Строительные пластмассы

Реферат

по дисциплине "Технология конструкционных материалов" 

Cтроительные пластмассы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание 
 
 

1 Общие  сведения………………………………………………………..3

2 Состав…………………………………………………………………..4

3 Технология …………………………………………………………….5

4 Основные виды строительных пластмасс…………………………...8

   4.1Материалы для полов……….………………………………….…8

   4.2Отделочные материалы ……..…………………………………....9

   4.3Конструкционно-отделочные материалы……….……………...10

        4.4 Теплоизоляционые полимерные материалы…………………….12

   4.5 Кровельные,гидроизоляционные и санитарно-технические материалы и изделия……………………………………………………………….13

    4.6 Клеи на основе полимеров……………………………………….14

5Утилизация……………………………………………………………..15

Список  использованных источников………………………………...16

1 Общие сведения 

     Пластмасса  или пластик – это общий  термин для широкого диапазона синтетических  или полусинтетических изделий  полимеризации. Они состоят из органического  сгущения синтетической смолы или  ступенчато-полимеризованных (аддитивных) полимеров и могут содержать  другие вещества, чтобы улучшить износоустойчивость или экономичность. Существует много естественных полимеров, обычно считающихся "пластмассами". Пластмассы могут быть сформированы в пленки или волокна. Название «пластмасса» произошло из того факта, что многие виды этого материала являются гибкими, имея свойство пластичности.

     В период формования изделий полимер  находиться в вязкотекучем или высокоэластичном состоянии.

Целлулоид-пластмасса на основе модифицированной целлюлозы

Резина,эбонит-эластичный и твердый продукты вулканизации природного каучука

Галалит-пластмасса на основе казеина

Фенол-формальдегидная  смола –синтетический полимер.

Свойства  пластмасс:

1. Высокая прочность при малой плотности(ρ<1500 кг/м³,а у газонаполненных пластмасс 50-10 кг/м³)
2. Более низкий,чем у традиционных материалов,модуль упругости и соответственно высокая деформативность;заметная ползучесть(развитие деформации при длительном воздействии нагрузок)
3. Высокая износостойкость при малой поверхностной твердости
4. Водостойкость,водонепроницаемость и универсальная химическая стойкость к кислотам,щелочам,растворам солей
5. Невысокая теплостойкость(100-200°С,для некоторых 300-350°С) и зависимость механических свойств от температуры
6. Декоративность-способность окрашиваться в яркие тона и принимать нужную текстуру поверхности
7. Хорошие электроизоляционные свойства и склонность к накапливанию статического электричества
8. Склонность к старению(особенно под воздействием УФ излучения и кислорода воздуха)
9. Горючесть,усугубляемая токсичностью продуктов горения
10. Экологическая проблемность пластмасс

2 Состав 

     Основные  компоненты-полимер,наполнитель,пластификатор,краситель  и специальные добавки

     Полимер выполняет роль связующего и определяет основные свойства пластмассы.

     Наполнитель уменьшает расход полимера и придает пластмассе определенные свойства.

Бывают:

• порошкообразные(мел,тальк,древесная мука);
• грубодисперстные(стружка,песок,щебень);
• волокнистые(стекловолокно,целлюлозные волокна);
• листовые(бумага,древесный шпон)

     Волокнистые и листовые наполнители являются армирующими наполнителями,существенно повышающими  прочность и модуль упругости пластмасс.

     Стеклопластики,углепластики,бумажнослоистые  пластики очень прочные и легкие конструкцинные материалы.

     Пластмассы  могут быть наполнены(до 90-95% по объему) воздухом.Такие материалы называются пеноспластами и обладают очень высокими теплоизоляционными свойствами.

     Пластификаторы-вещества,повышающие эластичность пластмасс.Они,проникая между молекулами полимера,повышают их подвижнсть.Это делает материал пластичным,а так же облегчает переработку пластмасс,снижая температуру перехода в вязкотекучее состояние.(Н:диоктилфталатом,трикрезилфосфат)

     Пигменты

• Органические
• Неорганические

     Стабилизаторы и антиоксиданты-необходимый элемент многих пластмасс,так как полимеры под воздействием солнечного света и кислорода воздуха стареют(происходит деструкция полимера и окислительная полимеризация),что приводит к потере эксплуатационных  свойств и разрушению пластмассы.

