Плотность плит (1100-1300 кг/м3) зависит от состава и способа уплотнения. Размеры плит 800400 мм и 1500400 мм ( гипсокамышовых), толщина 80-100 мм. Гипсобетонные панели для перегородок

Крупноразмерные гипсобетонные панели отличаются от плит большими размерами (толщина 80-120 мм, ширина, равная высоте этажа, и длинна на комнату, а в отдельных случаях – на часть комнаты) и большей прочностью гипсового бетона.

В процессе изготовления в них можно закладывать дверные коробки и другие детали. Для санитарных узлов применяют гипсобетонные панели размером 2510 1700 мм. Плотность гипсобетонных панелей – 1500 кг/м³ .

При значительных преимуществах гипсобетонные панели тяжелы, а их сушка при массовом выпуске сопряжена с рядом технических трудностей.

Панели из гипсобетона изготовляют методом непрерывного формования на прокатных станах и в кассетах.

Производство крупноразмерных гипсобетонных перегоро­дочных панелей методом непрерывного проката благодаря высо­ким технико-экономическим показателям получило широкое рас­пространение. Гипсобетонную смесь приготовляют в дозировочно­смесительном отделении формовочного цеха (рис. ), где име­ется четыре бункера: два для гипса и по одному для песка и опилок. Отдозированные материалы поступают в приемный лоток для сухого смешивания, а оттуда в гипсобетоносмеситель непре­рывного действия для перемешивания с водой и замедлителем схватывания. Затем приготовленная гипсобетонная масса посту­пает для формования на прокатную установку. Заранее приго­товленные из деревянных реек арматурные каркасы укладывают на ленту прокатного стана и подают укладчику бетонной смеси, равномерно распределяемую по ширине панели гипсобетонную массу. Под шнеком-укладчиком лента опирается на балку с двумя периодически включающимися вибраторами, что обеспечивает лучшее распре­деление массы.

Рис. . Технологическая схема производства гипсобетонных панелей методом проката: 1 - прокатный агрегат; 2 - растворосмеситель; 3, 4, 5 - бункера гипса, песка н опилок; 6 - дозатор; 7 - обгонный рольганг; 8 - кантователь

На прокатном стане гипсобетонная масса, равномерно рас­пределенная между резиновыми лентами двух движущихся в одном направлении с одинаковой скоростью транспортеров (ниж­него, несущего реечный каркас, и верхнего уплотняющего и сгла­живающего массу), проходит через щель между прокатными (калибрующими) валками, которые прессуют массу и придают панели окончательные размеры по толщине. Калибрующие валки не соприкасаются с гипсобетоном, так как находятся один под нижней, а другой над верхней лентами транспортера. При даль­нейшем движении панели между нижней и верхней лентами, а затем на одной ленте гипсобетонная масса схватывается. Сфор­мованная панель поступает на обгонный рольганг, движущийся с большей скоростью, чем скорость передвижения панели на стане. Рольганг транспортирует панель на опрокидыватель (кантователь), который поворачивается на угол 85°. Панель снимается и устанавливается в кассетную сушильную вагонетку, отправляемую затем в туннельные сушила. Сушат панели дымо­выми газами или нагретым воздухом. Температура теплоноси­теля при входе 110 - 130°С, длительность сушки 20 -26 ч. Высу­шенные панели отправляют автопанелевозами на строительные площадки или хранят в вертикальном положении.

В настоящее время для сушки строительных плитных изде­лий и конструкций, изготовляемых на прокатном стане, при­меняют автоматизированные конвейерные линии импульсно-ва­куумной сушки. Линия состоит из пульсирующего конвейера и стационарных постов, оборудованных вакуумными термощитами. При подаче изделия на пост вакуумные термощиты прижимаются по периметру через уплотнительные прокладки.

Сушку осуществляют при периодическом чередовании на поверхности изделия импульсов нагрева и разрежения. Материал сохнет равномерно по сечению с постоянной скоростью, что исключает возможность возникновения опасных напряжений. Контроль и регулирование процесса ведут в зависимости от температуры поверхности изделия и глубины вакуума, создавае­мого в полости термовакуумных щитов. По окончании сушки производят контрольное взвешивание пластин. Производитель­ность линии 600 000 м²/год; при толщине изделия в 8 см дли­тельность сушки 90 - 120 мин.

Изготовление панелей в вертикальных формах-кассетах со­стоит из тех же основных операций, что и при прокатном спо­собе, т. е. из приготовления бетонной смеси, реечных каркасов, формовки и сушки изделий. Отличие заключается в применяе­мом формовочном оборудовании.

Получение материалов на основе воздушной извести

(силикатные материалы)

Производство силикатных строительных материалов базируется на гидротермальном синтезе гидросиликатов кальция, который осуществляется в реакторе –автоклаве в среде насыщенного водяного пара давлением 0,8 – 1,3 МПа и температурой 175-200 ⁰С.

Силикатные автоклавные материалы – это безцементные материалы и изделия (силикатные бетоны, силикатный кирпич, камни, блоки), изготовленные из сырьевой смеси, содержащей известь (гашеную или молотую негашеную), кварцевый песок и воду, которые образуют в процессе автоклавной обработки гидросиликаты кальция

Автоклав представляет собой горизонтально расположенный стальной цилиндр с герметически закрывающимися с торцов крышками (рис. ).

Диаметр автоклава 2,6 - 3,6 м, долина 21-30 м. Автоклав снабжен манометром, показывающим давление пара, и предохранительным клапаном, автоматически открывающимся при повышении давления выше предельного. В нижней части автоклава уложены рельсы, по которым передвигаются загруженные в автоклав вагонетки с изделиями. Автоклав оборудован устройствами для автоматического контроля и управления режимом автоклавной обработки. Для уменьшения теплопотерь автоклав покрыт слоем теплоизоляции.

После загрузки автоклав закрывают и в него постепенно впускают насыщенный пар. Высокая температура при наличии в бетоне воды в капельно-жидком состоянии создает благоприятные условия для химического взаимодействия между гидроксидом кальция и кремнеземом.

Прочность автоклавных материалов формируется в результате взаимодействия двух процессов: структурообразования, обусловленного синтезом гидросиликатов кальция, и деструкции, обусловленной внутренними напряжениями.

Р ис. Загрузка кирпича в автоклав.

Для снижения внутренних напряжений автоклавную обработку проводят по определенному режиму, включающему постепенный подъем давления в течение 1,5 – 2 ч, изотермическую выдержку изделий в автоклаве при температуре 170-200 ⁰С и давлении 0,8 – 1,3 МПа в течение 4-8 ч и снижение давления пара в течение 2-4 ч. После автоклавной обработки продолжительностью 8-14 ч и получают силикатные изделия.

Получение силикатного кирпича

Силикатный кирпич изготавливают на основе силикатного бетона. К силикатным бетонам относят бесцементные бетоны автоклавного твердения, получаемые на основе извести и песка. Основным цементирующим вяжущим в этих бетонах является известь, а заполнителем служат кварцевые пески.

Плотные силикатные бетоны по прочности достигают уровня показателей прочных цементных бетонов. Из силикатных бетонов (известково-песчаных смесей) изготовляют кирпич, блоки, панели. Последние могут быть неармированными и армированными.

Схема производства силикатного кирпича показана на рис. .

Комовую известь-кипелку, поступающую из известеобжига­тельной печи, сортируют, чтобы удалить недожог и пережог, затем дробят и размалывают в тонкий порошок. При этом воздушным се­паратором отделяются наиболее тонкие частицы. Повышение тонко­сти помола извести также сокращает ее расход.

Гасить известь в смеси с песком можно в силосах в течение 8- 9 ч (первый способ) или, что гораздо быстрее и интенсивнее, в гасильных барабанах (второй способ). Последний представляет собой металлический цилиндр, по концам имеющий форму усе­ченных конусов, который вращается вокруг горизонтальной оси. При помощи дозирующего аппарата песок дозируют по объему, а известь - по весу, а затем засыпают через герметически закры­вающийся люк в гасильный барабан. После загрузки барабан вра­щают, впускают пар и гасят известь под давлением 0,3-0,5 МПа. Перед прессованием известково-песчаную смесь перемешивают в лопастной мешалке или на бегунах и дополнительно увлажняют (до 7%).

