Тема 3. «Пластмассы»

29. Пластмассы. Определение. Классификация по типу связующего и поведению при нагреве. Особенности структуры.

Пластмасса – это технический продукт, полученный на основе полимеров (высокомолекулярных химических соединений органического происхождения) и обладающий на определенной стадии переработки свойством пластичности.

Классификация: 1) по поведению при нагревании:

- Термопласты– полимеры, молекулы которых имеют линейное строение, способны при нагревании при нагревании размягчаться, при охлаждении – затвердевать.

- Термореактивы– полимеры, имеющие пространственное строение молекул после затвердевания, не могут обратно расплавляться и снова затвердевать.

2) по сырью (типу связующего):

- класс А – в основе лежит реакция полимеризации (полиэтилен, ПВА, полипропилен)

- класс Б – поликонденсация = выделение побочного продукта (полиуретаны, полиэфиры)

- класс В – пластмассы на основе химически модифицированных, природных, высокомолекулярных соединений (альбумин, этилцеллюлоза)

- класс Г – мат-лы на основе высокомолек. вещ-тв, получ. деструкцией нефти, каменного угля, торфа (асфальты, дегти)

Состав: полимерное связующее, наполнитель, краситель, пластификатор, отвердитель, порофоры (газообразователи).

Свойства: морозостойкость = 15-50,Wm= не менее < 6%, П = 32-37%.

30. Основные составляющие полимерных материалов. Их свойства и назначение.

Состав:

• Наполнители – придают материалу особые свойства. Разделяются на порошкообразные (барит, тальк, древесная мука, кварцевая мука = повышают теплоемкость, долговечность, твердость, кислостойкость), волокнистые (асбестовое, древесное, стеклянное волокно = повышают прочность, теплостойкость, ударную вязкость, снижают хрупкость), листовые (бумага, хлопчатобумажные и стеклоткани, древесный шпон, асбестовый картон = придают высокую прочность, теплостойкость, кислостойкость, снижают стоимость продукции)

• Пластификаторы (придают большую пластичность, облегчают переработку, снижают tперехода полимера в вязкотекучее состояние, 30-50% от массы полимера)

• Стабилизаторы (сохраняют свойства пластмасс по истечении времени)

• Красители (органич.: нигрозин, желтый пигмент, хризодин; мин.: охра, мумия, сурик, оксид хрома, ультрамарин = применяются д/придания цвета, должны быть стойки, не должны выцветать под действием света)

• Катализаторы ( известь, уротропин =сокращают время твердения)

• Отвердители (полиэтилен, полиамин = сокращают время затвердивания)

• Смазывающие мат-лы (стеарин, олеиновая кислота = предотвращают прилипание к формам)

Пластификаторы, стабилизаторы и отвердители должны быть химически инертными, малолетучими и нетоксичными.

31. Основные способы изготовления изделий из пластмасс. Схематичное изображение и краткое описание.

Основные технологические операции при производстве полимерных материалов – дозировка, перемешивание, формообразование, отделка лицевой поверхности. Формообразование пластмасс осуществляется разными способами. Основные из них – экструзионный, литьё под давлением, вакуумформование, каландрирование, прессование.

Экструзионный (непрерывное выдавливание) способ осуществляется с помощью шнековых экструзионных машин, куда смесь сырьевых компонентов подаётся в порошкообразном или гранулированном виде. Под действием нагревателей масса размягчается и выдавливается через экструзионную головку. Таким способом формуют погонажные профилированные и рулонные матиреалы.

Прессование производят с помощью гидравлических прессов. При этом сырьевая смесь разогревается. Таким способом формуют матиреалы с большим количеством наполнителя.

Литьё под давлениемосуществляется путём разогревания сырьевой смеси до жидкотекучего состояния в литьевых машинах и впрыскивания её под давлением через сопло в форму. После охлаждения и затвердевания пластмассы форму раскрывают. Способ используется для изготовления штучных изделий.

Вакуум-формованиепроизводят в специальных формах. Листовая заготовка при действии теплоты от нагревателей размягчается. После создания вакуума в форме лист пластмассы приобретает конфигурацию, соответствующую форме. Таким образом формуют сравнительно тонкие листовые и плитные материалы.

