Файл: БМ Конспект лекцій.docx

ТЕМА 13. ПОЛІМЕРНІ МАТЕРІАЛИ

13.1. Загальні відомості

Полімерними речовинами називають високомолекулярні сполуки, які складаються з елементарних (мономірних ) ланок, об’єднаних у макромолекули різної будови.

Початок широкому використанню полімерів поклав винахід целулоїду, створеного в 1845 р. на основі целюлози братами Хайєт.

Пізніше, в 1872 р. німецький хімік Байєр шляхом з'єднання фенолу з формальдегідом у присутності соляної кислоти синтезувала нову полімерну речовину, яка швидко завоювала популярність .На основі фенольних смол і сьогодні одержують високоміцні, хімічно стійкі, електроізоляційні вироби, що з успіхом заміняють металеві .У наступні роки було синтезовано багато нових полімерів і пластмас. Велике поширення одержали прозорі пластмаси, що заміняють тендітне скло. Найбільш придатним для цих цілей виявився поліметилметакрилат, одержуваний з ацетону, синильної кислоти й метилового спирту (органічне скло). В 1940 р. німецький хімік Мюллер і незалежно від нього руський вчений Адріанов отримали перші силіконові пластмаси, молекули яких поряд з вуглецем містять кремній. Завдяки вмісту кремнію в полімерному ланцюзі пластмаси придбали нові цінні властивості: вони відрізняються високою теплостійкістю, (до 500 ^оС), стійки до дії води, кислот і органічних розчинників.

Велике поширення полімерів - одна з відмінних рис сучасного будівництва. І це, очевидно, є тільки початком грандіозного перевороту, рівного за своїм значенням великим матеріальним революціям минулого - освоєнню бронзи й заліза.

13.2. Класифікація полімерних речовин

За способом синтезу і тверднення органічні полімерні речовини поділяють на:

- полімеризаційні, отримані в результаті реакції полімеризації ( у процесі об’єднання молекул низькомолекулярної речовини без виділення будь-яких побічних продуктів). До них відносять :поліетилен, поліізобутилен, полістирол;

- поліконденсаційні, отримані реакцією поліконденсації( у процесі одержання високомолекулярних сполук з одночасним відщепленням низькомолекулярних продуктів реакції. Це такі полімери, як фенолформальдегід, поліефір, епоксидний полімер, поліамід і т.д.

За складом основного ланцюга макромолекул :

- к а р б о л а н ц ю г о в і, молекулярні ланцюги, які складені з атомів карбону(поліетилен, поліпропілен, поліізобутилен);

-

112

-е л е м е н т о о р г а н і ч н і, до складу молекул яких входять атоми кремнію, титану, алюмінію, що не входять до складу органічних сполук.

Стосовно температурних впливів:

- т е р м о п л а с т и ч н і (поліетилен, полістирол тощо), здатні оборотно розм'якшуватися при нагріванні й затвердівати при охолодженні зі збереженням основних властивостей;

- т е р м о р е а к т и в н і (фенолформальдегідні, карбамідні та ін), полімери, які після затвердіння при нагріванні не переходять у пластичний стан.

13.3. Склад і властивості пластмас

13.3.1. Склад пластмас

Матеріали, що містять у своєму складі полімери і мають пластичність на певному етапі виробництва, що повністю втрачається після затвердіння полімеру, називаються пластмасами.

Полімерна речовина - самий дорогий компонент пластмас, що є основою композиції й багато в чому визначає фізико-технічні властивості пластмас: теплостійкість, хімічну стійкість, міцність та деформативні характеристики.

Окрім полімерів до складу пластмас входять інші найважливіші складові:

- наповнювачі - значно зменшують витрату полімерної речовини і тим самим знижують вартість матеріалу, підвищують теплостійкість, опір розтяганню. Функції наповнювачів у пластмасах виконують порошки органічного й неорганічного походження, волокна, тканини, деревний шпон;

- ластифікатори - підвищують еластичність полімеру, знижують крихкість;

- стабілізатори - сприяють збереженню властивостей пластмас у процесі експлуатації, запобігають їхньому ранньому старінню.

- барвники - застосовують для надання полімерній композиції декоративного вигляду. Для цих цілей використовують пігменти органічного й мінерального походження.

