Строительные полимерные материалы: Применение полимеров в строительстве
alexxlab | 16.05.2023 | 0 | Разное
7 Строительные материалы на основе полимеров
Материалы для строительных конструкций
Пластическими массами называют материалы, в состав которых входят смолообразные органические вещества с высокой молекулярной массой, наполнители, пластификаторы, отвердители, стимуляторы и др. Пластмассы способны под влиянием нагревания и давления принимать нужную форму и затем устойчиво ее сохранять. Основным компонентом всех пластмасс является связующее вещество, от которого главным образом и зависят свойства пластмасс. По количеству компонентов, входящих в пластические массы, их можно подразделить на простые и сложные.
Простой называется пластмасса,
состоящая из чистого полимера (органическое
стекло). В большинстве случаев применяют
сложные пластмассы, состоящие из
полимера, наполнителя и других компонентов.
Наполнители (порошкообразные, волокнистые
или листовые) повышают прочность и
теплостойкость пластмасс и снижают ее
стоимость. Пластификаторы повышают
пластичность и эластичность.
Развитие современной промышленности строительных материалов на основе пластмасс базируется на применении синтетических смол, т.е. смол классов А и Б, получаемых методами полимеризации и поликонденсации. Полимерные смолы по-разному ведут себя при нагревании. Термопластичные полимеры (полиэтиленовые, полистирольные и поливинилхлоридные смолы и др.) при нагревании становятся пластичными, после охлаждения они затвердевают. При повторном нагревании они снова размягчаются и становятся пластичными; такую операцию можно повторять неоднократно.
Термореактивные полимеры (фенолформаль-дегидные, мочевиноформальдегидные, эпоксидные смолы и др.) после первого нагрева отвердевают и при повторном нагреве не размягчаются. Это твердые нерастворимые полимеры.
Изделия на основе полимеров отличаются высокой прочностью наряду с малой массой. Главный недостаток пластмасс — их горючесть.
Для строительных конструкций на основе полимеров применяют стеклопластики, органическое стекло, винипласт листовой, сотопласты и др.
Стеклопластики —это пластмассы, состоящие из синтетического полимерного связующего и наполнителя, армирующего материала — стеклянного волокна. Основными видами стеклопластиков являются стекловолокнистый анизотропный материал СВАМ и стеклотекстолит.
Стеклотекстолит — непрозрачный
листовой слоистый материал, получаемый
горячим прессованием полотнищ стеклоткани,
пропитанной синтетической смолой
(фенолформальдегидной). Стек-лотекстолиты
вырабатывают нескольких марок,
различающихся толщиной листа, видом
ткани, характером и количеством полимера.
СВАМ — слоистый стеклопластик, полученный
горячим прессованием пакета листов
стеклошпона. Ст ек л ош п о н — тонкие
полотнища однонаправленных стеклянных
нитей, склеенных полимером. Склеивание
стеклянных нитей производят в момент
их получения — при вытягивании из
расплавленной стеклянной массы. СВАМ
характеризуется высокой прочностью и
анизотропностью. Стеклопластик применяют
для устройства светопрозрачных ограждений
и перегородок, а также в качестве наружных
слоев панелей цехов с агрессивной средой
и кровельного материала.
Органическое стекло — высокопрозрачный, свето-устойчивый материал, получаемый на основе органических полимеров (полиакрилов, полистирола, поликарбонатов и др.). В промышленности под органическим стеклом понимают листовой материал, имеющий размеры, мм: длину 100…1350, ширину 100… 1250 и толщину 2…23. Органическое стекло применяют для устройства светопрозрачных ограждений и перегородок, световых фонарей куполов, ограждений теплиц, декоративной отделки зданий и т.д.
Сотопласт — материал,
имеющий вид пчелиных сот; обладает
высоким коэффициентом конструктивного
качества. Изготовляют его из ткани,
крафт-бумаги и изоляционно-пропиточной
бумаги. Эти исходные материалы пропитывают
термореактивными полимерами и формуют
методом горячего прессования.
Физико-механические свойства сотопластов
зависят от материала — основы, вида и
количества полимера и размера ячеек.
Применяют сотопласты в качестве
заполнителя при изготовлении дверных
полотен, трехслойных панелей, в качестве
тепло- и звукоизоляционных изделий.