Каландрирование (вальцевание)предполагает прохождение полимерной смеси через зазоры между каландрами (валками). Таким способом формуют рулонные и плёночные материалы.

32. Основные физико-механические свойства полимерных материалов. Достоинства и недостатки.

Свойства полимерных материалов при действии воды(гигроскопичность, водопоглощение, водонепроницаемость) определяются характером пористости материала и степенью его гидрофильности.

Теплостойкость выражается температурой, при которой под действием определенной заданной нагрузки деформация образца пластмассы достигает известного значения. Большинство пластмасс можно эксплуатировать при температуре не выше 100 градусов.-недостаток.

Огнестойкость оценивают известными методами огневой трубы или калориметрии: те мат-лы, кот при нагревании до 750С не горят, имеют потерю массы менее 10% и не выделяют горючих газов в кол-ве, достаточном для воспламенения, считаются несгораемыми. Большинство пластмасс считаются сгораемыми- недостаток.

Невысокая прочность(минус), но пределы прочности при сжатии, изгибе и растяжении стеклопластиков могут превышать 400, 1000, 900 мпа(плюс).

Твердость ограничена, не находится в прямой зависимости от прочности. определяют по методу Бриннеля(стального шарика)-минус

Истираемость сравнительно низкая-плюс.

Деформативность характеризуется склонностью к ползучести- необратимым деформациям при длительном действии нагрузок. При нормальной температуре модуль упругости у пластмасс значительно меньше, чем у других материалов. - минус

лакокрасочные материалы:

Вязкость определяется по скорости истечения определенного объема материала через калибровое сопло определенного диаметра при известной температуре.

Укрывистость связана с разностью показателей преломления среды и пигмента и зависит от комплекса факторов, в том числе от оптических свойств пигмента, его дисперсности, хим состава и цвета связующего.

Степень высыхания определяется измерением способности лакокрасочного покрытия удерживать на своей поверхности инородные тела через определенное время после начала высыхания.

33. Материалы и изделия для полов на основе полимеров. Виды. Характеристика. Свойства. Наливные полы.

• Рулонные – одно-, многослойные пленочные материалы, безосновные или на тканевой, теплозвукоизолирующей , нетканеволокнистой или губчатой подоснове, ковровые материалы (поливинилхлоридный линолеум, релин)

• Плиточные – плитки, вырубаемые из рулонных материалов или изготавливаемые из вторичного сырья прессованием.

• Листовые – древесностружечные и древесноволокнистые материалы, использование которых из-за низкой водостойкости и износостойкости ограничено.

• Мастичные – пластичные или жидкие композиции, применяемые для монолитных покрытий полов.

Примеры: Линолеумы – метод непрерывного вдавливания, вальцево-каландровый или метод обмазки; ширина> =12 м, толщина от 1,5 для безосновного до 6 мм на теплоизолирующей подоснове, выпускается рулонами.

Релин – двух- или трехслойный материал из резиновых смесей; экологичен, гигиеничен и долговечен; из ПВХ вырезаются плитки разных форм и размеров; малое водопоглащение, износостойкость, эластичность, цвето-, свето-, кислото-, щелочестойкость; толщина 2-3 мм, ширина 1-1,5 м.

Синтетические ковровые материалы – изготавливаются в виде рулонов длиной более 10 метров, шириной 1-8 м, толщиной 3-8 мм; однотонные и многоцветные, рельефные; применяются в качестве стационарных покрытий полов с высокими эстетическими характеристиками.

Составы д/монолитных полов – применяются для наливных покрытий, пластичные полы укладываются с помощью спецоборудования; гигиеничность, удобство эксплуатации, износостойкость, прочность, химстойкость, стойкость к истиранию; толщина наносимого слоя 2-40 мм.

34. Материалы для внутренней отделки стен на основе полимеров. Погонажные полимерные строительные изделия.

Для облицовки стен изготовляют материалы рулонные, плиты, плитки, листы. К рулонным относят линкруст, влагостойкие обои, плёнки декоративные «Изоплен», «Тексоплен» и др.Листовыми и плитными служат бымажно – слоистый пластик, древесностружечные и древесноволокнистые плиты, листы из жёсткого поливинилхлорида и органического стекла, акустические плиты, облицовочные плитки.