     Отвердители и вулкакнизаторы используют в тех случаях,когда необходимо произаести отвержение жидких олигомеров(например,отвержение эпоксидной смолы аминными отвердителями),или сшивку макромолекул термоактивного полимера(например вулканизация каучука серой).Происходит укрупнение молекул исходных продуктов с образованием пространственных сеток с помощью низкомолекулярных веществ.В ряде случаев отвердителями могут служить кислород или влага,содержащиеся в воздухе. 
 

3 Технология 

     Способ  обработки и ее режим определяется видом полимера и типом получаемого  изделия.

     Общая схема производства включает дозировку и приготовление полимерной композиции,формование изделий и стабилизация их формы и физико-механических свойств.

     Приготовление композиций производится 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 зазаое между обогреваемыми валками,вращающимися в противоположном направлении.Вальцевание помогает равномерно перемешивать компоненты смеси.При многократном пропускании массы через валки полимер в результате термомеханических воздействий переходит в пластично-вязкое состояние.Этот процесс называется пластикация.

а - загрузка массы; б- вальцевание; в - переход массы на один валок; г – срез массы с валка; 1,3 - валки; 2 – вальцуемый материал; 4 – нож

Рисунок 1- Схема вальцевания 

     Эструдирование-перемешивание массы в обогреваемом шнековом прессе(экструдере) с последующим продавливаниеммассы сквозь решетку для формирования полуфабриката в виде гранул(такой эструдер называется гранулятором).

     Каландирование-процесс формования полотна заданной толщины и ширины из пластичной смеси путем однократного пропускания между обогреваемыми полированными валками с последовательно уменьшающимся зазором.Таким способом производят полимерные пленки.

а) - Г-образный каландр; б) Z-образный каланд

Рисунок 2- Схемы работы четырехвалковых каландров 

     Экструзия-процесс получения профилированных изделии способом непрерывного выдавливания размягченной массы через формообразующее отверстие(мундштук).Таким способом производят трубы,погонажные изделия(плинтусы,раскладки,оконные профили)

     Литье под давлением с помощью литьевых машин получают небольшие изделия сложной конфигурации из смесей на основе термопластичных полимеров(вентиляционный решетки,мелкие плитки).Гранулированный полуфабрикат нагревается до вязко-текучего состояния в цилндре литьевой машины и плунжером впрыскивается в раземную форму,охлаждаемую водой.

     Горячее прессование используют в основном для формования изделий из термоактивных полимеров.Так,в частности,получают листовые материалы.Для листовых материалов используют многоэтажные прессы с масляным или паровым обогревом плит(t=120-150°C).В начале полимер расплавляется,связывая все компоненты,а затем необратимо отверждается,фиксируя заданную форму изделия.Таким способом можно получить пеноспласты с помощью веществ-газообразователей,разлагающихся с выделением газа при нагревании,то есть в тот момент,когда полимер обретает вязко-пластичную консистенцию.Вспенивание происходит при размыкании плит пресса.Получаемый при этом пенопласт имеет на поверхности плиты плотные корочки.

     Пенопласты  получают и другими методами.Очень  простым способом получают полистирольный пеноспласт из гранул полистирола,содержащих легкокипящую жидкость-изопентан.Наибольшее количество гранул помещают в закрытую форму,которую опускают в горячую (t=85-95°C)воду.Полистирол размягчается,изопентан,вскипая,вспучивает гранулы.Расширившиеся гранулы занимают весь оббьем 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;напылене пластмасс,варка и склеивание.

1 —  бронирующая посыпка; 2 - слой из  полимербитумного связующего: 3 - основа  стекловолокнистая или из полимерных  волокон. 4 — слой из полимербитумного  связующего: 5 -разделительный слой (пылеватая посылка, полиэтиленовая пленка);

Рисунок 3 - Схема поперечного сечения полимербитумного рулонного материала 
 

     4 Основные виды строительных пластмасс 

     4.1 Материалы для полов

• Рулонные материалы

        Линолеум,ворсовые(ковровые)  покрытия

• Плиточные материалы

        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.

