- •Н.С.Ковалев
- •Материаловедение. Технология
- •Конструкционных материалов
- •Учебное пособие
- •120702.62 – Земельный кадастр;
- •120703.62 – Городской кадастр»
- •В.Н. Макеев
- •В.В. Адерихин Ковалев н.С.
- •Введение
- •1. Основные свойства и классификация строительных материалов
- •1.1. Свойства строительных материалов
- •1.2. Физические свойства
- •1.3. Свойства материалов по отношению к воздействию воды
- •1.4. Теплотехнические свойства
- •1.5. Механические свойства
- •1.6. Классификация строительных материалов
- •1.7. Нормативно-справочная литература по испытаниям и применению строительных материалов
- •2. Природные каменные материалы и технология их получения
- •2.1. Понятие о минералах и горных породах
- •Горной породой называют минеральную массу, состоящую из одного минерала (мономинеральная порода) или нескольких минералов (полиминеральная порода).
- •2.2. Классификация горных пород по происхождению
- •2.3. Классификация и виды природных каменных материалов
- •Дорожные каменные материалы
- •Жаростойкие и химически стойкие материалы и изделия
- •2.4. Технология получения строительных материалов из горных пород
- •2.5. Защита каменных материалов от воздействия окружающей среды
- •3. Керамические материалы и технология их приготовления
- •Общие сведения о керамических материалах
- •Добавки к глинам
- •Общая технология производства керамических изделий
- •Виды керамических материалов
- •4. Минеральные вяжущие вещества
- •4.1. Классификация минеральных вяжущих. Общие сведения
- •4.2. Воздушные вяжущие, сырье для их приготовления, технология получения, свойства и применение в строительстве
- •Известь строительная воздушная
- •4.3. Гидравлические вяжущие, сырье и технология их получения
- •4.4. Основные минералы портландцемента и их соотношение. Твердение цемента. Марки и виды цемента. Применение в строительстве
- •5. Бетон и железобетон
- •5.1. Бетоны и их классификация. Свойства бетонной смеси и бетона
- •5.2. Добавки в бетон. Требования к минеральным материалам. Расчет состава бетона Добавки в бетон
- •5.3. Технология изготовления бетонных изделий и виды бетонов
- •5.4. Железобетон. Номенклатура изделий и технология их изготовления
- •6. Искусственные материалы на основе минеральных вяжущих веществ и технология их получения
- •6.1. Строительные растворы, их классификация и технология изготовления
- •6.2. Изделия на основе извести и магнезиальных вяжущих веществ
- •6.3. Изделия на основе гипсовых вяжущих и технология их изготовления
- •6.4. Асбестоцементные изделия и технология их изготовления
- •7. Органические вяжущие вещества, материалы и изделия на их основе
- •7.1. Битумные и дегтевые вяжущие вещества
- •7.2. Материалы на основе битумов и дегтей, технология их изготовления и применения в строительстве
- •Характеристика рубероида
- •7.3. Классификация полимеров и технология их получения
- •Поликонденсационные полимеры (Класс б)
- •7.4. Пластические массы, их состав и классификация
- •7.5. Способы получения строительных изделий из пластмасс
- •7.6. Полимерные строительные материалы
- •Кровельные и гидроизоляционные материалы
- •Санитарно-технические изделия
- •8. Тепло- и звукоизоляционные материалы. Древесина и изделия из нее
- •8.1. Классификация и свойства теплоизоляционных материалов
- •8.2. Органические теплоизоляционные материалы и технология их изготовления
- •Физико-механические свойства пенопластов
- •8.3. Неорганические теплоизоляционные материалы
- •8.4. Смешанные теплоизоляционные материалы и изделия
- •8.5. Свойства древесины как строительного материала
- •К недостаткам древесины как строительного материала можно отнести анизотропность, гигроскопичность, загниваемость, сгораемость, пороки древесины.