Линкруст широко применяют для отделки стен и перегородок в помещениях административных и общественных зданий, кают, вагонов и др.

Влагостойкие (моющиеся) обои – отделочный материал с лицевой поверхностью, стойкой к действию воды. Воздухопроницаемы, выдерживают литьё 4-8 раз. Применяются: матовые – для оклейки стен помещений жилых и общественных зданий; глянцевые – для оклейки стен кухонь, санузлов, внутренних стенок встроенных шкафов.

Погонажные материалы – изготовляемые методом экструзии цветные длинномерные, гибкие, эластичные, полужёсткие и жесткие элементы различного назначения, имеющие постоянный по всей длине профиль поперечного сечения. Они отличаются достаточной эластичностью, теплостойкостью, малой горючестью, химической стойкостью, водонепроницаемостью, нетоксичностью, гигиеничностью, удобной функциональной формой. Применяют их внутри помещений для обработки стыков, швов и угловых соединений элементов облицовки и монтажа скрытой проводки в жилых и общественных зданиях.Среди погонажных поливинилхлоридных материалов – раскладки для крепления листовых и рулонных отделочных материалов, рейки стеновые, вспомогательные профили для репленияналичников, нащельники, планки солнцезащитных жалюзи, плинтусы, порожки, уголки для обработки стыков облицовочных материалов, накладки для защиты выступающих углов, торцовые раскладки для дверных полотен и встроенного оборудования, прокладки для стеклопакетов. К погонажным герметикам – материалам, обеспечивающим влаго- и воздухопроницаемость стыковых сопряжений конструкций и деталей, - относятся пористые или пустотелые элементы: жгуты различного сечения из резиновых смесей.

35. Органическое стекло и стеклопластики. Основные виды. Свойства. Области применения.

Стеклопластики, используемые в основном в виде листов различного профиля, представляют собой пластмассы, армированные стекловолокнистыми наполнителями. Применяют плоские и волнистые листы из стеклопластика для устройства светопрозрачной кровли пром зданий, теплиц, оранжерей, обшивок трехслойных светопрозрачных и глухих панелей для ограждений и покрытий. Из стеклопластика изготавливают также оболочки для купола, оконные и дверные блоки, санитарно-технические материалы, малые арх формы. Листовые полиэфирные стеклопластики выпускают с наполнителем из рубленого стекловолокна длиной 40-50 мм. Эти полимеры обладают высокой адгезией к стекловолокну, хорошей смачивающей способностью и достаточно быстро отвердевают без выделения летучих продуктов.3 вида: листовые материалы с ориентированным стекловолокном, рубленным волокном и на основе стеклоткани или матов.

Органическое стекло-продукт полимеризации метилового эфира метакриловой кислоты.Он представляет собой совершенно прозрачный полимер в виде листов, блоков и прессовочных порошков. Изделия из оргстекла имеют относительно высокую прочность при сжатии(до 160мпа), растяжении и изгибе(до 100 мпа), а также значительную ударную вязкость, легко поддается резанию, шлифованию, полировке, отличается исключительной прозрачностью и способностью пропускать до 74% ультрафиолетовых лучей. в соприкосновении с огнем- горит, не стоек в отношении агрессивных сред, легко растворяется в ряде орг растворителей. Высокая стоимость и недостаточная абразивостойкость ограничивают его применение в строительстве.

Оргстекло используют для остекленения зданий спец назначения, витрин магазинов, веранд, оранжерей, больниц.

36. Пневматические конструкции из полимерных материалов. Основные виды (воздухонесомые, воздухонесущие). Свойства. Применение.

Пневматические конструкции – надувные конструкции. Основу составляют высокопрочные ткани; будущий объем выкраивается по форме и размерам. Избыточный воздух является активным - это особенность надувных конструкций, надуваемых воздухом.

1. Воздухоупорные 0,01- 0,05 атм

2. Воздухонесомые 0,3 – 1,6 атм (канат, сетка сверху создают поверхностное натяжение , канаты для увеличения прочности, жесткости, устойчивости, надутости)

+: являются самыми легкими конструкциями, легко монтируются, территория не страдает.

37. Теплоизоляционные и акустические материалы на основе пластических масс. Виды. Свойства.

Полимерные теплоизоляционные материалы обладают значительной лёгкостью, малой теплопроводностью, достаточной механической прочностью.

