Курс лекций РостовнаДону 2011 министерство образования и науки рф фгаоу впо институт архитектуры и искусств
 Скачать 1.63 Mb.
|
|
Пластическая масса (пластмасса) – это материал, представляющий собой композицию полимера с наполнителем, пигментом и добавками, которая при формовании изделий находится в вязко-текучем или вязко-эластическом состоянии, а при эксплуатации – в стеклообразном или кристаллическом состоянии. В некоторых пластмассах наполнитель отсутствует. По реакции пластмассы на воздействие тепла её подразделяют на термопластичную и термореактивную. Термопластичные полимеры способны при нагревании многократно размягчаться и приобретать пластичность, а при охлаждении отверждаться. Они имеют линейное или разветвленное строение и получаются преимущественно реакцией полимеризации – полиэтилен, поливинилацетат, поливинилхлорид, полиамиды и прочие полимеры. Термореактивные (реактопласты) полимеры не могут после отверждения вновь при нагревании приобретать пластичность. Они имеют пространственное строение макромолекул и получаются преимущественно реакцией поликонденсации – фенолформальдегидные, эпоксидные и прочие полимеры. Чем больше поперечных связей в таких полимерах (гуще «сетка»), тем выше их прочность и упругость, меньше текучесть и т.д. Преимущества пластмасс: 1. Низкая теплопроводность легких пористых пластмасс, приближающаяся к коэффициенту теплопроводности воздуха. 90 2. Высокая химическая стойкость пластмасс обусловливает их использование в качестве строительных материалов при сооружении предприятий химической промышленности, канализационных сетей, а также для изоляции емкостей при хранении агрессивных веществ. 3. Способность пластмасс окрашиваться в различные цвета органическими и неорганическими пигментами. Органические стекла отличаются высокой прозрачностью и бесцветностью, но могут быть легко окрашены в различные цвета. Они пропускают лучи света в широком диапазоне волн, в частности ультрафиолетовую часть спектра, причем в этом отношении превосходят в десятки раз обычные стекла. 4. Низкая степень истираемости пластмасс обуславливает их применение в качестве износостойких покрытий конструкций полов. 5. Технологичность пластмасс позволяет придавать им разнообразные самые сложные формы методами литья, прессования, экструзии, пилением, сверлением, фрезерованием, строганием, обточкой и др. Пластмассовые изделия можно: склеивать, как между собой, так и с другими материалами; сваривать изделия из термопластичных пластмасс (например, труб) в струе горячего воздуха или после контактного нагрева. Отходы пластмасс можно возвращать в производство для вторичного применения. Недостатки пластмасс: 1.Низкая теплостойкость – от 70 до 200°С. Это относится к большинству пластических масс, только некоторые типы пластиков, например кремнийорганические, политетрафторэтиленовые, могут работать при температурах до 350°С. 91 2. Малая поверхностная твердость. Для пластмасс с волокнистыми наполнителями она достигает 25 кГ/мм 2 , для полистирольных и акриловых пластиков – 15 кГ/мм 2 . Наиболее низкой твердостью отличаются целлюлозные пластики – 4…5 кГ/мм 2 . Этот показатель у стали – около 450. 3. Высокий коэффициент термического расширения. Он колеблется в пределах (25 – 120)*10 -6 , в то время как для стали он равен всего 10*10 -6 . Высокий коэффициент термического расширения пластмасс следует учитывать при проектировании строительных конструкций, особенно большеразмерных элементов, например стеновых панелей, теплоизоляции кровли. 4. Повышенная ползучесть пластмасс. 5. Горючесть пластмасс. 6. Токсичность пластмасс, которая в ряде случаев зависит не только от токсичности самих полимеров, но и токсичности таких компонентов пластмасс, как стабилизаторы, пластификаторы, красители. Это свойство особенно важно учитывать для тех пластмасс, которые применяют во внутренней отделке жилых помещений и в системах водоснабжения. 7. Старение пластмасс – необратимое изменение свойств полимеров вследствие химических превращений под действием света, кислорода, воздуха, переменных температур, влажности и т.п., при этом ухудшаются декоративные свойства (цвет, прозрачность), резко снижаются показатели физико- механических свойств, материал становится хрупким и может даже разрушиться. 