Строительные материалы и изделия

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 композиций 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 противоположном направлении (рис. 15.1). Вальцевание позволяет равномерно переме­шать компоненты смеси. При многократном пропускании массы через валки полимер в результате термомеханических воздействий переходит в пластично-вязкое состояние. Этот процесс называется пластикация.

Экструдирование — перемешивание массы в обогреваемом шнеко­вом 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 про - ; фильные изделия экструдиру-

j ют, штучные изделия в

к______________________________________

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. Схемы работы Г-об - разного и Z-образного каландров представлены на рис. 15.2. 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) (см. рис. 15.5).

Экструзия — процесс получения профилированных изделий спо­собом непрерывного выдавливания размягченной массы через формо­образующее отверстие (мундштук). Экструзией производят трубы (рис. 15.3) 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 (рис. 15.4) получают небольшие изделия сложной конфигурации из смесей на основе термопластичных полимеров (например, изделия для санитар-

но-технических устройств, вентиляционные решетки, мелкие плитки и т. п.). Гранулированный полуфабрикат нагревается до вязко-текучего состояния в цилиндре (4) литьевой машины и плунжером (Г) впры­скивается в разъемную форму (5), 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 древесноволокнистые и древесно-стружечные плиты. Для листовых материалов используют многоэтажные прессы с масляным или паровым обогревом плит (/= 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.

Горячим прессованием можно получать пенопласты с помощью веществ — газообразователей, разлагающихся с выделением газа при нагревании, т. е. в тот момент, когда полимер приобретает вязко-пла­стичную консистенцию. Вспенивание происходит при размыкании плит пресса. Получаемый при этом пенопласт имеет на поверхности плиты плотные корочки.

Пенопласты производят и другими методами. Очень простым способом получают полистирольный пенопласт из гранул полистирола, содержащих легкокипящую жидкость — изопентан. Наибольшее коли­чество гранул помещают в замкнутую форму, которую опускают в горячую (85...95° С) воду. Полистирол размягчается, изопентан, вски­пая, вспучивает гранулы. Расширившиеся гранулы занимают весь объем формы, слипаются друг с другом и образуют плиту или изделие другой формы.

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

Как уже отмечалось, технически и экономически выгодно приме­нение пластмасс в 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 жидко-вязких составов, используемых для получения бесшовных покрытий пола.

Рулонные материалы. Линолеум (от лат. — лен, ткань и oleum — масло) впервые появился во второй половине XIX. 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.

В настоящее время производится много разновидностей ПВХ-ли - нолеума. Наиболе полно отвечает требованиям и строителей, и потре­бителей ПВХ-линолеум на теплозвукоизоляционной основе (рис. 15.5). 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.

В последнее время вновь возник интерес к глифталевому линолеуму как к материалу на природном сырье.

Линолеум выпускают в рулонах шириной до 4 м, длиной не менее 12 м. Толщина в зависимости от вида линолеума 1,2...б мм.

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

■ . - і.... ft: V'1

■ -ml

'-і/ '4£V-X4-'- Ф. ыо7/:ш

Только при строгом соблюдении правил монтажа и эксплуата-'

ции 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 относятся ворсовые (ковровые) покрытия. Они обладают 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 имеют размер плиток от 30 х 30 до 50 х 50 см и могут быть получены как из ПВХ-материалов, так и на базе ворсовых покрытий. Из плиток можно составлять декоративные покрытия полов, которые можно ремонтировать, заменяя отдельные вышедшие из строя плитки. Слабым местом таких полов являются стыки.

В 90-х годах появился новый вид плиточных покрытий — «ламинат» — крупноразмерные плитки из твердой древесно-волокнистой плиты, имеющие с лицевой стороны декоративное полимерное покрытие (например, имитирующее паркет) с высокой износостойкостью. Лами - натные покрытия полов легко собираются и разбираются благодаря специальным «замковым» сочленениям.

Бесшовные мастичные полы получают из сырьевых смесей на основе жидко-вязких олигомеров. Составы, содержащие, кроме того, напол­нители и пигменты, наносятся на подготовленное основание пола слоем требуемой толщины (2...10 м). Через 1 ...2 суток образуется ровное износостойкое и не имеющее швов покрытие пола. Такие покрытия отличаются водостойкостью, химической стойкостью, износостойко­стью 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. Такие полы целесообразны, например, 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 (под дерево, ткань и т. п.), покрытая сверху прозрачной защитной бумагой, также имеющей пропитку.

Бумажно-слоистый пластик обладает высокой для пластмасс по­верхностной твердостью, износо - и теплостойкостью. В основном его приметают 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 и т. п.

Декоративные пленочные материалы — один из наиболее перспек­тивных 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. Беспод - основные пленки используют для отделки древесины, 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 износостойкость (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 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 ления ЛИСТОВ, —накладка на ступе-

л г - ни; — нащельники; д — плинтус

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 лестничных перил, раскладки для крепления листовых материалов, нащельники и т. п. (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.

Конструкционно-отделочные пластмассы. К ним относятся плитные и листовые материалы: древесностружечные плиты (см. § 3.6), древес­нослоистые пластики, сверхтвердые древесноволокнистые плиты, стеклопластик и другие материалы, а также формованные элементы для архитектуры малых форм: киосков, павильонов и т. п.

