2.4. Полимеры, применяемые в композитах как органическое связующее:

Термопластичными называют полимеры, способные многократно размягчаться при нагревании и отвердевать при охлаждении. На этом свойстве базируются различные способы формования изделий из термопластов, а также соединение их сваркой.

Полиэтилен – (– СН₂ – СН₂ –)_n –продукт полимеризации этилена – самый распространенный в наше время полимер. Полиэтилен роговидный, жирный на ощупь, просвечивающийся материал, легко режется ножом; при поджигании горит и одновременно плавится с характерным запахом горящего парафина.

Полиэтилен (ПЭ) занимает первое место по объему производства среди всех выпускаемых в мире полимеров.

Плотность ПЭ в зависимости от способа получения колеблется от 920 до 960 кг/м³. С ростом плотности снижается эластичность полиэтилена и растет жесткость. Хорошо выдерживает ударные нагрузки без разрушения. Хороший диэлектрик. Температура эксплуатации от - 80⁰С до + 60⁰С. При температурах ниже - 80⁰С полиэтилен хрупок, а при температурах выше + 60⁰С он размягчается.

Полиэтилен обладает высокой химической стойкостью, биологически энертен. Под влиянием солнечного излучения (УФ его составляющей) полиэтилен стареет, теряя эксплуатационные свойства.

В настоящее время полиэтилен синтезируют несколькими методами. При этом получают полиэтилен двух типов: высокой плотности (на изделиях его стоит аббревиатура PEHD – Polyethylene High Dencity) и низкой плотности (PELD – Polyethylene Low Dencity), различающиеся строением молекул и физико-механическими свойствами (табл. 2.4.1).

Таблица 2.4.1

Показатель	Тип полиэтилена
	Низкой плотности (LD)	Высокой плотности (HD)
Плотность, кг/м3	910…930	930…970
Температура плавления, °С	103…110	120…137
Теплопроводность, Вт/м·К	0,33…0,36	0,42…0,52
Предел прочности при растяжении, МПа	10…17	18…45
Предел текучести при растяжении, МПа	9…16	12…30

Недостатки полиэтилена – низкая теплостойкость и твердость, горючесть, быстрое старение под действием солнечного света. Защищают полиэтилен от старения, вводя в него наполнители, (сажу, алюминиевую пудру) и/или специальные стабилизаторы.

Полипропилен [– CH₂ – CH(CH₂) –]_n – полимер, по составу близкий к полиэтилену. При синтезе полипропилена образуется несколько различных по строению полимеров: изотактический, атактический и синдиотактический.

В основном применяется изотактический пропилен. Он отличается от полиэтилена большей твердостью, прочностью и теплостойкостью (температура размягчения около 170 °С), но переход в хрупкое состояние происходит уже при минус 10…20. Плотность полипропилена 920…930; прочность при растяжении 25…30 МПа; относительное удлинение при разрыве 200…800%. Полипропилен плохо проводит тепло - =0,15 Вт/(м·К).

Максимальная температура эксплуатации для изделий из полипропилена 120…140 °С, но изделия, находящиеся в нагруженном состоянии, например трубы горячего водоснабжения, не рекомендуется использовать при температуре выше 75 °С.

Применяют полипропилен практически для тех же целей, что и полиэтилен, но изделия из него более жесткие и формоустойчивые.

Атактический полипропилен (АПП) получается при синтезе полипропилена как неизбежная примесь, но легко отделяется от изотактического полипропилена экстракцией (растворением в углеводородных растворителях). АПП – мягкий эластичный продукт плотностью 840…845 кг/м³ с температурой размягчения 30…80 °С. Применяют АПП как модификатор битумных композиций в кровельных материалах (см. п. 16.2).

Полистирол (поливинилбензол) [– CH₂ – CH(C₆ H₅) –]_n – прозрачный полимер плотностью 1050…1080 кг/м³; при комнатной температуре жесткий и хрупкий, а при нагревании до 80…100 °С размягчающийся. Прочность при растяжении (при 20 °С) 25…50 МПа. Полистирол хорошо растворяется в ароматических углеводородах (влияние бензольного кольца, входящего в состав молекул полистирола), сложных эфирах и хлорированных углеводородах. Полистирол горюч и хрупок. Для снижения хрупкости полистирол синтезируют с другими мономерами или совмещают с каучуками (ударопрочный полистирол).

В строительстве полистирол применяют для изготовления теплоизоляционного материала – пенополистирола, облицовочных плиток и мелкой фурнитуры. Раствор полистирола в органических растворителях – хороший клей.

Поливинилацетат [– CH₂ – CH(CН₂ СОО) –]_n – прозрачный бесцветный жесткий при комнатной температуре полимер плотностью 1190 кг/м³. Поливинилацетат растворим в кетонах (ацетоне), сложных эфирах, хлорированных и ароматических углеводородах, набухает в воде; в алифатических и терпеновых углеводородах не растворяется. Поливинилацетат не стоек к действию кислот и щелочей; при нагреве выше 130…150 °С он разлагается с выделением уксусной кислоты. Положительное свойство поливинилацетата – высокая адгезия к каменным материалам, стеклу, древесине.

В строительстве поливинилацетат применяют в виде поливинил-ацетатной дисперсии (ПВАД) – сметанообразной массы белого или светло-кремового цвета, хорошо смешивающейся с водой. Содержание полимера в дисперсии около 50 %.

Необходимо помнить, что пластифицированная дисперсия немороз-остойка и при замораживании необратимо разрушается с осаждением полимера. Поэтому в зимнее время пластификатор поставляют в отдельной упаковке.

