Строительные материалы

Автор: Пользователь скрыл имя, 21 Июля 2015 в 18:33, реферат

Краткое описание

В наши дни трудно найти область современной техники и быта, которая смогла бы обойтись без полимеров: это и посуда, и мебель, корпуса приборов, трубопроводы, игрушки, бытовая техника и многое другое. Даже в состав туши для ресниц входят полимеры, обеспечивающие, например, то, что ресницы не склеиваются. Наиболее широкой областью применения полимерных материалов является, безусловно, строительство

Файлы: 1 файл

лекции по полимерам с вопросами на 6-ой семестр.doc

— 2.01 Мб (Скачать)

- -

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В наши дни трудно найти область современной техники и быта, которая смогла бы обойтись без полимеров: это и посуда, и мебель, корпуса приборов, трубопроводы, игрушки, бытовая техника и многое другое. Даже в состав туши для ресниц входят полимеры, обеспечивающие, например, то, что ресницы не склеиваются. Наиболее широкой областью применения полимерных материалов является, безусловно, строительство. Давно уже стали привычными полимерные паро- и гидроизоляционные пленки для устройства наклонных кровель, пластиковые окна и двери, нетканый геотекстиль для строительства дорог, геомембраны для обустройства водоемов, трубы. Столь широкое применение полимерных материалов связано, во-первых, с доступность сырья для их производства (большинство полимеров получают из нефти, газа, угля и др. распространенных веществ), во- вторых, с возможностью получать материалы с заранее заданным комплексом свойств (существуют пластмассы термостойкие, морозостойкие, водоотталкивающие, электроизоляционные и др.) в- третьих, процесс их производства поддается полной механизации и автоматизации.

Всюду, от покорения космоса до бурения скважин, гидроизоляции водохранилищ-человек вынужден пользоваться пластмассами, СПЕЦИАЛЬНО подобранными для конкретного применения. А т.к. человеческая деятельность разнообразна, то и применений пластмасс множество, для каждого применения нужно создавать свой материал. Вот и посыпался на голову человека целый ворох марок, рекламных сведений о множестве полимерных материалов. Для того, чтобы получить общеознакомительную систему знаний о них, имеет смысл первоначально разбить все применяемые в наши дни материалы на 4 типа в соответствии с формой изделий из материала, наиболее общими свойствами и в какой-то мере способом производства:

- 1 тип: КОНСТРУКЦИОННЫЕ ПЛАСТИКИ - обычно твердые вещества с разрывной прочностью от 50 до 2000 кг/см2 и относительным удлинением в момент разрыва не более 100% (МАТЕРИАЛЫ: гетинакс (связующее ФФС, наполнитель бумага), текстолит (наполнитель - х/б ткань), древесные пластики (ДСП, ДВП), эбонит и др.)

-2 тип: ЭЛАСТОМЕРЫ - характеризуются высокой эластичностью, т.е. способностью к большим обратимым деформациям (у лучших образцов резины она может достигать 500%). Здесь уместно вспомнить народное выражение: Резину можно тянуть. (каучуки натуральные  и синтетические( (-CH2-CH=CH-CH2-)п- бутадиеновый каучук), резины на основе каучуков. На их основе изготавливают клеи и мастики, а также  герметизирующие материалы)

-3 тип: ВОЛОКНА И НИТИ – свойства материалов, изготовленных из них анизотропны, т.е. прочность, гибкость, твердость различны, если измерять их вдоль одной оси и вдоль двух других. Анизотропия объясняется химической структурой и общими свойствами исходного полимера.

Волокна: полиамидные (найлон -(HN-(CH2)6-NH=OC-(CH2)4-OC-)n), полиэфирные (лавсан), вискозные и др. На основе полимерных волокон и нитей получают следующие строительные материалы: напольные покрытия - гомогенные и плиточные (виниловые), текстильные обои, армированные шланги для транспортировки агрессивных сред, стропы, веревки (полипропиленовые) и др.     Получен шовный материал, способный стягивать края раны, затем со временем распадаться

4 тип: ПЛЕНКИ, ЛАКИ, КРАСКИ, ДЕКОРАТИВНЫЕ ПОКРЫТИЯ – для полимеров данного типа характерна сильная анизотропия свойств. Кроме того, для лакокрасочных материалов особое значение имеет прочность их сцепления с обрабатываемой основой - адгезия. И еще одна особенность материала этого типа - практическое применение обычно  не допускает их предварительного формования: их применяют на месте, нанося тонким слоем на поверхность. Необходимо, чтобы материал до применения был жидким и легко распределялся по поверхности, а потом становился прочным и твердым. Сюда относятся эпоксидные, полиэфирные, полиуретановые краски (эстетичны, экономичны, автоматическое нанесение, однослойность), лаки на основе акриловых, эпоксидных смол - тексол, лакиста (атмосферостойки: защита бетона, кирпича).

