ГЛАВА 10

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

10.1. Общие сведения о полимерных материалах

Полимерными материалами (пластмассами) называют материалы, основой которых являются природные или синтетические высокомолекулярные соединения.

Молекулы высокомолекулярных соединений состоят из нескольких тысяч или даже сотен тысяч атомов. Чаще всего макромолекулы таких соединений построены путем многократного повторения определенных структурных единиц. Высокомолекулярные соединения встречаются в природе. К ним принадлежит натуральный каучук, целлюлоза, шелк, шерсть, янтарь и др.

Молекулярная масса низкомолекулярных соединений обычно не превышает 500.

Пластмассы обычно получают из связующего вещества и наполнителя, а также вводят специальные добавки: пластификаторы, отвердители, стабилизаторы, красители и др.

Связующим веществом в пластмассах служат различные полимеры - синтетические смолы и каучуки, производные целлюлозы. Выбор связующего вещества в значительной мере определяет технические свойства изделий из пластмасс: их теплостойкость, способность сопротивляться воздействию кислот, щелочей и др. агрессивных веществ, а также их прочностные и деформационные характеристики. Связующее вещество является самым дорогим компонентном пластмасс.

Исходными материалами для получения полимеров являются природный газ, газообразные продукты переработки нефти (этилен, пропилен и др.). Сырьем для полимеров служит также каменноугольный деготь, получаемый при коксовании угля и содержащий фенол и другие компоненты.

Наполнители представляют собой разнообразные неорганические и органические порошки и волокна (бумага, ткань, древесный шпон). Применение наполнителя значительно уменьшает количество полимера в системе, повышает теплостойкость и прочность пластмасс.

Пластификаторы добавляются к полимеру для повышения его эластичности и уменьшения хрупкости.

Отвердители – вещества, являющиеся инициаторами реакций полимеризации, которые ускоряют отвердевание полимера.

Стабилизаторы способствуют сохранению структуры и свойств пластмасс во времени, предотвращают их старение при воздействии солнечного света, кислорода воздуха и других неблагоприятных влияний.

Красители – вещества, предающие полимерным материалам окраску. В качестве красителей применяют органические (нигрозин) и минеральные пиг-

103

менты (охру, сурик, ультрамарин, белила и др.).

Порообразователи (порофоры) вводят в состав полимеров для создания в материале пор.

10.2. Свойства пластмасс

Положительными свойствами пластмасс являются: - малая средняя плотность (20…2200 кг/м3);

- высокие прочностные характеристики (Rраст = 150…350 МПа,

Rсж = 120…400 МПа);

-низкая теплопроводность (до 0,03 Вт(м·0С);

-высокая химическая стойкость;

-высокая устойчивость к коррозионным воздействиям;

-малая истираемость некоторых пластмасс;

-прозрачность и способность окрашиваться в различные цвета;

-легкость в обработке (пилении, сверлении, фрезеровании, строгании,

обточке).

Вместе с тем пластмассы имеют ряд недостатков:

-низкую теплостойкость (от + 70 до + 200 0С);

-малую твердость;

-высокий коэффициент термического расширения;

-повышенную ползучесть, особенно при повышении температуры;

-горючесть и токсичность;

-старение под воздействием солнечных лучей, кислорода воздуха, повышенных температур.

10.3.Материалы и изделия из полимерных материалов

10.3.1.Материалы для несущих и ограждающих конструкций

Полимербетоны – композиционные материалы, в которых заполнителем является кварцевый песок, щебень из базальта и гранита, бой кислотоупорного кирпича, кокс, антрацит, графит, а роль связующего выполняют различные полимеры (полиэфирные, эпоксидные, фурановые и др.).

Для уменьшения хрупкости полимербетона применяют волокнистые наполнители: асбест, стекловолокно.

Полимербетоны обладают химической стойкостью, высокими прочност-

ными показателями (Rраст = 7…20 МПа; Rсж = 60…120 МПа; Rизг = 16…40 МПа). Применяют полимербетоны для химически стойких конструкций, изно-

состойких покрытий, а также для ремонта железобетонных конструкций, так как полимербетон обладает хорошей адгезией к различным строительным материалам.

Бетонополимеры – затвердевшие бетоны, пропитанные полимером.

104

В результате прочность бетонополимера на сжатие увеличивается в 2…10 раз, на растяжение в 3…10 раз по сравнению с исходным бетоном.

Стеклопластики – композиционные материалы, изготовляемые из стеклянных волокон или тканей, связанных полимером (эпоксидным, фенольным, полиэфирным и другими смолами).

Выпускают три разновидности стеклопластиков: на основе ориентированных волокон (СВАМ), нитей (АГ-4С, АГ-4В), рубленых волокон (полиэфирные стеклопластики) и тканей или матов (стеклотекстолиты, КАСТ).

Эти материалы обладают большой прочностью, легкостью, низкой теплопроводностью, химической стойкостью и используются для строительных конструкций, емкостей и труб, соприкасающихся с агрессивной средой.

Бумажно-слоистые пластики – изготавливают из нескольких слоев специальной бумаги, пропитанных полимером. Пластик выпускают в виде листов длиной 1…3 м, шириной 0,6…1,0 м, толщиной 1…5 мм с разнообразными рисунками. Изделия хорошо пилятся, сверлятся и фрезеруются.

Оргстекло (полиметилметакрилат) изготовляется в виде прозрачных листов длиной до 1,5 м, шириной от 400 до 600 мм при толщине 0,8…24 мм. Применяется оргстекло в светопрозрачных покрытиях и стенах теплиц, карнизов, оранжерей, в световых фонарях и др.