92 10.2. Технология Пластмассы получают обычно из вяжущего вещества, наполнителя и специальных добавок – пластификатора, отвердителя, стабилизатора и красителя. Пластмассой называют также затвердевшую массу из одного полимера, например, оргстекло. Полимеры – вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из одного или нескольких многократно повторяющихся звеньев. Молекулярная масса полимеров обычно не менее 10000. Молекулярная масса низкомолекулярных соединений обычно не превышает 500. Вещества, имеющие промежуточные значения молекулярной массы, называют олигомерами. В состав их макромолекул входит более 1000 атомов. Эти вещества – обычно вязкие жидкости, способные к дальнейшим взаимодействиям. К ним относятся природные и искусственные смолы, используемые для производства пластмасс. Природные – целлюлоза, белки, натуральный каучук. Синтетические – полиэтилен, полиамиды, эпоксидные смолы, полипропилен. Исходными материалами для их получения являются природный газ и так называемый «попутный» газ, сопровождающий выходы нефти. В газообразных продуктах переработки нефти содержится этилен, пропилен и другие газы, перерабатываемые на предприятиях в полимеры. Сырьем для полимеров служит также каменноугольный деготь, получаемый при коксовании угля, содержащий фенол и другие компоненты. Вид связующего вещества в значительной мере определяет технические свойства изделий из пластмасс: их 93 теплостойкость, способность сопротивляться воздействию растворов кислот, щелочей и других агрессивных веществ, а также характеристики прочности и деформативности. Связующее вещество – это обычно самый дорогой компонент пластмассы. Наполнители представляют собой разнообразные неорганические и органические материалы. Наполнители улучшают ряд технологических и эксплуатационных свойств пластмасс, значительно уменьшают потребность в дорогом полимере и тем самым намного удешевляют изделия из пластмасс. Наполнители бывают порошкообразными, волокнистыми, листовыми и в виде газовых пузырьков. Порошкообразными наполнителями служат опилки, древесная и кварцевая мука, тальк и прочие материалы. Особенно высокие механические свойства придают пластмассам волокнистые (стекловолокно, асбест, хлопок, синтетические волокна) и листовые наполнители (бумага, фольга, ткани). Газовые пузырьки снижают плотность и теплопроводность пластмассы. Пластификаторы – это вещества, добавляемые для снижения вязкости сырьевой массы, повышения эластичности и уменьшения хрупкости затвердевшей пластмассы. Отвердители – вещества, являющиеся инициаторами реакции полимеризации, ускоряющие процесс отверждения пластмасс. Стабилизаторы способствуют сохранению структуры и свойств пластмасс во времени, предотвращая их раннее старение от воздействия солнечного света, кислорода воздуха, нагрева и других неблагоприятных влияний. 94 В качестве красителей пластмасс применяют, как органические (нигрозин, хризоидин и др.), так и минеральные пигменты – охру, мумие, сурик, ультрамарин, белила и др. Для производства пористых пластических масс в полимеры вводят специальные вещества – порообразователи (порофоры), обеспечивающие создание в материале пор. Ввиду высокой технологичности пластмасс формообразование изделий осуществляют различными способами. Наиболее широкое применение имеют: экструзия; в форме под давлением; каландрование; промазной способ и некоторые другие. Для интенсификации отверждения наряду с отвердителем используют тепловую и радиационную обработки. 10.3. Применение В современном строительстве пластмассы занимают своё специфическое место Это высококачественные отделочные материалы (декоративные плёнки, линолеум, бумажно-слоистые пластики), эффективные теплоизоляционные материалы (пено-, поро- и сотопласты), гидроизоляционные и герметизирующие материалы (плёнки, прокладки, мастики), погонажные изделия (поручни, плинтусы, раскладки), трубы, санитарно-технические изделия. Конструкционно-отделочные и отделочные материалы Полимерные материалы этой группы выпускают в виде крупноразмерных плит и листов, рулонных пленочных материалов, плиток, самоотверждающихся отделочных составов, а также погонажных изделий. Высокая заводская готовность полимерных отделочных материалов позволяет свести к минимуму долю отделочных работ, выполняемых на стройке, и получить значительный экономический эффект. 