Стройматериалы из пластика
Придя к осознанию невосполнимости многих ресурсов, люди стали искать им замену. Благо, долго искать не пришлось. У нас под ногами валяется столько всего, что если это не убирать, скоро ходить будем по сплошной помойке. А вот если это выброшенное правильно обработать, то послужит оно ещё не один год Тем более, по-разному комбинируя, мы сможем придать получившимся материалам нужные нам свойства и качества. А так как при их производстве в качестве скрепляющего вещества приходится применять смолы или полимеры, то часто такие композитные материалы называют полимерными строительными материалами.
Различия стройматериалов из пластика
Так как они выпускаются для разных нужд в строительстве, то они значительно отличаются друг от друга. Причём отличие есть не только в составе материала, но и в его внешнем виде.
Так, стройматериалы могут выпускаться в виде крупных плит и штучной плитки, листами или рулонами, плёнкой или погонажными изделиями (поручни, плинтуса и т.п.), трубами или штампованными изделиями. Такой подход к делу позволяет свести при отделке трудовые и материальные затраты к минимуму.
В составе же у них одинаково чаще всего только связующее: эпоксидные или формальдегидные смолы, а в качестве наполнителя могут быть древесина, текстиль, бумага, стекло, уголь и т.д. В любом случае они дают огромный экономический эффект, так как чаще всего наполнитель представляет собой либо вторсырьё, либо отходы.
Виды строительных пластиков
Даже с одним и тем же, но разным по структуре наполнителем, пластики представляют совершенно другой материал, каждый со своими индивидуальными качествами.
Нельзя спутать древесно-слоистые плиты с древесно-стружечными, древесноволокнистые же своими свойствами отличаются и от первых, и от вторых.
Текстолит с основой из хлопчатобумажной ткани сильно отличается от текстолита на лавсановой основе.
Гетинакс, по составу и сути являющийся аналогом декоративных бумажнослоистых плит, вовсе ими не является.
Металлопластик, хотя и считается композитным материалом, не является продуктом смешения смол и металла. Слои в нём соединяются посредством клея.
Плёнки, как и моющиеся обои, обычно имеют наружный слой из поливинилхлорида, и являются рулонными отделочными материалами.
Линкруст, также служащий для отделки, состоит из бумажной основы и покрытия из полимера, является отделочным материалом, который можно красить.
А ведь есть ещё такие строительные пластики: стеклопластик, волокниты, углепластик.
Стеклопластики
Стеклопластик ― композитный материал из полимеров и стекловолокнистого наполнителя. Свойства стеклопластика уникальны:
- 1. Он лёгок. Если взять конструкцию из него, по прочности равную стальной, она будет легче стальной в 3,5 раза.
- 2. Его можно резать, сверлить
- 3. Он прекрасный диэлектрик.
- 4. Стеклопластик имеет хорошие теплоизоляционные качества, так как имеет низкую теплопроводность.
- 5. Стоимость производства сопоставима со стоимостью стали.
Тот факт, что полимер армируется стекловолокном, придаёт пластмассам несвойственные им характеристики. Они становятся на порядок прочнее, почти не истираются, выдерживают удар и вибрацию. Это материал будущего, недаром его называют «лёгким металлом». Стеклопластик может быть листовым, в виде плит и формовочных отливок. Свойства же стеклопластика регулируются, в основном, расположением стеклонитей в полимере.
Волокниты
Собственно говоря, стеклопластик тоже можно было бы назвать волокнитом, ведь в его состав входит стекловолокно. Волокниты ― это общее название композитных материалов, наполнителем которых являются рубленые волокна. Именно по типу наполнителя и выделяют виды волокнитов:
- — вискозное и хлопковое волокно ― просто волокниты;
- — асбестовые волокна ― асбоволокно;
- — волокна из нитей стекла ― стекловолокниты;
- — волокна из синтетической нити ― органоволокниты;
- — волокно из углеродного сырья ― углеродоволокниты.
Эти волокна пропитываются формальдегидными или эпоксидными смолами, либо кремнийорганическими полимерами. Часто волокниты представляют собой гранулы или рыхлую массу из пропитанных смолой волокон. Готовые изделия получают прессованием в формах. В строительстве применяются панели, дверные ручки и т.п. детали, изготовленные из волокнита.