Поливинилацетат широко применяется в строительстве. На его основе делают клеи, вододисперсионные краски, моющиеся обои. ПВАД применяют при для устройства наливных мастичных полов и для модификации цементных растворов (полимерцементные растворы и бетоны). Дисперсией, разбавленной до 5…10 %-ной концентрации, грунтуют бетонные поверхности перед приклеиванием облицовки на полимерных мастиках и перед нанесением полимерцементных растворов.

Недостаток материалов на основе дисперсий поливинилацетата - чувствительность к воде: материалы набухают, и на них могут появиться высолы. Так как дисперсия имеет слабокислую реакцию (рН 4,5…6), при наненсении на металлические изделия возможна коррозия металла.

Поливинилхлорид ((– СН₂ – СНСL –)_n – самый распространенный в строительстве полимер – представляет собой твердый материал без запаха и вкуса, бесцветный или желтоватый (при переработке в результате термодеструкции может приобрести светло-коричневый цвет), Плотность поливинилхлорида 1400 кг/м³; предел прочности при растяжении 40…60 МПа. Температура текучести поливинилхлорида 180…200 °С, но уже при нагревании выше 160 °С он начинает разлагаться с выделением HCL.Это обстоятельство затрудняет переработку поливинилхлорида в изделия.

Поливинилхлорид хорошо совмещается с пластификаторами. Это облегчает переработку и позволяет получать пластмассы с самыми разнообразными свойствами: жесткие листы и трубы, эластичные погонажные изделия, мягкие пленки. Поливинилхлорид хорошо сваривается; склеивается он только некоторыми видами клеев, например перхлорвиниловым. Положительное качество поливинилхлорида – высокие химическая стойкость, диэлектрические показатели и низкая горючесть.

В строительстве поливинилхлорид применяют для изготовления материалов для полов (различные виды линолеума, плитки), труб, погонажных изделий (поручни, плинтусы сайдинг и т.п.) и отделочных декоративных пленок и пенопластов.

Поликарбонаты – сравнительно новая для строительства группа полимеров – сложных эфиров угольной кислоты. Наибольший интерес представляют линейные ароматические поликарбонаты с молекулярной массой (30…35)·10³, отличающиеся высокой температурой плавления (250±20) °С и относящиеся к самозатухающим веществам. Они отличаются высокими физико-механическими показателями, мало изменяющимися в интервале температур от -100 до +150 °С. Плотность поликарбонатов 1200 кг/м³; прочность при растяжении 65±10 МПа при относительном удлине-нии 50…100 %; у них высокая ударопрочность и твердость (НВ 15…16 МПа).

Перерабатывают поликарбонат а изделия экструзией, литьем под давлением горячим прессованием и др. Он легко обрабатывается механическими методами, сваривается горячим воздухом и склеивается с помощью растворителей. Поликарбонаты оптически прозрачны, устойчивы к атмосферным воздействиям, в том числе и к УФ-облучению. Их широко применяют для электротехнических изделий (розеток, вилок, телефонных аппаратов и т.п.). В строительстве листовой поликарбонат и пустотелые (сотовые) панели используют для светопрозрачных ограждений.

– фенолоформальдегидные смолы при нормальной температуре являются твердыми хрупкими веществами светлого или темно-коричневого цвета. Они хорошо смешиваются с наполнителями (древесной стружкой, бумагой, тканью, стекловолокном), при этом значительно повышается прочность. Обладают высокой химической стойкостью. Применяются при изготовлении ДСтП, бумопластов, стеклопластиков в качестве связующего и склеивающего вещества. Из него изготовляют трубы, листы, плитки и электротехнические изделия;

– карбамидные смолы изготовляют из мочевины и формальдегида. высокая адгезия. Применяют при изготовлении облицовочных плиток, пенопластов, лаков, красок, клеев, слоистых пластиков;

– эпоксидные смолы получают из эпихлоргидрина, продукта взаимодействия глицерина и пропилена. Они характеризуются высокой стойкостью к кислотам и щелочам. Имеют эпоксигруппу и соединения, содержащие подвижный атом водорода (фенолы, спирты). Отличительной особенностью эпоксидных смол является то, что они твердеют только в присутствии отвердителей (гексаметилендиамин, полиэтиленполиамин, меламин, фталевый ангидрид). Применяют при изготовлении линолеумов, линкруста, лаков, смол, нитроэмалей, как компонент в бетоны и растворы, в качестве связующего вещества в армированных слоистых пластиках;

– кремнийорганические смолы выгодно сочетают лучшие свойства силикатных материалов (теплостойкость) и обычных полимеров (эластичность). Получают их из низкомолекулярных кремнийорганических соединений. Низкомолекулярные кремнийорганические полимеры применяют в виде жидкостей (ГКЖ–10, 11, 94) для получения водоотталкивающих фасадных красок и в качестве гидрофобных добавок в бетоны. Высокомолекулярные кремнийорганические полимеры используют как синтетические каучуки, для получения жароупорных лаков и эмалей;

– резина представляет собой вулканизированный каучук, содержащий наполнители в виде сажи, мела. Резину применяют для изготовления полов, гидроизоляционных материалов;

– алкидные смолы являются продуктом поликонденсации поликарбоновых кислот, полиолов и высших монокарбоновых кислот, главным образом жирных кислот растительных масел. Применяют для получения линкруста, облицовочных плиток, линолеумов.

– кумароновые смолы получаются из продуктов коксования угля и пиролиза нефти. Обладают малой истираемостью и небольшой усадкой. Кумароновые смолы устойчивы к жирам и спиртам. Однако относятся к хрупким материалам. Применяются для покрытия бетона, изготовления штукатурок, плиток для полов и мастик.