Жесткие пенопласты — пенопласты, газонаполненные пенистые пластмассы с системой изолированных, не сообщающихся между собой ячеек, разделенных тонкими стенками. Жесткие пенопласты малопроницаемы для звуковых колебаний. В настоящее время в строительстве широко применяют пенопласты, получаемые на основе термопластичных и термореактивных полимеров: полистирольные марок ПС-1, ПС-4 и ПС-Б; поливинилхлоридные ПВ-1 и пенополиуретановые ПУ-101. Применяют жесткие пенопласты в слоистых конструкциях как тепло- и звукоизоляционный слой.
Материалы для внутренней отделки помещений
Строительные материалы на основе полимеров можно классифицировать на три группы: рулонные, плиточные и для бесшовных полов.
Рулонные материалы. К
рулонным материалам для покрытия полов
относят различного рода линолеумы. Они
изготовляются на основе полимеров и
наполнителей. Кроме того, в состав
сырьевой смеси вводят пластификаторы,
пигменты и другие добавки.
В зависимости
от вида применяемого полимера рулонные
материалы для полов классифицируют на
алкидные, поливинилхлоридные, резиновые
и др. По структуре их подразделяют на
бесподосновные с упрочняющей или тепло-
и звукоизолирующей подосновой,
однослойные, многослойные и ковровые
покрытия с гладкой,
рифленой и ворсистой поверхностью,
одно- и многоцветные.
Линолеум полиэфирный (глифталевый) изготовляют на основе модифицированного глифталевого полимера с введением в него пробковой или древесной муки в качестве наполнителя, пигментов и других добавок. Выпускают в рулонах длиной 20 м, шириной 1,8…2 м при различной толщине. Применяют для покрытия полов жилых и гражданских зданий.
Поливинилхлоридный линолеум
изготовляют из поливинилхлорида,
наполнителей, пластификаторов, пигментов
и других добавок. Выпускают его на
тканевой основе и безосновным. В качестве
основы применяют кордельную, полукордельную,
джутовую и джуто-кенафную ткань.
Поливинилхлоридный линолеум прочен,
долговечен, биостоек, имеет малую
теплопроводность и гигиеничен.
Применяется
при устройстве чистых полов.
Резиновый линолеум (релин) изготовляют на основе синтетических каучуков. Выпускают в виде рулонов длиной до 12 м, шириной 1000, 1200, 1600 мм, толщиной 3 мм. Наиболее распространенным в промышленности является двухслойный релин с лицевым слоем из цветной смеси синтетического каучука с наполнителем и нижним (подкладочным) слоем, для изготовления которого используется старая дробленая резина. Иногда выпускается трехслойный релин со средним слоем из пористой резины. Релин прочен, эластичен, обладает малой тепло- и звукопроводностью, водостоек. Применяется для покрытия полов в жилых, общественных и промышленных зданиях, преимущественно в помещениях с повышенной интенсивностью движения и влажным режимом эксплуатации.
Плиточные материалы. Их
изготовляют, на основе полимеров,
пластификаторов, наполнителей и
пигментов. Применяют при устройстве
полов в зданиях различного назначения.
Наибольшее распространение получили
поливинилхлоридные, кумаронополи-винилхлоридные,
фенолитовые и резиновые плитки.
Полимерные материалы для устройства .бесшовных полов. Эти материалы делят на поливинилацетатные, полимерцементные и пластобетонные. Такие полы устраивают в зданиях различного назначения. Бесшовные полы на основе полимеров прочны, гигиеничны, эстетичны и достаточно индустриальный
Материалы для отделки стен. В настоящее время полимерные материалы широко применяют также для внутренней отделки стен. Они делятся на рулонные, листовые и плиточные. Из рулонных полимерных материалов наиболее распространены линкруст и дерматин, а из плиточных — полистирольные, поливинилхлоридные и фенолитовые облицовочные плитки.
Отделочные материалы на
основе полимеров по своим декоративным
качествам, разнообразию расцветок и
рисунков, яркости красок, а также
долговечности и гигиеничности превосходят
все другие отделочные материалы.