Кроме этих 4 основных  типов существует несколько вспомогательных: клей, заливочные и герметизирующие смеси и др.

 

                        История развития полимерных материалов.

 

Получением искусственных полимеров люди занимаются с незапамятных времен. Например, варка столярного клея из рогов и копыт или казеинового из испорченного молока или сои были известны еще в Древнем Египте. Однако, химическая модификация природных полимеров проводилась неосознанно. Что именно происходит с полимерной структурой стало понятно лишь в конце 19-начале 20 века, после того, как Бутлеров создал теорию химического строения органических веществ. С тех пор модификация стала проводиться осознанно и целенаправленно.

Историю пластмасс принято отсчитывать от нитроцеллюлозы - в смеси с камфарой она дает пластмассу целлулоид. Его открыл англичанин Паркес, запатентовал его в 1856г, а в 1956 получил за него бронзовую медаль на Большой международной выставке.

Вообще, большему числу модификаций подверглась именно целлюлоза: ее и нитровали, получая бездымный порох, и ацетилировали, и метилировали. Целлулоид считается матерью кинематографии - без этой пленки невозможно было бы создать синематограф. Однако, пожароопасность этой пластмассы привела к тому, что ее производство к началу 20 века практически упало до «0» .

В конце 20 годов быстрое развитие электротехники, телефона и радио потребовало создания новых материалов с хорошими конструкционными и электроизоляционными свойствами: по первым буквам этих областей (электричество, телефон, радио) были названы новые материалы - этролы. Из них изготавливали корпуса приборов, чертежные инструменты (и по сей день). Полимером для этролов был триацетат целлюлозы. (Из него и сейчас производят негорючие пленки, заменившие целлулоидную) (Триацетат получают путем обработки целлюлозы уксусным ангидридом и уксусной кислотой)

В1887г был получен галалит-первая пластмасса на основе белка (казеина). Промышленное производство было освоено в 1929 английской фирмой ЭРИНОИД. (И в настоящее время эта фирма производит листовые и формованные изделия из галалита).  В настоящее время этот материал практически забыт, однако в связи с повышением цен на нефть и получаемые из нее мономеры, интерес к нему возрожден.

Во второй половине 19 века был открыт процесс вулканизации  природного каучука путем нагревания с серой - получение резины.

В общем объеме мирового производства полимерных материалов целлюлозные пластики занимают всего2-3%, но эти проценты удерживаются прочно, что связано с практически неисчерпаемой сырьевой базой (можно получать из отходов хлопкоперерабатывающей, лесоперерабатывающей промышленности, любое растительное сырье (листья банана, конопля))

Однако, природные и искусственные полимеры постепенно вытеснили полимеры синтетические.

В 1831г  профессор Лебедев осуществил полимеризацию бутадиенового каучука.

В 1835г химиком Реньо был получен ПВХ,  а в 1939 Симоном - полистирол. Однако, изучение данных веществ, полученных в ходе исследований ученых как побочный продукт реакции, не было. Такая же ситуация сложилась и с ФФС: в 1872г немецкий химик Байер изучал действие формальдегида на фенолы и заметил, что в реакционной смеси образуются смолянистые остатки, но изучать их не стал. Лишь на рубеже 19-20 веков, когда возникла техническая потребность в конструкционном и электроизоляционном материале появились пластмассы БАКЕЛИТ и КАРБОЛИТ, основой которых служат ФФС. Эти полимеры были заново изобретены в Бельгии в 1907г Бакелидом и у нас Петровым.

В 20-30 годах 20 века получили промышленное применение мочевино-формальдегидные, полиэфирные полимеры. Начиная с 30-х годов начали широко применяться методы полимеризации и были получены полистирол, поливинилацетат, поливинилхлорид и др. позднее появились новые виды поликонденсационных пластиков: полиамидные, полиуретановые  и др.

Первая русская пластмасса была получена на основе ФФС в деревне Дубровка близ Орехово-Зуево.

 

Несмотря на молодость, пластмассы прочно заняли свое место в ряду строительных материалов. Это объясняется наличием у пластмасс целого комплекса ценных свойств: стойкостью к различным агрессивным воздействиям, низкой теплопроводностью, технологической легкостью обработки, возможностью склеиваться и свариваться и др.

В современном строительстве пластмассы заняли свое специфическое место: (классификация полимерных материалов по назначению):

-отделочные материалы (декоративные пленки, линолеум, бумажно-слоистый пластик)

-эффективные теплоизоляционные материалы (пенно-, поро- и сотопласты)

-гидроизоляционные и герметизирующие  материалы (пленки, прокладки, мастики)

-погонажные изделия (поручни, плинтусы)

-Санитарно-технические изделия (трубы)

- в технологии бетона (полимербетоны и бетонополимеры)

- для модификации строительных  материалов.