Прессуют кирпич на прессах под давлением до 150-200 кг/см². Применяемые на заводах прессы имеют периодически вращающийся стол с устроенными в нем формами. Прессование производится снизу вверх при помощи рычажного механизма. Спрессованный кирпич - сырец получает высокую плотность, что способствует более полно­му прохождению реакции между известью и кварцевым песком. Производительность различных типов прессов, зависящая от их кон­струкции, колеблется в пределах 2200-3000 кирпичей в 1 ч.

Отформованные кирпичи снимают со стола пресса, осторожно укладывают на вагонетки и отправляют в автоклавы для твердения.

Прочность силикатного кирпича продолжает повышаться и по­сле запаривания его в автоклаве. Это объясняется тем, что часть из­вести, не вступившей в химическое взаимодействие с кремнеземом, реагирует с углекислотой воздуха, т. е. происходит карбонизация:

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃+ Н₂О.

Прочность, водостойкость и морозостойкость силикатного кир­пича увеличиваются также при его высыхании.

Известково-шлаковый кирпич изготовляют из смеси извести и гранулированного доменного шлака. Извести берут 3-12% по объ­ему, шлака - 88-97%.

При замене шлака золой получается известково-зольный кир­пич. Состав смеси: 20-25% извести и 80-75% золы. Так же как и шлак, зола является дешевым сырьем, образующимся в больших ко­личествах после сжигания топлива (каменного угля, бурого угля и др.) в котельных ТЭЦ, ГРЭС и др.

В процессе сгорания пылевидного топлива часть очаговых ос­татков оседает в топке (зола-шлак), а самые мелкие частицы золы уносятся в дымоходы, где задерживаются золоуловителями, а затем их транспортируют за пределы котельной - в золоотвалы. Наиболее тонкодисперсные золы называют золами-уносами.

При смешивании с водой золы не твердеют, однако при добав­ках извести или портландцемента они активизируются, а запарива­ние смеси в автоклавах дает возможность получать из них изделия достаточной прочности.

При сжигании некоторых горючих сланцев (например, средне волжских) образуются золы, содержащие окиси кальция 15% и более, которые имеют способность твердеть без добавок извести. Кирпич из этих зол называют сланце-зольным.

Использование шлаков и зол очень выгодно, так как при этом снижается стоимость строительных материалов.

Известково-шлаковый и известково-зольный кирпичи формуют на тех же прессах, которые применяют при производстве силикатно­го кирпича, и запаривают в автоклавах.

Плотность шлакового и зольного кирпичей - 1400-1600 кг/м³, теплопроводность - 0,5-0,6 Вт/(м°С). По пределу прочности при сжатии шлаковый и зольный кирпичи разделяют на три марки: 75, 50 и 25. Морозостойкость известково-шлакового кирпича такая же, как и силикатного, а известково-зольного - ниже.

Известково-шлаковый и известково-зольный кирпичи применя­ют для возведения стен зданий высотой не более трех этажей и для кладки верхних этажей многоэтажных зданий.

Контрольные вопросы:

1. Из каких этапов состоит производства перегородочных гипсовых плит на карусельной машине?

2. Какие химические процессы протекают при затвердевании силикатобетонных материалов?

3. Какова технология получения силикатного кирпича?

4. Что такое автоклав и какие процессы происходят при автоклавной обработке?

5. Какие изделия получают на основе гипсового вяжущего?

Основы технологии полимерных материалов

Особенности технологических процессов изготовления полимерных материалов зависят от их состава и назначения. Главными технологическими факторами являются определённые температурные и силовые воздействия, формирующие изделия, для чего применяется различное оборудование.

Полимером называется органическое вещество, длинные молеку­лы которого построены из одинаковых многократно повторяю­щихся звеньев - мономеров. Пластмассы - большой класс полимерных органических легко формуемых материалов, из которых можно изготавливать легкие, жесткие, прочные, коррозионностойкие изделия.

Органическое вещество с небольшой молекулярной массой (мономер) сначала превращают в полимер, который затем прядут, отливают, прессуют или формуют в готовое изделие. Сырьем обычно являются простые, легко доступные побочные продукты угольной и нефтяной промышленности или производства удобрений.

В основном производство складывается из подготовки, дозировки, приготовлении полимерных композиций, которые потом перерабатываются в изделия, чем обеспечивается стабилизация их физико-механических свойств, размеров и формы.

Основными приемами переработки пластмасс являются: вальцевание, каландрирование, экструзия, прессование, литье, промазывание, пропитка, полив, напыление, сварка, склеиванием и др.

Смешение композиций – это процесс повышения однородности распределения всех ингредиентов по объему полимера иногда с дополнительным диспергированием частиц. Смешение может быть периодическим и непрерывным. Конструкция и характер работы смесителей зависят от вида смешиваемых материалов (сыпучие или пастообразные).

Изделия простой формы изготавливают методами вальцевания и каландрирования.

Вальцевание – это метод переработки полимеров заключающийся в многократном пропускании материала через зазор между нагретыми металлическими валками, которые вращаются навстречу друг другу (рис.1.а). Под действием температуры и механических усилий в зазоре между вальцами материал переходит из твердого состояния (стеклообразного) в вязкотекучее, при этом он подвергается деформационым усилиям, размягчается, смешивается и гомогенизируется.

При многократном пропускании массы через вальцы происходит пластификация, т.е. совмещение полимера с пластификатором путем ускоренного взаимного проникновения, при этом полимер, как правило, переводится в вязкотекучее состояние благодаря повышению температуры при перетирании.

Вальцы позволяют перетирать и дробить компоненты пластмасс. Это обеспечивается тем, что при движении в зазоре материалы сжимаются, раздавливаются и истираются, поскольку валки могут вращаться с различной скоростью. Вальцы, на которых происходит окончательная отделка поверхности и калибровка, должны иметь гладкую полированную поверхность. По характеру работы вальцы бывают периодического и непревывного действия, а по способу регулироваания температуры – обогреваемые ( паром или электричеством) и охлаждаемые (водой).

Рис. Схема вальцевания. А) загрузка массы; б) вальцевание; в) переход массы на один валок; г) срез массы.

Процесс вальцевания используют для смешения ингредиентов с полимерами, совмещения полимеров с пластификатором, для получения листов и пленок, для подогрева и размягчения готовых полимеров. Каландрование – это метод переработки полимерных материалов, который применяют для непрерывного формования различных пленочных или листовых изделий, нанесения на поверхность листовых материалов рельефного рисунка, дублирования предварительно отформованных ленточных заготовок, армирования полимерных материалов тканями или сеткой при температуре выше температуры текучести или температуры плавления (рис. ). В отличие от вальцевания при каландровании полимерный материал проходит через зазор только один раз. Чтобы получить пленку калиброванной толщины, он должен пройти несколько зазоров, образованных вальцами каландра. Поэтому каландры имеют три и больше валков.

При использовании в каландровочной машине профилированных валков можно получать тисненые листы различных рисунков. Различные декора­тивные эффекты, такие, как имитация под мрамор, могут быть достигнуты путем введения в каландр смеси компаундов различных цветов. Техноло­гия обработки под мрамор обычно используется в производстве плиток для пола из поливинилхлорида.

Рис. Схема получения пленки методом каландрования.

Большинство пластмасс перерабатывают в детали в вязкотекучем состоянии способами прессования, литья, выдавливания.

Прямое (компрессионное) прессование - один из основных способов переработки реактопластов в детали. В полость матрицы пресс-формы 3 (рис, 2, а) загружают предварительно таблетированный или порошкообразный материал 2. При замыкании пресс-формы под действием усилия пресса пуансон 1 создает давление на прессуемый материал (рис. 2, б). Под действием этого давления и теплоты от нагретой пресс-формы материал размягчается и заполняет формообразующую полость пресс-формы. После определенной выдержки пресс-форма раскрывается и с помощью выталкивателя 5 из нее извлекается готовая деталь 4 (рис. 2, в).

