СМ Черных. Тема 1 Материалы из стеклянных и других минеральных расплавов Определение, краткие исторические сведения

• Название: Тема 1 Материалы из стеклянных и других минеральных расплавов Определение, краткие исторические сведения
• Анкор: СМ Черных.doc
• Дата: 19.08.2018
• Размер: 3.77 Mb.
• Имя файла: СМ Черных.doc
• Тип: Документы; #23204
• страница: 18 из 19

Применение пластмасс в строительстве целесообразно и экономи­чески оправдано в таких вариантах, когда при небольшом расходе по­лимера на единицу продукции (м² или м³) достигается определенный технико-экономический эффект. Это, например, декоративные и гидроизоляционные полимерные пленки, листовые облицовочные материалы, покрытия полов, лаки, краски, клеи и мастики, трубы и другие погонажные изделия, санитарно-технические изделия, а так­же ультралегкие теплоизоляционные газонаполненные пластмассы (пено- и поропласты).

Состав пластмасс. Основные компоненты пластмасс: полимер, наполнитель, пластификатор, краситель и специальные добавки.

Полимер выполняет роль связующего и определяет основные свойства пластмассы.

Наполнитель уменьшает расход полимера и также придает пласт­массе определенные свойства. По виду и структуре наполнители мо­гут быть порошкообразные (мел, тальк, древесная мука), грубодиспер-сные (стружка, песок, щебень), волокнистые (стекловолокно, цел­люлозные волокна и т. п.), листовые (бумага, древесный шпон и т. п.). Волокнистые и листовые наполнители создают армирующий эффект, существенно повышая прочность и модуль упругости пласт­масс. Так, стеклопластики, углепластики, бумажно-слоистые пла­стики очень прочные и легкие конструкционные материалы.

Пластмассы могут быть наполнены (до 90.. .95 % по объему) возду­хом. Такие материалы, называемые пенопластами, обладают очень высокими теплоизоляционными свойствами.

Пластификаторы — вещества, повышающие эластичность пла­стмасс. Например, жесткий поливинилхлорид в линолеуме пласти­фицирован слаболетучими вязкими жидкостями (диоктилфталатом, трикрезилфосфатом и др.). Они, проникая между молекулами поли­мера, повышают их подвижность. Это делает материал пластичным. Пластификаторы также облегчают переработку пластмасс, снижая температуру перехода в вязкопластичное состояние.

Пигменты, применяемые в пластмассах, могут быть как мине­ральные, так и органические. Чтобы пластмасса длительно сохраняла цвет, от пигментов требуется в основном светостойкость, так как по­лимеры, будучи сами химически инертными, защищают пигменты от других агрессивных воздействий.

Стабилизаторы и антиоксиданты — необходимый компонент многих пластмасс, так как полимеры под действием солнечного света и кислорода воздуха стареют (происходит деструкция полимера и окислительная полимеризация), что приводит к потере эксплуатаци­онных свойств и разрушению пластмасс.

Отвердители и вулканизаторы используются в тех случаях, когда необходимо произвести отверждение жидких олигомеров (например, отверждение эпоксидной смолы аминными отвердителями) или сшивку макромолекул термореактивного полимера (например, вул­канизация каучука серой, отверждение фенолформальдегидных смол уротропином). В любом случае происходит укрупнение молекул ис­ходных продуктов с образованием пространственных сеток с помо­щью низкомолекулярных веществ. В ряде случаев отвердителями могут служить кислород или влага, содержащиеся в воздухе.

Пластмассы и экология. Широкое использование в нашей жизни пластмасс породило новую экологическую проблему. Полимеры и материалы на их основе (при условии правильного проведенного синтеза и переработки) в большинстве своем биологически инертны (безвредны). Поэтому может показаться, что пластмассы — экологи­чески чистые материалы. В действительности это далеко не так:

• производство полимеров и материалов на их основе связано со сложными и энергоемкими процессами, сопровождающимися вред­ными выбросами в атмосферу;

• отслужившие свой век полимерные материалы не вписываются в природный цикл (не гниют и не разлагаются под действием природ­ных факторов), поэтому количество отслуживших свое пластмасс по­стоянно увеличивается;

• при сжигании полимеры разлагаются с выделением токсичных низкомолекулярных продуктов.

Пластмассы на основе термопластичных полимеров могут ис­пользоваться вторично, но это не решает полностью проблемы их утилизации. Один из вариантов решения этой проблемы — получе­ние биологически разлагаемых полимеров, разработке которых в на­стоящее время уделяется серьезное внимание.