95 В качестве конструкционно-отделочных материалов применяют главным образом стеклопластики и древесностружечные плиты. Стеклопластики – листовой материал, получаемый пропиткой стеклянного волокна или стеклоткани термореактивными олигомерами с последующим их отверждением. Благодаря армирующему эффекту стеклянного волокна стеклопластики обладают очень высокой прочностью (предел прочности при изгибе – 200...500МПа и более при небольшой плотности – 1500...1700 кг/м 3 ). Для получения стеклопластиков обычно используют ненасыщенные полиэфиры, реже фенолформальдегидные или эпоксидные полимеры. Эти полимеры в отвержденном виде обладают высокой химической стойкостью. В зависимости от вида и расположения стеклянных волокон в материале различают три основные группы стеклопластиков: листовой (плоский и волнистый) – на основе рубленого стекловолокна; стеклотекстолит – на основе стеклоткани; листовой СВАМ (стекловолокнистый анизотропный материал), наполнителем которого является ориентированное стекловолокно в виде стеклошпона – тонких полотнищ однонаправленных стеклянных нитей, склеенных полимером. Плоские или волнистые листы стеклопластика, окрашенные в различные цвета, используют для декоративной наружной облицовки, устройства кровель, а также для внешних слоев трехслойных панелей с заполнением центральной части пено- или сотопластами. Многие полиэфирные стеклопластики 96 применяют для изготовления санитарно-технических изделий (ванны, раковины, трубы и др.) и защитных покровных элементов для трубопроводов, химических аппаратов и т.п. СВАМ вследствие его дороговизны в строительстве применяют редко. Из него изготовляют сильно нагруженные детали конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах. Древесностружечные плиты получают горячим прессованием древесной стружки, смоченной термореактивным полимерным связующим, чаще всего – мочевиноформальдегидным полимером. Размер плит – 350x175 см при толщине 1 ...2,5 см. Плиты в процессе производства могут быть облицованы декоративными пленками, пластиком или покрыты фанерой. Для конструкционно-отделочных целей используют плиты плотностью 600...800 кг/м 3 . Прочность таких плит при изгибе – 12...25 МПа. Древесностружечные плиты легко поддаются механической обработке, хорошо гвоздятся. Их применяют для устройства каркасных и щитовых стен, перегородок, встроенной мебели, а также для облицовки стен, потолков и особенно широко в мебельной промышленности. Древеснослоистые пластики – листовой материал, получаемый горячим прессованием древесного шпона, пропитанного термореактивными полимерами (главным образом фенолформальдегидами). Древеснослоистые пластики более прочный и водостойкий материал, чем древесностружечные плиты. Их целесообразно использовать для каркасных перегородок, клееных деревянных конструкций и других целей (например, изготовления особо точной опалубки для бетонных работ). 97 Бумажно-слоистый пластик – листовой отделочный материал, получаемый горячим прессованием бумаги, пропитанной термореактивными полимерами. Для получения одного листа декоративного бумажно-слоистого пластика используют 15...20 листов пропитанной фенол- формальдегидными полимерами крафт-бумаги, образующих основу пластика, и 1...3 листа кроющей декоративной бумаги, пропитанной прозрачными карбамидными полимерами. После прессования, во время которого происходит плавление и последующее необратимое отверждение полимеров, образуется монолитный лист толщиной 1...2 мм и размером до 300X 160 см. Поверхность бумажно-слоистого пластика может быть любого цвета, однотонной или с рисунком (под дерево, под ткань и т.п.). Бумажно-слоистый пластик обладает сравнительно большой для пластмасс поверхностной твердостью и термостойкостью (выдерживает нагрев до 120 °С). Основная область применения бумажно-слоистого пластика – мебель для кухонь, встроенная мебель и облицовка столярных изделий. Благодаря высокой твердости и износостойкости его применяют для облицовки стен помещений с большой интенсивностью эксплуатации (вестибюли, коридоры, аудитории), а благодаря водостойкости и гигиеничности – для отделки ванн, туалетов, лабораторий и т.