Рис. 2, Схема прямого прессования

Температура и давление прессования зависят от вида перерабатываемого материала, формы и размеров изготовляемой детали. Время выдержки под прессом определяют скорость отвердения и толщина прессуемой детали. Для большинства термореактивных материалов время выдержки выбирают из расчета 0,5-2,0 мин на 1 мм толщины стенки.

Прямым прессованием получают детали средней сложности и небольших габаритных размеров из термореактивных материалов с порошкообразным и волокнистым наполнителями.

Литье под давлением является высокопроизводительным и эффективным технологическим способом массового производства деталей из термопластов. Перерабатываемый материал из загрузочного бункера 8 (рис. 3) подается дозатором 9 в рабочий цилиндр 6 с электронагревателем 4. При движении поршня 7 определенная доза материала поступает в зону обогрева, а уже расплавленный материал через сопло 3 и литниковый канал - в полость пресс-формы 1, в которой формируется изготовляемая деталь 2. В рабочем (нагревательном) цилиндре на пути потока расплава установлен рассекатель 5, который заставляет расплав протекать тонким слоем у стенок цилиндра. Это ускоряет прогрев и обеспечивает более равномерную температуру расплава. При движении поршня в исходное положение с помощью дозатора 9 очередная порция материала попадает в рабочий цилиндр. Для предотвращения перегрева выше 50-70 °С в процессе литья пресс-форма охлаждается проточной водой. После затвердевания материала пресс-форма размыкается, и готовая деталь с помощью выталкивателей извлекается из нее.

Рис. 3. Схема литья под давлением

Литьем под давлением получают детали сложной конфигурации с различными толщинами стенок, ребрами жесткости, с резьбами и т. д. Производительность процесса литья в 20-40 раз выше производительности прессования, поэтому литье под давлением является одним из основных способов переработки пластических масс в детали.

Выдавливание (или экструзия) отличается от других способов переработки термопластов непрерывностью, высокой производительностью процесса и возможностью получения на одном и том же оборудовании большого многообразия деталей (рис. 4, б), таких, как пленки, во­локна, трубы, листы, стержни, шланги и ремни, причем профиль этих изде­лий задается формой выхлопного отверстия головки экструдера. Расплав­ленный пластик при определенных условиях выдавливают через выходное отверстие головки экструдера, что и придает желаемый профиль экструдату. Выдавливание осуществляют на специальных червячных машинах. Перерабатываемый термопластичный материал в виде порошка или гранул из бункера 1 (рис. 4, а) попадает в рабочий цилиндр 3, где захватывается вращающимся червяком 2. Червяк, имеющий нарезку с изменяющимся шагом и глубиной, продвигает материал, перемешивает и уплотняет его. В результате передачи теплоты от нагревательного элемента 4 и выделения теплоты при трении частиц материала друг о друга и о стенки цилиндра перерабатываемый материал переходит в вязкотекучее состояние и непрерывно выдавливается через калиброванное отверстие головки 6. Расплавленный материал проходит через радиальные канавки оправки 5. Оправку применяют для получения отверстия при выдавливании труб.

Рис. 4. Непрерывное выдавливание:

а - схема установки; б - профили получаемых деталей

Непрерывным выдавливанием можно получить детали различного профиля (рис. 3, б).

Формованием называют переработку листовых, пленочных, трубчатых пластмассовых заготовок с целью придания им более сложной формы и получения готовых изделий. Формование производят в основном при нагревании. К главным методам формования из листов относят штампование, пневмоформование и вакуумформование.

При штамповании из листов вырезают заготовки, нагревают их, помещают в пресс-форму между матрицей и пуансоном и сжимают под давлением до 1МПа. Таким путем изготовляют детали канализационных систем из винилпласта, световые колпаки оргстекла для покрытий промышленных зданий, профильные детали из текстолитов для строительных конструкций.

При пневмоформовании вытяжка листа осуществляется за счет усилия, создаваемого сжатым воздухом - лист закрепляют по контуру матрицы и нагревают до слабого провисания. Затем нагретым воздухом, сжатым до 7-8 МПа, прижимают лист к поверхности матрицы. Разновидностью этого спосба является свободное выдувание.

Лист 1 укладывают на поддон (рис.5) и закрепляют рамой 2. Подводится инфракрасный нагреватель, и листовая заготовка разогревается. Затем подается сжатый воздух, под действием которого лист вытягивается и образуется изделие в виде полусферы. При касании полусферы и ограничителя высоты происходит срабатывание электромагнитного клапана и подача воздуха в поддон прекращается.

Рис.5. Свободное выдувание.

Рис.6. Пневмоформование в матрицу с вытяжкой листа толкателем.

Пневмоформование в матрицу с вытяжкой листа толкателем. Этот способ применяется при изготовлении глубоких изделий. Заготовку 2 укладывают на матрицу 1, закрепляют рамой 3 и нагревают (рис.7). Затем опускается толкатель 4, происходит предварительная вытяжка заготовки, после чего через отверстия толкателя подается сжатый воздух и проводится окончательное формование изделия. Заготовка прижимается к стенкам матрицы и охлаждается. Температура толкателя обычно поддерживается на 20—30°С ниже, чем температура листовой заготовки. При более низкой температуре возможно местное охлаждение листа и формование затрудняется.

Вакуумформование- наиболее простой метод изготовления изделий из листовых заготовок; применяется менее сложная конструкция формы, за вытяжкой листа можно наблюдать визуально. Процесс изготовления изделий осуществляется в результате вытяжки под действием вакуума.

Вакуумформование в матрицу. Листовую заготовку укладывают на матрицу, закрепляют прижимной рамой и подводят нагреватель. После разогревания листа включают вакуум между листом и матрицей создается разрежение и происходит формование изделия. При этом заготовка прижимается плотно к стенкам матрицы и охлаждается. Затем вакуум отключают, а к матрице подводят сжатый воздух - происходит выталкивание изделия.

Вакуумформование с вытяжкой толкателем. В отличие от рассмотренного способа, вначале происходит вытяжка разогретого листа толкателем, а затем формование в матрицу под действием вакуума. Применяется этот способ при изготовлении глубоких изделий, когда нужна незначительная разнотолщинность стенок.

Вспенивание является простым методом получения пено- и губкообразных материалов. Особые свойства этого класса материалов - амортизи­рующая способность, легкий вес, низкая теплопроводность - делают их весьма привлекательными для использования в различных целях. Обыч­ными вспенивающимися полимерами являются полиуретаны, полистирол, полиэтилен, полипропилен, силиконы, эпоксиды, ПВХ и пр. Вспененная структура состоит из изолированных (закрытых) или взаимопроника­ющих (открытых) пустот. В первом случае, когда пустоты закрыты, они могут заключать в себе газы. 

Существует несколько методов для производства вспененных или ячеистых пластиков. Один из них заключается в том, что через расплавлен­ный компаунд продувают воздух или азот до его полного вспенивания. Процесс вспенивания облегчается при добавлении поверхностно-активных агентов. По достижении требуемой степени вспенивания матрицу охлажда­ют до комнатной температуры. В этом случае термопластичный материал затвердевает во вспененном состоянии. Термореактивные жидкие полимеры могут быть вспенены в холодном состоянии, а затем нагреты до полного их отвердевания. Обычно вспенивание достигается добавле­нием в полимерную массу пено- или газообразователей. Такими агентами являются низкомолекулярные растворители или определенные химиче­ские соединения.

Полимер­ную матрицу во вспененном состоянии охлаждают до температуры ниже температуры размягчения полимера (в случае термопластичных мате­риалов) или подвергают реакции отвердения или сшивания (в случае термореактивных материалов), в результате матрица приобретает жест­кость, необходимую для сохранения вспененной структуры. Этот процесс называется процессом "стабилизации пены".

Пенопласты могут быть получены в гибкой, жесткой и полужесткой формах. Для того чтобы получить изделия из пенопласта напрямую, вспени­вание следует проводить непосредственно внутри пресс-формы.