13.3.2. Властивості пластмас

Позитивні властивості пластмас:

• мала щільність (від 20 до 2200 кг/м3);

• високі міцнісні характеристики ( від 120 до 420 Мпа);

• низька теплопровідність;

• корозійна стійкість;

• мала стиранність;

• здатність фарбуватися в різні кольори;

• можливість одержання прозорих композицій;

• технологічність;

негативні властивості пластмас:

• низька теплостійкість;

• мала твердість;

• високий коефіцієнт термічного розширення ;

• горючість із виділенням шкідливих газів;

• токсичність при експлуатації і виробництві;

13.4. Технологія виробництва пластмас

Вироби з пластмас одержують з використанням різних прийомів, при виборі яких визначальним фактором є природа полімеру й вид наповнювача.Основними прийомами переробки пластмас є:

- пряме пресування просоченої гарячими смолами основи( тканини, деревного шпону, паперу) у кілька шарів( листові пластики) або полімерного прес- порошку(плитка для підлог) у гідравлічних пресах, що обігрівають, зазначений спосіб застосовується в основному при переробці термореактивних полімерів і композицій на їхній основі;

- лиття просте, при якому рідка композиція заливається у форму й затвердіває у результаті реакції полімеризації або холодження (оргскло,плитки для підлоги та інші вироби з полікапролактаму й поліметилметакрилату);

- лиття під тиском, застосовують при виготовленні пластмас на основі термопластичних полімерів: полістиролу, ефірів целюлози, поліетилену. Полімер у в'язкотекучому стані під тиском впорскується у форму,охолоджувану водою;

- екструзії або продавлювання пластичної маси через насадку певного розміру й форми( плинтуси, поручні для сходів, рейки, герметизуючі й ущільнювальні прокладки для вікон,);

- промазки верхньої поверхні просоченого полотна основи( паперу,тканини, склотканини) пастоподібною полімерною масою з наступним глибоким нанесенням малюнка;

- вальцево-каландровим, що складається з ретельного перемішування компонентів на вальцях,наступної прокатки пластичної маси між двома обертовими в різні сторони валками із зазором, що визначає товщину майбутнього виробу;

- вспінювання полімерної маси за рахунок інтенсивного механічного перемішування в сполученні з дією перегрітої пари з наступним швидким охолодженням,заливанням і фіксуванням пористої структури виробу (пінопласти).

13.5. Застосування полімерних матеріалів і виробів

Аналіз всіх властивостей полімерних матеріалів показав, що в будівництві економічно доцільне їх використання при виготовлені несучих конструкцій високої корозійної стійкості,покриттів підлог, обробки стін, теплоізоляції огороджень і технологічного устаткування,герметизації стиків і швів у великопанельних будинках,гідроізоляції покрівлі й фундаментної частини будинку,виготовленні санітарно-технічного встаткування і труб.

12.5.1. Конструкційні полімерні матеріали

Склопластики (ГОСТ 27389) - листові композиційні матеріали, одержувані шляхом просочення скляних волокон або тканин (армуючих компонентів) полімером. Склопластикова арматура має високу міцність, є хімічною стійкістю. Зв'язувальною речовиною у склопластиках служать феноло-формальдегидні, поліефірні й епоксидні полімери. Отримують три види склопластиків:

• склопластики з орієнтованими волокнами(СВАМ),ефективність яких полягає в сполученні низької щільності (1800-2000кг/м³) ,високої хімічної стійкості й міцності при розтяганні( до 1000 МПа, межа міцності при стиску-420 МПа;

• склопластики з рубаним скляним волокном, що володіють світлопрозорістю, застосовуються для покрівель, огороджень лоджій і балконів;

• склопластики на основі склотканини( склотекстоліти)одержують шляхом просочення полотен тканини термореактивними полімерами способом гарячого пресування при високій температурі й тиску.

Склопластики застосовують для виготовлення пневматичних конструкцій, твердих оболонок, до достоїнств яких відносять технологічну інваріантість (можуть мати як позитивну, так і негативну кривизну поверхні). Прольоти, які перекривають такими оболонками можуть досягати 90-110 м, маса 1 м² покриття становить 7-20 кг. Пневматичні оболонки застосовують для покриття ринків, спортивних залів.

