Виды пластмасс

Лекция 4.

Синтетические конструкционные материалы (пластмассы)

Как строительный конструкционный материал пластмассы используются с середины 50-х годов.

Основные виды конструкций с применением пластмасс:

- двух- и трехслойные панели типа «сэндвич» несущих и ограждающих конструкций кровли и стен;

- одно- и двухслойные светопроницаемые конструкции световых фонарей и вертикальных ограждений;

- погонажные элементы из стеклопластика (профили, трубы) для стержневых и решетчатых несущих конструкций;

- пространственные конструкции типа оболочек, сборных или выполняемых на месте.

По реакции на повышение температуры различают термопластические пластмассы – термопласты и термореактивные пластмассы – реактопласты.

Термопласты – при каждом нагревании размягчаются до пластического состояния, при охлаждении снова отвердевают без изменения свойств, т.е. поддаются многократной переработке. Это пластмассы на основе полиэтилена, поливинилхлорида, полистирола, полиуретана, метилметакрилата, полиамидных и акриловых смол.

Реактопласты переходят из вязкопластического состояния в твердое неплавкое и нерастворимое состояние только один раз в процессе изготовления. Это пластмассы на основе фенолформальдегидных, полиэфирных, резорциновых, алкидных, меламиновых и др. синтетических смол, которые не изменяют своего состояния при повышении температуры. Их применяют при изготовлении стеклопластиков, пенопластов, клеев.

Основные синтетические конструкционные материалы (полимерные материалы)

Стеклопластики – композиционный конструкционный материал из связующего и наполнителя (стекловолокна).

Связующее – термореактивные смолы с добавками для улучшения технологических и эксплуатационных свойств. Стекловолокно в виде нитей, жгутов или тканей является арматурой и обеспечивает прочность и жесткость; полимерное связующее обеспечивает монолитность, формуемость и защищает стекловолокно от внешних воздействий.

Стекловолокно получают путем пропуска через фильеры (фильеры - специальные высокопрочные формы через которые продавливают различные пластические вещества, как то: пластмассы, стекло и др.; основное требование к фильерам — это низкая химическая активность и истираемость, в противном случае происходит быстрый износ, ведущий к изменению формы отверстий в фильере; фильеры обычно изготавливаются из благородных металлов и из стали покрытой благородными металлами) или распыления расплавленного стекла. В первом случае получается непрерывная первичная нить, во втором – штапельное волокно длиной нити 5…50 мм. Волокна Æ 6…20 мкм в 20-40 раз прочнее массивного стекла. Стекловолокно как армирующий материал – в виде тканей различного переплетения, стекломатов, ровницы.

Пресс-материал – одно- или двухнаправленная композиция из уложенного параллельно или перпендикулярно друг другу стекловолокнистого наполнителя, на который предварительно наносится полимерное связующее. Это полуфабрикат в виде шпона, лент, листов, перерабатываемый в изделия – плоские и волнистые листы, профили и погонажные полуфабрикаты.

Физико-механические свойства стеклопластика зависят от состава (вида связующего, вида и процентного содержания стекловолокнистого наполнителя), строения (направления волокон), определяющего степень анизотропии свойств. Это биостойкие и корозионностойкие материлы с низкой теплопроводностью (0,12…0,023 Вт/(м·°С)) и коэффициентом линейного расширения ((10,0…25)·10^-6) близким к легким металлам.

Главное достоинство – некоторые светопрозрачны, светопропускание до 90% на толщину 1,5 мм, в т.ч. 30% ультрафиолетовых лучей (для обычного стекла – 0,5%).

Стеклопластиковые профилированные листы – композитные материал, состоящий из отвержденной полиэфирной смолы, армированной рубленым рассыпающимся стекловолокном. Выпускаются в виде синусоидальных (мелких и крупных) или трапециевидных листов. Листы могут иметь различный цвет, быть прозрачными, непрозрачными и прозрачными цветными.