Промазыванием называется операция, при которой пластическая масса в виде раствора, дисперсии или расплава наносится на основание – бумагу, ткань, войлок, разравнивается, декоративно обрабатывается и закрепляется. Наносимая масса разравнивается специальным ножом-раклей, регулирующим толщину слоя и степень вдавливания. Обычно основание движется, а разравнивающий нож неподвижен; регулируется лишь его наклон и зазор. Нанесенная и разровненная масса обычно проходит этап термообработки для размягчения и лучшего сцепления с основанием.

Пропитка состоит в окунании основы (ткани, бумаги, волокон) в пропиточный раствор с последующей сушкой. Эта операция осуществляется в пропиточных машинах вертикального и горизонтального типа. Методом пропитки получают клеящие пленки (бакелитовые), декоративные пленки(мочевино-меламиновые), а так же полотнища на основе стеклянных, асбестовых, хлопчатобумажных тканей, из которых в дальнейшем получают текстолиты.

Полив – это процесс, при котором пластическая масса распределяется тонким слоем на металлической ленте или барабане и, затвердевая, снимается в виде тонкой пленки. Этот процесс связан с испарением растворителей. Таким путем получают, например, ацетилцеллюлозные прозрачные пленки.

Напыление – это способ нанесения на поверхность порошкообразных полимеров, которые, расплавляясь, прилипают к ней, а при охлаждении образуют прочную пленку покрытия. Различают газопламенное, вихревое и псевдосжиженное напыление. При газопламенном напылении порошок полимера (полиэтилен, полиамид, поливинилбутироль), проходя через пламя, расплавляется и, падая на поверхность каплями, прилипает, образуя слой нужной толщины.

Сварка и склеивание служат для соединения заготовок из пластмасс для получения изделий заданной формы. Сварку применяют для соединения термопластических масс – полиэтилена, поливинилхлорида, полиизобутилена и др. По способу нагревания соединяемых концов различают сварку воздушную (нагретым воздухом), высокочастотную, ультразвуковую, радиационную, контактную.

Склеивание применяют для соединения как термопластичных, так и термореактивных пластмасс. В простейшем случае клеем для термопластичных пластмасс может служить органический растворитель, вызывающий набухание стыкуемых концов деталей и их слипание при сжатии. Чаще же используют специальные клеи. В зависимости от условий производства и требуемой скорости соединения применяют клеи холодного и горячего отверждения.

Контрольные вопросы:

1. Какие основные методы переработки применяют для полимерных материалов?

2. В чем разница технологий переработки термопластичных и термореактивных полимеров?

3. Какие приемы формования применяют для получения полимерных пленок?

Получение стройматериалов на основе органического сырья

Получение древесно-стружечных плит

Древесностружечные плиты за последние 10-15 лет стали, очевидно, одним из самых известных и распространенных древесных материалов. Они являются основным конструкционным материалом в производстве мебели, а в последнее время получают все большее признание и в строительстве, в частности, в производстве малоэтажных домов.

Древесностружечные плиты представляют собой материал, получаемый горячим прессованием древесных частиц, смешанных со связующим веществом. Плиты имеют довольно высокие физико-механические свойства и практически мало изменяют свои размеры при изменении влажности древесины, являясь во многих случаях хорошим заменителем столярных плит, фанеры и т. д. Они хорошо обрабатываются и склеиваются. Введением в древесно-клеевую смесь соответствующих веществ можно улучшить их огнестойкость, биостойкость, водо- и влагостойкость и т. д. Относительная простота технологии позволяет легко автоматизировать процесс производства плит и тем снизить трудозатраты на их изготовление. Возможность использования для производства древесностружечных плит некондиционной древесины и отходов делает это производство высокоэкономичным. Капитальные затраты на организацию данного производства сравнительно невелики: на 1 м³ древесностружечных плит расходуется 1,75—1,85 м³ древесины, 70- 80 кг смолы (в пересчете на сухое вещество), 1,4- 1,5 т пара, 160-170 кВт-ч электроэнергии. Затраты труда составляют 2,5-4 чел.-ч на 1 м³.

По способу прессования древесностружечные плиты делятся на две группы:

• плоского (П) прессования, получаемые в результате сжатия стружечного ковра в направлении, перпендикулярном плоскости плиты (древесные частицы в них располагаются параллельно плоскости плиты);

• экструзионного (Э) прессования, получаемые в результате сжатия ковра в направлении, параллельном его плоскости (древесные частицы в них располагаются перпендикулярно плоскости плиты).

Сырье для древесностружечных плит - различного вида отходы лесопиления, лесозаготовок, деревообработки (горбыли, рейки, откомлевки, сучья, срезки, стружка, опилки), а также низкокачественные круглые лесоматериалы. Все кусковые отходы измельчаются в щепу на рубительных машинах. Из щепы, а также из стружки, отходов и опилок на специальных роторных станках приготовляется стружка. Из круглых лесоматериалов стружка изготовляется или непосредственно из бревна на станках с ножевым валом, или по схеме щепа - стружка, когда сначала изготовляется щепа, а затем из щепы стружка. Перед подачей бревен на стружечный станок их разрезают на мерные заготовки (обычно длиной 1 м). Стружка должна иметь определенные, наперед заданные размеры (толщина 0,2-0,5 мм, ширина 1 - 10 мм, длина 5-40 мм). В наружные слои плиты направляется стружка наименьших размеров. Кроме соблюдения размеров необходимо также следить, чтобы стружка была плоской, равномерной толщины, с ровной поверхностью. Стружка для наружных слоев после стружечных станков проходит дополнительное измельчение на дробилках (здесь уменьшается ширина) или в мельницах, где изменяется толщина. Изготовленная сырая стружка хранится в бункерах, куда подается системой пневмотранспорта или механическими транспортерами. Из бункеров сырая стружка подается в сушилки. Сушить стружку необходимо до влажности 4-6%, а для внутреннего слоя - до 2-4%. Поэтому стружку разных слоев сушат в отдельных сушилках. В производстве древесностружечных плит используются, как правило, конвективные сушилки, в большинстве случаев барабанного типа. В топке сушилки сжигается газ или мазут, температура в ней 900- 1000° С. На входе в барабан температура сушильного агента достигает 450-550° С, на выходе она от 90 до 120° . После сушки стружка сортируется или на механических (ситовых) агрегатах, или пневматически. На этих машинах происходит разделение стружки на фракции для наружных и внутренних слоев.  На этом заканчивается изготовление стружки.

Стружка смешивается со связующим в специальных агрегатах, называемых смесителями. Операция эта сложная, поскольку технология производства требует покрытия связующим каждой стружки. Неосмоленные стружки не склеиваются, а излишняя смола на стружке приводит к перерасходу связующего и плохому качеству плит. Связующее в смеситель подается в виде растворов. Их концентрация в потоке наружного слоя 53- 55%, внутреннего слоя несколько больше (60-61%). В настоящее время наиболее распространены смесители, в которых распыленное связующее (размеры частиц 30-100 мкм) факелом направляется на поток взвешенных в воздухе стружек. Эти два потока перемешиваются, связующее осаждается на поверхности стружек. После осмоления стружка ленточными или скребковыми транспортерами направляется в формирующие машины. Формирующие машины принимают осмоленную стружку и высыпают ее ровным слоем (ковром) на проходящие под ними поддоны или ленточные транспортеры. Стружечный ковер - это непрерывная лента определенной ширины и толщины. Он разделяется на пакеты, которые при последующем горячем прессовании формируют плиты. Естественно, что равномерность насыпки ковра прямым образом влияет на качество плит (равноплотность, равнотолщинность). Кроме того, формирующие машины должны насыпать во внешние слои мелкие стружки.

Конвейер перемещает пакеты, которые после прохождения пресса для подпрессовки становятся плотными, обладающими транспортной прочностью брикетами. Подпрессовка необходима для уменьшения толщины пакета и повышения его транспортабельности. Толщина пакета уменьшается в 2,5-4 раза. Подпрессовка производится обычно в одноэтажных прессах, иногда это бывает подвижный пресс, чаще - стационарный.