Полімербетон являє собою композиційний матеріал, що складається з високомолекулярних смол ,дрібного й великого заповнювача, тонкомолотого наповнювача й добавок. Сполучними в полімербетоні можуть бути: фуранові, поліефірні, епоксидні полімери. Одержують шляхом інтенсивного перемішування підігрітих заповнювачів, смол і добавок з наступним зануренням у форму, ущільненням і витримкою при температурі до 100⁰. Заповнювачі вибирають залежно від умов експлуатації. Полімербетон - єдиний матеріал ,що успішно працює в цехах хімічної, харчової, целюлозної промисловості, забезпечуючи корозійну стійкість несучих і самонесучих конструкцій. Від звичайного бетону полімербетон відрізняється не тільки хімічною стійкістю, але й високими показниками міцності: при стиску - 60-120 МПа, при розтяганні - 7-40 МПа, морозостійкість - 200-300 циклів, але його вартість у кілька разів вище цементних. Застосування полімербетону доцільно там , де його вартість буде виправданою.

Бетонополімер одержують просочуванням звичайного важкого бетону на глибину 1-3 см мономерами у спеціальних герметичних камерах під тиском. Монеомери полімеризуються в порах бетону, тим самим забезпечуючи високу щільність і корозійну стійкість конструкцій.

13.5.2. Опоряджувальні полімерні матеріали

Лицювальна полістирольна плитка являє собою квадрати або прямокутники товщиною 1,25-1,5 мм з гладкою й рельєфною поверхнею, одержувані методом лиття під тиском. До складу композиції входять: полімер, наповнювач (тальк, каолін), пігмент. До достоїнств даного полімеру слід віднести гігієнічність, водостійкість і хімічну стійкість, а також різноманітний декоративний вигляд.

Застосовують для лицювальних робіт торговельних і санітарно-технічних приміщень.

Оздоблювальні полістирольні плитки ( дістали назву «поліформ»). Одержують шляхом вспінювання полістирольної маси з наступним швидким охолодженням. Товщина панелей 8-10 мм. Застосовують для внутрішнього облицювання стель, стін та інших елементів інтер'єра.

Паперово-шаруватий пластик являє собою композицію, що складається з декількох шарів спеціального паперу, просочених феноло-формальдегидною або карбомідною смолою. Випускають у вигляді листів з наступними стандартними розмірами: довжина - 1000-3000 мм, ширина - 600-1600 мм, товщина 1-5 мм. Цей вид матеріалу технологічний, тому що легко піддається розпилюванню, свердлінню, різноманітний за кольорами і рисунком. Застосовується як лицювальний матеріал.

13.5.3. Полімерні матеріали для покриттів підлог

Покриття підлог із полімерних матеріалів гігієнічні, еластичні, зносостійкі, тепло- та звукоізоляційні, довговічні.

Безшовні монолітні покриття застосовують у промислових будинках, де необхідна підвищена корозійна стійкість, а також де представляються вимоги до гігієнічності й безпильності покриття. Як правило, покриття складається з двох шарів: перший шар виконують із полімербетону, другий - з мастики або полімеррозчину. Товщина покриттів 20-50 мм здатна витримувати навантаження, створювані при русі внутріцехового транспорту. Для виготовлення полімеррозчину й полімербетону застосовують фенолоформальдегідні, епоксидні, фуранові полімери.

Лінолеуми ( ДСТУ Б А 1.1.-18-94) - рулонні матеріали для покриття підлог, зручні завдяки пружності, низькій теплопровідності, гігієнічні, декоративні, заглушають шум кроків. Якість лінолеумів оцінюється за трьома показниками: пружністю, твердістю й стиранністю. По виду застосовуваної сировини лінолеуми підрозділяють на: полівінілхлоридні (ПВХ), гумові й алкідні. Для виробництва ПВХ лінолеуму як основу використають джутову тканину, склотканину, склосітку. Методом екструзії, вальцово - каландровим методом одержують безосновний, одно - і багатошаровий лінолеуми. Полотна лінолеуму зварюють струмами високої частоти, гарячим повітрям для одержання килиму заданого розміру. Застосовують для покриттів підлог житлових, громадських і промислових будинків при середній інтенсивності рухів.