Лабораторная работа № 8. Изучение свойств строительных полимерных материалов

Цель работы: изучение структуры и свойств строительных полимерных материалов

Общие сведения

Пластмассы - это материалы на основе природных или синтетических высокомолекулярных соединений.

В общем случае в состав пластмасс входят: связующее вещество (полимер) - основной компонент, наполнитель, пластификатор, краситель, отвердитель.

Полимеры или смолы - это сложные органические вещества, искусственно полученные на основе синтеза простых органических веществ. Макромолекулы полимеров состоят из многочисленных элементарных звеньев (мономеров) одинаковой структуры и имеют большую молекулярную массу.

По типу синтеза полимеры делят на полимеризационные и поликонденсационные высокомолекулярные соединения.

Полимеризация- соединение однородных мономеров с последующим образованием нового высокомолекулярного соединения (полимера).

Поликонденсация- синтез нового высокомолекулярного вещества (полимера) с образованием побочных продуктов (воды, спирта, аммиака и др.).

Все материалы, которые получают синтезом органических веществ, называют синтетическими.

Степень полимеризации «п», т. е. количество элементарных звеньев (мономеров), входящих в макромолекулу полимера, достигает 1500... 10000 и более. Чем больше степень полимеризации, тем дальше удаляется полимер от газа и жидкости к твердому состоянию.

Свойства полимеров зависят от их состава и структуры макромолекулы, которая может быть линейной, разветвленной, сетчатой и пространственной.

У полимеров с линейной структурой наблюдается прочная межатомная связь в главной цепи макромолекулы и низкая прочность связи между макромолекулами. Поэтому полимеры с линейной структурой отличаются гибкостью, пластичностью. Полимеры с пространственной структурой макромолекул - твердые, хрупкие, а с разветвленной и сетчатой структурой- по свойствам занимают промежуточное положение.

Все полимеры разделяют на две группы: термопластичные и термореактивные.

Термопластичные полимеры при нагревании размягчаются, при охлаждении затвердевают (этот процесс обратим).

Термореактивные полимеры при нагревании сначала размягчаются, а затем переходят в твердое (неплавкое) состояние, из которого их вывести нельзя (вновь они уже не размягчаются).

Наполнители применяют для улучшения физикомеханических свойств пластмасс и повышения их экономичности. Различают неорганические и органические наполнители.

Органические наполнители - это материалы на основе целлюлозы. Они снижают хрупкость пластмасс, увеличивают гигроскопичность, уменьшают термостойкость. В качестве органических наполнителей используют древесную муку, хлопок, бумагу, древесный шпон, хлопчатобумажные ткани и др.

Неорганические наполнители - это наполнители на основе различных минералов (асбест, графит, стекловолокно, стеклоткань, слюда, кварц и др.).

Для приготовления пластмасс применяют порошкообразные, волокнистые и слоистые наполнители.

Пластификаторы необходимы для повышения пластичности изделий и облегчения горячей штамповки. В качестве пластификаторов применяют различные органические вещества: стеарин, касторовое масло, дибутилфталат и др.

Стабилизаторы - вещества, которые предотвращают разложение полимерных материалов во время их переработки и эксплуатации под действием атмосферы, повышенных температур и других факторов. Для этой цели используют ароматические амины, фенолы, сернистые соединения и др.

Красители добавляют для окрашивания пластмасс. Для этой цели применяют минеральные красители (мумиё, охру, литопон и др.) и органические (нигрозин, родамин и др.).

Для облегчения выемки изделий из форм после прессования в пластмассы в качестве добавок вводят легкоплавкие, воскоподобные, высокотекучие смазочные вещества (стеарин, олеиновую кислоту, трансформаторное масло и др.).

Изготовление изделий из композиционного строительного материала осуществляется методами литья, вибропрессования или виброформования. Достаточная прочность получаемых строительных изделий позволяет отказаться от использования цемента и арматуры.

Технология производства безотходная, т. к. все бракованные изделия легко перерабатываются по общей технологии.

Сущность структурообразования строительного материала сводится к омоноличиванию зёрен наполнителя и заполнителя разогретым связующим, который при охлаждении твердеет и создаёт прочную композиционную структуру.