9.8. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПЛАСТМАСС

Полимерные материалы, как уже говорилось, отличаются техно­логичностью. Они могут перерабатываться в изделия самыми разно­образными методами. При этом параметры переработки (температура и давление) значительно ниже, чем при переработке таких материа­лов, как металлы, стекло и керамика. Способ обработки и ее режим определяются видом полимера и типом получаемого изделия.

Общая схема производства пластмасс включает традиционные процессы — дозировку и приготовление полимерной композиции, формование изделий и стабилизация их формы и физико-механиче­ских свойств.

Приготовление композиции производят на смесителях различных систем. Для перемешивания сухих композиций обычно используют турбулентные и шнековые смесители. Специфическим широко ис­пользуемым способом приготовления полимерных композиций яв­ляется вальцевание.

Вальцевание — операция, при которой масса перетирается в зазо­ре между обогреваемыми валками, вращающимися в противополож­ные стороны. Вальцевание позволяет равномерно переме­шать компоненты смеси. При многократном пропускании массы че­рез валки полимер в результате термомеханических воздействий переходит в пластично-вязкое состояние. Этот процесс называют пластикацией.

Экструдирование — перемешивание массы в обогреваемом шне-ковом прессе (экструдере) с последующим продавливанием массы сквозь решетку для формования полуфабриката в виде гранул (такой экструдер называется гранулятором).

Формование изделий. Выбор метода формования зависит в основ­ном от вида получаемой продукции. Так, листовые материалы фор­муются обычно на каландрах, трубы и погонажные профильные изделия экструдируют, штучные изделия в основном формуют лить­ем под давлением.

Каландрирование — процесс формования полотна заданной тол­щины и ширины из пластичной смеси (приготовленной, например, на вальцах) путем однократного пропускания между обогреваемыми полированными валками с последовательно уменьшающимся за­зором. Каландрированием производят полимерные пленки. В частности, большую часть линолеума изготовляют вальцево-каландровым способом. Многослойный линолеум получают горя­чим дублированием заранее отформованных на каландрах пленок:

защитной, декоративной и подкладочной (несущей) .

Экструзия — процесс получения профилированных изделий спо­собом непрерывного выдавливания размягченной массы через фор-мообразующее отверстие (мундштук). Экструзией производят трубы (рис. 9.1) и погонажные изделия (плинтусы, раскладки, «сайдинг», оконные профили и т. п.). Выпускают специальные экструдеры для формования линолеума (в том числе и двухслойного). На экструдерах формуют полимерные пленки в виде бесшовного рукава. Для этого формуется труба, внутрь которой подается воздух, раздувающий ее в тонкую пленку.

Литьем под давлением с помощью литьевых машин полу­чают небольшие изделия сложной конфигурации из смесей на основе термопластичных полимеров (например, изделия для санитарно-технических устройств, вентиляционные решетки, мелкие плитки и т. п.). Гранулированный полуфабрикат нагревается до вязко текучего состо­яния в цилиндре литьевой машины и плунжером впрыскивается в разъемную форму , охлаждаемую водой.

Горячее прессование используют в основном для формования изде­лий из термореактивных полимеров. Так, в частности, получают лис­товые материалы: бумажно-слоистый и деревослоистый пластик, сверхтвердые древесно-волокнистые и древесно-стружечные плиты. Для листовых материалов используют многоэтажные прессы с масля­ным или паровым обогревом плит (t= 120...150 °С). На таких прессах формуют одновременно 5... 15 листов. В начале прессования полимер расплавляется, связывая все компоненты, а затем необратимо отверждается, фиксируя заданную форму изделия.



Рис. 9.1 Схема работы экструдера при производстве труб:

/ — загрузочный бункер; 2 — шнек; 3 — формующая головка; 4 — калибрующая насадка; 5 — тя­нущее устройство; 6 — пустообразователь «дорн»

Горячим прессованием можно получать пенопласты с помощью веществ — газообразователей, разлагающихся с выделением газа при нагревании, т. е. в тот момент, когда полимер приобретает вязкопла-стичную консистенцию. Для формования плиты используют экстру-деры Вспенивание происходит при выходе расплава из формующей головки. Такой экструдированный пенопласт имеет замкнутую пористость и плотную корочку на поверхности (фирмен­ные названия: стиродур, пеноплекс).

Полистирольный пенопласт получают и более простым методом из гранул полистирола, содержащих легкокипящую жидкость — изо-пентан (t кип = 28 °С). Небольшое количество гранул помещают в замкнутую форму, которую опускают в горячую (85...95 °С) воду. Ко­гда полистирол размягчается, изопентан вскипает и вспучивает гра­нулы в 10...20 раз. В результате гранулы занимают весь объем формы и, слипаясь друг с другом, образуют плиту или другое изделие. Такой пенополистирол называют ПСБ (беспрессовый).

