Материал: Доманская. Строительные материалы и изделия. Учебное пособие

11. ПОЛИМЕРНЫЕ

МАТЕРИАЛЫ

Пластмассы — это искусственные материалы, получаемые на основе природных или синтетических полимеров, способные при определенных условиях формоваться и переходить в твердое состояние, сохраняя заданную форму.

Основные компоненты пластмасс

Связующее вещество — полимер.

Наполнители могут быть органическими или минеральными; по внешнему виду подразделяются на дисперсные (древесная или кварцевая мука, мел, тальк, сажа), волокнистые (стекловолокно, асбест, древесная шерсть) и слоистые (ткань, древесный шпон). К наполнителям также можно отнести воздушные поры в газонаполненных пластмассах. Наполнители могут занимать до 80–90 % объема материала. Они не только снижают стоимость, но и придают дополнительные свойства материалу: повышают тепло- и атмосферостойкость, снижают усадку и деформативность.

Пластификаторы — вещества, повышающие эластичность и пластичность полимеров для упрощения их переработки в изделия — глицерин, камфара и пр.

Стабилизаторы — препятствуют старению полимеров. Отвердители (для реактопластов) — обеспечивают сшивку

линейных олигомеров или полимеров в сетчатые.

94

11. Полимерные материалы

Пигменты и красители — придают материалам и изделиям соответствующий внешний вид.

Полимерные материалы обладают уникальными механическими, электроизоляционными свойствами, многие из них — высокой эластичностью. Они способны принимать любую форму в процессе переработки и нашли широкое применение в большинстве областей строительства: полиэтилен (пленки, трубы), полистирол (плиты), полихлорвинил (линолеум), полиметилметакрилат (органическое стекло).

Основные недостатки пластмасс — низкая теплостойкость, высокий коэффициент термического расширения, повышенная ползучесть, старение и токсичность некоторых полимеров.

11.1. Исходные полимерные материалы

Полимерные материалы — это природного или искусственного (синтетического) происхождения высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из многократно повторяющихся звеньев (мономеров), соединенных химическими связями.

Взависимости от технологии изготовления синтетические полимеры подразделяют на полимеризационные (например, полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид) и поликонденсационные (полиэфирные, акриловые, кремнийорганические, полиэфиры, полиуретановые каучуки).

По химическому составу полимеры делятся на карбоцепные (состоят только из атомов углерода и водорода), гетероцепные (кроме углерода могут присутствовать атомы серы, фосфора, кислорода) и элементоорганические (в состав цепей входят другие атомы, например, кремний, титан).

Взависимости от формы макромолекул различают полимеры линейной, разветвленной и сетчатой структуры (см. рис. 4).

95

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Линейные полимеры, в основном, имеют невысокую температуру размягчения и растворяются в соответствующих растворителях. Сетчатые полимеры не плавятся, не растворяются, а только набухают.

а

б

в

Рис. 4. Структура макромолекул полимеров:

а — линейная; б — разветвленная; в — сетчатая

По отношению к нагреванию полимеры подразделяются на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные могут многократно при нагревании размягчаться, переходя в пластичное состояние, и при охлаждении затвердевать, сохраняя заданную форму. К ним относятся большинство полимеризационных полимеров (полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид).

Термореактивные полимеры (реактопласты) в процессе переработки за счет химических реакций приобретают сетчатое строение и теряют возможность плавиться. К ним относятся эпоксидные смолы, вулканизованные каучуки и другие.

96

11. Полимерные материалы

Полиэтилен — продукт полимеризации этилена плотностью 910–925 кг/м 3. Характерные свойства: морозостойкость –70 °C, термостойкость +70 °C, при нагреве до +80 °C растворяется в некоторых органических растворителях. По способу получения подразделяют на полиэтилен высокого давления (ПВД) и низкого давления (ПНД). Основная область применения в строительстве — изготовление пленок отделочных материалов.

- [-CH2 — CH2-]n

Полиизобутилен — каучукоподобный или жидкий эластичный материал плотностью 910–930 кг/м 3, получаемый в промышленности полимеризацией изобутилена, не изменяет структуру под действием окружающей среды, обладает очень малой влаго– и газопроницаемостью. Основные области применения в строительстве: изготовление гидроизоляционных тканей, защитных покрытий, клеящих пленок, добавка в асфальтобетон.

Полистирол — термопластичный полимер плотностью 1060 кг/м 3, продукт полимеризации стирола, применяемый при изготовлении лаков и эмалей, а во вспененном состоянии — в качестве теплоизоляционного материала. Из него изготавливают плиты из вспененного экструдированного полистирола.

- [-CH2 — CH (C6H5)-]n

Поливинилхлорид — (ПВХ) является продуктом полимеризации винилхлорида (СН2=СНСl). Обладает высокими меха-

97

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

ническими свойствами. Из поливинилхлорида изготовляют гидроизоляционные и отделочные материалы, плинтуса, поручни, оконные и дверные переплеты, линолеум и др. Ценным свойством поливинилхлорида является стойкость к действию кислот, щелочей, спирта, бензина, смазочных масел. Поэтому его широко применяют для производства труб, используемых в системах водоснабжения, канализации и технологических трубопроводов.

Недостатками поливинилхлорида является резкое понижение прочности при повышении температуры, а также ползучесть при длительном действии нагрузки.

- [-CH2 — CHCl-]n

Полиметилметакрилат (органическое стекло) — прозрачное твердое и упругое вещество плотностью 1190 кг/м 3, получают

ввиде бесцветной, прозрачной жидкости в процессе полимеризации метилового эфира, из которой после отвердевания образуются стеклообразные готовые изделия очень стойкие

вводе, кислотах и щелочах. В строительстве применяют для остекления или изготовления масштабных моделей и заготовок.

CH3

[-CH2 C ]n

OCOCH3

Среди поликонденсационных полимеров (реактопластов) наиболее значимыми являются фенолформальдегидные, карбамидные (мочевиноформальдегидные), эпоксидные, кремнийорганические полимеры, полиуретаны и др. Фенолформальдегидные полимеры получают путем поликонденсации фенола с формальдегидом. Эти полимеры хорошо совмещаются с на-

98