        Ламинат-крупноразмерные плитки из твердой древесно-волокнистой плиты,имеющие с лицевой стороны декоративное полимерное покрытие с высокой износостокостью.Ламинированные покрытия 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 требуемо толщины(2-10 мм).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.Целесообразны для цехов предприятий пищевой промышленности,спортивных залов,коридорах в школах.

4.2 Отделочные материалы

• Бумажно-слоистый пластик-листовой материал размеров до 3600х1600 мм при толщине 0,5-3 мм,получаемый горячим прессованием 5-15 слоев бумаги,пропитанной термоактивными полимерами:лицевые слои-прозрачным меламиноформальдегиднымполимером,а внутренние-фенолформальдегидным.Для верхнего лицевого слоя используется цветна бумага с рисунком,покрытая сверху прозрачно защитной бумагой,так же имеющей пропитку.

        Бумажно-слоистый пластик обладает высокой для  пластмасс поверхностой твердостью,износо- и теплостойкостью.В основном его  применяют дл облицовки мебели для кухонь,встроенной мебели и столярных строительных изделий ;для отделки стен на высоту 1-1,5 м помещений с большой интенсивностью эксплуатации(коридоры);помещений ванны,лабораторий.

• Декоративные пленочные материалы

         -Безосновные плёночные материалы-тонкие полимерные пленки,окрашенные по всей толщине и имеющие с лицевой стороны  рисунок или тиснение.Выпускаются в рулонах шириной 1500-1600мм,длиной 150м.С тыльной стороны пленка может иметь слой «неумирающего» клея,прикрытый специальной защитной бумагой.Бесподосновные пленки используют для отделки древесины,асбестоцементных литсов.

         -Пленки  на основе-рулонный отделочный  материал,в котором цветная,обычно  поливинилхлоридная,пленка сдублирована  с бумажной или тканевой подосновой.Примеров  такого материала могут служить моющиеся обои,представляющие собой тонкую полимерную пленку,сформированную тем или иным способом на поверхность бумажной подосновы.Такие материалы применяют для отделки стен,как и обычные обои,но там,где будет полезна их повышенная влагостойкость и износостойкость(кухни,прихожие).

         -Пленки  для натяжных потолков-новый вариант  пленочного отделочного материала.Такие пленки имеют высокую упругость и прочнось и могут быть окрашены в любы 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,вентиляция).Применяют натяжные потолки в магазинах,кафе,офисах.

• Облицовочные листы и рейки(сайдинг)имитируют традиционные виды облицовки зданий-дерево,кирпич,природный камень.Наибольшее распросранение для облицовки индивидуальных домов ,торговых павильонов приобрели материалы,имитирующие облицовочную доску «вагонку»,-пластмассовые рейки под названием «сайдинг».Рейки сайдинга соединяются друг с другом.Получают рейки либо экструзией из ПВХ-композиций,либо нанесением полимерных пленок на металлическую основу.

     Листовые  полимерные облицовочне материалы,имитирующие,например,кирпичную  кладку,изготавливают из композиций на основе термопластов.Необходимая  текстура образуется путем горячего прессования листов-полуфабрикатов,которые могут быть окрашены как в массе,так и по поверхности.

• Погонажные изделия-длинномерные изделия разнообразных профилей:рейки,поручни для лестничных перил,нащельники.Получают погонажные изделия главным образом из поливинлхлоридных композиций методом экструзии.
• Использование полимерных погонажных изделий-одна из сторон малой индустриализации строительства.Например,применение пластмассовых поручней из пластифицированного ПВХ существенно ускоряет отделку лестниц.

4.3 Конструкционно-отделочные пластмассы

     К ним относятся плитные и листовые материалы:древесностружечные плиты,древеснослоистые пластики,сверхтвердые древесноволокнисты плиты,стеклопластик,а так же формованные  элементы для архитектурны малых  форм:кисоков,павильнов.

• Стеклопластики-тистовой материал,получаемый пропиткой стеклянного полотна или стеклоткани термоактивными олигомерами(смолами) с последующим их отвержением.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(1500-1700кг/м³).Роль полимерного связующего заключается в том,чтобы придать материалу монолитность и обеспечить  равномерное распределение напряжений от внешних нагрузок  между всем стеклянными волокнами.Стеклопалстики-типичный композиционный материал.

