Строительные материалы и изделия

Пластмассы

Пластмассы подразделяются на простые и сложные (компози­ционные).

Простые пластмассы. Простые пластмассы состоят практиче­ски из одного полимера, не считая малых добавок пластификато­ров, отвердителей, стабилизаторов, красителей и т. д. Пластмасса может называться так же, как и образующий ее полимер (поли­этилен, полипропилен, полистирол), или иметь свое название, например «органическое стекло» (полимер — полиметилметакри­лат), «фторопласт-3» (полимер — политрифторхлорэтилен), «фто - ропласт-4» (полимер — политетрафторэтилен). В простых пласт­массах используют в основном линейные термопластичные поли­меры, которые легко свариваются и склеиваются, позволяют по­лучать изделия прессованием, литьем под давлением, пневмати-

ческим и вакуумным формованием, экструзией. Физико-механи­ческие свойства простых пластмасс приведены в табл. 14.3.

Сложные (композиционные) пластмассы. Сложные пластмассы помимо полимера и добавок содержат минеральные или органи­ческие наполнители.

Наполнители снижают стоимость пластмасс (так как они де­шевле полимера) и придают им те или иные ценные свойства (высокую прочность, теплостойкость и др.).

Связующим в наполненных пластмассах большей частью явля­ются термореактивные полимеры, так как они по сравнению с термопластичными менее вязкие и гораздо легче пропитывают наполнители. Кроме того, они менее горючи и обеспечивают ра­ботоспособность пластмасс при более высоких температурах: по­лиэфирные — до 100... 170°С; фенольные и фурановые — до

200.. .250°С; полиимидные — до 250...350°С; кремнийорганиче - ские — до 300...500°С. Формование пластмасс основано на при­менении легкоплавких или жидких исходных веществ, способных к отверждению.

По виду связующего пластмассы подразделяются на феноплас­ты (на основе фенолоальдегидных смол и их модификаций), ами­нопласты (на мочевиноформальдегидных или меламиноформаль - дегидных смолах), полиэфиропласты (на ненасыщенных сложных полиэфирах), эпоксипласты (на эпоксидных смолах), кремний - органопласты (на основе КОС) и др.

Наполнителями в пластмассах служат минеральные порошки кварца, мела, асбеста, слюды и каолина; органические порошки (древесная мука); минеральное волокно (стеклянное, базальто­вое, асбестовое); органическое волокно (углеродное, хлопковое, древесное, синтетическое); листовые материалы (бумага, хлоп­чатобумажные ткани, стеклоткани, стеклошпон, древесный шпон).

По виду наполнителя пластмассы подразделяются на пресс - массы, слоистые и армированные пластики.

Пресс-массы содержат смолу, наполнители, отвердители, ини­циаторы, ускорители отверждения, мономеры, олигомеры, кра­сители и различные добавки. Прессмассы с порошкообразными наполнителями (пресспорошки) изготавливают преимуществен­но сухим способом, а прессмассы с волокнистыми наполнителя­ми (волокниты) — мокрым способом, поскольку последние про­питываются связующим гораздо хуже, чем порошки.

Сухой способ включает в себя смешивание порошкообразных компонентов, их гомогенизацию вальцеванием или экструзией при температуре выше температуры плавления смолы и измельчение в порошок.

Мокрый способ основан на пропитке наполнителя эмульсией или водно-спиртовым раствором олигомера. Он включает в себя смешивание волокна со связующим в специальных смесителях, сушку и измельчение полученного полупродукта.

В изделия прессмассы перерабатываются горячим прессовани­ем, литьем под давлением, экструзией или методом пресс-литья с применением специальных стальных пресс-форм и гидравли­ческих прессов.

Их применяют для получения электротехнических изделий (штепселей, розеток, вилок, патронов, корпусов приборов и т. д.), деталей радиотехнического назначения. В строительстве применя­ются фено - и аминопластовые трубы для электропроводки, дета­ли сантехники, дверная, оконная и мебельная фурнитура, венти­ляционные решетки, светильники, профильные изделия (карни­зы, уголки, рамки).

Слоистые пластики получили свои названия по виду листового наполнителя.

Текстолит изготавливается на основе синтетической или хлопчатобумажной ткани, как правило, с полотняным перепле­тением. Ткань пропитывают раствором смолы с одной или с двух сторон, нанося раствор валиком лакировочной машины (этот процесс называется лакированием) или пропуская через ванну пропиточной машины. Избыток смолы удаляется с ткани отжим­ными валиками. Пропитанная ткань поступает в сушильный ка­нал машины (длиной 20... 25 м). Температура сушки — 80... 140 °С.

