Применение пластмасс в строительстве

 Химическая стойкость пластмасс  высокая: они стойки по отношению  к воде, растворам кислот, солей  и щелочей. Срок службы деталей  из пластмасс в коррозионных  средах значительно выше, чем  деталей из металла.

 Теплопроводность пластмасс  довольно низкая и зависит  от их пористости. У пористых  пластмасс теплопроводность 0,03 Вт/(м-°С), у плотных 0,22…0,68 Вт/(м-°С). Низкая  теплопроводность позволяет изготовлять  ограждающие конструкции зданий  и сооружений тонкими и легкими.

 Прозрачность и светопроницаемость  многих пластмасс дает возможность  успешно применять их для остекления  специальных помещений, создавать  новые конструкции оконных проемов  и кровель большепролетных и  промышленных зданий. Так, прозрачность  органических стекол 83…94, а прозрачность  алмаза принята за 100.

 Высокие декоративные качества  пластмасс значительно расширяют  область их применения как  отделочного материала, создают  художественные возможности при  разработке и создании интерьеров.

 Пластмассы обладают ценными  технологическими свойствами: сравнительно  легко формуются (литье, штампование,  прессование) и обрабатываются (распиливание, строгание, сверление), что позволяет  из пластмасс получать разнообразные  по форме и сложные по очертанию  изделия. Пластмассы можно сваривать  и склеивать между собой. Отрицательные  свойства пластмасс — горючесть,  способность изменять свои размеры  в процессе эксплуатации, большое  удельное электрическое сопротивление,  невысокая теплостойкость, повышенная  ползучесть, старение.

Пластические массы, по сравнению  с металлами, обладают повышенной упругой  деформацией, вследствие чего при обработке  пластмасс применяют более высокие  давления, чем при обработке металлов. Применять какую-либо смазку, как  правило, не рекомендуют; только в некоторых  случаях при окончательной обработке  допускают применение минерального масла. Охлаждать изделие и инструмент следует струей воздуха.

Пластические массы более хрупки, чем металлы, поэтому при обработке  пластмасс режущими инструментами  надо применить высокие скорости резания и уменьшать подачу. Износ  инструмента при обработке пластмасс  значительно больше, чем при обработке  металлов, почему необходимо применять  инструмент из высокоуглеродистой или  быстрорежущей стали или же из твердых сплавов. Лезвия режущих  инструментов надо затачивать, по возможности, более остро, пользуясь для этого  мелкозернистыми кругами.

Пластмасса может быть обработана на токарном станке, может фрезероваться. Для распиливания может применяться  ленточные пилы, дисковые пилы и  карборундовые круги.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Технология изготовления пластмасс

Пластмассы  изготовляют из связующего вещества-полимера, наполнителя, пластификатора и ускорителя отверждения. При изготовлении цветных пластмасс в их состав вводят минеральные красители. При изготовлении пластмасс в качестве связующих веществ используют синтетические смолы, синтетические каучуки и производные целлюлозы, относящиеся к высокомолекулярным соединениям полимерам.

  Способы переработки пластмасс подразделяют на группы:

- в вязком текущем состоянии: прессованием, давлением, выдавливанием.

-в высокоэластичном состоянии: штамповка, пневмо - и вакуум-формовка.

 Переработка в твердом состоянии  состоит из следующих этапов: резка, механическая обработка. Получение неразъемных соединений: сварка, пайка, склеивание.

В настоящее  время применяются следующие  способы изготовления пластмассовых  изделий: литье под давлением, экструзия, прессование, механическая обработка. При этом следует учитывать, что каждый метод имеет свои особенности. Например, механическая обработка годится только для изготовления изделий из пластмасс небольшими партиями, литье под давлением, наоборот, применяется для крупных партий деталей, так как этот способ требует больших затрат на формующий инструмент.

1. Сущность  метода литья под давлением  заключается в следующем: материал разогревается в специальной загрузочной камере автомата и размягчается до высоковязко - текучего состояния, после чего с большой скоростью и под большим давлением поступает через литниковый канал сопла в закрытую, слегка подогретую полость прессформы, температура в которой поддерживается в пределах от 20 до 25° С. Внутри полости под большим давлением материал прессуется с последующим охлаждением и выдержкой в прессформе без снижения давления; затем прессформа раскрывается и готовое охлажденное, отвердевшее изделие извлекается.