После подпрессовки брикеты на поддонах поступают в многоэтажный гидравлический пресс для горячего прессования. При прессовании на брикет воздействуют тепло и давление. Прессование производится при 180°С и удельном давлении 2,5-3,5 МПа.  Продолжительность  прессования 0,3-0,35 мин на 1 мм толщины плиты. Современные прессы имеют размеры горячих плит, достигающие 63 м, до 22 рабочих промежутков (одновременно прессуются 22 древесностружечные плиты). Высота пресса достигает 8 м. Готовые плиты пресса выгружаются на приемную (разгрузочную) этажерку, а с нее на линию, где они обрезаются с четырех сторон (линию форматной обрезки). В состав этой линии часто входит агрегат для охлаждения плит. Затем они укладываются в стопы, где выдерживаются не менее 5 суток. Далее плиты шлифуются. В соответствии с требованиями стандарта плиты сортируются, а затем или раскраиваются на заготовки для мебельных щитов, или отправляются потребителям полноформатными.

Рис. . Схема производства древесно-стружечных плит:

Получение древесно-волокнистых плит

ДВП или древесноволокнистая плита - это листовой материал, изготовленный способом горячего прессования специально подготовленной массы. Для производства ДВП древесный материал особым способом размалывают и пропаривают для получения отдельных волокон. Затем к полученной массе добавляют связующие вещества, антисептики, гидрофобизаторы, смесь формуют в виде ковра и поддают обработке. Если формирование ковра осуществляется в водной среде, то в процессе мокрого производства получают плиты односторонней гладкости. При этом изнаночная сторона плиты на своей поверхности имеет специфическое тиснение в виде сетки. Если ковер формируется в воздушной среде, прессование выполняют сухим способом. При этом обе стороны плиты получаются гладкие.

Если формование ДВП выполняется в условиях высокой температуры и низкого давления структура плиты получается пористой и рыхлой. Такая ДВП называется оргалитом. Для производства оргалита используют древесную стружку и волокна средних размеров в сочетании с синтетическими смолами. Кроме того, в состав смеси для производства оргалита могут входить парафин, канифоль и другие вещества, влияющие на свойства оргалита. Иногда одна из сторон ДВП после прессования покрывается пленкой - выполняется ламинирование или каширование.

Кроме обычных плит ДВП сейчас налажено производство плит ДВПО, которые имеют лакокрасочное покрытие, нанесенное на поверхность плиты вальцовым методом. Покрытие облагороженных древесноволокнистых плит наносится в несколько приемов. На первом этапе на поверхность ДВП наносят грунтовый слой, который создает фоновую часть покрытия. После этого наносят краситель, который покрывается двумя слоями лака для того, чтобы защитить покрытие от механических воздействий и царапин. Кроме того, лакирование позволяет создать более декоративный эффект. После такой обработки, если выбран древесный цвет и рисунок, плита внешне становится похожей на натуральное дерево.

Сырьем для производства служит технологическая щепа хвойных и лиственных пород, полученная как от лесопильного производства так и путем дробления дровяной древесины.

Далее она сортируется и размалывается на древесное волокно.

Приготовление и введение связующего (для приготовления связующего используются КФМТ смолы), отвердителя производится на специальных смесителях и дозирующих устройствах и смешивается с волокном.

Следующим этапом является сушка древесноволокнистой массы которая осуществляется в трубе-сушилке до влажности 6-12%. В качестве агента сушки используются топочные газы, смешанные с холодным воздухом.

Формирование древесноволокнистого ковра осуществляется в воздушной среде в одной формирующей камере.

Прессование плит осуществляется в прессах непрерывного действия каландрового типа. Далее производится раскрой производится по длине и ширине согласно спецификации. Основные размеры выпускаемых плит: 2440×1220; 2440×830; 2440×1845; 2440×2050; 2500×1230. Толщина: 2,5; 3,0; 3,2; 3,6 мм.

Готовые древесноволокнистые плиты сортируются и укладываются в пачки по 100-200 штук в зависимости от толщины плиты.

Современная схема производства ДВП позволяет изготавливать до 300 м³ в сутки плит с различными эксплуатационными свойствами в зависимости от предназначения. Размеры плит могут быть увеличенными от стандартных до 4880 х 1220 мм, система управления – полностью автоматизированная.

Предварительно помытая щепа или отходы деревообрабатывающих станков в виде стружки попадают на мельницы-дефибраторы, где происходит предварительное измельчение. После дефибраторов сырье поступает на рафинаторы, которые доводят размеры щепы до необходимых размеров (0,4-1,5 мм). Одноступенчатый размол в рафинере позволяет значительно экономить расходы электроэнергии при одновременном сохранении качественных показателей и повышении производительности. Размольные диски могут вращаться в обе стороны, это на 45-50% увеличивает срок службы агрегата.

Для производства ДВП оптимальным считается следующий состав:

- Лиственные породы дерева – 20%, хвойные породы дерева – 80%.

- Карбамидоформальдегидная смола –50%.

- Парафиновая эмульсия – концентрация 25%.

- Хлорид аммония – концентрация 10% - 20%.

- Аммиачная вода – концентрация 20% - 25%.

Рис. Схема получения древесно-волокнистых плит.

На формировочных прессах устанавливают покрытие из тефлона, предупреждающее прилипание массы к металлическим поверхностям. Все существующие линии дают возможность выпускать плиты ДВП с измененными физическими свойствами. Это позволяет значительно расширить область их применения, использовать не только для изготовления мебели, но и для различных строительных работ, в автомобильной промышленности, в вагоностроении и кораблестроении. Самые современные сорта плит можно использовать в помещениях с повышенной влажностью.

Сырьем для изготовления ДВП могут служить круглые лесоматериалы или различные отходы пиления. Хвойные породы позволяют изготавливать более светлые плиты, из лиственных пород получаются плиты более темные. Все сырье подлежит обязательной предварительной очистке во избежание попадания в мельницы металла или других твердых включений. При этом используемая схема производства ДВП плит гарантирует их высокое качество и соответствие требованиям ГОСТа.

Получение биокомпозитов

С начала 90-х годов при производстве строительных древесных пластиков - биокомпозитов применяется биотехнология, основан­ная на интегрированном использовании биохимии, микробиологии и инженерных наук. Связующим в биокомпозитах служат выделяемые из древесного или другого растительного сырья природные клеящие вещества.

Биотехнологические процессы известны с древнейших времен - при получении сыра, пива, улучшении вкуса хлеба. При производстве глиняного кирпича глина длительное время выдерживалась в глинозапасниках, где содержащиеся в ней микроорганизмы делали ее более пластичной.

Основными компонентами, присутствующими в древесине, яв­ляются три структурных полимера - целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин. Конструкционно лигнин в древесине выполняет функции клея (матрица), а целлюлоза - армирующего вещества (упрочни­тель).

Сущность получения биокомпозитов заключается в том, что под влиянием давления и температуры измельченное растительное сырье приобретает способность образовывать монолитный материал. Для эффективности технологии используют микробиологический про­цесс - ферментацию. Это дает освобождение лигнина посредством разрыва лигнин-углеводных связей, происходящих при гидролизе гемицеллюлозы. Для этих целей наиболее подходят дереворазру­шающие грибы, вызывающие белую гниль, - ксилотрофы. Микро­организмы обладают уникальной способностью распознавать и воз­действовать только на определенные соединения и осуществлять химические реакции.

Технологический процесс производства биокомпозитов состоит в следующем: подготовка растительного сырья, ферментация его лигнин-разрушающими грибами, сушка и дозирование древесных частиц, формирование пакета, его холодная подпрессовка, горячее прессование, кондиционная обработка готовых плит.

Наиболее высокие показатели прочности и водостойкости име­ют биокомпозиты плотностью более 1000 кг/м³. Плиты имеют тол­щину 8-20 мм, пластики получают 1-3-слойными. Они экологически чистые по сравнению с древесными пластиками на синтетической связке.