Кроме перечисленных способов получения изделий из пластмасс используются еще много других методов: промазывание и пропитка основ; напыление пластмасс, сварка и склеивание.

9.9. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПЛАСТМАСС

Как уже отмечалось, технически и экономически выгодно приме­нение пластмассв строительстве в виде пленочных и листовых отде­лочных

материалов, труб и других погонажных изделий, ультралегких газонаполненных пластмасс, а также клеев, мастик и других вспомо­гательных материалов. Большая доля полимерных материалов строи­тельного назначения — материалы для полов.

Материалы для полов могут быть в виде рулонных покрытий — линолеумов и ворсовых (ковровых) покрытий, плиток и жидковязких составов, используемых для получения бесшовных покрытий пола.

Рулонные материалы. Линолеум (от лат. linum — лен, ткань и oleum — масло) впервые появился во второй половине XIX в. Он представлял собой грубую ткань, покрытую слоем пластической мас­сы на основе высыхающих растительных масел (например, льняного) и пробковой муки. Эти материалы получили название «линолеум». Подобный линолеум под названием глифталевый выпускался вплоть до середины XX в., когда он уступил место поливинилхлоридному. За глифталевым линолеумом сохранилось название «натуральный ли­нолеум», хотя в его основе лежит полимер, получаемый из фталевого ангидрида и глицерина, правда, модифицированный растительным маслом.

В настоящее время в основном производят линолеум на основе поливинилхлорида ПВХ (т. е. ничего общего не имеющий с натураль­ным линолеумом). Выпускают несколько разновидностей ПВХ-линолеума. Наиболее полно отвечает требованиям и строителей, и потребителей ПВХ-линолеум на теплозвукоизоляционной основе . Такой линолеум позволяет настилать полы непосредст­венно по стяжке без устройства специальных тепло- и звукоизоляци­онных прослоек. Линолеумные полы удобны в эксплуатации (легко моются и не требуют специального ухода) и декоративны. Однако они не рассчитаны на эксплуатацию в помещениях с интенсивным людским потоком. Для таких условий выпускается специальный ли­нолеум с повышенной износостойкостью.

К основанию пола линолеум крепят на специальных мастиках. От правильности настилки во многом зависит его долговечность. Это от­носится и ко всем остальным полимерным материалам.

Только при строгом соблюдении правил монтажа и эксплуа­тации пластмассы в полной мере проявляют свои положитель­ные свойства.

При массовом строительстве типовых зданий наиболее эффек­тивный метод применения линолеума — изготовление на заводе по­лотнищ размером «на комнату» (с помощью сварки).

К рулонным материалам для полов, кроме линолеума, относят ворсовые (ковровые) покрытия, обладающие высокими тепло- и звуко­изоляционными свойствами, но уход за ними достаточно труден. На­стилка таких полов целесообразна в гостиницах, офисах и других помещениях с малой интенсивностью движения и отсутствием за­грязнений.

Плиточные материалы для полов размером от 30 х 30 до 50 х 50 см могут быть получены как из ПВХ-материалов, так и на базе ворсовых покрытий. Из плиток можно составлять декоративные покрытия, ко­торые можно ремонтировать, заменяя отдельные вышедшие из строя плитки. Слабым местом таких полов являются стыки.

В конце XX в. появился новый вид плиточных покрытий — лами-нат — крупноразмерные плитки из твердой древесно-волокнистой плиты, имеющие с лицевой стороны декоративное полимерное по­крытие (например, имитирующее паркет) с высокой износостойко-стью. Ламинатные покрытия полов легко собираются и разбираются благодаря .специальным «замковым» сочленениям.

Бесшовные мастичные полы получают из сырьевых смесей на ос­нове жидковязких олигомеров. Составы, содержащие, кроме того, наполнители и пигменты, наносятся на подготовленное основание пола слоем требуемой толщины (2...10 мм). Через 1...2 сут образуется

ровное износостойкое и не имеющее швов покрытие пола. Такие по­крытия отличаются водостойкостью, химической стойкостью, изно-состойкостью и хорошим сопротивлением ударным нагрузкам.

В зависимости от вида полимерного компонента различают со­ставы на жидких каучукоподобных олигомерах, образующих эластич­ное покрытие, и термореактивных смолах (например, эпоксидных), образующих твердые покрытия. Бесшовные полы целесообразны, на- ;

пример, для цехов предприятий пищевой промышленности, спор­тивных залов, коридоров в школах и т. п.

Отделочные материалы на основе пластмасс могут быть листовы­ми, пленочными, погонажными и окрасочными (последние рассмот­рены в гл. 18).

