28.Неметаллические конструкционные материалы
В арматуростроении возрастает количество конструкций, в которых используются различные неметаллические материалы, хотя удельный вес их еще в общем остается небольшим.
Пластмассы используются для изготовления деталей или для облицовки (футерования) внутренних поверхностей корпусных деталей, непосредственно соприкасающихся с коррозионными средами. Винипласт представляет собой твердую негорючую пластмассу, получаемую путем термической пластификации поливннилхлоридиых смол. Обладает высокой химической стойкостью против действия многих агрессивных сред — кислот, щелочей и их растворов. Из винипласта изготовляются вентили, краны, клапаны и др. Он используется также как футеровочный материал. Применяется для рабочей среды с температурой до 40—60 С. Фторопласт-4 по химической стойкости превосходит все химически стойкие материалы, включая золото и платину. Разрушается лишь под действием расплавленных щелочных металлов и элементарного фтора. Не смачивается водой н не набухает, по внешнему виду напоминает парафин. Имеет низкий коэффициент трения н обладает очень высокими диэлектрическими характеристиками.
Применяется для работы при температуре от —250 до +200° С. Ползучесть материала зависит от контактного давления и температуры. Фторопласт-4 используется для изготовления деталей кранов, вентилей, труб, сильфонов, мембран, прокладок, сальнионых набивок и различных деталей электроаппаратуры. Фторопласт-3 применяется для температур до 70° С, выпускается в виде плит толщиной 1—8 мм, трубок и шнура, используется также для покрытия шероховатых металлических поверхностей, предварительно нагретых до температуры 275° С.
Полиэтилен используется как коррозионностойкий материал для изготовления и футерования арматуры, изготовления отдельных деталей, уплотнительных колец, прокладок.
29. Пластмассы: классификация и основные физико-химические свойства. Термо- и реактопласты.
Пластмассы (пластические массы, пластики) – это большой класс полимерных органических легко формуемых материалов, из которых можно изготавливать легкие, жесткие, прочные, коррозионностойкие изделия.
Эти вещества состоят в основном из углерода С, водорода Н, кислорода О и азота N. Все полимеры имеют высокую относительную молекулярную массу – от 10 000 до 500 000 и более (для сравнения – кислород О2 имеет относительную молекулярную массу, равную 32). Таким образом, одна молекула полимера содержит очень большое число атомов.
Некоторые органические пластические материалы встречаются в природе, например асфальт, битум, шеллак, смола хвойных деревьев и копал (твердая ископаемая природная смола). Обычно такие природные органические формуемые вещества называют смолами. В ряде случаев в качестве сырья применяют природные полимеры – целлюлозу, каучук или канифоль. Чтобы достичь желаемой эластичности, их подвергают различным химическим реакциям. Например, целлюлозу посредством разнообразных реакций можно превратить в бумагу, моющие средства и другие ценные материалы; из каучука получают резину и изолирующие материалы, используемые как покрытия; канифоль после химической модификации становится более прочной и устойчивой к действию растворителей.
Хотя модифицированные природные полимеры и находят промышленное применение, большинство используемых пластмасс являются синтетическими. 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, легкодоступные побочные продукты угольной и нефтяной отраслей промышленности или производства удобрений.
Составные части пластмасс:
К составным частям пластмасс относятся: полимер (смола), наполнители, пластификаторы (эфиры), стабилизаторы, красители.
Например, термореактивные смолы по своей природе хрупкие и, за исключением фенольных, редко используются без волокнистых наполнителей. Чаще всего в качестве наполнителей применяют древесные опилки, хлопковые очесы, целлюлозные волокна и ткани, асбест и стекловолокно. Последнее позволяет получать слоистые структуры со значительно большей прочностью, чем целлюлозные или органические волокна.
Классификация пластмасс.
Термопластичные и термореактивные полимеры
Термопластами называют все линейные или слегка разветвленные полимеры. Термопластичность – это свойство пластмасс многократно размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении. При этом физическом процессе, похожем на повторяющиеся плавление и кристаллизацию, химических изменений не происходит.
Реактопласты (термореактивные, или термоотверждающиеся, пластмассы). Если процесс полимеризации протекает более чем в двух направлениях, то возникают молекулы, образующие не линейные цепи, а трехмерную сетку, реактопласты. Эти полимеры можно размягчить нагреванием, но при охлаждении они превращаются в твердые неплавящиеся тела, которые невозможно снова размягчить без химического разложения. Необратимое затвердевание вызывается химической реакцией сшивки цепей.
Важным процессом этого типа является присоединительная полимеризация дивинилбензола:
где R и R' – арилалкильные радикалы нелинейной полимеризации.
В дивинилбензоле две двойные винильные связи. В ходе полимеризации они образуют трехмерную сетчатую структуру. При нагревании полученный полимер медленно разлагается.
Хорошо известный реактопласт – фенолоформальдегидную смолу – получают поликонденсацией фенола с формальдегидом. Гидроксильная группа повышает активность атомов водорода бензольного кольца в положениях 2, 4 и 6, что позволяет образовывать связи в нескольких направлениях:
2,4,6-Тригидроксиметилфенол, реагируя с фенолом, отщепляет воду и образует трехмерную сетчатую структуру. Начальная стадия выглядит следующим образом:
Из вышесказанного следует простой и логичный вывод: все линейные полимеры термопластичны, а все сшитые сетчатые полимеры реактопластичны (термореактивны). Очевидно, структура мономерных единиц и их функциональных групп позволяет предсказать тип пластмассы, получаемой при полимеризации.
Классификация пластмасс.
В зависимости от вида смол под влиянием на них температуры, пластмассы делятся на два вида: а) термопластичные пластмассы (или термопласты) на основе термопластичных смол; б) термореактивные (реапласты) на основе термореактивных смол.
Термопластичные пластмассы обычно называются по связующему веществу, исходя из наименования мономера с добавлением приставки «поли-»(поливинилхлорид, полиэтилен, полистирол и др.)
Термореактивные - по виду наполнителя (стеклопластики, древесные пластики и др.)
В зависимости от структуры пластмассы можно разделить на две основные группы:
1) пластмассы без наполнителя (не наполненные);
2) пластмассы с наполнителем (наполненные).
Применение пластмасс в качестве материала для строительных конструкций объясняется рядом достоинств этого материала:
- высокой прочностью, составляющей для большинства пластмасс (кроме пенопластов) 50-100 МПа, а для некоторых стеклопластиков прочность достигает 1000 МПа;
- малой прочностью (объемной массой) находящихся в пределах от 20 (для пенопластов) до 2000 кг\м3 (для стеклопластиков);
- стойкостью к воздействию химически агрессивных сред;
- биостойкостью (неподверженность гниению);
- простотой формообразования и легкой обрабатываемостью;
- высокими электроизоляционными свойствами и некоторыми другими положительными свойствами.
Вместе с тем пластмассы имеют и недостатки, такие, например, как деформативность , ползучесть и падение прочности при длительных нагрузках, старение (ухудшение эксплуатационных свойств во времени), сгораемость, использование в качестве сырья дефицитных нефтепродуктов.
Влияние недостатков пластмасс можно уменьшить разными путями. Так, уменьшение деформативности добиваются применением рациональных форм поперечного сечения конструкций (трехслойные, трубчатые).
Сгораемость и старение можно уменьшить путем введения специальных добавок.
Основные виды конструкционных пластмасс и области их применения.
К пластмассам, которые находят и будут находить в будущем наибольшее применение в строительных конструкциях относятся стеклопластики, оргстекло , винипласт, полиэтилен, тепло- и звукоизоляционные материалы, древесные пластики.