Тема 10. Материалы на основе полимеров (6 часов)

Тема 10. Материалы на основе полимеров (6 часов) 1. Общие сведения о природных и синтетических высокомолекулярных веществах, применяемых для производства строительных материалов. 2. Функция синтетических смол, наполнителей и других материалов, применяемых для производства строительных пластмасс. 3. Номенклатура строительных пластмасс. 4. Свойства полимерных строительных материалов и изделий. 5. Основы технологии производства строительных материалов и изделий. 6. Применение и технико-экономические показатели полимерных строительных материалов и изделий в современной архитектурно-строительной практике.

Пластическая масса (пластмасса) – это материал, представляющий собой композицию полимера с различными добавками, которая при формовании изделий находится в вязко-текучем или вязко-эластическом состоянии, а при эксплуатации - в стеклообразном или кристаллическом состоянии. Строение молекул полимеров Состав компонентов пластмасс Полимеры - вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из одного или нескольких многократно повторяющихся звеньев. Молекулярная масса полимеров обычно не менее 10 000. В состав их макромолекул входит более 1000 атомов. Природные - целлюлоза, белки, натуральный каучук. Синтетические - полиэтилен, полиамиды, эпоксидные смолы, полипропилен. а – линейной формы, б – разветвлённой структуры с боковыми отростками, в – разветвлённой структуры с привитыми сополимерами, г – сетчатой структуры

Методы получения полимеров Реакция полимеризации. Простейшим примером полимеризации является реакция образования полиэтилена (—СН 2— — СН 2—) n из мономера — этилена СН 2 = СН 2: …СН 2 = СН 2 +. . . ->. . . — СН 2— СН 2 —. . . Поликонденсация — это реакция образования высокомолекулярных соединений поликонденсатов, и образования побочного низкомолекулярного продукта – воды, или спирта, или углекислого газа. Поликонденсаты обычно имеют короткие цепи и меньшую молекулярную массу, чем полимеризационные полимеры.

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) - 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 значительнее их прочность, меньше текучесть, выше упругость и т. д.

Наполнители вводят для улучшения ряда свойств и снижения стоимости пластмассы. Наполнители бывают органические и минеральные . Порошкообразные, волокнистые, листовые и газовые пузырьки. 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. Для повышения пластичности полимеров, их гибкости, растяжимости и улучшения условий переработки в пластмассы вводят добавки- пластификаторы. Для замедления и предотвращения процессов старения полимеров вводят добавки-стабилизаторы.

Достоинства пластмасс Малая средняя плотность различных широко применяемых пластиков, в том числе пористых поропластов, колеблется от 1 до 2200 кг/м 3. Высокие прочностные характеристики пластмасс особенно с листообразными наполнителями. Например, у стеклотекстолита предел прочности при растяжении достигает 2800 к. Г/см 2, у дельта-древесины— 3500 к. Г/см 2 и у стекловолокнистого анизотропного материала (СВАМ) — 4600 к. Г/см 2 (сталь марки Ст. З 3800— 4500 к. Г/см 2). Высокий коэффициент конструктивного качества СВАМ — 2, 2 и , дельта-древесины — 2, 5 в сравнении кирпичной кладкой 0, 02 (самый низкий из всех строительных материалов), бетона обыкновенного марки 150— 0, 06, стали марки Ст. З— 0, 5, сосны — 0, 7, дюралюминия— 1, 6.

Низкая теплопроводность легких пористых пластмасс, приближающаяся к коэффициенту теплопроводности воздуха. 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. Ценным свойством пластмасс является их способность 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.

Низкая степень истираемости пластмасс, обуславливает их применение в качестве износостойких покрытий конструкций полов. Технологичность пластмасс - возможность придавать им разнообразные самые сложные формы методами литья, прессования, экструзии, обработкой пилением, сверлением, фрезерованием, строганием, обточкой и др. ; склеивание пластмассовых изделий как между собой, так и с другими материалами; свариваемость материалов из пластмасс (например, труб) в струе горячего воздуха или после контактного нагрева. Образующиеся отходы возвращаются в производство.

Недостатки пластмасс Низкий потолок теплостойкости 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. Малая поверхностная твердость. Для пластмасс с волокнистыми наполнителями она достигает 25, для полистирольных и акриловых пластиков— 15 к. Г/мм 2. Наиболее низкой твердостью отличаются целлюлозные пластики— 4 -5 к. Г/мм 2. Этот показатель у стали около 450. 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.

Повышенная ползучесть пластмасс. Горючесть пластмасс. 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. 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 разрушится.

Макроструктура пористых полимерных материалов

Изготовление линолеума

Схема производства линолеума

Рекомендуемая литература Айрапетов Д. П. Архитектурное материаловедение: Учебник для вузов. – М. ; Стройиздат, 1983 Глава 11 Байер В. Е. Архитектурное материаловедение: Учебник для вузов. – М. ; «Архитектура-С» , 2006 Глава 9