Биотехнология применяется также при производстве природных клеев, поверхностно-активных веществ (БиоПАВ) для бетона, синте­зируемых микроорганизмами, и др.

Модификация строительных материалов полимерами

Одним из эффективных направлений улучшения свойств традици­онных материалов – бетона, дерева, естественного камня, битума и пр. – считается обработка их полимерами. Модификацию строитель­ных материалов полимерами осуществляют следующими приемами: введением полимеров в бетонную или растворную смесь при пере­мешивании; пропиткой полимерами готовых изделий; нанесением полимерных покрытий на поверхности; введением полимерных воло­кон и заполнителей

Материалы, модифицированные полимерами, характеризуются повышением прочности при всех видах механического нагружения, но особенно при растяжении; улучшением деформативных характе­ристик, выражающихся в уменьшении жесткости, несколько большей предельной деформативностью; повышенным сопротивлением дина­мическим воздействиям; повышением химической стойкости, водо­стойкости и водонепроницаемости; уменьшением истираемости; по­вышением адгезии, т.е. способности сцепляться с другим материалом.

Модификация бетонов и растворов.

1. Введение полимеров в смесь при пере­мешивании.

Цементно-полимерный бетон представляет собой цементный бетон с полимерной добавкой 10-20% от цементного вяжущего высокомолекулярных органических соединений в виде водных дисперсных полимеров. Они характеризуются наличием двух активных составляющих – минерального вяжущего и органического полимера. Вяжущее с водой образует цементный камень, склеивающий частицы заполнителя в монолит. Полимер по мере удаления воды из бетона образует на поверхности пор, капилляров, зёрен цемента и заполнителя тонкую плёнку, которая обладает хорошей адгезией и способствует повышению сцепления между заполнителем и цементным камнем, улучшает монолитность бетона и работу минерального скелета под нагрузкой. 

В результате цементно-полимерный бетон приобретает особые свойства: повышенную по сравнению с обычным бетоном прочность на растяжение и изгиб, более высокую морозостойкость, хорошие адгезивные свойства, высокую износостойкость, влагонепроницаемость. Введение полимерных добавок увеличивает пластичность растворных смесей по сравнению с чисто цементными.

В зависимости от вида минерального вяжущего различают полимерцементные, полимергипсовые и другие композиции (бетонные, растворные, в том числе сухие строительные смеси). Полимерными добавками служат различные высокомолекулярные органические соединения; наиболее распространенные из них – поливинилацетат (ПВА), латексы и другие полимеры в виде водоразбавляемых дисперсий.

Влияние полимерной добавки на прочность полимерцемента связано с условиями твердения и видом полимера. Например, присутствие ПВА придает полимерцементному бетону высокую прочность при растяжении и изгибе, что проявляется только при твердении в воз­душно-сухих условиях (относительная влажность среды 40-50 %). В то же время прочность при сжатии полимерцементного бетона меньше, чем обычного бетона при твердении во влажных условиях (влажность 90-100 %). Такие же закономерности характерны и для полимерцементных бетонов с другими полимерными добавками.

Усадка полимерцементных бетонов с добавкой ПВА и латексов в несколько раз выше, чем у обычного бетона. Такое увеличение усадки связано с процессом пленкообразования полимера. Пленка, обладая высокой адгезией к составляющим, стягивает скелет цементного камня и увеличивает тем самым общую усадку.

Полимерцементные бетоны имеют повышенную стойкость к действию морской воды и щелочей. Полимерцементные бетоны с ПВА удовлетворительно сохраняют свойства в маслах, керосине и других неполярных средах. По износостойкости полимерцементные бетоны превосходят цементный бетон в 15-20 раз.

Цементно-полимерные бетоны изготовляют по той же технологии, что и обычные цементные бетоны. Наиболее целесообразно применять эти бетоны для тех конструкций и изделий, где можно использовать особенности их свойств, например, для изготовления наливных полов, дорожных покрытий, отделочных составов, коррозионно-стойких покрытий.

2. Пропитка полимерами готовых изделий.

При нанесении на поверхность бетона полимерная пропитка плотно заполняет все поры и дефекты бетона. В результате обработки достигается увеличение долговечности, износостойкости и непроницаемости бетона, устраняется пыление бетонных полов. Материалы, получаемые таким образом, приобрели название бетонополимеров.

Для про­питки бетонных изделий используют жидкие мономеры, полимеры (эпоксидные и полиэфирные смолы) и различные компо­зиции на их основе. Современная технология производства бетонополимерных из­делий состоит из следующих операций: изготовление бетонных изде­лий обычным путем; высушивание при температуре 110 °С в течение 10-20 ч; вакуумирование бетона для удаления воздуха и паров воды из порового пространства; пропитка мономером под давлением; от­верждение мономера в порах бетона. Прочность бетонополимера на сжатие повышается в 2-10 раз по сравнению с исходным бетоном. Прочность на растяжение увеличи­вается в 3-10 раз. Соответственно возрастает его прочность на изгиб. Увеличиваются стойкость бетонополимеров в аг­рессивных средах, их водонепроницаемость и морозостойкость. Однако многоступенчатость технологии и потребность в специальном оборудовании для пропитки и отвержде­ния мономера повышают стоимость изделия, ограничивают их разме­ры.

В настоящее время разработан метод пропитки бетона в конструкции мономером – метилметакрилатом. При этом бетон просушивается до остаточной влажности 1-2 %, летучесть мономера снижается путем введения парафинов, и соот­ветствующие отвердители полимеризуют композицию в течение не­скольких часов. Этот метод успешно применен для восстановления железобетонных конструкций после аварийных ситуаций (например, Останкинской телебашни после пожара). Свойства бетонополимеров зависят как от свойств бетона, так и от технологии обработки. В результате пропитки в теле бетона возникает особая структура, которая состоит из затвердевшего цементного камня, скрепляющего зёрна заполнителя в единый монолит и разветвлённой системы нитей и включений материала пропитки. Полимер заполняет поры и капилляры цементного камня, заполнителя и контактной зоны между ними, делая их газо- и водонепроницаемыми. Образующуюся в бетоне сетку полимера можно рассматривать как особого рода дисперсное армирование, которое существенно увеличивает прочность и трещиностойкость бетона.

Прочность бетонополимера на сжатие по сравнению с контрольным бетоном повышается в 2-4 раза, прочность на растяжение увеличивается в 3-10 раз, достигая 18 МПа, в десятки раз увеличивается морозостойкость. Бетонополимер приобретает стойкость к кислотам и сульфатам. Расход полимера составляет 1-4% от объёма бетона на глубину пропитки. Полимерная пропитка может широко использоваться для ремонта и восстановления бетонных и железобетонных изделий.

Полимерная пропитка может существенно улучшить качество любого строительного материала, будь-то: кирпич, шифер, штукатурка и т.п. При этом материал приобретает устойчивость к воздействию атмосферных факторов таких, как влага, морозы и становится защищённым от всякого рода грибков и высолов.

3. Нанесение полимерных покрытий на поверхность бетона.

Бетоны с полимерными покрытиями. Бетонные и железобетонные конструкции проницаемы для жидкостей и газов, находящихся под давлением, нестойки против многих химически агрессивных сред, обладают высоким водопоглощением и плохими диэлектрическими свойствами, имеют шероховатую поверхность. Для устранения этих недостатков на поверхности бетона устраивают защитные покрытия. К ним предъявляются следующие требования: высокое сцепление с поверхность бетона; высокая прочность, эластичность и трещиностойкость, низкая проницаемость для агрессивных сред; долговечность и экономичность. Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяют покрытия на полимерной основе: лакокрасочные, мастичные, полимерцементные, пленочно-плиточные, листовые. Большое применение за рубежом нашли эпоксидные составы для мостовых,аэродромных покрытий, что защищает проезжую часть от износа.

Бетоны в пенопластовой опалубке. Для возведения стен малоэтажных зданий применяют пустотелые блоки из пенополистирола, служащие опалубкой, в которую устанавливают арматуру и укладывают бетон. Таким образом получают слоистые монолитные железобетонные стены с теплоизоляцией. Поверхность стен затирают мастиками.

