидрофобные добавки (снижают на 10%).

Полиэтилен получают путем полимеризации стирола. Выпускают полиэтилен высокого, низкого и среднего давления, в присутствии специальных катализаторов. Наиболее высокие характеристики у полиэтилена высокого давления.

Выпускают в виде пленок, плоских и волнистых листов, профилей и поганажных изделий.

Полиэтилен пропускает до 70% лучей видимого света. Обладает высокими водо- и газонепроницаемыми свойствами. Хорошо сваривается (при t=80ºС), склеивается и механически обрабатывается. Хорошо служит при температуре от +65 до –15ºС. Главный недостаток – стареет под действием УФЛ.

Применяется в качестве водо- и газонепроницаемых прослоек и экранов и в качестве обшивок трехслойных панелей.

Поливинилхлорид (винипласт) получают путем полимеризации винилового спирта (прочный и твердый минерал).

Изготавливают светопроницаемым и непроницаемым, армированным металлической сеткой или стекловолокном.

Выпускают в виде плоских листов, труб, профилей. Обладает высокой плотностью, прочностью, химической стойкостью. Сваривается при температуре 140-180ºС, хорошо склеивается и обрабатывается.

Главный недостаток – зависимость прочностных характеристик от температуры.

Применяют для изготовления строительных конструкций (стойки, балки, фермы), для работы на предприятиях с агрессивной средой, изготавливают вентиляционные короба, трубы, емкости.

Метилметакрилат (оргстекло) получают путем полимеризации метилового спирта и метакриловой кислоты. Это твердый и прочный материал.

Обладает высокой светопропускающей способностью (до 90%).

Выпускают в виде плоских, волнистых листов и труб.

Свойства: химически стойкий, водо- и газонепроницаемый, хорошо склеивается и сваривается при t=140-150ºС, хорошо поддается механической обработке.

В строительстве применяют в качестве обшивок светонепроницаемых плит покрытия, емкостей для хранения и остекления криволинейных поверхностей.

Реактопласты получают в результате реакции поликонденсации.

За счет способа получения реактопласты приобретают физико-механические свойства не изменяться в результате переменного нагревания и охлаждения.

В строительстве реактопласты применяют в качестве: связующих, клеевых композиций, лаков, красок, эмалей. Также в качестве стеклопластиков, ДСП, ДВП, оргалита, полимербетона, тепло- и звукоизоляционных материалов.

Наиболее часто в строительстве применяют стеклопластики. Получают путем горячего прессования тонких нитей стекловолокон толщиной 5-15мм, поверхность которых покрыта тонким слоем термореактивной смолы при t=140-150ºС и давлением 10-16МПа.

Выпускают стеклопластики с параллельно уложенным стекловолокном и хаотически расположенными обрубками стекловолокна по объему.

В качестве связующего применяют полиэфирные смолы. Выпускают в виде плоских и волнистых листов. Применяют в качестве обшивок 2-х и 3-х слойных плит покрытия и покрытия временных зданий.

Стеклотекстолиты получают использованием в качестве наполнителя стеклоткани. Обладают высокой прочностью и плотностью. Применяют в мелких ответственных деталях и узлах конструкций.