Углепластики
Их основа ― углеродные нити, очень прочные на разрыв. Получают такие нити из природной растительной органики, сначала сутки окисляя её при 250 °C , а потом карбонизируя в азоте (так без доступа кислорода образуется графитная структура) сначала при температуре до полторы тысяч градусов, а затем, чтобы долю графита довести до 99%, до 3000 °C . Для получения пластика нити пропитываются эпоксидной смолой.
Этот процесс производства можно осуществлять тремя способами:
— прессованием, когда выстланная в форму углеткань пропитывается смолой и полимеризуется. Иногда для уборки лишней смолы применяют вакуум, а для быстрейшей полимеризации ― нагревание;
— контактным формованием. В этом случае с детали, которую нужно отлить, снимается слепок (монтажной пеной, алебастром), получившаяся форма выкладывается тканью и пропитывается смолой;
— намоткой. При таком способе нить, ленту или ткань наматывают на заготовку, имеющую цилиндрическую форму, затем валиком или кистью наносят смолу и сушат в печи. Такой слой применяется для производства труб.
Нужно иметь в виду, что при любом способе надо между формой и пластиком создавать разделительный антиадгезивный слой, чтобы заготовка не присыхала к форме. Этот слой может быть из воска, кремнеорганической смазки, мыла и т.п.
Сфер применения углепластика не счесть. В строительстве же его важнейшая функция ― усиление несущих конструкций путём внешнего нанесения. Этот лёгкий материал способен вдвое увеличить несущую способность. То есть углепластик просто необходим при ремонтных и реставрационных работах.
Еще о композиционных материалах :
Пластики для строительства
В строительстве полимерные материалы используются повсеместно. Листовые пластики обладают целым рядом неоспоримых преимуществ в сравнении с традиционными строительными материалами, такими, к примеру, как стекло. Высокая ударопрочность, долговечность, износостойкость, малый вес, отличные тепло- и звукоизоляционные свойства, устойчивость к воздействиям внешней среды, простота обработки и монтажа, а также прекрасная светопропускающая способность стали причиной постоянно растущего спроса на эти материалы.
Строительные пластики используются для остекления зданий и сооружений, возведения различных перегородок, защитных экранов, изготовления теплиц, заборов, навесов, козырьков, оформления входных групп зданий, декоративной облицовки и многого другого.
В нашем ассортименте вы всегда найдете все основные пластики для строительства от ведущих российских и зарубежных производителей: поликарбонат монолитный, поликарбонат сотовый и оргстекло.
Поликарбонат монолитный
Из всех прозрачных полимерных материалов монолитный (литой) поликарбонат является наиболее долговечным, способным выдерживать огромную ударную нагрузку. Коэффициент светопропукания материала составляет порядка 90%.
Благодаря своим уникальным физическим свойствам и повышенной долговечности, этот вид пластика может применяться практически где угодно.
Поскольку литой поликарбонат крайне сложно повредить, он часто используется для антивандальной защиты в качестве альтернативы пуленепробиваемому стеклу.
Поликарбонат сотовый
Сотовый поликарбонат представляет собой прозрачный полимер, характеризующийся высокой жесткостью и ударопрочностью, а его ячеистая структура обеспечивает великолепные тепло- и звукоизоляционные свойства.
Этот материал успешно применяется в самых различных отраслях, в особенности, для изготовления теплиц, шумопоглощающих экранов, навесов и ограждений, остекления зимних садов и оранжерей.
Сотовый поликарбонат экологичен, легко поддается переработке и с успехом используется во всем мире для изготовления изделий из вторсырья.
Оргстекло (ПММА)
Акриловое стекло — самый распространенный в строительстве заменитель силикатного стекла, применяемый как для остекления зданий и сооружений, так и в качестве декоративного отделочного материала.
Популярность акрила обусловлена с одной стороны, его свойствами, выгодно отличающими материал от обычного стекла, а с другой стороны — многообразием его видов: бесцветное, цветное и сатинированное, матовое и прозрачное, литое и экструзионное, сотовое и для соляриев — богатейший выбор для любых целей и на любой вкус.
Основные свойства пластмасс как строительного материала
Новизна пластмасс как строительного материала, сложная химическая структура полимеров и чрезвычайная жесткость их работы в некоторых строительных конструкциях требуют всестороннего, глубокого и научно объективного изучения проблемы поведения пластических масс во времени и их долговечности.