При получении листового текстолита полотна нужных разме­ров собирают в пакеты, кладут между прокладочными листами из высоколегированной стали и прессуют под давлением 8... 15 МПа на гидравлических этажных прессах при нагреве паром до

150.. . 165°С. Одновременно прессуется до 20 и более плит (эта­жей) пластика. От характера поверхностей прокладочных листов зависит внешний вид изделий.

При изготовлении труб пропитанное полотно наматывается на оправку намоточного станка. После сушки готовую трубу снимают с оправки и прессуют в нагретых до 170 °С стальных пресс-формах под давлением 20 МПа.

Бумажно-слоистый пластик (гетинакс) изготавли­вается по той же технологической схеме, но в этом случае вместо ткани применяют непроклеенную бумагу из щелочной или суль­фатной целлюлозы. При производстве плоских плит используют бумагу с высокой впитывающей способностью, а при изготовле­нии труб — с небольшой способностью впитывания, поскольку бумагу в этом случае только лакируют.

На каждый миллиметр толщины листа слоистого пластика ук­ладывается 5... 10 листов бумаги. При получении декоративного бумажно-слоистого пластика средние слои обычно выполняются из листов бумаги, пропитанной фенольными смолами, а верхние отделочные листы пропитываются карбамидными или меламино-

выми смолами, которые благодаря прозрачности, декоративным и клеящим свойствам позволяют получать поверхность высокого качества. Пластики на основе продуктов поликонденсации мела­мина с формальдегидом обладают более высокой водо - и тепло­стойкостью по сравнению с пластиками на основе мочевины.

Древесно-слоистый пластик (ДСП) — это материал на основе тонких листов древесного шпона, пропитываемых ре - зольной смолой и подвергаемых горячему прессованию.

Изготавливаются ДСП с различным порядком укладки шпона в пластике. Волокна древесины могут иметь во всех слоях парал­лельное направление или могут иметь различные направления (обычно под углом 20...25 или 90°), чередуясь по слоям опреде­ленным образом.

Применяется ДСП главным образом в судостроении, а также для авиационных конструкций, текстильных машин, аппаратуры высокого напряжения, электрических машин, трансформаторов и т. д.

Армированные пластики {АП) в зависимости от вида армирую­щего волокна подразделяются на стекло-, угле-, боро-, органо-, базальтопластики и др. Они могут быть изотропными и анизот­ропными. Изотропными являются дисперсно-армированные пла­стики с равномерным распределением коротких волокон по всем направлениям. Анизотропия возникает при ориентировании во­локон в определенном направлении. В зависимости от числа на­правлений армирования различают однонаправленные пластики и пластики с двухмерным армированием. Наибольшую прочность на растяжение в направлении армирования имеют однонаправ­ленные материалы. По степени армирования АП условно подраз­деляют на низкоармированные с содержанием армирующего на­полнителя до 30. ..40% по объему; среднеармированные с содер­жанием армирующего наполнителя до 50...60 % по объему; высо - коармированные с содержанием армирующего наполнителя до

75.. . 92 % по объему.

Стеклопластики — это материалы, армированные напол­нителем из минерального стекла. Наполнители для стеклопласти­ков подразделяются на три группы:

1) стекловолокнистые материалы (нити, ткани, холсты);

2) стеклянные пленки, ленты, чешуйки толщиной от 10 до 500 мкм;

3) дисперсные частицы из стекла в виде сплошных или полых микросфер.

Применение однородных стеклянных пленок вместо тканей по­зволяет получить материал с двухмерной изотропией, а примене­ние полых сфер — снизить плотность материала до 300...700 кг/м3 и одновременно повысить его прочность и термическое сопротив­ление.

Наибольшее значение для строительных стеклопластиков име­ют наполнители на основе стеклянного волокна, к которым от­носятся: комплексные нити (крученые и некрученые), состоящие из 100... 200 непрерывных элементарных волокон; ровинги — жгу­ты некрученых комплексных нитей, намотанные в бухты; ткани и сетки различного плетения; нетканые материалы (ориентирован­ные и неориентированные).