В современных условиях выпускаются листы толщиной 0,8; 1,0; 1,2; 1,5мм. Для потребительского рынка размеры листов составляют 0,9…1,1 x 2…3м. Возможная длина – до 12м, ширина – до 2,3м.

Органическое стекло (полиметилакрилат (акрил) – один из первых полимерных материалов, альтернативных стеклу, изобретенное в Германии в 1933 году. Получают полимеризацией метилметакрилата без введения наполнителей. Отличается высокой способностью пропускать видимые (до 90%), ультрафиолетовые (до 73%) лучи дневного света, высокой прочностью и ударной вязкостью, медленным старением (наиболее долговечно).

Это термопласт – хорошо формуется (в изделия любой формы), сваривается, склеивает и легко обрабатывается.

Недостаток – малая теплостойкость. Применяется для светопрозрачных стеновых и кровельных ограждений, в т.ч. криволинейных – своды, купола, фонари.

Акрил – абсолютно бесцветный материал, который способен выдерживать большие механические нагрузки, легок в обработке и замечательно поддается горячему формованию, имеет высокий уровень пропускания ультрафиолетовых лучей.

Органическое (акриловое) стекло выпускается толщиной от 2 до 50 мм с максимальными размерами 2x3м. Кроме монолитных листов на современном этапе применяют структурированные листы, в поперечном сечении представляющие собой ряд каналов, наполненных воздухом, разделенных тонкими перегородками. В таком решении имеется сразу несколько достоинств: листы стали заметно легче, значительно улучшились теплотехнические характеристики, поперечные перегородки одновременно исполняют роль продольных ребер жесткости – достигается высокий коэффициент относительной прочности материала.

Пенопласты – полимеры со структурой в виде системы изолированных или сообщающихся между собой ячеек, заполненных газом. Характеризуются малой плотностью – 10…200 кг/м³, низкая теплопроводность и малая прочность по сравнению с другими пластмассами. Используются как средний (несущий и термоизоляционный (утепляющий)) слой трехслойных панелей.

Поликарбонат – полимер, свойства и стабильность которого позволяют отнести его к пластмассам высокого класса. Его физико-механические свойства остаются неизменными в гораздо более широком, чем у акрила, диапазоне температур (от -45ºС до +120ºС), а ударная стойкость поликарбоната выше, чем стекла, в сто раз и более и почти в десять раз, чем акрила.

В современной строительной практике поликарбонат применяется в двух видах – в виде монолитных (сплошных) и структурированных листов различной толщины.

Монолитный поликарбонат редко используется в плоских ограждениях (очень дорог для этого), но является превосходным материалом, из которого путем горячего формования получают элементы криволинейной формы. Это различные купола с круглым, квадратным или прямоугольным планом, отдельные секции куполов, достигающие 8…10м в диаметре (легко транспортируемые и собираемые).

Современные технологии позволяют изготавливать изделия из сплошного поликарбоната с ребрами жесткости, что делает их пригодными для самонесущих элементов покрытий. В этом случае необходимость в применении металлического каркаса отпадает.

Структурированные (сотовые, ячеистые) листы – наиболее распространенный вид поликарбоната, применяемый в строительстве сегодня; в основно, используется в наклонных, арочных и купольных покрытиях – крышах, навесах, фонарях и т.д.

Структурированные поликарбонатные листы производятся методом экструзии, при этом происходит плавление гранул и выдавливание полученной массы через особое устройство, форма которого определяет поперечное строение листа.

Экструзия полимеров – способ изготовления профилированных изделий большой длины из пластмасс и резин, который заключается в непрерывном выдавливании размягченного материала через отверстия определенного сечения. Осуществляется в экструдерах, чаще всего шнековых.

За треть века своего развития промышленность по выпуску поликарбонатных листов выработала ряд параметров, в том числе толщину листов (4; 6; 8; 10; 16; 25; 32мм). Ширина, преимущественно, составляет 1,2 и 2,1м; длина – 3; 4; 6 и 12м.

Цвет материала – прозрачный (бесцветный), опал (молочный), бронзовый, серый, бирюзовый, синий.