Ценным свойством пластических масс является их малый объемный вес. Объемный вес различных широко применяемых пластиков, в том числе пористых поропластов, колеблется от 1 до 2200 кг/м3. Специальные пластики, например рентгенонепроницаемые с сернокислым барием в качестве наполнителя, могут иметь объемный вес и значительно выше. В среднем объемный вес пластмасс, за исключением поропластов, в 2 раза меньше веса алюминия и в 5—8 раз меньше веса стали, меди, свинца. Совершенно очевидно, что даже частичная замена этих металлов, а также силикатных материалов пластмассами дает значительное снижение веса сооружения, правда, в тех случаях когда пластические массы применяют в качестве конструктивного стенового материала, заполнителя в зданиях каркасного типа и материала междуэтажных перекрытий.
Прочностные характеристики пластмасс особенно высоки у пластмасс с листообразными наполнителями. Например, у стеклотекстолита предел прочности при растяжении достигает 2800 кГ/см2 (сталь марки Ст.З 3800—4500 кГ/см2), у дельта-древесины— 3500 кГ/см2 и у стекловолокнистого анизотропного материала (СВАМ) —4600 кГ/см2. Из приведенных данных видно, что слоистые пластики можно применять для несущих нагрузку конструктивных элементов зданий. Пределы прочности при сжатии этих материалов также достаточны, а именно: у дельта-древесины 2000, у стеклотекстолита 1600 и у СВАМ 4000 кГ/см2. Интересны и обнадеживающи с точки зрения применения пластмасс в строительстве соотношения у этих материалов пределов прочности при сжатии и растяжении, а именно: у дельта-древесины 0,7, у стеклотекстолита 0,6, у СВАМ 0,9, для сравнения — у стали 1, у сосны 0,4, у бетона 0,1. Таким образом, основные прочностные характеристики пластмасс по пределу прочности при сжатии и растяжении достаточно высоки и превосходят в этом отношении многие строительные материалы силикатной группы. Прочностные характеристики пористых пластмасс, например мипоры, очень невысоки, но удовлетворяют предъявляемым ним требованиям.
Важнейший показатель для конструктивных материалов — это коэффициент конструктивного качества материала, т. е. коэффициент, получаемый от деления прочности материала на его объемный вес. Широкое применение в строительстве материалов с высоким коэффициентом конструктивного качества предопределяет правильное решение одной из основных задач прогрессивного строительства — снижение веса зданий и сооружении. По этому показателю пластмассы занимают первое место. Коэффициент конструктивного качества кирпичной кладки составляет 0,02 (самый низкий из всех строительных материалов), бетона обыкновенного марки 150—0,06, стали марки Ст.З— 0,5, сосны — 0,7, дюралюминия—1,6, СВАМ — 2,2 и, наконец, дельта-древесины — 2,5. Таким образом, по коэффициенту конструктивного качества слоистые пластики являются непревзойденными до сих пор материалами, из них можно создавать самые прочные и самые легкие конструкции.
Теплопроводность плотных пластмасс колеблется от 0,2 до 0,6 ккал/м*ч*град. Наиболее легкие пористые пластмассы имеют теплопроводность всего лишь 0,026, т. е. их коэффициент теплопроводности приближается к коэффициенту теплопроводности воздуха. Совершенно очевидно, что низкая теплопроводность пластмасс позволяет широко использовать их в строительной технике.
Ценным свойством пластических масс является химическая стойкость, обусловленная химической стойкостью полимеров и наполнителей, которые использованы для изготовления пластмасс. Химическую стойкость следует понимать в широком смысле этого термина, включая и стойкость к воде, растворам солей и к органическим растворителям. Особенно стойкими к воздействию кислот и растворов солей являются пластмассы на основе политетрафторэтилена, полиэтилена, полиизобутилена, полистирола, поливинилхлорида. Химически стойкие пластмассы могут быть использованы в качестве строительных материалов при сооружении предприятий химической промышленности, канализационных сетей, а также для изоляции емкостей при хранении агрессивных веществ.
Ценным свойством пластмасс является их способность окрашиваться в различные цвета органическими и неорганическими пигментами. При подборе красителей и пигментов для пластмасс приходится, естественно, учитывать возможное химическое взаимодействие между полимером и красителем. Хорошая окрашиваемость пластмасс по всей толщине изделия дает возможность избегать периодических покрасок, чего требуют многие другие строительные материалы и что повышает эксплуатационные расходы.