К ориентированным нетканым материалам относятся: стекло - шпон — тонкий лист, состоящий из склеенных стекловолокон, ориентированных в одном направлении; полотна нитепрошивные и вязально-прошивные, состоящие из продольной системы ро­винга, на которую уложена под заданным углом поперечная сис­тема ровинга, скрепленная с продольной тонкими стеклянными или синтетическими нитями; полотна ориентированные, состоя­щие из склеенных между собой продольной и поперечной систем ровинга или нитей.

К неориентированным нетканым материалам относятся: по­лотна холстопрошивные — многослойный материал из отходов стекловолокна, прошитый стеклянной нитью; стекломаты (стек - лохолсты) — рулонный материал, состоящий из спутанных стек­ловолокон, скрепленных связующим составом.

Стекловолокниты — материалы на основе короткого стек­ловолокна (5... 50 мм). Технология их получения такая же, как и у других прессмасс.

Стеклотекстолиты — это листовые материалы на основе стеклотканей. Производят стеклотекстолиты аналогично тексто­литу путем прессования уложенных слоями заготовок стеклотка­ни с предварительно нанесенным связующим. Стеклотекстолиты различаются видом связующего и маркой стеклоткани или стек - лосетки. Стеклоткани могут иметь различную плотность, и различ­ный характер переплетения.

В качестве связующего применяются фенолоформальдегидные смолы и их модификации, полиэфирные смолы, эпоксидные смо­лы, в основном модифицированные фенолоформальдегидной смолой, и кремнийорганические полимеры.

К стекловолокнистым анизотропным материа­лам относятся композиты на основе непрерывных волокон или нитей, положение которых ориентировано в заданном направле­нии.

Одним из первых таких материалов был стекловолокнистый анизотропный материал (СВАМ), получаемый на основе стекло - шпона. Поскольку в стеклошпоне волокна располагаются только в одном направлении, прочность его вдоль волокон очень велика, а поперек волокон (по склейке) — очень мала. В зависимости от сочетания продольно и поперечно расположенных слоев стекло- шпона СВАМ может иметь ту или иную анизотропию в плоскости листа. В отличие от стеклотекстолита, в котором волокна изогнуты в каждом переплетении ткани, волокна СВАМ прямые и могут воспринимать более высокие нагрузки.

Другие анизотропные материалы, армированные нитями из алюмоборосиликатного стекла, выпускаются под марками АГ-АС, 27-63С, 33-18С и П-2-1С. Они могут иметь однонаправленное или ортогональное армирование.

Из всех строительных материалов однонаправленные стекло­пластики обладают самым высоким коэффициентом конструктив­ного качества (ККК). Их прочность при растяжении достигает 1000 МПа и более при относительно небольшой плотности (1700...2 100 кг/м3).

Применение пластмасс в строительстве. В зависимости от назна­чения строительные пластмассы и изделия из них подразделяются на конструкционные пластмассы; материалы для полов; облицо­вочные материалы; погонажные изделия; светопрозрачные изде­лия; трубы и санитарно-технические изделия; акустические и теп­лоизоляционные материалы; гидроизоляционные, кровельные и другие материалы.

Конструкционные пластмассы выпускаются в виде профильных изделий (стержней, труб, уголков, швеллеров, тавров, двутав­ров, пустотных блоков, панелей).

Волокнистое армирование позволяет также реализовать новые принципы строительного производства, основанные на том, что получение материала и конструкции совмещено в рамках одного и того же технологического процесса. В этом отношении интересны примеры из мировой практики. В Хендоне (Великобритания) при строительстве здания плавательного бассейна использовались па­нели из стеклопластика высотой 10 м и шириной 2 м для наружно­го ограждения. Панели опираются на металлический каркас. Кро­вельное покрытие (размером 100x100 м) цветочного рынка в Ко- вент Гардене (Великобритания) целиком выполнено из стеклопла­стика в виде системы перевернутых четырехугольных усеченных пирамид с шагом 4 м. Следует назвать также кровельное покрытие терминала аэропорта в Шарджа (Великобритания), которое вклю­чает в себя четыре стеклопластиковых купола диаметром по 50 м и кровлю из стеклопластика школы в Степни (Великобритания), состоящую из корытообразных панелей, перекрывающих пролет в 17 м. В Хендоне полностью из стеклопластика (кроме металличе­ской футеровки) выполнен дымоход высотой 37 м, который для обеспечения устойчивости состоит из четырех труб, соединенных в виде пирамиды. У здания учебного центра Оливетти в графстве Суррей (Великобритания) все наружные панели и внутренняя об­вязка оконных проемов выполнены из стеклопластика.