Погонажные и санитарно-технические изделия, трубы, клеи и мастики
Погонажные изделия. Погонажные изделия на основе полимеров представляют собой длинномерные элементы разнообразных профилей и цвета. К ним относятся плинтусы, поручни, накладки на проступи, наличники, раскладки, нащельники, а также, трубы и др. Изготовляют их на основе поливинилхлорида, пластификатора, наполнителя и красителя методом экструзии.
Санитарно-технические изделия. К ним относятся ванны, раковины, мойки, умывальники, душевые кабины, вентиляционные решетки, фитинги (муфты, угольники, троники, крестовины, футорки, колпачки, стоны и др). Методы изготовления этих изделий различны и зависят от вида используемого полимера и размеров деталей. Санитарно-технические изделия на основе полимеров имеют значительные преимущества перед металлическими. Они не корродируют, легки, прочны, не требуют систематической окраски.
Трубы. Трубы на основе
полимеров применяют при монтаже различных
трубопроводов в разных отраслях
промышленности: при сооружении
водопроводов, канализации, нефтепроводов,
ирригационных систем и т.
п. Наиболее
часто применяют трубы из стеклопластика,
полиэтилена, поливинилхлорида,
органического стекла и фенолита.
Пластмассовые трубы не корродируют,
легкие, стойки к агрессивным средам,
гигиеничны.
Смолы. Все синтетические
высокомолекулярные соединения, получаемые
полимеризацией и поликонденсацией, за
исключением эфиров, целлюлозы и каучуков,
принято называть синтетическими смолами.
Их делят на термопластичные и
термореактивные. К термопластичным
относится большинство полимериза-ционных
смол, к термореактивным — конденсационных.
В строительстве наиболее распространены
термореактивные смолы, т.е.
фенолформальдегадные, карбамидные,
меламиноформальдегидные, эпоксидные,
кремнийорганические и другие смолы.
Синтетические смолы широко применяют
при производстве древесностружечных
плит, древеснослоистых пластиков и
других видов пластмасс. На основании
синтетических смол изготовляют различные
клеи и мастики. Их применяют для склеивания
некоторых строительных материалов и
изделий. Они обеспечивают необходимую
прочность клеевого шва при температурах
от +60 до —30 °С, а иногда и до —60 °С.
Полимеры в строительстве. Где применяют полимеры на стройке
Полимеры широко применяются в различных областях человеческой деятельности, удовлетворяя потребности различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины, культуры и быта. При этом уместно отметить, что в последние годы несколько изменилась и функция полимерных материалов в любой отрасли, и способы их получения. Полимерам начали доверять все более ответственные задачи.
Зачем полимеры используют сейчас
Сейчас в строительстве используют традиционные материалы, например бетон и сталь, для которых характерна низкая стоимость компонентов, и низкие возможности обработки. Использование полимерных материалов в строительстве дало:
-
Сокращение итоговых расходов
-
Повышение производительности
-
Снижение веса
-
Устойчивость к коррозии
-
Простота установки и обработки
-
Простота технического обслуживания
-
Изоляционные свойства
При всем разнообразии особенностей для полимерных строительных материалов характерен и ряд свойств, определяющих условия рационального применения их в строительстве.
Низкая прочность и относительно высокие прочностные показатели дают возможность создать директивный конструкции из пластмасс. Пластмассы — плохие проводники тепла и электричества. Поэтому они являются хорошими теплоизоляционными материалами и диэлектриками. В большинстве случаев, полимерные материалы устойчивы к кислотам, щелочам и другим хим. реагентам.
Они не требуют дополнительной защиты поверхности и могут быть окрашены в разные цвета. Многие пластические массы непроницаемы для воды, что обусловило их широкое применение для гидроизоляции зданий и сооружений, устройства кровель, трубопроводов. Низкая истираемость позволяет их широко применять для покрытия полов.
Пластмассы очень технологичны, т. е. легко перерабатываются в строительные изделия. Они легко поддаются механической обработке, склеиваются и свариваются.
Но необходимо учитывать и их недостатки, к ним относят, к которым можно отнести низкую теплостойкость, высокий температурный коэффициент линейного расширения, повышенную ползучесть, или способность воспламеняться или подвергаться деструкции под действием огня.
Из-за незавершенности процессов образования полимеров, и входящих в их состав токсичных компонентов некоторые пластические массы имеют способность выделять в окружающую среду вредные вещества. Под действием солнечных лучей, повышенной температуры и кислорода в воздухе начинают быстро стареть, т. е. идет ухудшение физико-механических свойств.