Высокая устойчивость пластмасс к коррозийным воздействиям, ровная и плотная поверхность изделий, получаемая при формовании, также позволяют в ряде случаев отказаться от окрашивания. К качеству окраски пластических масс, применяемых как строительный материал, должны быть предъявлены значительно более высокие требования, чем к качеству окраски пластмасс, используемых, например, в самолетостроении и машиностроении. Это объясняется тяжелыми условиями службы строительных материалов и продолжительностью службы зданий. К покраске их должны быть предъявлены высокие требования в отношении устойчивости к атмосферным воздействиям, в частности к наиболее активному фактору — действию света.
Большой интерес представляет такое свойство пластмасс, как их низкая истираемость, т. е. способность сопротивляться истирающим усилиям. Это открывает большие перспективы для широкого применения пластических материалов в конструкциях полов. Испытания полов на основе полимеров дали хорошие результаты. Так, истираемость поливинилхлоридных плиток для полов составляет 0,05, линолеума глифталевого 0,06 г/см2.
Очень ценным свойством некоторых пластических масс без наполнителя является их прозрачность и высокие оптические свойства. Многие из них называются органическими стеклами и могут при снижении их стоимости найти достаточно широкое применение как материалы с более высокими свойствами, чем силикатное стекло. Органические стекла отличаются высокой прозрачностью и бесцветностью, но могут быть легко окрашены в различные цвета. Они пропускают лучи света в широком диапазоне волн, в частности ультрафиолетовую часть спектра, причем в этом отношении превосходят в десятки раз обычные стекла. Следует отметить их значительно меньший объемный вес. Так, объемный вес «стекла» из полистирола 1060 кг/м3, а обычного оконного 2500 кг/м3. Коэффициенты преломления полиметилметакрилатных и полистирольных «стекол» весьма близки к коэффициенту преломления обычного оконного стекла (1,52). Прозрачность органических стекол по сравнению с принятой за 100 (для алмаза) колеблется в пределах от 83 до 94 (для полиметилметакрилата). Органические стекла отличаются легкостью формования, так как требуют лишь незначительного нагрева. Достаточно высокие прочностные характеристики позволяют широко применять эти стекла в строительстве.
Ценнейшим свойством пластмасс является легкость их обработки — возможность придавать им разнообразные, даже самые сложные, формы. Бесстружечная обработка этих материалов (литье, прессование, экструзия) значительно снижает стоимость изготовляемых изделий. Столь же целесообразна по технологическим и экономическим соображениям станочная их переработка (пиление, сверление, фрезерование, строгание, обточка и др.), позволяющая полностью использовать стружку и отходы (при применении термопластичных полимеров).
Возможность склеивания пластмассовых изделий как между собой, так и с другими материалами, например с металлом, деревом и др., открывает большие перспективы для изготовления различных комбинированных клееных строительных изделий и конструкций.
Легкая свариваемость материалов из пластмасс (например, труб) в струе горячего воздуха позволяет механизировать и рационализировать некоторые виды строительных работ, в частности санитарно-технические.
Простота герметизации мест соединений и сопряжений для материалов из пластмасс позволяет широко их использовать в гидроизоляционных и тазоизоляционных конструкциях. Это свойство хорошо сочетается с легкой способностью пластмасс давать тонкие и прочные газо- и водонепроницаемые пленки, которые могут быть применены как надежный недорогой и удобный материал в гидроизоляционных и газоизоляционных конструкциях.
Способность многих из этих пленок не разрушаться под действием органических растворителей дает возможность применять их как изоляционный материал при строительстве бензохранилищ и других хранилищ для светлых нефтяных продуктов, имеющих очень широкое распространение в народном хозяйстве. Свойство пластмасс образовывать тонкие пленки в сочетании с их высокой адгезионной способностью по отношению к ряду материалов делает их незаменимым сырьем для производства на их основе лаков и красок. Лакокрасочные материалы среди других видов строительных материалов на основе полимеров будут особенно быстро и успешно развиваться как наименее полимероемкие. Понятие полимероемкости строительного материала является чрезвычайно ценным для перспективного планирования развития производства строительных материалов на основе полимеров.