Отделочные полистирольные плитки «полиформ» изготовляют тол-

щиной 8…10 мм из ударного полистирола с добавлением вспененного компонента. Плитки используют для облицовки потолков, стен, элементов интерьера.

10.3.2. Материалы для полов

Линолеум выпускают безосновный и на теплоизоляционной основе (тканевой, войлочной, вспененной).

Линолеум на тканевой основе получают путем нанесения пасты, состоящей из полимера, пластификатора, наполнителя, красителя и др. на джутовую или другую ткань. Ткань со слоем нанесенной пасты проходит через термокамеру, в которой происходит полимеризация и отвердение полимера.

Резиновый линолеум (линолеум-релин) состоит из двух слоев – нижнего (подкладочного), изготовленного из бывшей в употреблении дробленной резины с битумом, и верхнего (лицевого), состоящего из смеси синтетического каучука (резины) с наполнителем и пигментом.

Линолеум на вспененной основе состоит из слоя обычного линолеума и подкладочного слоя из ячеистой (вспененной) пластмассы.

Линолеум изготовляют с гладкой и рельефной поверхностью, различных цветовых оттенков. Он обладает стойкостью к истиранию, декоративностью, биостойкостью и служит 20…25 лет.

Сверхтвердые древесностружечные плитки применяют для устройства водостойких полов. Однако при сборке пола получаются швы.

Бесшовные полы устраивают, применяя состав на основе водоразбав-

105

ляемой поливинилацетатной эмульсии. Эмульсию получают в мешалке, смешивая полимер, воду, наполнитель (молотый песок, золу) и пигмент. Готовую смесь в 2…3 слоя наносят распылителем на подготовленное основание.

Полимербетонные наливные полы получают смешением связующего

(полимер + пластификаторы, отвердители, стабилизаторы и др.) с порошкообразным наполнителем и заполнителем (песком, щебнем или гравием),

Наливные полы толщиной 20…50 мм обладают химической стойкостью и способны выдерживать тяжелые нагрузки.

10.3.3. Санитарно-технические и погонажные изделия

Термопластичные трубы получают из поливинилхлорида, полиэтилена и полипропилена экструзивным способом, прессованием, сваркой или склеиванием листовых заготовок.

Пластиковые трубы в 3…6 раз легче стальных и чугунных, обладают высокой коррозионной стойкостью, легко пилятся, сверлятся. Их используют при сооружении канализационных и водопроводных сетей, вентиляционных каналов.

Стеклопластиковые трубы изготовляют из полиэфирных полимеров, стекложгута, стеклоткани центробежным методом. Стеклопластиковые трубы значительно прочнее других полимерных труб, они выдерживают температуру до 150 0С.

Санитарно-технические изделия в виде ванн, моек, раковин, сифонов,

смывных бочков, смесителей и др. изготовляют из полиметилметакрилата, полипропилена, стеклопластиков.

Эти изделия дешевле фаянсовых или чугунных, отличаются малой массой, высокой коррозионной стойкостью.

Погонажные изделия (плинтуса, поручни лестничных перил, наличники, уголки) изготавливают на основе поливинилхлорида, полиэтилена, полистирола, органического стекла. Такие изделия имеют гладкую поверхность, окрашиваются в различные цвета.

10.3.4. Полимерные клеи и мастики

Клеи изготовляют из различных полимерных смол, каучуков и производных целлюлозы. Для регулирования свойств в клеи вводят растворители, наполнители, пластификаторы, отвердители.

Полимерные клеи обладают хорошей адгезией и водостойкостью. С их помощью можно склеивать древесину, пластмассу, металлы, керамику, стекло, природные и искусственные камни. Широко применяются полимерные клеи для ремонта железобетонных конструкций.

Мастики – высоковязкие полимерные композиции, способные склеивать различные материалы, покрывать поверхность конструкции довольно толстым слоем для предохранения их от коррозии, заполнять щели, пустоты, отверстия для получения гладкой поверхности или обеспечения герметичности.

106

Вопросы для самостоятельного изучения

1.Какое значение имеют в строительстве полимерные материалы?

2.Дайте определение синтетическим полимерам и расскажите об основных процессах их получения.

3.По каким признакам классифицируют полимеры?

4.Что представляют собой полимеризационные и поликонденсационные полимеры?

5.Расскажите о составе и способах получения пластмасс.

6.Какие существуют способы формования изделий на основе пластмассы?

Библиографический список рекомендуемой литературы

Основная литература

1.Горчаков, Г.И. Строительные материалы / Г.И. Горчаков, Ю.М. Баженов. – М.: Стройиздат, 1986. – 687 с.

2.Домокеев, А.Г. Строительные материалы / А.Г. Домокеев. – М.: Высшая школа, 1982. – 384 с.

3.Рыбьев, И.А. Строительное материаловедение: учеб. пособие для вузов / И.А. Рыбьев. – М.: Высшая школа, 2003. – 701 с.

Дополнительная литература

1.Воробьев, В.А. Основы технологии строительных материалов из пластических масс: учеб. пособие / В.А. Воробьев. – М.: Высшая школа,

1965. – 320 с.

2.Воробьев, В.А. Технология полимеров: учеб. пособие / В.А. Воробьев, Р.А. Андрианов. – М.: Высшая школа, 1805. – 220 с.

3.Айрапетов, Д.П. Архитектурное материаловедение / Д.П. Айрапетов. – М.: Стройиздат, 1983. – 310 с.

4.Байер, И.В. Архитектурное материаловедение / И.В. Байер. – М.: Стройиздат, 1989. – 184 с.

107

Варианты тестовых заданий

108