Такое деление достаточно условно, так как один и тот же материал  в несколько измененном виде может использоваться для различных целей: ПВХ пленка может быть как отделочным, так и гидроизоляционном материалом, а некоторые отделочные пластмассы могут выполнять не только декоративные функции, но и роль ограждающих конструкций, воспринимающих определенные механические нагрузки (например, стеклопластик: для декоративной облицовки, устройства кровель, а так же сильно нагруженные детали конструкций, эксплуатируемых в  агрессивных средах).

 

Основные свойства строительных пластмасс можно разделить на 2 группы:

-.физические и механические

- химические и физико-химические.

 

 

Физические и механические:

ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ:

- малая плотность - от20 до 2200 кг/м3, т.е. в 1,5-2 раза меньше, чем у каменных материалов;

-высокие прочностные характеристики-до 200-300МПа (у древопластиков-200МПа, пластмассы с наполнителями - прочность при сжатии от 120 до 160МПа), Особенность пластмасс - прочность при сжатии и растяжении почти такая же, как при сжатии (у каменных материалов ПРр=0,2ПРсж)

-низкая теплопроводность (0,23-0,7 Вт/мС), у газонаполненных пластмасс- до 0,03, т.е. близка к теплопроводности  воздуха

- малая истираемость некоторых пластмасс, В связи с этим в первую очередь эти пластмассы целесообразно внедрять как материалы для покрытия полов;

-прозрачность пластмасс. Обычные  стекла пропускают менее 1% ультрафиолетовых лучей, тогда как органические наоборот - более 70%; они легко окрашиваются в различные цвета. Следует отметить их значительно меньшую плотность. Так, стекло из полистирола имеет плотность 1060 кг/м3, тогда как обычное оконное стекло - 2500 кг/м3;

- технологическая легкость обработки (пиление, сверление, фрезерование, строгание, обточка и др.), позволяющая придавать изделиям из пластмасс разнообразные формы. Пластмассовые изделия поддаются склеиванию как между собой, так и с другими материалами (например, с металлом, деревом и др.). Поэтому из пластмасс можно изготовлять различные комбинированные клееные строительные изделия и конструкции;

- относительная легкость сварки  материалов из пластмасс (например, труб в струе горячего воздуха) позволяет механизировать работы по монтажу пластмассовых трубопроводов;

- водопоглощение - очень мало и для плотных пластмасс не превышает 1% (положительно для материалов для полов)

- пористость пластмасс можно  регулировать в процессе их  производства. Так, полимерные пленки, линолеум, стеклопластики практически не имеют пор, а пористость пенопластов может достигать 95-98%

ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ

- низкая теплостойкость (от 70 до 200), но отдельные виды пластмасс (фторопласт, кремнийорганические полимеры) выдерживают нагрев до 300-500.

- малая поверхностная твердость

- высокий коэффициент термического расширения. Он колеблется в пределах 25-120*106, т.е. в 2,5-19 раз более высокий, чем у стали. Это необходимо учитывать при проектировании строительных конструкций, особенно крупноразмерных (например, трубопроводов);

- повышенная ползучесть, особенно заметная при повышении температуры

Химические и физико-химические

ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ

- высокая химическая стойкость- стойкость к действию растворов  кислот, щелочей и солей. Однако, многие пластмассы легко растворяются или набухают в органических растворителях. Для каждой пластмассы характерна своя группа растворителей, имеющих родственную к полимеру природу

- способность окрашиваться в  разные цвета

- способность некоторых пластмасс  образовывать тонкие пленки в  сочетании с их высокой адгезией  к ряду материалов, вследствие чего такие пластмассы незаменимы как сырье для производства строительных лаков и красок;

 

ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ

- горючесть - является следствием  горючести полимеров. Для пластмасс  разработаны добавки- антипирены, однако, пластмассы остаются сгораемыми материалами.

- старение- изменение структуры  и состава полимерного  компонента  пластмасс под действием эксплуатационных факторов (солнечный свет, нагрев, кислород), вызывающих ухудшение свойств самой пластмассы.  При старении возможно протекание в полимере двух процессов: структурирование (т.е. сшивка молекул), приводящее к потере эластичности, появлению хрупкости и последующем растрескиванию, и деструкция- разложение полимера на низкомолекулярные продукты. В пластифицированных пластмассах возможно также «выпотевание» и улетучивание пластификатора, что также приводит к потере эластичности.

- Возможность выделения из пластмасс  токсичных веществ не исключена. Чистые полимеры биологически  безвредны, однако в полимерах  возможно присутствие остатков мономеров или низкомолекулярных продуктов деструкции полимеров, появившихся в результате нарушения технологических режимов синтеза и переработки. Кроме того, в пластмассу вводят низкомолекулярные продукты (пластификаторы, стабилизаторы), которые тоже могут быть источниками вредностей.

Информация о работе Строительные материалы