При установлении этого понятия следует иметь в виду две составляющие полимероемкости — количественное содержание полимера в данном материале и абсолютный вес данного материала, приходящегося на единицу площади конструкции (стены, пола, кровли). Так, например, при использовании полиэтиленовой пленки толщиной 0,085 мм весом 80 г для двухслойной гидроизоляции площадью 1 м2 требуется 160 г полиэтилена, так как эта пленка состоит из чистого полиэтилена. Следовательно, полимероемкость полиэтиленовой пленки равна 160 г/м2. Полимероемкость поливинилхлоридного линолеума с 50% полимера, 1 м2 которого весит 2600 г, составит = 1300 г/м2. Низкую полимероемкость имеют окрасочные составы на основе полимеров — 50—75 г\м2. На широкое внедрение могут рассчитывать только те строительные материалы на основе полимеров, которые будут иметь низкий коэффициент полимероемкости.
К положительным свойствам пластмасс следует отнести также неограниченность и доступность сырьевой базы, на которую опирается промышленность полимеров, являющихся основой производства пластических масс. Синтетические пластики, на которые ориентируется развитие промышленности пластических масс, получают путем химических превращений на основе реакций поликонденсации и полимеризации из простейших химических веществ, которые в свою очередь получают из таких доступных видов сырья, как уголь, известь, воздух, нефть, газы и т. д.
К недостаткам пластмасс как строительного материала должен быть отнесен их низкий потолок теплостойкости (от 70 до 200°С). Это относится к большинству пластических масс и только некоторые типы пластиков, например кремнийорганические, политетрафторэтиленовые, могут работать при несколько более высоких температурах (до 350°С). Правда, этот недостаток может ощущаться лишь при нижнем пределе этой теплостойкости. Особенно важна теплостойкость для кровельных материалов на оснозе пластмасс, так как на кровле за счет радиации температура на поверхности материалов в некоторых географических районах может достигать 85°С.
Существенным недостатком пластических масс является их малая поверхностная твердость. Для пластмасс с волокнистыми наполнителями она достигает 25, для полистирольных и акриловых пластиков—15 кГ/мм2. Наиболее низкой твердостью отличаются целлюлозные пластики (этролы) — 4 —5 кГ/мм2 (у стали этот показатель около 450). Твердость по Бринеллю равна (в кГ/мм2): бумажных пластиков 25—30, текстолита — 35, асботекстолита — 45, дельта-древесины— 20, органического стекла — также примерно 20.
Значительным недостатком пластмасс является их высокий коэффициент термического расширения. Он колеблется в пределах (25—120) 10-6, в то время как для стали он равен всего) 10*10-6. Высокий коэффициент термического расширения пластмасс следует учитывать при проектировании строительных конструкций, особенно большеразмерных элементов, например стеновых панелей, Большой коэффициент термического расширения пластмасс: в сочетании с малой теплопроводностью обусловливает значительные остаточные внутренние напряжения, которые могут быть причиной появления трещин в строительных изделиях при резких изменениях температур. Совершенно очевидно, что эти напряжения особенно значительны при армировании пластмассовых изделий металлом.
Не следует игнорировать и еще одно отрицательное свойство пластмасс — их повышенную ползучесть. Даже жесткие типы пластмасс с минеральными порошкообразными наполнителями в гораздо большей степени, чем это наблюдается для керамических материалов, бетонов и металлов, обладают медленно развивающимся пластическим течением — ползучестью, сильно возрастающей даже при сравнительно незначительных изменениях температур.
Существенным недостатком пластмасс является их горючесть. Однако есть все основания полагать, что в ближайшее время этот недостаток будет преодолен. Разрабатывая новые виды полимеров — не только карбоцепные, т. е. те, основная цепь которых состоит из углеродных атомов, но и гетероцепные, основная цепь которых наряду с углеродными содержит также и другие атомы, и в первую очередь кремния, — химическая промышленность дает строительству новые виды трудносгораемых пластмасс.
Как отрицательное свойство некоторых пластмасс следует отметить их токсичность. Последняя в ряде случаев зависит не только от токсичности самих полимеров, но и токсичности тех компонентов, которые входят в пластмассы (стабилизаторы, пластификаторы, красители). Токсичность полимерных строительных материалов изучена еще недостаточно, и этому вопросу следует уделить серьезное внимание, так как это особенно важно для тех пластмасс, которые применяют во внутренней отделке жилых помещений и в системах водоснабжения.
К неизученным свойствам пластмасс следует отнести их долговечность. Между тем вопросы долговечности материалов, изменяемости их свойств во времени являются решающими и определяющими возможность и целесообразность их применения в строительстве.