Полимерные строительные материалы и изделия наиболее часто квалифицируют по виду полимера и области применения их в строительстве. Все многообразие пластмасс в зависимости от назначения их в строительстве сводится к следующим основным группам:
Материалы для покрытия полов
Низкая истираемость, гигиеничность, необходимые тепло- и звукоизоляционные свойства в сочетании с возможностью индустриализации строительных работ обусловили широкое применение полимерных материалов для покрытия полов.
Из всего объема рулонных, плиточных, мастичных и погонажных полимерных материалов для полов около 70% падает на долю поливинилхлоридного линолеума.
Линолеумы
Линолеумы предназначены для устройства покрытий полов в жилых, общественных и некоторых промышленных зданиях. Применение этих покрытий в 5 — 7 раз сокращает длительность работ по сравнению с настилкой дощатых и паркетных полов. При правильной эксплуатации линолеумные полы могут прослужить 20-25 лет. Линолеумы выпускают без подосновы, а также на тканевой, войлочной и других видах подосновы. Наиболее массовыми являются одно- и многослойные линолеумы без подосновы. Они могут иметь поверхность, окрашенную в различные цвета, гладкую, с узором, блестящую, матовую, тисненую. Линолеумы изготавливают 3-мя способами: каланлровым, промазным и экструзионным.
В последние годы в строительстве все шире внедряют синтетические ковровые материалы (ворсолин, ворсонит и д. р. ) Для верха ковров используют тканные нетканые покрытия из синтетических волокон.
Ворсолин
Ворсолин — нетканый двухслойный ворсовый материал. Его подосновой служит пленка из эмульсионного поливинилхлорида.
Ковры ворсолина сваривают или склеивают в полотнища размером на комнату.
Ворсонит
Ворсонит — Сырьем для него являются холсты из полиэфиров, полиамидов и других полимеров. Ворсонит отличается высоким декоративно-художественным, теплотехническим, и акустическим свойствами.
Плиточные материалы
Плиточные материалы для полов являются менее полимероемкими, чем рулонные, и позволяют устраивать покрытия, различные по цвету и рисунку, легко ремонтируются.
Поливинилхлоридные
Из пластмассовых плиток для полов основные — поливинилхлоридные и кумароновые. Эти виды плиток не рекомендуется применять в помещениях с повышенными тепловым и влажностным режимами эксплуатации и при возможном воздействии масел, жиров и образивных материалов.
Древесно-слоистые пластики
Древесно-слоистые пластики (ДСП) — материалы, изготавливаемые в виде листов и плит горячим прессованием пакетов древесного шпона, пропитанного полимером. Технология производства ДСП включает подготовку древесного шпона, пропитку его полимером, сушку и сборку шпона в пакеты, прессирование и обрезку.
ДСП по основным свойствам физико-механическим свойствам превосходят исходную древесину и используются для изготовления несущих конструкций, вспомогательных, крепежных и монтажных элементов.
Стеклопластики
Стеклопластики — пластмассы, содержащие в качестве упрочняющего наполнителя стекловолокнистые материалы. Прочность, легкость, низкая теплопроводность и другие ценные свойства определили широкое использование стеклопластиков в различных строительных конструкциях. Использование легких конструкций, изготовленных на основе стеклопластиков, позволяет снизить массу зданий в 16 раз по сравнению с кирпичными и в 8 раз по сравнению с крупнопанельными железобетонными зданиями. Стеклопластик в несколько десятков раз более стойки к ударным воздействиям, чем стекло, их прочность на изгиб и растяжении в 5 — 10 раз выше стекла, а плотность в 1,5 — 2 раза меньше. Светопропускаемость стеклопластиков может достигать 90% на толщину 1,5 мм, в том числе до 30% — в ультрафиолетовом спектре против 0,5 для обычного и силикатного стекла.
Стеклопластики обладают теплопроводностью в 6 -10 раз более низкой, чем такие материалы, как керамика, бетон и железобетон. В строительстве стеклопластики применяют в виде плоских и волнистых листов для устройства светопрозрачной кровли промышленных зданий и сооружений; теплиц и оранжерей; малых архитектурных форм; трехслойных светопрозрачных и глухих панелей, ограждений и покрытий; оболочек и куполов; изделий трубчатого и коробчатого сечений; оконных и дверных блоков; санитарно-технических изделий, форм для изготовления бетонных и железобетонных изделий и др. Для стеклопластиков характерна высокая демпфирующая способность, они могут применяться в конструкциях, подвергаемых к действию вибраций.