Классификация пластмасс

Листы, изготовленные из полимеров, нашли широкое применение в современном строительстве. Они могут быть монолитными, гладкими и гофрированными, вспененными, наполненными и армированными. Толщина листов может колебаться от 0,5 мм и до 40 мм и выше, и они могут быть разной ширины. Изготавливаются листы из полиолефинов, полистирола, АБС-пластика, поливинилхлоридных композиций, ПММА, сложных эфиров целлюлозы, полиуретана, мочеви-ноформальдегидных смол, полиэтилентерефталата, поликарбоната. Часто применяются стеклопластиковые листы, у которых в качестве связующего используют термореактивные смолы (эпоксидные, полиэфирные, а наполнителей - стекловолокно, стеклоткань или базальтовое волокно или ткань). Листы используются как облицовочный и футеровочный материал, а также полуфабрикаты для получения изделий методом термоформования или прессования.

Известен ряд способов получения полимерных однослойных листов, но наибольшее распространение получил экструзионный метод, где формование листа происходит в плоскощелевой головке, а окончательное его калибрование на гладильном каландре.

Многослойные листы могут изготавливаться как из однотипного материала, но разных цветов, так и из разных полимерных материалов, количество слоев может быть разным, а каждый слой выполняет свою функцию. К многослойным плитам и листам относятся бумажно-слоистые, древеснослоистые пластики, стеклотекстолит, текстолит и др. Соединение слоев расплава может производиться с помощью традиционных головок, которые соединены с блоком подачи расплава (адаптер), подаваемого из разных экструдеров. Основное требование к таким головкам состоит в том, чтобы все поступающие в головку материалы должны иметь близкие температуры переработки и практически одинаково течь.

В многоколлекторных головках расплав сначала подается отдельно и преобразуется в поток нужной формы. Эти головки позволяют экструдировать расплавы с различными температурами переработки и реологическими свойствами.

Для получения листов большой толщины, например, более 40 мм, применяют ленточные прессы.

Бумажно-слоистые пластики - это многослойный листовой материал, состоящий из пакета листов бумаги, проклеенных термореактивными смолами. Лицевой слой представляет собой запрессованную различную по расцветке цветную или текстурную бумагу. Технологический процесс состоит из следующих основных операций: предварительной пропитки крафт-бумаги фенолформальдегидной или мочевиномеламиноформальдегидной смолой, сушки и поперечной резки бумаги на отдельные листы, составление пакетов и их горячее прессование в многоэтажных прессах с прокладкой между пакетами стальных листов, имеющих с одной стороны полированную, с другой - мелкорифленую поверхность. Прессование осуществляется на многоэтажных прессах. Пластик выпускается в виде рулона длиной до 18 м.

Бум ажно-слоистые пластики применяются в основном для облицовки стен, дверных полотен, панелей стен, а также щитов встроенной и обычной мебели.

Древесно-наполненные композиционные материалы выпускают на основе термопластов: полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида и их сополимеров, а также на основе реактопластов - фенолоальдегидные, мочевиноформальде-гидных, полиэфирных смол. Такие материалы имеют высокие физико-механические характеристики, стойкие к разрушению, низкие по водопоглощению, хорошо механически обрабатываются.

Древесную муку разных марок используют при получении наполненного ПП, что позволяет создать экологически чистое безотходное производство листов. Такие листы могут быть дублированы декоративной пленкой или тканью, их используют в строительстве для устройства перегородок и различных профилей и т. д.

Древесностружечные плиты (ДСП) - это плитный пиломатериал, изготовленный путем горячего прессования частиц древесины (древесной стружки, неделовая древесина, технологическая щепа) и связующего вещества. Измельченная и просушенная стружка хвойных и лиственных пород сортируется, покрывается смолой и тщательно запрессовывается при высоких температурах. В качестве связующих материалов применяют различные связующие компоненты, такие как формальдегидные, феноло-формальдегидные и прочие смолы. ДСП - самый распространенный в производстве мебели материал, для оформления интерьеров, строительства (крыши, перегородки). Для кухонь и ванн используется специальный вид ДСП- с повышенной влагостойкостью. Неоспоримые достоинства ДСП - легкость обработки и экономичность. Изделия из ДСП отличаются привлекательным внешним видом, простотой в эксплуатации и гораздо меньшей стоимостью по сравнению с аналогичными изделиями, производимыми из цельных пиломатериалов