4. Введение полимерных волокон и заполнителей.

Бетоны с полимерными заполнителями (фибробетон). В бетон вводят полимерные волокна, например, из полипропилена длинной до 100 мм.

Полипропиленовая фибра на сегодняшний день самая применяемая в производстве фибробетона. Армирующие полипропиленовое фиброволокно, как добавка для бетона, изготавливается непрерывным методом из гранул чистого полипропилена посредством экструзии, а также вытяжки при нагревании. Когда армирующие полипропиленовые волокна разогреваются до определённой температуры, на их поверхность наносится замасливающий состав. Именно этот состав и способствует сцеплению и рассеиванию поверхности полипропиленовой фибры с цементным раствором. Полипропилен не смачивается и обладает водоотталкивающими свойствами и поэтому в бетоне отсутствует физико-химическая связь. Сцепление волокон с бетоном носит механический характер.

Фибробетон отличается от традиционного бетона, или армированного металлической арматурой, более высокими показателями прочности на растяжение, изгиб, срез, ударной и усталостной прочностью, трещиностойкостью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, жаропрочностью и пожаростойкостью. По показателю работы разрушения фибробетон в 20 раз может превосходить обычный бетон. Все это обеспечивает его высокую технико-экономическую эффективность.

Фибру в смеси на цементном вяжущем можно перемешивать в любом типе смесителей и бетоносмесителей, принудительного или гравитационного типа, в том числе типа миксер, установленных на автомашину, при этом не возникает никаких проблем, связанных с их неполным диспергированием в смеси, образованием нераспределенных и перепутанных в смеси пучков волокон. Фиброволокно допустимо перемешивать по следующим алгоритмам:

1. Перемешивание с сухими компонентами смеси, щебень, песок, цемент, фибра, затем введение воды затворения, возможных химических добавок и окончательное смешивание смеси до готовности. Время смешивания смеси с волокном увеличивается на 15% по сравнению с перемешиванием без фиброволокна. Рекомендуемая продолжительность перемешивания бетонных смесей регламентируется согласно ГОСТ 7473-94. 2. Введение волокна осуществляется после перемешивания сухих компонентов смеси и затворения водой. Здесь, во-первых, приготавливаем смесь по регламентированной технологии, затем через 5-10 секунд, когда вода впиталась в бетонную смесь производим введение полипропиленовой фибры в работающий смеситель. Время смешивания также увеличено на 15% относительно времени приготовления смеси обычных бетонов. 3. Перемешивание в автомобильном миксере осуществляется по следующей методике: после или во время заполнения миксера бетонной смесью ответственное лицо загружает фибру в смеситель автомобиля. Времени доставки бетонной смеси до пункта укладки достаточно для равномерного распределения волокна. При введении волокна в условиях стройплощадки в готовую бетонную смесь, доставленную авто бетоносмесителем, фибру помещают в последний момент, время перемешивания бетонной смеси с волокном составляет 5-8 минут.

С применением полипропиленовой фибры производится сегодня и армированная тротуарная плитка, бордюрный камень, декоративный и дорожный бордюр. Устройство полусухой стяжки по новейшей технологии с фиброармированием, так же очень эффективно.

Модификация древесины.

Древесина мягких лиственных пород, модифицированная по­лимерами, приобретает улучшенные свойства. По своим физико-механическим показателям она не уступает твердым лиственным по­родам, а иногда и превосходит их. Модификация таких пород, как береза, ольха, осина и тополь, позволяет значительно увеличить ре­сурсы древесины за счет продления срока ее службы и улучшения ее физико-механических свойств. Паркет, изготовленный из модифици­рованной низкосортной древесины, не уступает по свойствам паркету из дуба и ясеня. Для модификации древесины применяются полимеры (фенолоформальдегидные, мочевино-формальдегидные, меламиноформальдегидные, кремнийорганические, фурановые, ненасыщенные полиэфиры) и мономеры (стирол, метилметакрилат).

Рис. 10. Диаграмма ориентировочного выбора полимеров для использования в строительных изделиях и конструкциях (НК – натуральный каучук, СКИ – каучук синтетический изопреновый, СКД – каучук бутадиеновый, СКС – каучук бутадиенстирольный, СКЭП – каучук этиленпропиленовый, СКФ – каучук фторосодержащий, БК – бутилкаучук, ХСПЭ – хлорсульфированный полиэтилен).

Технология модификации древесины состоит из 2-х процессов: пропитки древесины олигомерами или мономерами и их отвержде­ния. При этом предел прочности древесины при сжатии возрастает в несколько раз, ее истираемость снижается в 1,5-2 раза, водопоглощение снижается более чем вдвое.

Полимер, заполняющий полости клеток древесины, способствует повышению ее биохимической стойкости. Модифицированная древесина обладает повышенной стойкостью к действию агрессивных сред, что объясняется замедленной диффу­зией агрессивных жидкостей внутрь древесины, а также повышенной химической стойкостью пропитывающих полимеров.

Модификация битумов

С течением времени при хранении и в эксплуатационных усло­виях под действием солнечного света и кислорода воздуха состав и свойства битумов изменяются: в них увеличивается относительное содержание твердых и хрупких составляющих и соответственно уменьшается количество маслянистых и смолистых фракций, в связи с чем повышается хрупкость и твердость (процесс старения). Улучшить свойства битумов возможно путем совмещения их с полимерными добавками.

Полимербитумные материалы можно рассматривать как компози­ты, в которых роль матрицы играет битум, а дисперсной фазой явля­ется полимер. При небольших концентрациях полимера композиции можно рассматривать как дисперсно-упрочненные. При этом упроч­нение происходит за счет того, что тонкие дисперсные частицы пре­пятствуют распространению трещин в матрице. Такой эффект наблю­дается при содержании дисперсной фазы в размере 2-4% по объему. При большей концентрации полимера в битуме композиции можно рассматривать как волокнистые или смолистые. Матрица превращает­ся в среду, передающую нагрузку на волокна, а в случае их разруше­ния перераспределяет напряжения. Такие композиции характеризуют­ся повышенной прочностью, эластичностью и сопротивлением уста­лостному разрушению, что особенно необходимо для обеспечения эксплуатационной надежности материала, например полимербитум­ные композиции, модифицированные бутилкаучуком и полиэтиленом.

Полимербитумные связующие используются при изготовлении мастик, герметиков, рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов, а также гидротехнического асфальтополимербетона.

В асфальтополимербетоне в качестве полимерных добавок мож­но использовать различные каучуки. Такие бетоны применяются при устройстве противофильтрационных экранов на химических пред­приятиях и тепловых электростанциях.

В настоящее время освоено производство рулонных кровельных и гидроизоляционных полимербитумных материалов.

При введении гранул вспенивающегося полистирола в расплав битума или асфальта можно получить пенопласт, который будет ра­ботать как теплогидроизоляционный материал.

Контрольные вопросы:

1. Назовите положительные и отрицательные свойства некоторых полимерных материалов.

2. Какими методами можно провести модификацию материалов полимерами.

3. С какой целью проводят модификацию битумов и материалов на их основе?

4. Какие древесные материалы подвергаются модифицированию полимерами.

5. Какое действие оказывает на древесину модифицирование ее полимерами?

6. В чем сущность модификации бетонов полимерами?

Сварочное производство

Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений в результате возникновения атомно-молекулярных связей между соединяемыми деталями при их нагреве и пластическом деформировании.

Существует более 70 технологических вариантов процесса сварки.

Сварка является наиболее важным способом получения неразъемных соединений из различных материалов, свариваются металлы и сплавы, керамика, стекло, пластмассы, разнородные материалы. Сварка применяется во всех областях техники.

 Основными преимуществами сварных соединений являются: экономия металла; снижение трудоемкости изготовления корпусных деталей; возможность изготовления конструкций сложной формы из отдельных деталей, полученных ковкой, прокаткой, штамповкой.

Сварным конструкциям присущи и некоторые недостатки: появление остаточных напряжений; коробление в процессе сварки; плохое восприятие знакопеременных напряжений, особенно вибраций; сложность и трудоемкость контроля.