Бумажно-слоистый пластик — листовой материал размером до 3000 х 1600 мм при толщине 0,5...3 мм, получаемый горячим прессо­ванием 5... 15 слоев бумаги, пропитанной термореактивными полиме­рами: лицевые слои — прозрачным меламиноформальдегидным поли­мером, а внутренние — фенолформальдегидным. Для верхнего лице­вого слоя используется цветная бумага с рисунком (поддерево, ткань и т. п.), покрытая сверху прозрачной защитной бумагой, также имею­щей пропитку. Пластик подвергают горячему прессованию при 140...150 °С.

Бумажно-слоистый пластик обладает высокой для пластмасс по­верхностной твердостью, износо- и теплостойкостью. В основном его применяют для облицовки мебели для кухонь, встроенной мебели и столярных строительных изделий (двери и т. п.); для отделки стен на высоту 1...1,5 м помещений с большой интенсивностью эксплуата­ции (вестибюли, коридоры), а также, благодаря высокой водостойко­сти и гигиеничности, помещений ванных, лабораторий, железнодо­рожных вагонов и т. п.

Декоративные пленочные материалы — один из наиболее перс- tпективных видов пластмасс для внутренней отделки. Различают отде­лочные пленки безосновные и с подосновой (бумажной, тканевой).

Безосновные пленочные материалы — тонкие полимерные (глав­ным образом поливинилхлоридные) пленки, окрашенные по всей толщине и имеющие с лицевой стороны рисунок или тиснение, кото­рые имитируют древесину, ткань, керамическую плитку и т. п. Пленку выпускают в рулонах длиной 150 м, шириной 1500...1600 мм. С тыльной стороны пленка может иметь слой из так называемого «неумира­ющего» клея, прикрытый специальной защитной бумагой. Такая пленка выпускается меньшей ширины (500 мм) и в рулонах длиной 15 м. Безосновные пленки используют для отделки древесины, дре- , весно-волокнистых плит, асбестоцементных листов и др.

Пленки на основе — рулонный отделочный материал, в котором цветная, обычно поливинилхлоридная, пленка сдублирована с бу­мажной или тканевой подосновой. Примером такого материала могут служить моющиеся обои, представляющие собой тонкую полимер­ную пленку, сформированную тем или иным способом (напылением, намазкой, дублированием) на поверхности бумажной подосновы. Та­кие материалы применяют для отделки стен, как и обычные обои, но там, где будет полезна их повышенная влагостойкость и износостой-кость (например, для кухонь, прихожих, коридоров в больницах).

Пленки для натяжных потолков — новый вариант пленочного от­делочного материала. Такие пленки имеют высокую упругость и прочность и могут быть окрашены в любые цвета. Их с большим уси­лием натягивают и закрепляют на арматуре, установленной на стене. При этом образуется подвесной декоративный потолок, за которым на перекрытии проходят всевозможные коммуникации (электропро­водка, вентиляции и т. п.). Применяют натяжные потолки в магази­нах, кафе, офисах и т. п.

Облицовочные листы и рейки (сайдинг) имитируют традиционные виды облицовки стен зданий — дерево, кирпич, природный камень. Наибольшее распространение для облицовки индивидуальных до­мов, торговых павильонов и других сооружений подобного типа при­обрели материалы, имитирующие облицовочную доску «вагонку», — пластмассовые_рейки под названием «сайдинг». Они имеют текстуру древесины и могут быть окрашены в любые цвета. Рейки сайдинга легко соединяются друг с другом. Получают рейки либо экструзией из ПВХ-композиций, либо нанесением полимерных пленок на метал­лическую (алюминиевую) основу.

Листовые полимерные облицовочные материалы, имитирующие, например, кирпичную кладку, кладку из природного камня, изготав­ливают из композиций на основе термопластов. Необходимая тексту­ра образуется путем горячего прессования листов-полуфабрикатов, которые могут быть окрашены как в массе, так и по поверхности.

Погонажные изделия — длинномерные изделия разнообразных профилей: плинтусы, рейки, поручни для лестниц, раскладки для крепления листовых материалов, нащельники, короба для электро­проводки (рис. 15.6). Получают погонажные изделия главным обра­зом из поливинилхлоридных композиций методом экструзии.

Использование полимерных погонажных изделий — одна из сто­рон малой индустриализации строительства. Например, применение пластмассовых поручней из пластифицированного ПВХ существенно ускоряет отделку лестниц. Поручни, по­ступающие на стройку в виде бухт, нагрева­ют в воде до 60...70 °С. В размягченном ви­де они легко надеваются на металлические перила, а после остывания плотно охваты­вают их.