       

 

 

 

2. Экструзия  представляет собой непрерывный  технологический процесс, заключающийся в продавливании материала, обладающего высокой вязкостью в жидком состоянии, через формующий инструмент (экструзионную головку, фильеру), с целью получения изделия с поперечным сечением нужной формы. В промышленности переработки полимеров методом экструзии изготавливают различные погонажные изделия, такие, как трубы, листы, плёнки, оболочки кабелей, элементы оптических систем светильников - рассеиватели и т. д. Основным технологическим оборудованием для переработки полимеров в изделия методом экструзии являются одночервячные, многочервячные, поршневые и дисковые экструдеры.

       Экструдер —  машина для формования пластичных  материалов, путем придания им  формы, при помощи продавливания  (экструзии) через профилирующий инструмент (экструзионную головку).

 

Рис 2. Схема экструдера.

 

        Экструдер  состоит из: корпуса с нагревательными  элементами; рабочего органа (шнека  (винт Архимеда), диска, поршня), размещённого  в корпусе; узла загрузки перерабатываемого  материала; силового привода;  системы задания и поддержания температурного режима, других контрольно-измерительных и регулирующих устройств. По типу основного рабочего органа (органов) экструдеры подразделяют на одно-, двух- или многошнековые (червячные), дисковые, поршневые (плунжерные) и др. Двухшнековые экструдеры в зависимости от конфигурации шнеков могут быть параллельными или коническими. В зависимости от направления вращения — с сонаправленным или противонаправленным вращением шнеков.[5]

         

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Метод  прессования. Мощность прессов  зависит от размеров прессуемых материалов; для мелких деталей используются прессы мощностью до 50, а для крупноразмерных элементов — от 2500 до 3000 т и более. Изделия прессуются в специальных пресс-формах при температуре 100—190° С, которая устанавливается в зависимости от вида пластмассы и принятой технологии прессования. Материал (холодный или подогретый) загружается в нагретую матрицу, в которой, разогреваясь, он становится более пластичным; под давлением пуансона материал заполняет всю полость пресс-формы. Время выдержки материала под давлением определяется в зависимости от его вида и размеров. После отверждения запрессованного материала пресс-форма раскрывается и изделие вынимается и охлаждается.

Те же прессы используются и для  изготовления листовых материалов (без  применения пресс-форм) из текстолита и стеклопластиков.

 

Рис 3. Упрощенная схема пресс-формы

 

         4. Механическая  обработка, как правило, применяется  в тех случаях, когда требуется изготовить изделия сложной формы, трудно поддающиеся прессованию, например: шестерни, детали подшипников, панели, корпуса различных механизмов и др.; а также в случаях, когда партия заказа невелика и изготовление литьевой формы или пресс-формы экономически нерационально, или когда выполнение какого-либо изделия или его части в пресс-форме невозможно.

Низкие плотность  и твёрдость, невысокая теплостойкость, крайне низкая теплопроводность, высокое  сопротивление воздействию вибраций, интенсивное истирающее воздействие на режущий инструмент – всё это необходимо учитывать при назначении режимов резания и выборе геометрических параметров инструмента.

Применять какую-либо смазку, как правило, не рекомендуют; только в некоторых  случаях при окончательной обработке  допускают применение минерального масла. Охлаждать изделие и инструмент следует струей воздуха.

Пластмасса может быть обработана на токарном станке, может фрезероваться. Для распиливания может применяться ленточные пилы, дисковые пилы и карборундовые круги.

 

Основные виды конструкционных  пластмасс и области их применения.

К пластмассам, которые находят  и будут находить в будущем  наибольшее применение в строительных конструкциях относятся стеклопластики, оргстекло, винипласт, полиэтилен, тепло- и звукоизоляционные материалы, древесные пластики.

Стеклопластики.

 Стеклопластики представляют  собой материалы, состоящие из  стекловолокнистого наполнителя  и связующего.

 В качестве связующего обычно  используются термореактивные смолы  (полиэфирная, эпоксидная, фенолоформальдегидная). Стеклянное волокно является  армирующим элементом, прочность  которого достигает 1000-2000 МПа.  Основой стекловолокон являются  элементарные волокна.