- •Коэффициент объемной усушки определяют по формуле
- •8.6. Виды лесоматериалов, применяемых в строительстве, и технология переработки древесины
- •8.7. Защита древесины в строительстве
- •9. Металлы и сплавы. Стекло и расплавы
- •9.1. Металлы и сплавы. Технология их получения
- •9.2. Применение металлов в строительстве и защита их от коррозии
- •9.3. Изделия на основе минеральных расплавов и технология их получения
- •Р ис. 46. Технологическая схема производства листового строительного стекла:
- •Изделия из стекла
- •Каменное и шлаковое литье
- •Вопросы для самопроверки
- •1. Основные свойства и классификация строительных материалов.
- •2. Природные каменные материалы и технология их получения.
- •3. Керамические материалы.
- •4. Минеральные вяжущие вещества.
- •5. Бетон и железобетон.
- •6. Искусственные материалы на основе минеральных вяжущих веществ и технология их получения.
- •7. Органические вяжущие вещества, материалы и изделия на их основе.
- •8. Тепло- и звукоизоляционные материалы. Древесина и изделия из нее.
- •9. Металлы и сплавы. Стекло и расплавы.
- •Список литературы
- •Оглавление
- •Материаловедение. Технология конструкционных материалов
- •394087, Воронеж, ул. Мичурина, 1
7.3. Классификация полимеров и технология их получения
Из очень большого количества различных видов полимеров для производства пластмасс применяют лишь некоторые из них.
Все высокомолекулярные вещества, используемые для получения пластмасс, делят на следующие виды в зависимости от способа получения: А, Б, В, Г.
К классу А относят полимеры, полученные полимеризацией; к классу Б – полимеры, полученные поликонденсацией; к классу В – полимеры, полученные модификацией природных полимеров; к классу Г – полимеры, полученные путем простой и деструктивной перегонки органических веществ.
Полимеры класса Г – это природные и нефтяные битумы, рассмотренные нами выше. Наибольшее применение в строительстве нашли полимеры классов А и Б, получаемые путем полимеризации и поликонденсации.
При реакции полимеризации объединяются ненасыщенные молекулы (мономеры) одного и того же вещества без выделения побочных продуктов. В результате реакции образуется новое вещество – полимер, молекулярная масса которого равна сумме молекулярных масс реагирующих молекул. Широкое применение в производстве строительных материалов и изделий нашли следующие полимеризационные полимеры: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полиизобутилен, полистирол, поливинилацетат и др.
Элементный состав полимеров, полученных при реакции поликонденсации, отличается от состава исходных веществ, так как реакция поликонденсации сопровождается выделением простейших побочных продуктов – воды, аммиака и др. К этой группе полимеров относят фенолоальдегидные смолы, карбамидные и меламиноформальдегидные полимеры, полиэфиры и полиуретаны, эпоксидные смолы.
В связи с тем, что полимерные смолы по-разному ведут себя при нагревании, их подразделяют на термопластичные, которые при нагревании размягчаются, а при охлаждении затвердевают, и термореактивные, которые не могут повторно расплавляться и затем снова затвердевать.
Полимеризационные полимеры (Класс А)
Полиэтилен. Исходным продуктом для производства полиэтилена является технический этилен – бесцветный газ со слабым эфирным запахом. Удачное сочетание в полиэтилене химической стойкости, механической прочности, морозостойкости, низкой газопроницаемости и водопоглощения, его малая средняя плотность делают полиэтилен незаменимым материалом в строительном производстве. Полиэтилен широко применяют в производстве водопроводных, канализационных и газовых труб. Пленки из полиэтилена различной толщины используют для гидро-, паро- и газоизоляции различных строительных конструкций.
Полиэтилены изготовляют тремя методами:
а) при высоком давлении (до 250 МПа);
б) при низком давлении (0,5 МПа) и температуре +60 °С с использованием в качестве катализатора органических солей тяжелых металлов;
в) при среднем давлении (3-4 МПа) и температуре 125-150 °С с использованием в качестве катализатора окислов металлов.
Полиэтилен, получаемый при низких давлениях, отличается от синтезированного при высоком давлении большей плотностью, прочностью, жесткостью и повышенной теплостойкостью. Полиэтилен высокого давления – материал более мягкий и эластичный, слегка прозрачный.