К основным достоинствам структурированных поликарбонатных листов относятся:

- малый вес (1,5…3,5 кг/м²), что позволяет проектировать легкие конструкции с большими формообразующими возможностями;

- высокие теплоизоляционные свойства;

- высокая ударная прочность;

- высокая несущая способность (до 250 кг/м² при шаге обрешетки 1…2м);

- прозрачность;

- гибкость, позволяющая легко изготавливать арочные покрытия;

- высокая химическая стойкость.

У поликарбонатов есть и недостатки, которые необходимо принимать во внимание при его использовании. Как любой пластический материал, он подвержен температурному расширению в большей степени, чем материалы конструкций, в которых он применяется. Это свойство требует особого технического решения при проектировании – для обеспечения компенсации линейного расширения листы должны закрепляться в переплетах конструкций «плавающим» способом.

Поликарбонатные листы, очевидно, не являются универсальными заменителями стекла или стеклопакетов в любых конструкциях, но, будучи грамотно примененными, способны помочь проектировщикам в разработке разнообразных проектов зданий.

Полимерные пленки и ткани из синтетического волокна относятся к материалам, обязанным масштабами своего внедрения в строительство новым пространственным конструкциям – мягким оболочкам. Основные предъявляемые к ним требования сводятся к двум главным – прочность и водо- (часто воздухо-) непроницаемость.

Этим требованиям удовлетворяют два вида материалов – армированные пленки и ткани с покрытиями, состоящие из силовой основы и полимерного покрытия.

Силовая основа – сетка или ткань из полиэфирного или полиамидного волокна;

покрытие – привариваемая (приклеиваемая) пленка или пастообразные полимеры (поливинилхлорид, полиэтилен, синтетический каучук), наносимые на ткань специальными машинами.

Листовой профилированный ПВХ-пластик успешно можно применять для строительства легких светопроницаемых навесов и кровель рынков, ангаров, складов, автостоянок, спортивных сооружений и других объектов. Листы выпускаются толщиной 0,8мм с размерами 1x6м трапециевидного (высота 18мм) и волнистого (35мм) сечений. Листы выпускаются прозрачными, молочными, серыми, голубыми, зелеными, красными.

ПВХ-пластик имеет следующие свойства:

- высокую прочность и долговечность;

- стойкость к УФ-излучению;

- легкость (1,3 кг/м²);

- простоту монтажа;

- хорошие оптические свойства (светопропускание 62…80%);

- химическую стойкость.

Поливинилхлорид – материал, относящийся к группе термопластов. Чистый ПВХ на 43% состоит из этилена (продукта нефтехимии) и на 57% из связанного хлора, получаемого из поваренной соли.

Для производства оконных профилей в порошкообразный ПВХ добавляют стабилизаторы, модификаторы, пигменты и вспомогательные добавки для придания таких свойств как светостойкость, устойчивость к атмосферным воздействиям, цветовой оттенок, качество поверхности, свариваемость и др.

Пластиковые окна можно применять в промышленности, общественных и жилых зданиях, никаких гигиенических ограничений по их применению нет. Применяется также: в эластичных напольных покрытиях – ПВХ-покрытия (ПВХ-линолеумы); в потолках из ПВХ-пленки (натяжные потолки).

ПВХ является трудновоспламеняющимся и самогасящимся материалом, он устойчив к воздействию кислот, щелочей, атмосферным влияниям.

При понижении температуры модуль упругости ПВХ повышается, а следовательно растут и его прочностные характеристики на растяжение, сжатие, изгиб. Однако при этом увеличивается его хрупкость (падает ударная вязкость), поэтому при монтаже пластиковых окон в зимнее время риск разрушения ПВХ достаточно велик.

С повышением температуры поливинилхлорид постепенно размягчается, падает прочность на сжатие и изгиб. Резкое снижение прочностных свойств ПВХ начинается с температуры +40°С, а вблизи +80°С находится точка его размягчения. В связи с этим применение ПВХ недопустимо в помещениях с повышенным температурным режимом.

Дата добавления: 2014-01-05