Древесноволокнистая плита (ДВП) - материал, изготовляемый в процессе горячего прессования массы из древесных волокон, сформированных в виде влажного полотна. Эти волокна получают путем пропарки и размола древесного сырья. Они представляют собой отдельные клетки тканей, их обрывки или группы клеток древесины (древесная пыль). Сырьем служат отходы лесопиления и деревообработки, технологическая щепа и дровяная древесина. Для улучшения эксплуатационных свойств в массу добавляют упрочняющие вещества (например, синтетические смолы), антисептики и др. Формирование листа может осуществляться в водной среде с получением плит односторонней гладкости (мокрый способ производства) или в воздушной среде с получением плит двусторонней гладкости (сухой способ).

Из ДВП изготовляют конструкционные элементы мебели, задние стенки и полки шкафов и тумб, нижние полки у диванов, выдвижные ящики, спинки кроватей, перегородки. Их также используют при изготовлении гнутоклееных деталей с внешними слоями из строганого шпона ценных пород. Технологический процесс включает: получение волокнистой массы, пропитку массы 4-5 процентным феноло-формальдегидным раствором полимера, формование массы в ленту, разрезку на плиты и прессование плит в многоэтажных гидравлических прессах при температуре 433 К и давлении 3,5-5 МН/м2 (35-50 кгс/см2). Количество феноло-формальдегидной смолы составляет 5-10% от массы волокна. Затем плиты шлифуются, грунтуются и покрываются эмалями в два слоя или декоративной полимерной пленкой.

Вспененные листы имеют различное назначение, в одних случаях они используются как термо- и звукоизоляционные материалы, в других случаях для снижения массы строительных конструкций. В первом случае их используют в качестве наружной термоизоляции зданий, здесь применяют вспененный полистирол. При строительстве небольших зданий используют вспененные полистирольные блоки, которые имеют пазы и выступы для монтажа, а также пустоты для их заливки раствором цемента. Листы из вспененных термопластов применяют для внутренней декоративной отделки помещений.

Получение листов из пенопластов осуществляется несколькими путями. Наибольшее распространение получили:

  • - экструзия полимера с пенообразователем. При таком способе ставят жесткие условия к времени сохранения материала и температурным режимам пенообразования (разложение пенообразователя);
  • - введение газоподобного порообразователя в зону дозирования экструдера.

Существует пять основных типов листовых ПВХ пластиков: интегральный вспененный лист из твердого ПВХ, свободно-вспененный лист из ПВХ, компактный лист из ПВХ, компактный прозрачный лист из ПВХ, волнистые прозрачные листы из ПВХ.

Теплоизоляционные пенопласты изготавливают на полимерном связующем в виде газонаполненных пластмасс, а также минераловатных и стекловатных изделий. Пористые и ячеистые пластмассы получают двумя способами- прессовым и беспрессовым. Прессовый способ позволяет получать пористые пластмассы из мелкодисперсного порошка полимера с газообразователями и другими добавками при давлении 15-16 МПа с последующим вспениванием.

Беспрессовым способом изготовления пористых пластмасс осуществляется путем нагрева в форме полимера с добавками и газообразователем до соответствующей температуры. Плиты из пористых пластмасс на основе суспензионного полистирола изготавливают длиной до 1000 мм и шириной до 700 мм, применяют как изоляционный материал для изоляции стен, потолков, крыш, широко используют в холодильной промышленности, вагоно- и машиностроении.

Минеральная вата, получаемая из расплава горных пород или металлургических шлаков, состоящая из тонких стекловидных волокон и различных неволокнистых включений относится к теплоизоляционному материалу с плотностью от 75-150 кг/м3, который не горит и не портится грызунами. Минеральная вата используется для получения различных изделий, таких как войлока, матов, скорлуп, сегментов полужестких и жестких плит, которые могут эксплуатироваться в диапазоне температур от -2000 °C до +6000 °C. Стеклянные волокна, входящие в состав минеральной ваты, вызывают раздражение слизистой оболочки и кожного покрова.

Минеральные маты представляют собой минераловатный ковер, заключенный между битуминизированной бумагой, стеклотканью или металлической сеткой, прошитый асбестовой или стеклянной прочными нитями или тонкой проволокой. Применяют минеральные маты для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий и поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре до 400 °C. Маты минераловатные на металлической сетке используют для теплоизоляции при температуре до 600 °C.