Оконные переплеты из стеклопластика обеспечивают легкость, высокую прочность и долговечность изделия.

Стеклопластиковая арматура (СПА) для бето - н а занимает все более прочные позиции в современном строи­тельстве. Это обусловлено не только ее малой массой и высокой прочностью, не уступающей стальной арматуре, но и высокой коррозионной стойкостью, морозостойкостью и низкой тепло­проводностью. Главными недостатками СПА по сравнению со стальной арматурой являются: более высокая стоимость и мень­ший (в 4 —5 раз) модуль упругости, что позволяет применять ее только в предварительно-напряженных конструкциях.

Стеклошифер — плоские или волнистые листы с напол­нителем в виде рубленного стекловолокна, окрашенные в различ­ные цвета, — используют для декоративной наружной облицовки и устройства кровель.

Материалы для полов подразделяются на рулонные (линолеумы и ворсовые покрытия), плиточные и составы для бесшовных по­крытий.

Линолеумы (от лат. Нпит — полотно и oleum — масло) выпускаются большей частью на основе пластифицированого ПВХ, но встречаются также глифталевый (алкидный) линолеум, кол - локсилиновый линолеум (на основе нитроцеллюлозы), линоле­ум-релин (на основе синтетического каучука). В настоящее время в Запанной Европе вновь начали выпускать линолеум из нату­ральных сырьевых компонентов (льняного масла, живицы, дре­весной и пробковой муки, молотого известняка, цветных пиг­ментов). Натуральный линолеум не выделяет хлора, паров плас­тификаторов, формальдегида и утилизируется естественным пу­тем, не нанося вреда окружающей среде.

Линолеум может быть безосновным и на тканевой или тепло­звукоизоляционной нетканой основе, которая может представ­лять собой вспененный ПВХ или слой натурального или синтети­ческого войлока.

Линолеум выпускают в рулонах шириной до 4 м, и толщиной от 1,2 до 6 мм. Приклеивают линолеум обычно по контуру клеем ПВА или специальными мастиками. Швы могут быть сварены. В этом случае рационально изготавливать полотнища размером на ком­нату в заводских условиях.

Ворсовые (ковровые) покрытия обладают высокими декоративными, тепло - и звукоизоляционными свойствами, од­нако они легко загрязняются и трудно чистятся.

Плитки для полов по виду исходного сырья подразделяются на поливинилхлоридные, фенолитовые, резиновые и кумароно - вые. По форме они могут быть квадратными, прямоугольными и фигурными; по фактуре лицевой поверхности — гладкими и риф­леными; по цвету — одноцветными и многоцветными. По износо­стойкости и ремонтопригодности покрытия плитки превосходят рулонные материалы.

Ламинат — листы по типу паркетной доски из твердой дре­весно-волокнистой плиты с декоративным износостойким покры­тием, имитирующим паркет, Ламинатные покрытия полов не при­крепляются к основанию и легко собираются или разбираются благодаря специальным самозащелкивающимся пазогребневым соединениям.

Бесшовные наливные покрытия получают из само - растекающихся смесей на основе синтетических смол (эпоксид­ных, полиуретановых, акриловых, полиэфирных), наполнителей и пигментов. Последовательность операций при устройстве бес­шовных полов: подготовка основания, грунтовка, шпатлевание, нанесение основного слоя, лакирование. Толщина покрытия ко­леблется от 0,5 до 2,0 мм.

Облицовочные материалы могут быть листовыми, пленочными, погонажными.

Декоративный бумажно-слоистый пластик при­меняется для облицовки мебели, столярных щитов, дверей, стен в виде листов размерами до 3 000x1 600 мм или в рулонах (при малой толщине). Бумажно-слоистый пластик обладает высокой по­верхностной твердостью, износо-, водо - и теплостойкостью.

Облицовочные панели выпускаются на основе ПВХ или заменителей дерева (ДВП, ДСП, МДФ). Панели имеют соедине­ния типа «паз — гребень» или «паз —паз» с видимой или скрытой вставной раскладкой или с применением декоративных промежу­точных реек. В облицовке можно чередовать панели разной шири­ны и комбинировать их расположение (вертикальное, горизон­тальное, наклонное).

Декоративные пленки бывают безосновные и с подос­новой (бумажной, тканевой).