Полимербетоны
Полимербетоны — композиционные материалы, получаемые на основе полимерного связующего, минеральных заполнителей и наполнителей.
Основные свойства полимербетонов определяются химической природой полимерного связующего, видом и содержанием наполнителя и заполнителей.
Наиболее высокие физико-механические свойства полимербетоны имеют при использовании в качестве связующего эпоксидных смол. Однако сравнительно большая стоимость и дефицитность эпоксидных полимеров ограничивают возможность их применения. Для уменьшения расхода эпоксидных полимеров их модифицируют каменноугольной смолой. Наибольшее распространение получили полимербетоны на фурановых смолах, отверждаемых добавками сульфокислот. Свойства фурановых композиций улучшают, модифицируя их эпоксидными полимерами.
К достоинствам полимерных бетонов можно отнести их высокую износостойкость, кавитационную и химическую стойкость. Полимерные бетоны, содержащие 5-10% графитового наполнителя, имеют в 20 раз более высокую кавитационную стойкость, чем обычный бетон. Полимер бетоны можно усиливать металлической и неметаллической арматурой.
Полимерные бетоны применяют для возведения износостойких покрытий ирригационных плотин и конструкций портовых сооружений, для изготовления плит, установки химически стойких полов производственных зданий, сточных каналов, лотков и других конструкций , эксплуатируемых в условиях агрессивных сред; сооружения штатных стволов, кольцевых коллекторов подземных сооружений, химически стойких и дренажных труб; траверс ЛЭП, контактных опор и других конструкций с высоким электросопротивлением.
Вторая часть статьи
Функциональные наноструктурированные полимерные материалы на основе жидкокристаллических строительных блоков | Gin Research Group
Домашняя страница Research Функциональные наноструктурированные полимерные материалы на основе жидких кристаллических строительных блоков
Одним из наиболее важных направлений в химии материалов является архитектурный контроль над синтетическими материалами в нанометровом масштабе. Архитектура нанометрового масштаба в первую очередь отвечает за впечатляющие свойства многих биологических структурных материалов (например, кости) и уникальную реакционную способность многих неорганических катализаторов суперкаркаса (например, цеолитов). К сожалению, очень немногие методы создания искусственных материалов предлагают композиционный или архитектурный контроль над этим режимом размеров. Один из основных вопросов, которые мы решаем, заключается в том, могут ли быть созданы материалы с уникальными или превосходными объемными свойствами, если можно будет достичь архитектурного контроля нанометрового масштаба с помощью современных инженерных компонентов.
Моя исследовательская группа и я разработали успешную исследовательскую программу, направленную на создание функциональных материалов с контролируемой наноструктурой путем разработки самоорганизующихся мономеров на основе термотропных (т. е. зависящих от температуры) и лиотропных (т. зависимые) жидкие кристаллы (ЖК) (рисунок 1). Благодаря молекулярному дизайну мы смогли придать функциональные свойства ЖК-сборкам и впоследствии полимеризовать их в прочные полимерные сети с сохранением их наноструктуры. Эти упорядоченные матрицы служат основой для нашего синтеза новых материалов, а также платформой для исследования взаимосвязей структура-свойство в этом режиме размеров. Эти новые ЖК-мономеры и сборки также служат новой платформой для изучения влияния наноструктуры на кинетику полимеризации, связанность и т. д. в дополнение к функциональным свойствам.
Рис. 1. Представления некоторых распространенных термотропных ЖК-фаз и лиотропных ЖК-фаз
Цели нашей исследовательской программы являются фундаментальными по своей концепции и прикладными в их долгосрочной перспективе.