Минеральный войлок выпускают в виде листов и рулонов из минеральной ваты, пропитанной дисперсиями синтетических смол. Плотность войлока 10-150 кг/м3, теплопроводность 0,046-0,052 Вт/(м °C). Применяют для утепления стен и перекрытий в кирпичных, бетонных и деревянных домах в виде листов и полотнищ.

Стекловата- волокнистый теплоизоляционный материал, получаемый из расплавленной стекломассы, имеет повышенную химическую стойкость, не горит и не тлеет, ее плотность в рыхлом состоянии не превышает 130 кг/м3. Стекловату изготавливают из стеклянного боя или из тех же компонентов, что и оконное стекло (кварцевый песок, известняк или мел, сода или сульфат натрия). Тонкое стеклянное волокно для текстильных материалов получают вытягиванием из расплавленной стекломассы (фильерный или штапико-вый способ). Более грубое волокно изготавливают дутьевым способом. Стеклянная вата практически не дает усадки в конструкциях, плохо проводит и хорошо поглощает звук; малогигроскопична; морозостойка. Слой стеклянной ваты толщиной 5 см соответствует термическому сопротивлению кирпичной стены толщиной 1 м. Маты и полосы из стеклянной ваты получают путем прошивки стеклянных волокон асбестовыми или скрученными из стекловолокна нитями. Стеклянную вату применяют для изготовления теплоизоляционных материалов и изделий и теплоизоляции конструкций при температуре поверхности от -200 до +450 °C.

Базальтовое супертонкое стекловолокно (БСТВ) применяют для получения теплоизоляционных материалов, плит, скорлуп строительных конструкций, тепловой изоляции, фильтрации, для изготовления теплостойких бумаг, картонов и матов, эксплуатируемых при температуре от - 200 °C до 700 °C. Физико-технические свойства этого материала определяются его очень малой плотностью - 17-25 кг/м3, низкой теплопроводностью - 0,027-0,037 Вт /(м °C).

Асбестовый картон изготавливают из композиции, в состав которой входит асбест 4-го и 5-го сортов (65%), каолин (30%) и крахмал (5%). Полученную смесь прессуют на гидравлическом прессе под давлением 5 МПа. Асбестовый картон применяют для теплоизоляции трубопроводов с температурой эксплуатации до 500 °C, а также для покрытия деревянных и других легковоспламеняющихся предметов и изделий с целью повышения огнестойкости.

Одним из основных строительных элементов системы гипсокартонных отделочных панелей являются панели из гипсокартонных листов с отделкой поверхности лицевого слоя декоративным материалом. Поверхность гипсокартонного листа может быть облицована поливинилхлоридной отделочной пленкой, изопленом или другим декоративным поливинилхлоридным материалом.

Стеновые и кровельные сэндвич-панели, изготавливаются на высокопроизводительных технологических линиях, которые включают устройства для размотки оцинкованной стали, дюрали или стали с полимерным покрытием, а также экструзионную установку для подачи из плоскощелевой головки листа из вспененного полистирола между металлическими листами. В качестве утеплителя может использоваться минплита либо пенополистирол. Сэндвич-панели с наполнителем из негорючей базальтовой минеральной ваты и пенополистирола по теплотехническим характеристикам до 10-15 раз превосходят кирпич, бетон и т. д. Нагрузка на фундамент при применении сэндвич-панелей в 80 раз меньше, чем при применении кирпича, бетона и других стеновых материалов. Панели в целом ряде сооружений имеют идеальную поверхность, не требует отделки как снаружи, так и внутри помещения.

Серополимерный бетон - коррозионностойкий и высокопрочный строительный материал. Предлагаемый неорганический полимер определяется как наиболее перспективный материал будущего в бетоноведении.

С целью получения полимерных бетонов, обладающих повышенными потребительскими свойствами, в состав серных цементов вводят пластифицирующие, модифицирующие, антипирирующие и другие функциональные добавки. На основе модификации достигается исключение деструктивных процессов, вызываемых объёмными изменениями, происходящими при перекристаллизации серы. Введение пластификаторов повышает также морозостойкость, атмосферостой-кость и стойкость к температурным колебаниям бетона. Добавка определённого количества антипиренов позволяет изготавливать серные бетоны, относящиеся к группе «трудносгораемых материалов», что значительно расширяет область применения бетонов.