Сварные соединения можно получать двумя принципиально разными путями: сваркой плавлением и сваркой давлением.

сварка плавлением Атомно-молекулярные связи между деталями создают, оплавляя их примыкающие кромки, так, чтобы получилась смачивающая их, общая ванна. Эта ванна затвердевает при охлаждении и соединяет детали в одно целое. Как правило, в жидкую ванну вводят дополнительный металл, чтобы полностью заполнить зазор между деталями, но возможна сварка и без него.	сварка давлением При совместной пластической деформации деталей сжатием зоны соединения происходит сближение соединяемых поверхностей до расстояния 2-410-10 см, при этом возникают межатомные силы притяжения. При сжатии обеспечивается очистка свариваемых поверхностей от пленок загрязнений. Пластической деформации обычно предшествует нагрев, так как с ростом температуры уменьшается значение деформации, необходимой для сварки и повышается пластичность металла.
Разновидности сварки
Электродуговая газовая лазерная плазменная электрошлаковая	холодно-прессовая контактная диффузионная трением взрывом

Сварка плавлением

 Металлургические процессы, протекающие при сварке плавлением

По своей природе сварка является металлургическим процессом. Металлургия сварки характеризуется физико-химическими процессами, протекающими в сварочной зоне. Они определяются взаимодействием расплавленного металла со сварочными флюсами, шлаками и газами, а также охлаждением и кристаллизацией металла шва и превращениями основного металла в зоне термического влияния. Эти процессы протекают на всех стадиях дуговой сварки. Металлургические процессы при сварке отличаются рядом особенностей:

1. Малый объем сварочной ванны и в то же время достаточно большие относительные количества реагирующих фаз в ней.

2. Высокие температуры в различных областях сварочной зоны и большой перегрев расплава в ванне.

3. Движение жидкого металла, интенсивное перемешивание расплавленных продуктов и их непрерывное обновление и обмен в сварочной ванне.

4. Высокие скорости охлаждения и кристаллизации наплавленного металла.

Протекание процессов происходит с большой скоростью, чаще всего они не доходят до полного завершения и большинство реакций в сварочной зоне не достигает равновесного состояния. Высокие скорости охлаждения и кристаллизации металла существенно отражаются на строении получаемых швов, приводят к мелкозернистой структуре их, уменьшению химической неоднородности, а в результате - повышению свойств литого металла шва.

Основные металлургические процессы, протекающие при дуговой сварке

Диссоциация газов и соединений. При диссоциации происходит распад более сложных компонентов на атомы или составные части. Этому процессу способствуют наличие высоких температур в зоне сварки и каталитическое действие расплавленного металла. При дуговой сварке в первую очередь диссоциации подвергаются молекулы газов как простых - кислород, азот, водород, так и сложных - углекислый газ СО₂, пары воды Н₂О и др. Находясь в атомарном состоянии, газы становятся химически активными и, реагируя с металлом, резко ухудшают его качество.

Окисление металла при сварке. Металл сварочной ванны может окисляться за счет кислорода, содержащегося в газовой среде и шлаках в зоне сварки. Кроме того, окисление может происходить и за счет оксидов (окалины, ржавчины), находящихся на кромках деталей и поверхности электродной проволоки. При нагреве имеющаяся в ржавчине влага испаряется, молекулы воды диссоциируют, а получающийся кислород окисляет металл. Наибольшую опасность для качества шва представляет оксид FeO, способный растворяться в жидком металле. При кристаллизации металла шва он затвердевает и располагается в виде прослоек по границам зерен, что вызывает снижение пластических свойств металла шва.

Раскисление металла при сварке. Применяемые при сварке защитные меры не всегда обеспечивают отсутствие окисления расплавленного металла. Поэтому его требуется раскислить. Раскислением называют процесс восстановления железа из его оксида и перевод кислорода в форму нерастворимых соединений с последующим удалением их в шлак.

Раскислителем является элемент, обладающий в условиях сварки большим сродством к кислороду, чем железо. В качестве раскислителей применяют кремний, марганец, титан, алюминий, углерод. Раскислители вводят в сварочную ванну через электродную проволоку, покрытия электродов и флюсы.

Взаимодействие с газами атмосферы.

Взаимодействие с азотом. Азот воздуха, попадая в столб дуги, разогревается и частично диссоциирует. В атомарном состоянии азот растворяется в жидком металле, взаимодействует с металлом, образуя ряд соединений -нитридов Fe₂N, Fe₄N. Содержание азота в металле шва вредно влияет на его механические свойства, особенно пластичность, способствует образованию газовых пор.

Взаимодействие с водородом. Водород может попасть в зону сварки из влаги покрытия электрода или флюса, ржавчины на поверхности сварочной проволоки и детали, из воздуха. Атомарный водород хорошо растворяется в жидком металле, это приводит к образованию в металле газовых пор. Кроме того, атомы водорода, диффундируя в имеющиеся полости и несплошности в затвердевающем металле, приводят к повышению в них давления, развитию в, металле внутренних напряжений и образованию микротрещин. Снижение газонасыщения швов проводят за счет качественной защиты расплавленного металла при сварке очисткой и прокалкой свариваемого и сварочных материалов.

Химическая неоднородность состава шва. В процессе кристаллизации состав жидкого металла ванны непрерывно изменяется. Поэтому одновременно с кристаллизацией в нем развиваются диффузионные процессы, стремящиеся к однородному составу металла как внутри кристаллитов, так и между затвердевшими кристаллитами и еще оставшимся жидким расплавом. Однако из-за различия скоростей роста кристаллитов и процессов диффузии, являющихся более медленными, полного выравнивания состава не происходит.

Это приводит к возникновению неравномерности в распределении элементов сплава свариваемого шва - химической неоднородности металла шва.

Образование газовых пор в металле шва. Поры в сварных швах возникают при первичной кристаллизации металла сварочной ванны в результате выделения газов. Поры представляют собой полости в швах, заполненные газом, имеющие сферическую, вытянутую или более сложные формы. Поры при сварке в основном возникают за счет газов водорода, азота и оксида углерода, образующихся в результате химических реакций с выделением газовых продуктов, выделения газов в связи с разной растворимостью их в жидком и твердом металле, захватом газа из окружающей среды при кристаллизации сварочной ванны. Для уменьшения пористости необходимы тщательная подготовка поверхности основного и присадочного металлов под сварку (очистка от ржавчины, масла, влага, прокалка и т. д.), надежная защита зоны сварки от воздуха, введение в сварочную ванну элементов - раскислителей (из основного металла, сварочной проволоки, покрытия, флюса), стабильное соблюдение режимов сварки.

Образование трещин. В процессе кристаллизации сварочной ванны в металле шва возможно образование трещин. В зависимости от температур, при которых они образуются, трещины разделяют на две группы: горячие (высокотемпературные) и холодные (низкотемпературные). Горячие трещины представляют собой хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и околошовной зоны, возникающие в процессе кристаллизации в твердо-жидком состоянии, а также при высоких температурах в твердом состоянии. Трещины, как правило, располагаются по границам кристаллитов и вызывают межкристаллическое разрушение. Образованию горячих трещин способствует содержание в металле шва примесей - серы, фосфора и др. Для уменьшения опасности образования горячих трещин используют сварочные материалы с минимальным содержанием серы, углерода, фосфора; повышают в металле шва содержание марганца.

Холодные трещины в структуре металла располагаются как по границам, так и по телу зерен. Холодные трещины в сварных соединениях образуются при температурах 200 - 300°С. Чаще всего они образуются в швах при сварке закаливающихся сталей. На склонность металла к образованию холодных трещин оказывают влияние повышенное содержание углерода и элементов, облегчающих закалку, наличие в шве водорода, загрязнение фосфором, быстрое охлаждение и наличие в швах внутренних напряжений. С целью уменьшения склонности металла к образованию холодных трещин используют материалы с минимальным содержанием фосфора, уменьшают насыщение сварочной ванны водородом и азотом, принимают меры для уменьшения внутренних напряжений.