Глава 10. Полімерні матеріали

Відомі технологічні способи виробництва дозволяють отримати полі- мерні матеріали певної форми, в тому числі в зручному для виконання оздоблювальних і облицювальних робіт вигляді — тобто тонких плівок або полотен різної товщини; виробів — плит, плиток і фігурних деталей; рідинно-в’язких матеріалів для влаштування монолітних покриттів (на- ливних підлог), а також лакофарбових матеріалів.

Художня виразність підсилюється наданням фактури в процесі виго- товлення матеріалів. Фактура може бути гладкою (рівною без виступів, впадин) і шорсткою, тисненою (за рахунок витискування на поверхні ре- льєфних зображень та візерунків), ворсовою (з ворсом різної форми і ви- соти). Кількість фактурно-кольорових рішень необмежена.

Декоративну обробку лицьової поверхні пластмас виконують різними способами, серед яких фарбування (об’ємне та поверхневе), друкування, ти- снення, аплікація, декалькоманія, металізація.

На практиці використовують об’ємне забарвлення і друкування на ли- цьовій поверхні тонких рулонних матеріалів (плівок).

Спосіб високого (типографського) друку дозволяє отримати чистий і чіт- кий відтиск малюнка, але довготривале висихання фарб призводить до того, що цей спосіб використовують рідко. Принцип офсетного друку пов’язаний із накатуванням фарби на друкувальні елементи, фарбовий відтиск переходить на еластичний гумовий циліндр, а з нього — на матеріал.

Якісним відтворенням різних зображень вирізняється глибокий друк, що передбачає використання циліндра зі спеціальними комірками. Деякі переваги має спосіб трафаретного друку, в якому фарбу продавлюють ра- келем (скребком) на матеріал крізь трафарет, що є друкованою формою. Цей спосіб відрізняє простота конструкції, висока якість зображення (мо- жливість отримання фарбової плівки завтовшки 70 мкм), економічність.

При оздобленні тисненням, малюнок отримують натискуванням гаря- чого штампа на спеціальну плівку, що має металізоване або пігментоване покриття.

Аплікація — нанесення на поверхню матеріалу накладних елементів різ- них складів (папір, полімерна плівка, тканина). Ці елементи оздоблення наносять на поверхню готового матеріалу або закріплюють на виробі у процесі його формування.

При декалькоманії, на відміну від прямого друку, зображення наносять попередньо на спеціальну підкладку, а потім переводять на поверхню матері- алу одним із трьох способів — мокрим, сухим або термічним. Відповідно як матеріал для підкладки використовують загрунтований шаром клею папір, полімерну плівку, целофан або металеву фольгу.

351

При металізації (нанесенні тонкого шару металу) поверхня пластмас на- буває здатності до відбиття світла, твердості та абразивної стійкості. Хіміко- гсиїьванічна металізація передбачає нарощування електролітичним способом шару металу на електропровідному підшарі матеріалу. В цьому випадку для отримання покриття високої якості використовують полімерні матеріали ви- значеної міцності. Металізація напиленням у вакуумі пов’язана з випарову- ванням нагрітих металів і конденсацією їх парів на поверхні матеріалу. Най- придатнішими для металізації у вакуумі є пластмаси на основі поліметилме- такрилату та полістиролу. Металізація пневморозпиленням базується на по- критті поверхні полімерного матеріалу тонким шаром металу розпиленням його розплаву за допомогою стислого повітря. Товщина металопокриття ста- новить 20 мкм та більше.

4. Основні властивості полімерних матеріалів

Порівняно з відомими традиційними будівельними матеріалами (ке- раміка, деревина, метали), полімерні матеріали з’явилися відносно не- давно (початок XX ст.), але міцно зайняли провідні позиції завдяки ви- сокій економічності та технологічності.

Загальні властивості полімерних матеріалів залежать від багатьох фак- торів: хімічної будови полімерів, типу добавок (наповнювачів, пластифі- каторів, барвників), технології виготовлення. Різноманітність пластмас ви- значає діапазон зміни їх властивостей.

Середня густина полімерних матеріалів змінюється від 10 до 2200 кг/м³, причому найменший показник (10...20 кг/м³) мають ніздрюваті пластмаси з пористістю до 95%.

Низька середня густина і відносно висока міцність дають змогу ство- рювати ефективні (легкі та міцні одночасно) конструкції з полімерних матеріалів. За коефіцієнтом конструктивної якості серед усіх будівельних матеріалів пластмаси займають перше місце. Наприклад, СВАМ (склово- локнистий анізотропний матеріал) має коефіцієнт конструктивної якості 225 МПа (для порівняння вироби з важкого бетону мають коефіцієнт конструктивної якості 21 МПа). Границя міцності при стиску склоплас- тиків досягає майже 350 МПа, текстоліту — до 250 МПа, а границя міц- ності при розтягу та згині склопластиків становить, відповідно, 450 і 550 МПа. Особливістю пластмас є те, що міцність при стиску майже гака сама, як міцність при стиску кам’яних матеріалів. Співвідношення міцності при стиску і розтягу для склотекстоліту становить 0,6; СВАМ (стекловолокпи-

352

стий анізотропний матеріал) — 0,9; Для порівняння цей же показник для сталі — І, сосни — 0,4, бетону — 0,1.