Во многих случаях, благодаря существенно лучшим свойствам, использование серного модифицированного бетона (СМБ) экономически целесообразно и технически необходимо. СМБ используется в строительстве в тех случаях, когда применение цементного бетона без антикоррозионной защиты недопустимо или требуется конструкционный быстро-твердеющий бетон. Известно применение СМБ для связывания кислотоупорных плиток, кирпичей, разделки швов, футеровки аппаратуры, защиты строительных конструкций от воздействия органических кислот, солей, при устройстве кис-лото- и солестойких полов, а в последнее время - для изготовления строительных конструкций. Серные бетоны, прежде всего, предназначены для изготовления коррозионностойких изделий и конструкций, применяемых при строительстве предприятий химической промышленности, в сельском, дорожном, гидротехническом строительстве, при ремонтновосстановительных работах.

Полимерная пропитка может широко использоваться для ремонта и восстановления бетонных и железобетонных изделий.

Пластмассы, состоящие из синтетических смол без наполнителя или с порошкообразными наполнителями, называют по виду смолы с добавлением слова «пласт»:

фенопласты - на основе фенолоформальдегидных смол; аминопласты - на основе аминоформальдегидных смол;

анилинопласты - на основе анилиноформальдегидных смол;

винипласты - на основе поливинилхлоридных смол и др.

Пластмассы со слоистыми наполнителями называют по роду наполнителя:

текстолиты - с текстильным наполнителем или льняной тканью;

стеклотекстолиты - с текстильным наполнителем из стеклянной ткани;

асботекстолиты - с текстильным наполнителем из асбестовой ткани;

гетинаксы - с наполнителем из бумаги или картона.

Пластмассы с волокнистым наполнителем называют также по роду наполнителя:

волокиты - с наполнителем из волокна органического происхождения;

асбоволокниты - с наполнителем из асбестового волокна; стекловолокниты - с наполнителем из стеклянных волокон.

В зависимости от рода полимера пластмассы подразделяются на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные пластмассы (их еще называют термопласты или пластики) чаще всего состоят только из полимера без наполнителей. Основные термопластичные материалы: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и др.

Полиэтилен относится к термопластическим полимерным материалам аморфно-кристаллического строения. Из полиэтилена изготовляют листы, электротехнические и радиотехнические детали, изоляцию кабелей, трубы, шланги и т. п.

Полипропилен относится к той же группе термопластов, обладает многими положительными качествами, присущими полиэтилену, имеет меньшую плотность, большую жесткость и поверхностную твердость. Из пропилена изготовляют трубы, листы различной толщины, которые для получения деталей подвергают штамповке и глубокой вытяжке.

Поливинилхлорид относится к группе аморфных полимеров. Пластифицированный поливинилхлорид называют пластикатом, непластифицированный твердый листовой материал - винипластом. Пластмассы на основе поливинилхлорида обладают высокими механическими и хорошими диэлектрическими свойствами.

Пластикаты применяют для изоляции проводов и кабеля, для производства медицинских изделий, в строительной промышленности; винипласт- для изготовления деталей химического оборудования, различных профилей, фланцев, муфт, деталей насосов, вентиляторов и т. д.

Полистирол представляет собой бесцветный прозрачный материал, обладающий абсолютной водостойкостью, высокими электроизоляционными свойствами, большой прочностью и твердостью. Полистирол используют для изготовления антенн, ламповых панелей, каркасов катушек, трубок, стержней, пленки и нитей различной толщины, в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении - для изготовления баков аккумуляторных батарей, щелевых фильтров и др.

Фторопласты - это фторсодержащие полимеры виниль-ного типа. Широко применяют «Фторопласт-3» и «Фторопласт-4». «Фторопласт-4» широко используют в машиностроении для изготовления различных трущихся деталей, работающих без смазки.

Фторопласты применяют для уплотнительных деталей: прокладок, набивок, работающих в агрессивных средах, мембран, труб, гибких шлангов и т. д.

Полиамиды - твердые термопластичные полимерные материалы, представляющие собой продукты поликонденсации аминокислот с дикарбоновыми кислотами. Их используют для изготовления подшипников, втулок, зубчатых колес, кулачков, зажимов, клапанов и т. д.