Мы заинтересованы не только в разработке органических мономеров со свойствами самосборки, но также очень заинтересованы в влиянии инженерного порядка на их полезные объемные свойства. Мы стремимся адаптировать нашу химию, чтобы обеспечить контроль над наноархитектурой, химическим составом и обработкой наших новых материалов. Эти факторы имеют решающее значение, если эти стратегии должны превратиться в жизнеспособные технологии. Чтобы достичь этих целей, мы выбрали подход первоначального проектирования относительно простых молекул для проверки фундаментальных концепций, таких как (1) жизнеспособность полимеризации определенных сборок ЖК и (2) способность этих сборок улучшать или изменять определенные свойства. . После того, как эти доказательства концепции будут продемонстрированы, нашей следующей целью будет разработка более сложных строительных блоков для более тщательного изучения химического поведения в этом размерном режиме.
Наша исследовательская программа в области наноструктурированных полимеров на основе ЖК разделена на три основные области.
Первое направление — разработка полимеризуемых лиотропных ЖК для создания функциональных наноструктурированных полимерных материалов. Вторая область включает разработку мономеров на основе функциональных термотропных LC для контроля порядка, симметрии и основанных на симметрии объемных свойств в конечной полимерной сборке. Третье направление — разработка новых стратегий синтеза ЖК, обладающих функциональными свойствами и новой надмолекулярной архитектурой, которые могут служить строительными блоками для новых материалов.
Каковы технические и проектные соображения для полимеров в строительных материалах по сравнению с другими материалами?
Технические и конструктивные особенности полимеров в строительных материалах аналогичны таковым для других материалов. Основное отличие состоит в том, что полимерные материалы более легкие и требуют особого внимания .
В последние несколько десятилетий полимерные материалы становятся все более популярными в строительстве зданий.
Они предлагают множество преимуществ, таких как меньший вес, более низкая стоимость и большая гибкость, чем многие традиционные материалы.
При использовании полимеров в строительных проектах также необходимо учитывать уникальные инженерные и дизайнерские соображения. В этом сообщении блога мы рассмотрим, как инженерные и дизайнерские соображения полимерных строительных материалов сравниваются с другими материалами.
Мы обсудим преимущества и недостатки использования полимеров в строительных проектах и несколько советов для успешной реализации.
Технические и проектные соображения для полимеров в строительных материалах аналогичны таковым для других материалов, но имеют некоторые уникальные отличия. Полимеры, как правило, легкие, легко поддаются формованию и формованию и практически не воздействуют на окружающую среду.
Однако они могут быть более дорогими, чем другие материалы, и могут требовать специальных технологий производства. Их долговечность часто ниже, чем у традиционных строительных материалов, таких как дерево или бетон.
Строительные материалы
Строительные материалы включают в себя дерево, металл, бетон, кирпич, камень, стекло, пластик и полимеры.
Полимеры представляют собой материал, состоящий из длинных цепочек молекул, которыми можно манипулировать для создания различных свойств. Они часто используются в строительных материалах, потому что они обладают уникальными характеристиками, такими как легкий вес, но прочность и долговечность.
Они также обладают хорошими изоляционными свойствами, которые помогают сохранять тепло или прохладу в зданиях в зависимости от климата. Кроме того, им можно легко придать различные формы и размеры, что делает их идеальными для использования во многих строительных проектах.
Полимерная инженерия
Инженерные соображения относительно полимеров в строительных материалах включают понимание свойств используемого полимерного материала.
Сюда входят его прочность, гибкость, долговечность, теплопроводность (способность передавать тепло), электропроводность (способность проводить электричество), химическая стойкость (стойкость к коррозии или разложению под действием химических веществ), огнестойкость (стойкость к горению или плавлению) , и более.
Инженеры также должны учитывать, как эти свойства взаимодействуют друг с другом при разработке продукта из полимеров.
Например, если продукту требуется высокая прочность и гибкость, то для достижения успеха инженеры должны выбрать полимер, обладающий обоими качествами.
Кроме того, они должны учитывать, как окружающая среда повлияет на характеристики их продукции с течением времени, а также любые проблемы безопасности, связанные с использованием полимеров в строительных материалах.
Дизайн
При проектировании полимеров в строительных материалах необходимо понимать свойства полимера. Это включает в себя рассмотрение таких факторов, как прочность, гибкость, долговечность, теплоизоляция, огнестойкость и водонепроницаемость.
Разработчики также должны учитывать, как полимер будет использоваться в конкретном случае и в какой среде он будет подвергаться воздействию. Например, предположим, что материал будет использоваться на открытом воздухе или в зоне с высокими температурами или уровнем влажности.