Безосновные пленки (главным образом поливинилхло­ридные) окрашены по всей толщине и имеют с лицевой стороны рисунок или тиснение, имитирующие древесину, ткань, керами­ческую плитку. Пленку выпускают в рулонах длиной 150 м, шири­ной 1 500... 1 600 мм. С тыльной стороны пленка может иметь лип­кий слой, закрытый защитной бумагой. Такая пленка выпускается меньшей ширины (500 мм) и в рулонах длиной 15 м.

Пленки на бумажной или тканевой основе — это, например, моющиеся (виниловые) обои, линкруст, поли­плен и т. д. Такие материалы применяют для оклейки стен. От бу­мажных обоев они отличаются повышенной влагостойкостью и износостойкостью, поэтому их применяют для кухонь, прихожих, служебных помещений, офисов.

Пленки для натяжных потолков выполняются глав­ным образом из поливинилхлорида и полиэфирной ткани. Пленку натягивают на пластиковый каркас (багет), который может быть видимым или скрытым. Багет закрепляется по периметру потол­ка, либо на его поверхности, либо на стенах. Натяжные потолки можно устанавливать в помещениях любой конфигурации, под любым наклоном или в разных плоскостях с резкими или плав­ными переходами.

Виниловая вагонка (сайдинг) — облицовочная дос­ка, получаемая либо экструзией из ПВХ-композиций, либо на­несением полимерного слоя на металлическую (алюминиевую) основу. Применяется сайдинг для наружной облицовки зданий. Доски сайдинга имитируют текстуру древесины и могут быть лю­бого цвета. Они легко соединяются друг с другом.

Листовые материалы для наружной облицов - к и, имитирующие, например, кладку из кирпича или природно­го камня, изготавливают на основе термопластов. Необходимую текстуру получают путем горячего прессования листов-полуфаб­рикатов. Листы могут быть окрашены как в массе, так и по поверх­ности.

Погонажные изделия — длинномерные изделия различного про­филя (плинтусы, рейки, поручни для лестничных перил, раскладки для крепления листовых материалов, нащельники и т. д.), полу­чаемые путем экструзии главным образом из поливинилхлорид­ных композиций.

Светопрозрачные изделия получают в виде цельных или сотовых (пустотных) листов из поликарбоната, полиметилметакрилата, полистирола, полипропилена. Эти материалы применяют для со­здания светопрозрачной кровли, арочных перекрытий, козырь­ков, навесов; остекления спортивных сооружений, торговых цен­тров, магазинов и кафе, автозаправочных станций (АЗС), бассей­нов, теплиц, зимних садов; оформления выставочных стендов, павильонов, витрин; отделки помещений и других целей.

Трубы пластмассовые применяют в качестве водопроводных, канализационных, дренажных. Они в 4 —5 раз легче металличе­ских, не покрываются отложениями и не корродируют. Благодаря пластичности пластмассовые трубы не лопаются в случае замерза­ния в них воды.

Трубы на основе термопластов (полиэтилена, сши­того полиэтилена, полйпропилена, поливинилхлорида) изготав­ливают чаще всего методом экструзии. Большинство термоплас­тов нетеплостойки, поэтому различают трубы для холодного и горячего водоснабжения. Трубы соединяют с помощью фитингов (от англ, fit — монтировать) — деталей в виде муфт, переходни­ков, уголков, разветвлений. Для склеиваемых или сварных соеди­нений фитинги выполняют из той же пластмассы, что и трубы. Применяются также металлические фитинги «под гайку», в кото­рых трубы обжимаются с помощью специальных колец. Соедине­ние канализационных пластиковых труб максимально упрощено. Конец одной трубы вставляется в раструб другой. Уплотнение про­изводится резиновой манжетой. Из эластомеров изготавливают гибкие шланги.

Металлопластиковые трубы состоят из трех слоев. Средний слой из алюминиевой фольги соединен с внутренним и наружным полиэтиленовыми или полипропиленовыми слоями контактным способом или специальным клеем.

Стеклопластиковые трубы имеют повышенную теп­лостойкость и прочность, не уступающую стальным. Однако от­сутствие фитингов и простого способа соединения сдерживают их применение в системах внутреннего водоснабжения и канализа­ции.

Пластмассы широко применяются для санитарно-технических изделий и деталей для них: сифонов, деталей смесителей, смыв­ных бачков, соединительных шлангов, вентиляционных решеток

И т. д.

Акустические, теплоизоляционные, гидроизоляционные, кровельные и другие материалы на основе полимеров рассмотрены в подразд. 14.10...14.15.