Стеклопластики — листовой материал, получаемый пропиткой стеклянного волокна или стеклоткани термореактивными олигомера­ми (смолами) с последующим их отверждением. Кроме стеклянных волокон, возможно применение волокон более прочных и с большим модулем упругости (например, углеродных). Стеклянное волокно (или стеклянная ткань) играет роль арматуры, благодаря чему обеспечивается высокая прочность материала при изгибе и растяжении (200...500 МПа) при относительно небольшой плотности (1500... 1700 кг/м3). Роль полимерного связующего заключается в том, чтобы придать

материалу монолитность и обеспечить равномерное распределение напряжений от внешних нагрузок между всеми стеклянными волок­нами. Стеклопластики — типичный

Чаще всего для пропитки стекловолокна применяют ненасыщен­ные полиэфирные или эпоксидные смолы, обладающие высокой проч­ностью и адгезией к стекловолокну и химической стойкостью. Стеклопластики выпускают в виде плоских или волнистых листов, окрашенных в различные цвета, которые используют для декоративной наружной облицовки и устройства кровель. Кроме того, из стеклопла­стиков изготовляют трехслойные пенопластовые панели, трубы, сани­тарно-технические изделия и покровные элементы для трубопроводов и химических аппаратов и т. п.

Древеснослоистые пластики — листовой материал, получаемый го­рячим прессованием древесного шпона, пропитанного термореактив­ными полимерами (обычно фенолоформальдешдными),— прочный водо-, масло - и бензостойкий материал, используемый для каркасных перегородок, клееных деревянных конструкций и других целей (на­пример, для изготовления точной опалубки многоразового использо­вания).

Теплоизоляционные полимерные материалы — самые эффективные теплоизоляционные материалы с пористостью более 90 %. Они могут быть в виде плит или других иделий, а также в виде жидких композиций, вспениваемых и отверждаемых на месте укладки (подробно полимер­ные теплоизоляционные материалы описаны в § 17.3).

Кровельные, гидроизоляционные и санитарно-технические материа­лы и изделия. Использование полимеров для получения кровельных, гидроизоляционных и санитарно-технических материалов и изделий базируется на их высокой водостойкости и коррозионной стойкости.

При получении кровельных и гидр поли-

меры используют в роли:_________________________________________

• модификаторов традиционных битумных материалов;

• самостоятельных материалов в виде пленок, мембран и мастичных составов (подробнее см. § 16.4).

Полимерные трубы с каждым годом находят все более широкое применение в строительстве, вытесняя традиционные стальные и чугунные. Пластмассовые трубы легче металлических в 4...5 раз при одинаковой пропускной способности. Они прокрываются отложени­ями и не корродируют даже в воде с агрессивными веществами. Благодаря низкой теплопроводности вода в пластмассовых трубах имеет меньше шансов замерзнуть; при этом даже в случае замерзания труба не лопается благодаря пластичности пластмассы.

Труб, ы в основном изготовляют методом экструзии из композиций на основе термопластов (полиэтилена, полипропилена, поливинилх­лорида и др.). Такие трубы обладают невысокой теплостойкостью (не 298

выше 60...80° С) и рекомендуются для холодного водоснабжения и канализации. Из эластопластов изготовляют гибкие шланги.

Кроме труб выпускают полный набор фитингов (от англ. монтировать) соединительных деталей трубопроводов, поворотов, пе­реходов, разветвлений и т. п. (рис. 15.7). Монтаж систем из пластмас­совых труб и фитингов, проще и быстрее, чем из металлических.

Для работы с жидкостями при более высоких температурах и под давлением рационально применять стеклопластиковые трубы, тепло­стойкость которых на эпоксидном связующем превышает 200° С.

Прозрачные ударопрочные трубы, используемые, например, в пи­щевой или химической промышленности для транспортировки жид­костей, производят из полиметилметакрилата методом сварки из лис­товых заготовок.

Пластмассы широко применяют для изготовления санитарно-тех­нических изделий и деталей для них: сифонов, деталей смесителей, смывных бачков, соединительных шлангов, вентиляционных решеток и т. п.

Клеи на основе полимеров. Клеевое соединение элементов строи­тельных конструкций — один из самых прогрессивных методов в стро­ительной технологии и в производстве строительных изделий. Подав­ляющее количество клеев, используемых для этих целей,— клеи на основе полимеров. Они выгодно отличаются от традиционных нату­ральных (казеинового, столярного и т. п.) клеев и клея на основе жидкого стекла (силикатный клей) большим разнообразием свойств и долговечностью. Полимерные клеи обладают высокой клеящей спо­собностью к самым разнообразным материалам, биостойки, многие из них водостойки.

Полимерные клеи можно разделить на три типа:

1. На основе водных растворов и — это

так называемые водоразбавляемые клеи. Например, клей ПВА (на

основе поливинилацетатной дисперсии) или клей «Бустилат» (на ос­нове латекса бутадиенстирольного каучука).

2. На основе растворов термопластичных полимеров в органических растворителях (например, нитроклей — раствор нитроцеллюлозы в ацетоне и амилацетате, резиновый клей — раствор каучука в бензине, перхлорвиниловый клей). Недостаток этих клеев — пожароопасность, обусловленная наличием летучих растворителей.

3. На основе отверждающихся жи олигомеров (например, эпок­сидные, полиуретановые или мочевиноформальдегидные), обладаю­щие относительно большей прочностью и теплостойкостью.

В строительстве применяют в основном 1-й и 3-й типы клеев. Для наклейки отделочных материалов при внутренних работах (линкруста, линолеума, облицовочных плиток) преимущественно используют клеи на основе водных дисперсий полимеров; для наклейки обоев — водо­растворимый клей на основе метилцеллюлозы; для склеивания эле­ментов несущих конструкций и для наружной отделки — клеи на основе отверждающихся смол. Качество склеивания зависит от пра­вильности выбора типа клея для данных материалов, качества подго­товки поверхности (сушка, обеспыливание, обезжиривание и т. п.) и соблюдения требуемого режима отверждения клея (время, температура, давление).