Водопоглинанпя щільних гідрофобних полімерних матеріалів становить 0,1...0,5%, а високопористих може досягати 30...90% за об’ємом. Завдяки високій непроникності полімерні плівкові та рулонні матеріали, а також мастики, особливо на основі синтетичних каучуків, широко застосовують для гідроізоляції.

Полімерні матеріали характеризуються низькими показниками елект- ро- і теплопровідності, тому їх використовують як діелектрики та тепло- ізоляційні матеріали, коефіцієнт теплопровідності більшості полімерних матеріалів змінюється в межах 0,23...0,7 Вт/(м • К), а для газонаповнених знижується до 0,03 Вт/(м • К), тобто наближається до теплопровідності повітря.

Хімічна стійкість матеріалів залежить не лише від полімеру, а й від ін- ших компонентів. Найчастіше пластмаси використовують для захисту від корозії будівельних конструкцій у воді, розчинах солей, лугів та кислот. В той же час більшість полімерних матеріалів розчиняється в органічних розчинниках. Особливо стійкими до дії кислот та розчинів солей є мате- ріали на основі політетраетилену, поліетилену, поліізобутилену, полісти- ролу, полівінілхлориду.

Позитивною характеристикою багатьох матеріалів на основі полімерів є низька стираність, тому їх широко використовують для влаштування підлог. Так, стираність полівінілхлоридиих плиток ддя підлог становить 0,05 г/см², лінолеуму гліфталевого — 0,06 г/см². Деякі пластмаси відріз- няються високим опором удару (ударною в’язкістю).

Важливими властивостями пластмас є висока прозорість, безбарв- ність, здатність пропускати ультрафіолетові промені, що дає змогу засто- совувати їх у світлогірозорих огороджувальних конструкціях будівель, на- приклад, у куполах верхнього світла, огорожах теплиць, оранжерей, лікувальних закладів. Звичайне скло пропускає менше 1% ультрафіолето- вих променів, органічне — більше 70%. Також слід відмітити меншу гус- тину пластмас: скло з полістиролу має густину 1060 кг/м³, звичайне ві- конне — 2500 кг/м³.

Полімерним матеріалам можна надавати будь-якої форми не тільки за рахунок способу формування, але і легкості обробки готового виробу (пи- ляння, свердління, фрезерування). Пластмаси добре склеюються як між собою, так і з іншими матеріалами (металом, деревиною), тому з них ви- готовляють різні комбіновані клеєні будівельні вироби та конструкції;

353

вони легко зварюються, що дозволяє здійснювати роботи з монтажу плас- тмасових трубопроводів.

Пластмаси мають високі декоративні властивості і це дає змогу вико- ристовувати їх для опорядження стін, стель, покрівель, створення архітек- турних елементів декору та покриття підлог. Введенням до складу вихід- ної композиції пігментів можна одержати матеріал будь-якого забарв- лення і відтінку, у тому числі багатоколірні імітації природного каменю та цінних порід деревини.

Поряд із комплексом позитивних властивостей полімерні матеріали мають і ряд негативних. Для більшості з них характерна низька тепло- стійкість, яка не перевищує 60...80°С, і лише деякі види мають теплостій- кість 200...350°С (фторопласт, кремнійорганічні полімери).

Полімерні матеріали є горючими, вони виділяють отруйні гази при го- рінні, легко спалахують. При переробці пластмас та експлуатації їх нерід- ко виділяються токсичні речовини, тому застосування полімерних мате- ріалів можливе лише після встановлення рівня їх токсичності. Полімерні матеріали мають низьку поверхневу твердість: дія пластмас із волокнис- тими наповнювачами вона досягає 25, органічного скла — 20, полістиро- льних і акрилових пластиків — 15 кг/мм², наднизьку твердість мають це- люлозні пластики (етроли) — 4...5 кг/мм² (у сталі — 450). При тривалій дії напружень пластмаси схильні до необоротних деформацій повзучості. Із підвищенням температури повзучість зростає і призводить до небажаних деформацій конструкцій.

Значним недоліком полімерних матерідйв є високий температурний коефіцієнт лінійного розширення, який коливається в межах (25... 190)- 10⁶К що в 2,5... 19 разів вище, ніж сталі. Великі значення температурного кое­фіцієнта лінійного розширення пластмас у поєднанні з малою теплопро­відністю можуть спричинити появу тріщин у будівельних виробах при різ­ких змінах температури.

Полімерні матеріали відрізняються високими діелектричними власти- востями. Вони здатні акумулювати статичну електрику на поверхні. Для запобігання цьому явищу до складу пластмас вводять антистатичні добавки.

Окремі види матеріалів на основі полімерів схильні до старіння, тобто їх властивості під впливом теплоти, світла, кисню повітря з часом погір- шуються.

При старінні можливе протікання двох процесів: першого — структу- рування (зшивка молекул), що призводить до втрати еластичності, появи крихкості і розтріскування пластмас, та другого — деструкції (розкла- дання полімеру на низькомолекулярні продукти). Недостатньо вивченою

354