 Элементарные волокна (первичные  нити) получают из расплавленной  стеклянной массы, вытягивая ее  через небольшие отверстия- фильеры;  элементарные волокна (порядка  200) диаметром 6-20 мкм объединяют  в нити, а несколько десятков  нитей- в жгуты (крученые нити).

 В стеклопластиках, применяемых  в строительстве, используют следующие  стекловолокнистые наполнители: 

 а) прямолинейные непрерывные  волокна, вводимые в виде жгутов, нитей или элементарных волокон.

б) рубленое стекловолокно в виде хаотически расположенных отрезков длиной приблизительно 50 мм.

 Механические свойства стеклопластиков  зависят от вида стекловолокнистого  наполнителя. Наиболее высокими  механическими свойствами обладают  стеклопластики, армированные непрерывным  прямолинейным стекловолокном. В  направлении волокон их прочность  достигает 1000 МПа при растяжении, а модуль упругости до 40000 МПа,  однако, в поперечном направлении  прочность стеклопластиков не  велика (примерно в 10 раз меньше).

 Все стеклопластики, армированные  в одном или в двух взаимноперпендикулярных  направлениях, являются материалами  анизотропными. Стеклопластики, армированные  рубленым стекловолокном, являются  изотропными материалами.

Органическое стекло, винипласт  и полиэтилен.

Эти пластмассы относятся к термопластам и поэтому имеют ограниченное применение в несущих строительных конструкциях. Недостатком их является невысокая теплостойкость. Прочность  их в значительной степени зависит  от температуры.

Органическое стекло целиком состоит  из полимера полиметилметакрилата (без  введения наполнителя). Оргстекло представляет собой бесцветную пластмассу, пропускающую до 90% видимых и более 73% ультрафиолетовых лучей света.

 

 При температуре 20ºС органическое  стекло имеет сравнительно высокие  прочностные характеристики (55 МПа  при растяжении и 80 МПа при  сжатии).

 При температуре 105-170ºС хорошо  формируется в изделия криволинейной  формы, легко подается механической  обработке.

 Применяется для остекления  криволинейных поверхностей, в виде  зенитных фонарей, сводов, куполов  и т.п. Этот материал весьма  эффективен для покрытия теплиц, парников и оранжерей.

Винипласт выпускается пластифицированным и непластифицированным (жестким). По цвету могут быть темным (темно  – коричневого цвета) или прозрачным (бесцветным). Одним из главных достоинством винипласта является его исключительная антикоррозионная стойкость в химически  агрессивной среде. Он легко обрабатывается, практически водонепроницаем, легко  сваривается и склеивается.

 Недостаток- малая теплостойкость (всего до 600 С и морозостойкость  до  -300 С), большой коэффициент  линейного расширения (в 7 раз  больше, чем у стали) и малая  ударная вязкость. По основным  механическим свойствам винипласт  близок к органическому стеклу.

 Область применения в строительстве  широки и разнообразны, поскольку  этот материал является самым  дешевым из термопластов. Винипласт  используется для гидроизоляции,  в качестве кровельного покрытия. Из него изготавливают трубы,  профили, поручни и другие погонажные  изделия.

 Весьма перспективным материалом  является армированный винипласт.  В этом случае повышается прочность  винипласта, и он может использоваться  в несущих конструкциях (например, фермах).

Полиэтилен в чистом виде представляет собой твердый белый роговидный продукт. Сырьем для его производства служит бесцветный газ этилен.

 Полиэтилен обладает хорошей  морозостойкостью (ниже -70ºС) и высокой  химической стойкостью к действию  кислот, щелочей и большинства  растворителей. Недостаток его  заключается в том, что он  подвержен старению. При введении  стабилизатора (сажи до 2%) атмосферостойкость  его увеличивается примерно в  30 раз (такой полиэтилен называют  стабилизированным). Из полиэтилена  изготавливают трубы и арматуру  к ним, профильные изделия,  болты, листы и т. д.

 Перспективным является применение  липких лент из стабилизированного  полиэтилена в качестве защитного  покрытия (набинтовыванных) конструкций,  находящихся в условиях химической  агрессии.