п. Листовые и плиточные полимерные материалы на основе полистирола, поливинилхлорида (винипласт), полипропилена и других полимеров менее распространены в строительстве, чем декоративный бумажно-слоистый пластик. Это объясняется, в частности, тем, что эти материалы наряду с положительными 98 качествами (например, легкостью, декоративностью) не лишены существенных недостатков (малая поверхностная твердость, горючесть, в ряде случаев трудоемкость применения и др.). Наиболее широко применяют цветные декоративные плиты и листы из полистирола с пониженной горючестью и полиформальдегида. Эти листы изготовляют в виде, имитирующем деревянную облицовку из ценных пород дерева, при этом имитируется и цвет, и фактура дерева, а сложная резьба по дереву легко воспроизводится горячим прессованием, например декоративные панели «полиформ». Полистирольные плитки изготавливают из полистирола способом литья под давлением. Они водо- и паронепроницаемы, химически стойки, но горючи. Полистирольные плитки нельзя применять для облицовки стен, к которым примыкают отопительные и нагревательные приборы, в лестничных клетках, эвакуационных коридорах, для облицовки свариваемых конструкций и в детских учреждениях. Декоративные пленочные материалы – один из наиболее перспективных типов полимерных материалов для внутренней отделки. Различают отделочные пленки безосновные и на основе (бумажной, тканевой). Пленки без основы – тонкие полимерные (главным образом поливинилхлоридные) пленки, окрашенные по всей толщине и имеющие рисунок или тиснение с лицевой стороны. Рисунок, наносимый типографским способом, может имитировать древесину различных пород, ткани, керамическую плитку и т. п. Пленка выпускается в виде рулонов длиной 10...12 м при ширине 0,5...0,75 м. С тыльной стороны пленка может иметь 99 клеевой слой из так называемого «неумирающего» клея, прикрытый специальной легко снимающейся бумагой. Такие пленки сразу же после снятия защитной бумаги прикатываются к отделываемой поверхности. Пленки на основе представляют собой рулонные отделочные материалы, в которых цветная полимерная (обычно поливинилхлоридная) пленка сдублирована с бумажным или тканевым слоем (основа). Наиболее распространён материал «изоплен», получаемый нанесением цветной поливинилхлоридной пасты на бумажную основу, с последующим тиснением полимерного слоя. Толщина образующейся полимерной пленки – 0,1...0,5 мм. Такие пленки применяют для отделки стен, как и обычные обои, но с учетом их повышенной влагостойкости и прочности к механическим воздействиям. Влагостойкие (моющиеся) обои являются разновидностью рулонных отделочных материалов. Это обычные обои, лицевая сторона которых покрыта тонким слоем поливинилацетатной эмульсии. Такие обои можно протирать влажной тряпкой и периодически мыть теплой водой. Линкруст – рулонный отделочный материал, состоящий из бумажной подосновы, покрытой слоем пасты из глифталевого полимера или поливинилхлорида. Поверхность линкруста рифленая. После наклейки на стены линкруст можно окрашивать масляной или синтетической краской. Погонажные архитектурно-строительные изделия – длинномерные материалы разнообразных профилей: плинтусы, рейки, поручни для лестниц, раскладки для крепления листовых 100 материалов, нащельники и т.п. Использование полимерных погонажных изделий имеет большое значение для современного индустриального строительства. Это так называемая малая индустриализация. Например, поручни из пластифицированной поливинилхлоридной композиции поступают на стройку в виде бухт. Для укрепления на металлических перилах поручень достаточно нагреть в воде при 50...70 °С до размягчения и посадить на металлические перила. После остывания поручень плотно охватывает металлическую основу; никаких дополнительных операций (окраски, крепления) не требуется. Применение полимерных погонажных изделий экономит значительное количество древесины, так как большинство этих изделий раньше изготовляли из древесины, более 50 % которой из-за сложной конфигурации изделий превращалось в стружку. Материалы для полов Среди различных видов покрытий для полов полимерные материалы в наибольшей степени удовлетворяют всему комплексу требований к подобным покрытиям. Они износостойки, красивы, гигиеничны и технологичны – затраты времени и труда на устройство покрытия пола из полимерных материалов значительно (в 5...10 раз) ниже, чем из традиционных материалов (досок, паркета). Полимерные материалы для полов могут быть, как заводского изготовления – рулонные и плиточные, так и непосредственного изготовления на строительстве – мастичные бесшовные полы. В жилищном строительстве широкое распространение получили рулонные и плиточные материалы. Мастичные покрытия полов применяют обычно в условиях 101 сильных агрессивных воздействий (предприятия химической и пищевой промышленности, животноводческие помещения и т.