Термореактивные пластмассы (реактопласты) имеют в своем составе термореактивные полимеры и наполнители. В качестве связующего в термореактивных пластмассах используют чаще всего фенолформальдегидные, кремнийорга-нические и эпоксидные смолы.

По виду наполнителя термореактивные пластмассы подразделяют на порошковые, волокнистые, слоистые и газонаполненные.

В порошковых термореактивных пластмассах в качестве наполнителя для деталей общего технического назначения используют древесную муку. В качестве связующего материала применяют фенолоальдегидные, фенолоформальдегидные, карбамидные, кремнийорганические, эпоксидные и другие синтетические термореактивные смолы (пресс-порошки К-18-2, К-21-22 и др.).

Для деталей повышенной механической прочности и термостойкости в качестве наполнителя используют асбестовую муку (пресс-порошки К-6-Б), для пластмасс с большой водостойкостью и повышенными диэлектрическими свойствами - кварцевую муку и молотую слюду (пресс-порошок К-211-3). Из пресс-порошков на основе мочевиноформальдегидных смол и целлюлозы (аминопласты) изготовляют детали общего приборостроения: рукоятки, ручки, кнопки, клавиши, крышки и др.

Волокнистые термореактивные пластмассы отличаются от порошковых более высокими физико-механическими свойствами. Оптимальное сочетание связующих полимерных материалов с различными волокнистыми наполнителями позволяет получить пресс-материалы с заданными свойствами. Волокни-ты представляют собой фенолоформальдегидную смолу с хлопчатобумажными очесами в качестве наполнителя. Из во-локнитов изготовляют детали общего технического назначения с повышенными требованиями к ударным нагрузкам.

Асбоволокниты получают на основе фенолоформальде-гидной смолы и асбестового волокна (пресс-материалы К-65, КФ-3, фаолит). Из асбоволокнитов изготовляют электроизоляционные детали повышенной прочности. Асбоволокниты на основе кремнийорганических (полисилоксановых) синтетических смол (пресс-материалы КМК-218, К-41-5) обладают высокой термостойкостью (около 300 °C). Их используют для изготовления электроизоляционных деталей, работающих при высоких температурах: контакторов, клеммных колодок и др.

Стекловолокниты - это группа материалов (АГ-4С, АГ -4В, ТВФЭ-2, КМС-9 и др.), состоящих из фенолоформальде-гидных, меламиноформальдегидных, эпоксидных и других смол в сочетании со стекловолокном. Их применяют для изготовления изделий конструкционного и электротехнического назначения с повышенными требованиями к прочности и термостойкости (200...350 °C).

Материалы на основе неорганических полимеров не уступают по качеству потребительских свойств ни полимерце-ментам, ни полимерсиликатам и могут быть использованы в тех же областях народного хозяйства. Кроме того, неорганические полимерные цементы с огнеупорными заполнителями позволяют изготавливать огнеупорные материалы, удовлетворяющие техническим требованиям большинства работающих тепловых агрегатов.

Неорганические цементы также как и изготавливаемые на их основе неорганические строительные и огнеупорные материалы отличаются экологической чистотой. Они достаточно прочные, не разрушаются и не выделяют вредных веществ даже при высоких температурах (1500 °C), устойчивы к воздействию кислых и щелочных растворов. Обладая значительной механической прочностью после твердения в нормальных условиях, эти материалы увеличивают свою прочность после сушки при повышенной температуре и после обжига.

Особенности свойств пластмасс

Благоприятные технологические свойства жидкого полимера, его гидрофобность, высокая степень адгезии к бетону, способность твердеть при отрицательных температурах послужили основанием для разработки эффективных композиционных составов для омоноличивания и герметизации бетонных и железобетонных конструкций и сооружений.

Обладая эффективными пропиточными свойствами, расплав полимера легко проникает в открытые поры капиллярно-пористых материалов. Заполнивший поры и капилляры полимер при охлаждении застывает, уплотняя структуру, что повышает физико-механические свойства, морозостойкость, износостойкость, коррозионную стойкость, снижает водопо-глощение и водогазопроницаемость. Введение в расплав термически совместимых веществ (модификаторов) позволяет создать композиции, повышающие эффективность технологии пропитки, и способствует улучшению свойств пропитываемого материала.