Свойства полиэтилена сильно изменяются с изменением окружающей температуры. Температурный интервал эксплуатации строительных материалов, несущих нагрузку, находится в пределах от +60 до –70 °С.
Схема получения полиэтилена при высоком давлении показана на рисунке 38.
Рис. 38. Схема получения полиэтилена при высоком давлении
по непрерывному методу:
1 – насос; 2 – газовый счетчик; 3 – компрессор; 4 – смазкоотделитель; 5 – компрессор; 6 – смазкоотделитель; 7 – трубчатый реактор; 8 – приемник высокого давления; 9 – приемник атмосферного давления; 10 – ловушка; 11 – скруббер; 12 – сборник; 13 – газгольдер
Подготовленную газовую смесь (перед полимеризацией к газу добавляют строго нормированное количество кислорода –0,05-0,1%) из газгольдера 13 с помощью насоса 1 перекачивают через газовый счетчик 2 в компрессор 3. Из компрессора газ, сжатый до 30 МПа, через смазкоотделитель 4 поступает во второй компрессор 5, где рабочее давление доводится до 250 МПа. Под этим давлением через смазкоотделитель 6 газ подается в трубчатый реактор 7. Реактор представляет собой змеевик.
Из реактора полимер вместе с непрореагировавшим этиленом через редуционный вентиль перепускается в приемник 8 высокого давления и из последнего – в приемник 9, где давление снижается до атмосферного, и этилен отводится через ловушку 10 на промывку в скруббер 11. Полиэтилен из приемника 10 вытекает в формы, где и застывает. После промывки щелочным раствором, подаваемым в скруббер из сборника 12, газ возвращается в газгольдер 13 и снова идет в производство.
Полипропилен получают полимеризацией пропилена СН3 – СН = СН2. Полимеризация пропилена продолжается 5 – 6 ч при температуре 65-70 °С и давлении 1-1,2 МПа в присутствии катализатора (смесь триэтилалюминия с треххлористым титаном). В результате полимеризации выпадает белый порошок – полипропилен, который промывают, отжимают и сушат.
Полипропилен – легкий материал, обладающий высокой теплостойкостью, жесткостью и прочностью. Без нагрузки его можно применять при температуре до 150 °С. По химической стойкости полипропилен аналогичен полиэтилену, но отличается значительно большей механической прочностью и плотностью, что позволяет применять его для изготовления труб диаметром 25-150 мм, в качестве облицовочного материала антикоррозионного и декоративного назначения.
Поливинилхлорид получают полимеризацией винилхлорида СН2 = СНСl. Основным методом полимеризации винилхлорида является непрерывный водоэмульсионный в присутствии инициатора (перекиси водорода).
Поливинилхлорид можно применять при температуре до 160 °С. Изделия из него обладают высокой прочностью.
В производстве строительных материалов поливинилхлорид широко используют для изготовления линолеума, линкруста, гидро- и газоизоляционных пленок, пенопластов, плинтусов, поручней, водопроводных труб.
Полиизобутилен представляет собой каучукоподобный эластичный материал, получаемый полимеризацией изобутилена СН2 = С(СН3)2 при температуре 100 °С в присутствии катализаторов трехфтористого бора, треххлористого алюминия. Этот материал обладает хорошей водостойкостью против агрессивных сред – кислот, солей галоидов, щелочей.
В строительстве полиизобутилен применяют в виде гидроизоляционных пленок, прокладочных материалов для фундаментов, кровельных и герметизирующих материалов.
Полистирол, получаемый полимеризацией стирола С6Н5 – СН = СН2, является одним из наиболее известных и полно изученных полимеризационных полимеров. Он обладает почти абсолютной водостойкостью, высокой химической стойкостью и прозрачностью.
Полистирол получают тремя методами: полимеризацией чистого мономера (блочный метод), полимеризацией в растворителе и водоэмульсионной полимеризацией.
Из полистирола изготовляют цветные плитки для облицовки стен санузлов, кухонь, больниц, пористые плиты для звуко- и теплоизоляции, краски и эмали. К недостаткам относят большую хрупкость.