     Чаще  всего для пропитки стекловолокна  применяют ненасыщенные полиэфирные  или эпоксидные смолы,обладающие высокой прочностью и адгезией к стекловолокну и химической стойкостью.

     Адгезия-сцепление поверхностей разнородных твёрдых и/или жидких тел. Адгезия обусловлена межмолекулярным взаимодействием (вандерваальсовым, полярным, иногда — образованием химических связей или взаимной диффузией) в поверхностном слое и характеризуется удельной работой, необходимой для разделения поверхностей.

     Стеклопластики  выпускают в виде плоских или  волнистых листов,окрашенных в различные цвета,которые используют для декоративной наружной облицовки и устройств кровель.Кроме того,из стеклопластиков изготавливают трехслойные пенопластовые панели,трубы,санитрано-технические изделия и покровные элементы для трубопроводов и химических аппаратов.

• Древеснослоистые пластики-листовой материал,получаемый горячим перссованием древесного шпона,пропитанного термоактивными полимерами(обычно фенолоформальдегидными),-прочный водо-,масло- и бензостойкий материал,используемый для каркасных перегородок,клееных деревянных конструкций.

4.4 Теплоизоляционые полимерные материалы

     Самые эффективные теплоизоляционные  материалы с пористостью более 90%.Они могут быть в форме плит или других изделий,а так же в  виде жидких композиций,вспениваемых и отверждаемых на месте укладки.

     Отличаются  высокими эксплуатационными характеристиками.достаточно долговечны и прочны.

• Пенопласты-листовые и фасоны изделия получают вспениванием различных полимеров:полистирола,поливинилхлорида,полиэтилена,фенольных полимеров.Используют прессовый и беспрессовый методы изготовления изделий из пенопластов.
• Пенополистирол-из него получают крупноразмерные плиты толщиной до 100мм.Марка по плотности D15-50 кг/^м3 теплопроводность0,03-0,04 Вт/(м*К)

       Теплостойкость 80-90°С,горючий материал.

     Беспрессовый пенополистерол состоит из склеившихся друг с другом вспененных гранул полистирола.Этот вид пенополистерола паропроницаем,имеет заметное водопоглощение и невысокую прочность.Применятеся в виде листов и плит для тепловой изоляции стен,когда необходима паропроницаемость всей конструкции.

     Прессовый пеностирол имеет плотные корки  на обеих поверхностях плит и полностью  замкнутую пористость.Поэтому он абсолютно паронерпоницаем,имеет  ничтожное водопоглощение(<0,3%) и  большую прочность ,чем бесперссовы.Этот вид используется для тепловой изоляции конструкций,где возможен длительный контакт с водой и не нужна паропроницаемость.

• Пенополивинилхлорид-материал в виде плит,по методу получения и структуре аналогичен прессовому пенополистиролу.Плотность 35-70 кг/м³,теплопроводность 0,04-0,054 Вт/(м*К),теплостойкость 130-140 °С,горючесть значительно ниже,чем у пенополистерола,повышенная прочность.Применяется для теплоизоляционных слоев кровельных конструкций.

       Полиэтилен-«Вилатерм» эластичное полотнище.Водо- и паронепроницаем.Его можно дублировать с алюминиевой фольгой,такой материал отражает инфракрасные лучи,создавая дополнительный теплоизоляционный барьер.Кроме листового пенополиэтилена,из него выпускают полые трубки для изоляции трубопроводов и герметизации стыков в панельных зданиях. Состав мономера: [–CH2–CH2–]n. Этилен [–CH2–CH2–] при комнатной t находится в газовом состоянии, t кипения составляет -140°C. ПЭ бывает двух видов: 1)Низкой плотности высокого давления ПЭНП (ПЭВД), разветвлённая структура, плотность ρ = 0,91-0,92 г/см³, tэкспл = -70 120-140°C, tплавл = 110-125°C; 2) ПЭВП (ПЭНД), линейная структура, ρ = 0,96 г/см3, tэкспл = -70  140-150°C, tплавл = 150°C. Недостаток – старение ПЭ. При воздействии ионизованного излучения увеличивается прочность материала и теплостойкость.