Бетоны, пропитанные модифицированным полимером, могут применяться для изготовления дорожных и тротуарных плит, бордюрных камней, лотков, труб, тюбингов, секций опреснительных установок и оросительных систем, элементов речных и морских сооружений, силосных башен, элементов каркаса градирен, опор ЛЭП, шпал, свай и прочих элементов и конструкций гидротехнического, транспортного, энергетического и сельского строительства, т. е. для таких элементов, к которым предъявляются при эксплуатации повышенные требования.

Опыт эксплуатации показал, что бетон, пропитанный модифицированным полимером, хорошо сопротивляется воздействию уксусной, масляной, молочной кислот, которые образуются при хранении силоса в силосной башне.

Технология полимерной пропитки может быть использована также для повышения физико-механических свойств и долговечности многих строительных материалов, таких как асбоцемент, гипс, строительный и кислотоупорный кирпич, пористые заполнители, изделия из древесины, арболита и другие пористые материалы и изделия.

Песчано-полимерные асфальтобетоны характеризуются высокой плотностью, коррозионной стойкостью и износоустойчивостью, поэтому их можно применять для защиты других конструкций. Они особенно эффективны в качестве основания и покрытия рабочих площадок, при монтаже оборудования на грунтах низкой несущей способности, так как отпадает необходимость в устройстве дополнительных слоёв. Поскольку коэффициент теплопроводности песчано-полимерного асфальтобетона в три раза ниже, чем у обычного асфальтобетона, он является хорошим теплоизоляционным материалом.

Улучшение структуры полимерсиликатов в результате связывания воды достигается введением добавок, легко вступающих в химическое взаимодействие с водой и являющихся кислотостойкими и инертными к кремнегелю. Полимерсиликатные бетоны отличаются высокой кислотоупорностью и прочностью (до 100 Мпа). Наибольшая эффективность от применения полимерсиликатного бетона может быть достигнута в случае изготовления или облицовки химического оборудования.

Особенностями пластмасс являются:

  • 1. Малая величина плотности (для большинства пластмасс плотность колеблется от 1 до 2 г/см3, для пенопластов и поропластов - от 0,015 до 0,8 г/см3), т. е. пластмассы в 4...5 раз легче стали и чугуна.
  • 2. Высокая коррозионная и химическая стойкость. Большинство пластмасс нечувствительно к разъедающему действию кислот, щелочей, газов и паров. Непревзойденными химическими свойствами обладает, например, фторопласт-4. По стойкости к кислотам и щелочам он превосходит все природные и искусственные материалы, в том числе золото и платину. Даже кипящая «царская водка» (смесь азотной и соляной кислот), растворяющая золото, не разрушает фторопласт-4. Благодаря исключительной химической стойкости пластмасс из них изготовляют различные трубы, цистерны, насосы и другие изделия для химической промышленности.
  • 3. Высокие антифрикционные свойства^ характеризующиеся низким коэффициентом трения, хорошей прирабаты-ваемостью и износостойкостью. Коэффициенты трения некоторых пластмасс более низкие, чем у таких антифрикционных материалов, как бронза, баббит и др. Величина их составляет 0,003...0,01 при смазке водой и 0,01...0,08- при смазке минеральными маслами, в то время как для различных сплавов металлов коэффициенты трения колеблются от 0,006 до 0,16.

Поэтому некоторые виды пластмасс используют для изготовления подшипников скольжения, например, капрон.

4. Фрикционные свойства. Некоторые виды пластмасс с асбестовым наполнителем обладают высоким коэффициентом трения (0,5...0,6)- значительно большим, чем у стали и чугуна. Это предопределяет их широкое распространение для изготовления тормозных устройств (накладок колодок тормозов).