п.) или интенсивного износа (магазины, металлообрабатывающие предприятия, спортивные залы и др.). Рулонные материалы для полов – это разнообразные виды линолеума (поливинилхлоридный, алкидный, коллоксилиновый). Впервые линолеум появился в конце XIX в. и представлял собой тогда джутовую ткань, покрытую слоем пластической массы на основе высыхающих растительных масел и пробковой муки. Отсюда пошло название линолеум (linum – лен, полотно и oleum – масло). В современном строительстве распространён поливинилхлоридный линолеум. Выпускают различные виды такого линолеума: безосновный (одно- и многослойный) и на тканевой и теплозвукоизоляционной подоснове (войлочной или пористой полимерной). Последний вид линолеума наиболее эффективен, так как позволяет производить настилку полов непосредственно на поверхность бетонного перекрытия без устройства специальных тепло- и звукоизоляционных прослоек. Многослойный линолеум отличается от однослойного тем, что нижний подстилающий его слой содержит большое количество наполнителя, а в верхнем – преобладает поливинилхлорид, что придает ему большую износостойкость; при этом общий расход полимера снижается. Линолеум выпускают в виде рулонов шириной 120...600 см. Толщина различных видов линолеума находится в пределах 1.2...6 мм. 102 К основанию пола линолеум крепится с помощью специальных приклеивающих мастик. От правильности настилки линолеума во многом зависит его долговечность. Это положение относится и ко всем остальным полимерным материалам – только при строгом соблюдении правил монтажа и эксплуатации пластмассы в полной мере проявляют свои положительные свойства. Алкидный (глифталевый) линолеум получают нанесением на джутовую ткань смеси из алкидного полимера, модифицированного растительными маслами, и наполнителей (древесной и пробковой муки). Это самый старый вид линолеума, производимый по сложной технологии и требующий использования пищевого сырья. Однако по своим физико- механическим показателям алкидный линолеум несколько выше поливинилхлоридного. Основная область применения алкидного линолеума – транспорт (полы вагонов, кают теплоходов и т.п.). Коллоксилиновый (нитроцеллюлозный) линолеум – безосновный однослойный материал, преимущественно красноватых и коричневых тонов, связующим в котором является нитроцеллюлоза (коллоксилин); для снижения горючести и дымообразования в него вводят много минеральных наполнителей. В настоящее время этот вид линолеума применяется ограниченно. Релин (резиновый линолеум) – двухслойный материал, лицевой слой которого изготовлен из цветной резины на синтетических каучуках, а нижний – обычно из бывшей в употреблении резины с добавкой битума и небольших 103 количеств синтетических каучуков. Часто нижний слой делают пористым. Релин применяют для покрытия полов промышленных зданий, в помещениях с повышенной влажностью или высокими гигиеническими требованиями (кухни, санитарно-технические узлы, раздевалки и т.п.). Ковровые синтетические материалы для пола имеют основу из полиуретана (или другого полимера), а для верха ковра применяют синтетические волокна, из которых изготовляют тканые и нетканые покрытия. Например, ворсолин состоит из двух слоев: основой его служит поливинилхлоридная пленка, а покрытие выполнено из ворсовой пряжи. Наряду с рулонными материалами для устройства полов применяют плитки форматом 300х300 мм или других размеров, толщиной 2...5 мм. Плитки по своим свойствам близки к линолеумам. Формы и цвета плиток дает возможность создавать разнообразные рисунки пола. Монолитные покрытия полов (жидкий линолеум) представляют собой мастичные составы на основе полимеров. В мастичные составы входят жидкий полимер, наполнители и пигменты. Составы, имеющие консистенцию сметаны, наносят на сплошное основание пола слоем 0,5...1,0 см. После затвердевания в течение 1...3 суток образуется сплошное бесшовное покрытие пола. Такие полы отличаются достаточной химической стойкостью, износостойкостью и хорошим сопротивлением ударным нагрузкам. В зависимости от вида полимерного компонента различают составы на водных дисперсиях полимеров (например, на поливинилацетатной эмульсии) и на жидких термореактивных олигомерах |