Пенополистирол имеет пористую структуру с замкнутыми ячейками, заполненными воздухом или газом. Сырьё: суспензиозный полистирол, порофор(вспенивающий компонент). Выпускается в виде плит, изготовляемых беспрессовым способом. Средняя плотность 20-40 кг/м3, теплопроводность 0,035 – 0,4 Вт/м*К,Rи до 0, 18 Мпа,Wо не > 2-5% за 24ч. Не подвержен гниению, легко гвоздится и склеиается со многими строительными материалами. Исп: в конструкциях совмещенных кровель, в стр-ве холодильников,при устройстве внутр перегородок, междуэтажных перекрытий, вентиляционных каналов, утепления стен.

Пенополивинилхлорид – жёсткий, эластичный или полуэластичный пенопласт.Устойчив к действию кислот, щелочей воды и может быть исользован в интервале температур от –60 до +60^оС. Применение: термоизоляция холодильников, рефрижераторов, также для звукоизоляционных целей.

Пенополиуретаны – газонаполненные пенопласты, получающиеся на основе полиэфиров и диизоцианатов. Выпускают в виде плит размером 500*500*50 мм., интервал температур от –60 до +170^оС. Средняя плотность 100 – 200кг/м3, теплопроводность),06Вт/м*К.Rсж от 0,55 до 2,2 Мпа. Тепло- и звукоизоляционный материал, исп для изоляции трубопроводов, горячего и холодного водоснабжения.

Сотопласты– теполо- и звукоизоляционные материалы, получаемые путём горячего формования гофрированных листов бумаги, ткани или древесного шпона, пропитанных фенолоформальдегидных резольным полимером. Для улучшения теплотехнических показателей материала ячейки-соты заполняют измельчённым пенопластом или стекловатой.

Мипора– лёгкий, тепло- и звукоизоляционный материал в виде затвердешей пеня белого цвета. Сырьё: мочевиноформальдегидные полимеры, 10%-ный раствор сульфонафтеновых кислот и некоторые добавки. Средняя плотность 10-20 кг/м3, теплопроводность 0,03 Вт/м*К. Крайне малая механическая прочность затрудняет её непосредственное применение, поэтому исп как теплоизоляц наполнитель и звукопоглощающий материал в каркасных конструкциях.

38. Полимербетоны, полиминеральные композиционные материалы. Виды. Свойства. Применение.

Под полимербетонами подразумевают конгломераты, получаемые на основе синтетических смол, отвердителей и с применением в них химически стойких и совместимых со смолами наполнителей, и заполнителей. Они предназначены для изготовления несущих и ненесущих, монолитных и сборных, всегда химически стойких строительных конструкций и изделий, а также для устройства полов, фундаментов, сливных лотков и др. Полимербетоны классифицируют по виду связующего вещества, средней плотности, хим стойкости, прочностным характеристикам. Полимербетоны: термореактивные и термопластичные.Первая группа подразделяется на карбамидно-фенольные, полиэфирные, фурановые, полиуретановые и эпоксидные, вторая группа- на индекумароновые и метилметакрилатные.По средней плотности каждый полимербетон из первой группы может быть сверхтяжелым(3500-400 кг/м3), тяжелым(220-2400 кг/м3), легким(1600-1900 кг.м3) и сверхлегким(400-500 кг.м3); каждый из второй группы- тяжелым и легким.

Для использования полимербетона в несущих конструкциях их армируют стальной, стеклопластиковой или стекловолокнистой арматурой.

Следует отметить, что полимербетоны на основе синтетических смол могут быть высокого качества по прочностным показателям, воздухо- и водонепроницаемости, химической и радиостойкости и др. Недостатки: низкая теплостойкость и высокие усадочные деформации.

Полимербетоны, названные искусственным мрамором, представляют собой высоконаполненную полиэфирную смолу (18-21% смолы и 78-81% наполнителя). Изделия изготавливают методом заливки в формы с очень малыми усадками; применяют как плитку для пола, облицовки стен, в качестве высоко декоративных изделий, элементов фасадов и крыш и др. Этот материал обладает высокими механическими и физико-механическими свойствами- высокой сопротивляемостью воздействию агрессивных сред и истираемости.