• Заливочные пенопласты-жидко-вязкие олигомрные смолы,заливаемые в пазухи,оставленные в изолируемой констукции,вспучивающиеся и отверждающиеся в них.
• Фенольный пеноспласт-один из первых пенопластов.Жесткие и теплостойкие ;хорошо сцепляются в момент отверждения с другими материалами.Это используется при производстве трехслойных легких панелей типа «сендвич»:два металлических листа,между которыми заключен пенопласт.
• Пенополиуретан,обладает низкой плотностью 30-50 кг/м³ и низкой теплоповодностью при достаточно высокой прочности.Могут быть жесткие и эластичные.Они,как и фенольные пенопласты,применяются для изготовления трехслойных конструкций.Выпускатеся специальный вид пеноулиуретана-монтажная пена,используемая,например,для устройства теплоизолирующих уплотнений при установке дверных и оконных коробок.

             4.5 Кровельные,гидроизоляционные и санитарно-технические материалы и изделия

     Использование полимеров для получения кровельных,гидроизоляционных  и санитарно-техничесикх материалов и изделий базируется на их высокой водостойкости и коррозионной стойкости.При получении кровельных и  гидроизоляционных материалов полимеры используются в роли модификаторов традиционных битумных материалов и самостоятельных материалов в виде пленок,мембран и мастичных составов.

• Полимерные трубы изготавливают в основном методом экструзии из композиций на основе термопластов(полиэтилена,полипропилена).Такие трубы обладают невысокой теплостойкостью(не выше 60-80 °С) и рекомендуются для холодного водоснабжения и канализации.Они легче металлических при одинаковой пропускной способности,не покрываются отложениями и не корродируют даже в воде с агрессивными вещестами,обладают низкой теплопроводностью,не лопается в случае замерзания благодаря пластичности пластмассы.Из эластопластов изготавливают гибкие шланги.

     Кроме труб выпускают полный набор фитингов соединительных деталей трубопроводов,поворотов.Монтаж систем из пластмассовых труб и фитингов проще и быстрее,чем из металличесиких. 

     4.6 Клеи на основе полимеров

     Выгодно отличаются от традиционных натуральных(казеинового,столярного)клея и клея на основе жидкого стекла(силикатного клея)большим разнообразием свойств и долговечностью.Полимерные клеи обладают высокой клеящей способностью к самым разным материалам,биостойки,многие из них водостойки.

Полимерные клеи можно разделить на 3 типа:

• На основе водных растворов и водных дисперсий полимеров-водоразбавляемые клеи.Например,клее ПВА.
• На основе растворов термопластичных полимеров в органических растворителях(например нитроклей-раствор нитроцеллюлозы в ацетоне и амилацете).Недостатки этих клеев-пожароопасность,обусловленная наличием летучих растворителей.
• На основе отверждающихся жидких олигомеров(эпоксидные,полиуретановые),обладающие относительно большой прочностью и теплостойкие.

     В строительстве применяют в основном 1 и 3 типы клеев.Для наклейки отделочных материалов при внутренних работах(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 соблюдения требуемого режима отверждения клея(время,температура,давление). 

5 Утилизация 

     Производство синтетических полимеров связано со сложными и энергоемкими процессами с вредными для человека мономерами,сопровождающимися вредными выбросами в атмосферу.Готовые полимеры и материалы на их основе в большинстве своем безвредны.Однако отслужившие свой век пластмассовые изделия не вписываются в природный цикл:они не гниют и не разлагаются под действием природных агентов,поэтому их количество постоянно увеличивается.При сжигании полимеры разлагаются с выделением токсичных низкомолекулярных продуктов.Пластмассы на основе термопластичных полимеров могут быть исопльзованны вторично,но это не решает проблему утилизации пластмасс.Один из вариантов решения этой проблемы-получение биологически разлагаемых полимеров,разработке которых в настоящее время уделяется большое внимание. 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Список  использованных источников 

    1 Попов К.Н.Строительные материалы и изделия/ К.Н.Попов,М.Б.Каддо.-М.:Высш.Шк.,2001.-367 с

    2 http://www.referat.su/refs_new/14119/ref_part_9.shtml

    3 http://materiology.info/ref/plastmass6_predstavl9ut.html