  • 5. Низкая теплопроводность. Это свойство пластмасс (например, пено- и поропластов) определяет их применение для теплоизоляции холодильных машин, вагонов, жилых домов, рефрижераторов.
  • 6. Высокие электроизоляционные свойства. Все пластмассы не проводят электрический ток, поэтому их широко применяют в телефонии, радиотехнике, телевидении, для изоляции электрических кабелей. Только отдельные виды пластмасс со специальными наполнителями (порошкообразный металл, графит) являются токопроводящими.
  • 7. Высокая прочность. Отдельные виды пластмасс (так называемые силовые) обладают высокой механической прочностью (пь = 30... 1000МПа), превышающей прочность цветных металлов и сплавов и приближающихся по прочности к обычной углеродистой стали.
  • 8. Прозрачность. Это свойство определяет их применение для объективов, линз, технических стекол.
  • 9. Красивый внешний вид.
  • 10. Хорошие технологические свойства, то есть пластмассы легко перерабатываются в изделия. При изготовлении деталей из пластмасс коэффициент полезного использования материала Кисп = 0,9...0,95. Кроме того, значительно снижается трудоемкость. При использовании металлических изделий требуется три вида обработки (литье, термообработка, механическая обработка с большим числом операций (до 30 и более), а пластмассовые детали требуют одного вида обработки - формование методом пластической деформации.

Внедрение 1 т пластмасс дает экономию 2,2 т металла и позволяет получить значительный экономический эффект.

Методика определения механических свойств пластмасс

1. Определение твердости.

Твердость определяется по методу Роквелла на приборе 2140ТР в соответствии с ГОСТ 246 22-81.

Режимы испытаний выбираются по таблице 8.1.

Таблица 8.1 - Режимы испытания твердости пластмасс по методу Роквелла_______________________________________

Шкала твердости

R

L

М

Е

Нагрузки, Н

588,4

588,4

980,7

980,7

Диаметр шарика, мм

12,700

6,350

3,50

3,175

2. Определение прочности.

Прочность пластмасс определяется методом растяжения образца до его разрушения на разрывной машине МР 0.5-1 с фиксацией разрушающей нагрузки. Прочность определяется по формуле

(8-1)

где Р - разрушающая нагрузка, Н;

Fo - начальная площадь поперечного сечения образца, м2.

Для испытаний пластмасс на растяжение рекомендуется применять стандартные плоские образцы, вырезанные из листового материала. Толщина образца принимается равной фактической толщине листа, ширина образца составляет от 2 до 10 мм, а длина образца - 235 мм.

Удельная прочность пластмасс определяется из выражения

q = ^-, (8.2)

Y

где /- плотность пластмассы, г/см3.

Прочность бетонополимера на сжатие по сравнению с контрольным бетоном повышается в 2-4 раза, прочность на растяжение увеличивается в 3-10 раз, достигая 18 МПа, в десятки раз увеличивается морозостойкость. Бетонополимер приобретает стойкость к кислотам и сульфатам.

3. Определение ударной вязкости.

Ударная вязкость характеризует способность материала сопротивляться ударным нагрузкам и характеризуется отношением работы, затраченной на разрушение образца к площади его поперечного сечения.

Разрушение образца из пластмассы осуществляется на маятниковом копре (рисунок 8.1).

1 - испытуемый образец; 2 - маятник

Рисунок 8.1 - Схема определения ударной вязкости

Работа Ля (Дж), затраченная на разрушение образца, определяется по формуле

Ан = m-g-L-(cos/3-cosa), (8.3)

где т - масса маятника, кг (т = 2,455 кг);

g - ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с2;

L - длина маятника, м (L = 0,537 м);

а - угол «зарядки» маятника, град;

/3 - угол взлета маятника после разрушения образца, град.

Ударная вязкость определяется из выражения

д

(8.4)

где ап - ударная вязкость, Дж/м2;

Fo - площадь поперечного сечения образца, м2.

Для испытаний на ударную вязкость применяются квадратные образцы 10x10 мм и длиной 55 мм с надрезом глубиной 0,8 мм.

Вопросы для контроля

  • 1. Что такое пластмассы?
  • 2. Назвать составные части пластмасс.
  • 3. Что такое полимеры?
  • 4. Дать классификацию пластмасс.
  • 5. Назвать особенности свойств пластмасс.
  • 6. Дать область применения пластмасс в строительстве.
  • 7. Область применения минеральных матов.
  • 8. Как определить твердость, прочность, ударную вязкость пластмасс?
  • 9. Область применения минеральных матов.
  • 10. Область бумажно-слоистых пластиков.
  • 11. Чем характеризуются песчано-полимерные асфальтобетоны.
  • 12. Что такое стекловата?
  • 13. Область применения серополимерного бетона.
  • 14. Область применения полимерной пропитки.

Лабораторная работа № 9

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >