Строительные материалы

 

Кремнийорганические полимеры( полиорганосилоксаны)—большая группа полимеров, в составе которых наряду с органической частью в основной цепи или боковых ответвлениях присутствует кремний. В качестве мономеров используются соединения, полученные взаимодействием кремния с хлористым метилом и этилом. Благодаря наличию кремния полимеры приобретают ряд специфических свойств повышенную термо- (до 400.500 °С) и химическую стойкость, водостойкость, морозостойкость, в ряде случаев хорошую совместимость с силикатными материалами, сохраняя при этом обычную для синтетических полимеров эластичность. Плотность- 1600-2100 кг/м3.

Кремнийорганические полимеры в виде жидкостей используют в качестве водоотталкивающих фасадных красок; эти же жидкости добавляют в бетон с целью придания ему гидрофобных свойств. Полимеры линейной структуры применяют в виде различных герметизующих и изоляционных паст и клеев. полимеры сшитой структуры обладают жесткостью и теплостойкостью более 400°С. На их основе изготовляют жароупорные лаки и эмали, используют в производстве пенопластов и клеев а в виде связующих и пропитанных составов - при изготовлении слоистых и волокнистых пластиков.

 

Эпоксидные полимеры получили свое название в виду наличия в их молекуле эпоксидной группы                            =С-С=                                             .

                                                                  \   /

                                                                    О

Основным сырьем для эпоксидных полимеров является эпихлоргидрин, получаемый из глицерина и пропилена. В большинстве случаев эти полимеры представляют собой жидкости различной вязкости, отверждение которых происходит при повышенной или нормальной температуре.

Эпоксидные смолы характеризуются высокой химической стойкостью, за исключением сильных окислителей и влажного хлора. Материалы на их основе (клеи, краски, мастики, растворы и бетоны) отличаются высокой прочностью и универсальной клеящей способностью к бетону, металлу, керамике, дереву, стеклу и др. Эти замечательные свойства у них сочетаются с относительно высокой теплостойкостью (100-150°С).Плотность- 1100-1200 кг/м3 В строительстве эпоксидные полимеры применяют для склейки и ремонта железобетонных конструкций, получения полимербетонов и других специальных целей, например для устройства наливных полов по бетонному основанию.

Полиэфиры - это группа полимеров, получаемых в результате поликонденсации многоатомных кислот со спиртами.( плотность -1200-1250 кг/м3) Широкое применение получил, например, глифталевый полимер. Распространенность сырья и относительная дешевизна позволяет применять полиэфирные полимеры для изготовления стеклопластиков, светопрозрачных и цветных покрытий, санитарно-технических изделий, клеев, фасадных красок и лаков. Полиэфирные полимеры стойки к действию кислот. Однако при длительном воздействии воды прочность полиэфирного полимера понижается (до 40%), уменьшается и его адгезионная способность.

Полиуретаны готовят из изоцианатов и многоатомных спиртов, содержащих две и более гидроксильные группы. применяют для изготовления волокон, пленок, листовых материалов, которые выдерживают высокую влажность и температуру до 110°С.

Полиуретановые каучуки синтезируют из диизоцианитов и полиэфиров, причем в зависимости от вида полиэфира получают мягкие эластичные и жесткие материалы, а из них прекрасные звуко- и теплоизоляционные пластмассы.

Полимеры, получаемые путем модификации природных высокомолекулярных веществ (целлюлозы и белков), имеют определенное значение для строительства. Из ацетилцеллюлозы вырабатывают прочные и водостойкие лаки для окрашивания древесины и металла.

2. Наполнители

Наполнители, уменьшая содержание полимера в пластмассах, значительно снижают их стоимость, усадку и деформативность. Кроме того, они улучшают ряд специфических свойств изделий: твердость, прочность, атмосферостойкость, теплостойкость и т. д.

Наполнители применяют в основном для термореактивных полимеров, так как их усадка составляет 10-18 %. Термопластичные полимеры имеют усадку от 0,8 до 2 %; кроме того, из них формуют небольшие изделия, а следовательно, возникающие внутренние напряжения невелики, поэтому их чаще всего не совмещают с наполнителями.

У большинства пластмасс  существенная доля объема приходится на  долю наполнителей, а некоторые пластмассы на 80-90% (по объему) состоят из наполнителей (ДС плиты, полимербетоны, пенопласты), а некоторые состоят из полимера целиком (органическое стекло)

Наполнители по происхождению классифицируются на органические ( хлопковый пух, древесная мука, опилки, отходы пластмассового производства, бумага, ткани) и неорганические ( асбест в виде волокон, листов и тканей, стекловолокнистые материалы, тальк, слюда, каолин, сажа , графит).

По структуре наполнители классифицируются:

1. Наполнители в твердой фазе

- дисперсные ( древесная мука, слюда, графит, сажа, тальк)- повышают твердость и предел прочности при сжатии. Материалы с применение дисперсных наполнителей: графитопласты, саженаполненные каучуки, порошковые амино- и фенопласты, смеси полимеров.

- волокнистые ( хлопковые очесы, асбестовые  и стеклянные волокна, углеродные волокна)- повышают прочность на изгиб, особенно при ударной нагрузке. Материалы: карбоволокниты, асбопластики, стеклопластики

- листовые ( стеклоткань, асбестовая  ткань, бумага, шпон, синтетическая  ткань)- повышают прочность на  растяжение и изгиб . Материалы: стеклотекстолит, асботекстолит, гетинакс, металлопласты

2. Наполнители в газовой фазе

- воздушные поры- повышают теплоизоляционные свойства. Материалы: сотопласты, пенопласты, поропласты, пластики с полыми наполнителями.

Наполнители могут применяться в клеевых и герметизирующих составах, при этом снижается усадка, достигается рабочая консистенция ( древесная мука, порошки металлов).

При выборе наполнителей необходимо учитывать следующие требования: наполнители не должны растворяться в пластификаторах, разлагаться при температуре переработки и выделять летучие продукты; не должны содержать вещества, катализирующие разложение полимера; не должны менять цвет в процессе переработки и ухудшать перерабатываемость смеси; поверхность наполнителя должна смачиваться полимером; дисперсность наполнителя должна обеспечивать тесный контакт с вяжущим и его умеренный расход.

3.Пластификаторы

Пластификаторы- вещества, добавляемые к полимеру для повышения его высокоэластичности и уменьшения хрупкости и облегчают переработку пластмасс, снижая температуру перехода полимера  в вязкотекучее состояние. В качестве пластификаторов используют  нелетучие органические жидкости, хорошо совмещающиеся с полимером (глицерин). Молекулы жидкости, проникая между звеньями цепей полимера, увеличивают расстояние и ослабляют связь между ними - это и приводит к уменьшению вязкости полимера. (Пример пластмассы с пластификатором: ПВХ линолеум - мягкий и эластичный, в то же время из ПВХ без пластификатора изготавливают прочные и жесткие трубы, выдерживающие давление воды). Содержание пластификаторов зависит от состава и свойств полимера и колеблется от 5 до 40%.

4. Стабилизаторы, отвердители, инициаторы.

Стабилизаторы  - способствуют сохранению структуры и свойств во времени, предотвращая их старение от воздействия солнечного света, кислорода, нагрева и т. д. По своему действию делят на светостабилизаторы (производные фенолов, газовая сажа, оксид цинка) и термостабилизаторы (соли щелочных металлов ,стеарат кальция), соединения свинца (стеарат свинца)). Светостабилизаторы обладают способностью поглощать УФ свет преобразовывать тепловую энергию, что препятствует протеканию цепных реакций под воздействием УФ, приводящих к повышению хрупкости. Термостабилизаторы препятствуют термоокислительной деструкции, происходящей под воздействием температуры.

Отвердители - вещества, с помощью которых осуществляется сшивка линейных молекул олигомеров в сетчатые полимерные молекулы. (эфиры изоциановой кислоты)

Инициаторы - ускоряют процесс отверждения

Красители-органические (нигрозин, хризоидин) и минеральные (охра, сурик, белила)

Порообразователи-обеспечивают создание в материале пор (изопентан)

 

 

 

3.ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Особенности технологических процессов изготовления полимерных материалов зависят от их состава и назначения.

  В основном производство складывается из подготовки (включает сушку, помол, перемешивание), в некоторых случаях – подготовку полуфабрикатов (пресс-порошков, таблеток,  дозировки и приготовления полимерных композиций, которые затем перерабатываются в изделия и обеспечивается стабилизация их физико-механических свойств, размеров и формы.

Основными приемами переработки пластмасс являются: вальцевание, каландрирование, экструзия, прессование, литье, промазывание, пропитка, полив, напыление, сварка, склеивание и др.

Смешение композиций - это процесс повышения однородности распределения всех ингредиентов по объему полимера иногда с дополнительным диспергированием частиц. Смешение может быть периодическим и непрерывным. Конструкция и характер работы смесителей зависят от вида смешиваемых материалов (сыпучие или пастообразные).

Вальцевание - операция, при которой пластмасса формуется в зазоре между вращающимися валками. Перерабатываемая масса 2 несколько раз пропускается через зазор между валками 1 и 3 (рис.а), равномерно перемешивается (рис б), затем переводится на один валок (рис в) и срезается ножом 4(рис г). На вальцах непрерывного действия масса не только пропускается через зазор, но движется вдоль него, а в конце процесса срезается ножом в виде узкой непрерывной ленты.

Вальцы позволяют перетирать и дробить компоненты пластмасс. Это обеспечивается тем, что при движении в зазоре материалы сжимаются, раздавливаются и истираются, поскольку валки могут вращаться с различной окружной скоростью. Таким образом, вальцевание позволяет доброкачественно смешивать компоненты пластмасс с целью получения однородной массы. При этом полимер, как правило, переводится в вязкотекучее состояние благодаря повышению температуры при истирании. (темп. вальц.=130-150)

При многократном пропускании массы через вальцы происходит пластикация, т.е. совмещение полимера с пластификатором путем ускоренного взаимного проникновения.

По характеру работы вальцы бывают периодического и непрерывного действия, а по способу регулирования температуры -обогреваемые (паром или электричеством) и охлаждаемые (водой).

В зависимости от расположения в технологической цепи, валки используют для гомогенизации смеси (перед каландрированием), для охлаждения материала, для отделки поверхности материала (тиснение).

Каландрирование (для термопластич. полимеров) - процесс образования бесконечной ленты заданной толщины и ширины из размягченной полимерной смеси, однократно пропускаемой через зазор между валками. По числу валков каландры подразделяются  на двух-, трех-, четырех- и пятивалковые. Валки могут располагаться вертикально в линию, горизонтально в линию, Г-образно (рис.а), L-образно и Z-образно (рис. б).

Конструкции каландров различаются в основном в зависимости от вида перерабатываемой массы - резиновых смесей или термопластов. Валки каландров изготовляют из высококачественного кокильного чугуна. Рабочую поверхность валка шлифуют и полируют до зеркального блеска. Валки  для улучшения формования обогреваются паром через внутреннюю центральную полость и периферийные каналы.

При каландрировании масса проходит через зазоры  нагретых валков. При этом возникает так называемый каландровый эффект, оцениваемый разницей в прочности материала в направлении каландрирования и перпендикулярной к нему. Для устранения каландрового эффекта материалы подвергают термообработке (отжигу), пропуская их через обогреваемые печи, барабаны и т.д.

Этим способом изготавливают  пленки ПВХ (безосновные,  самоклеющиеся (с последующим промазыванием)), изделия для полов (линолеумы (однослойные (рис. 1  ), многослойные), синтетические ковровые материалы (на основе пленок из ПВХ - ворсолин (верх из синтетич. волокон), плитки ПВХ, полученные вырубанием из готового полотна.

Как правило, каландрирование выполняется в комплексе с вальцеванием в одной технологической линии.

В случае производства многослойных материалов, отдельные слои, полученные каландрированием, дублируют на специальных каландрах или многовалковых приспособлениях (кашировальных машинах). (рис.  2,3    )

Рис.  1   Схема производства однослойного линолеума методом каландрирования: бункера: 1 - ПВХ; 2 - пластификаторов; 3 - стабилизаторов;4 - пигментов; 5 - наполнителей с дозирующими весами; 6 - смесители жидких компонентов; 7 - то же, сухих компонентов; 8 - смеситель-активатор; 9 - смесительные вальцы; 10 - конвейер; 11 - стрейнер; 12 - каландр;13 - камера нагрева; 14 - охладительная камера; 15 - устройство продольной и поперечной резки; 16- намоточное устройство.

 

 

Рис. 2  Схема дублирования: а) на дублирующем каландре (1- размоточное устройство, 2- отклоняющие ролики, 3- обогреваемые барабаны,4- металлический валок,5- гуммированный валок,6- охлаждающее устройство,7- намоточное устройство); б - на дублирующе - текстильном каландре (1-размоточное устройство, 2 - обогреваемый барабан, 3 - нагревательное устройство, 4 - обрезиненный вал, 5 - тиснильный валок, 6- охлаждающее устройство, 7- намоточное устройство); в - в калибрующем зазоре каландра (1 - размоточное устройство, 2 - трехвалковый каландр, 3 - охлаждающее устройство, 4 - намоточное устройство); г - на валке каландра (1 - размоточное устройство, 2 - Г-образный каландр,3 - обрезиненный прижимной ролик, 4 - охлаждающее устройство, 5 - намоточное устройство)