Учебное пособие: Стекло, ситаллы и каменное литье. Строительные пластмассы
Из горных пород и металлургических шлаков методом литья из расплавов можно получить разнообразные строительные материалы с высокими эксплуатационными свойствами. Исходным сырьем служат магматические (базальт, диабаз) и осадочные (доломит, известняк, песок) горные породы. Первые дают темноокрашенные изделия, а вторые – светлоокрашенные. Для получения каменного литья возможно использование металлургических шлаков; особенно эффективно их использование в огненно-жидком состоянии.
Производство литых каменных изделий начинают с подготовки и плавления (1400...1500°С) сырьевой шихты. Полученный расплав выливают в формы и подвергают медленному охлаждению для прохождения кристаллизации.
Плотность каменного литья 2700...3000 кг/м3 ; пористость – не более 1...2%; поры замкнутые, что обеспечивает нулевое водопоглощение и высокую морозостойкость.
Прочность, при сжатии составляет 200...250 МПа, при изгибе – 30...50МПа, твердость 6...7 (по шкале Мооса). Для каменного литья характерна очень высокая и универсальная химическая стойкость. Литые каменные изделия используют для облицовки конструкций, подвергающихся: многократному замораживанию-оттаиванию, интенсивному истиранию, воздействию химически агрессивных веществ и т.п. Поэтому основными видами литых каменных изделий являются облицовочные плитки, брусчатка для мощения дорог, мелющие тела и облицовка для мельниц, труб.
Лекция 13. СТРОИТЕЛЬНЫЕ ПЛАСТМАССЫ
Пластмассы состоят из полимеров, наполнителей, пластификатров, красителей и специальных добавок.
Они обладают высокой износостойкостью и прочностью, водостойкостью, декоративностью, электро-изоляционными свойстввами и др. Производство пластмасс высокотехнологично. Они легко поддаются формованию, литью и механической обработке.
Полимер выполняет роль связующего и определяет основные свойства пластмассы.
Наполнитель уменьшает расход полимера и придает пластмассе определенные свойства. Волокнистые и листовые наполнители являются армирующими наполнителями, существенно повышающими прочность и модуль упругости пластмасс. Так, стеклопластики, бумажно-слоистые пластики очень прочные и легкие конструкционные материалы.
Пластмассы с большой пористостью называют пенопластами. Они обладают хорошими теплоизоляционными свойствами.
Пластификаторы – вещества, повышающие эластичность пластмасс. Например, жесткий поливинилхлорид в линолеуме пластифицируется слаболетучими вязкими жидкостями (диоктилфталатом, трикрезилфосфатом и др.). Пластификаторы также облегчают переработку пластмасс, снижая температуру перехода в вязкопластичное состояние.
Пигменты минеральные и органические придают заданный цвет пластмассовым изделиям.
Стабилизаторы и антиоксиданты повышают стойкость пластмасс при действии солнечного света и кислорода воздуха.
Отвердители и вулканизаторы используют при отверждении жидких олигомеров или сшивки макромолекул термореактивного полимера. В ряде случаев отвердителями могут служить кислород или влага. Готовые полимеры и материалы на их основе в большинстве своем безвредны. При сжигании полимеры разлагаются с выделением токсичных низкомолекулярных продуктов. Пластмассы на основе термопластичных полимеров могут использоваться вторично, но это не решает полностью проблемы утилизации пластмасс. Один из вариантов решения этой проблемы – получение биологически разлагаемых полимеров.
Рис. 13.1. Схема вальцевания:
а – загрузка массы; б – вальцевание; в – переход массы на один валок; г – срез массы с валка; 1, 3 – валки; 2 – вальцуемый материал; 4 - нож
13.1 Сырье и технология изготовления пластмассовых изделий
Производство пластмасс включает следующие процессы – дозировку и приготовление полимерной композиции, формование изделий и стабилизация их формы и физико-механических свойств.
Приготовление композицийпроизводят на смесителях различных систем. Для перемешивания сухих композиций обычно используют турбулентные и шнековые смесители. Широко используемым способом приготовления полимерных композиций является вальцевание –операция, при которой масса перетирается в зазоре между обогреваемыми валками, вращающимися в противоположном направлении (рис.13.1). При многократном пропускании массы через валки полимер переходит в пластично-вязкое состояние. Этот процесс называется «пластикация».
Рис .13.2. Схемы работы четырехвалковых каландров:
а) – Г-образный каландр; б) – Z-образный каландр
Листовые изделия формуют обычно на каландрах, трубы и погонажные профильные изделия на экструдерах, штучные изделия литьем под давлением.
Каландрирование – процесс формования полотна заданной толщины и ширины из пластичной смеси путем однократного пропускания между обогреваемыми полированными валками с последовательно уменьшающимся зазором рис.13.2. Каландрированием производят полимерные пленки. В частности, большую часть линолеума изготовляют вальцево-каландровым способом. Многослойный линолеум получают горячим дублированием заранее отформованных на каландрах пленок: защитной, декоративной и подкладочной (несущей).
Экструзия – процесс получения профилированных изделий способом непрерывного выдавливания размягченной массы через формообразующее отверстие (мундштук). Этим способом изготавливают трубы и погонажные изделия (плинтусы, оконные профили и т. п.). Выпускают специальные экструдеры для формования линолеума. На экструдерах формуют полимерные пленки в виде бесшовного рукава. Для этого формуют трубу, внутрь которой подается воздух, раздувающий ее в тонкую пленку.
Горячее прессование используют для формования изделий из термореактивных полимеров. Так получают листовые материалы: бумажно-слоистый и дерево-слоистый пластик, сверхтвердые древесноволокнистые и древесно-стружечные плиты. Используют многоэтажные прессы с масляным или паровым обогревом плит (t = 120...150°С). На таких прессах формуют одновременно 5...15 листов. В начале прессования полимер расплавляется, связывая все компоненты, а затем необратимо твердеет, фиксируя заданную форму изделия. Пенопласты производят и другими методами. Полистирольный пенопласт получают из гранул полистирола, содержащих легкокипящую жидкость — изопентан. Небольшое количество гранул помещают в замкнутую форму, которую опускают в горячую (85...95°С) воду. Полистирол размягчается, изопентан, вскипая, вспучивает гранулы. Расширившиеся гранулы занимают весь объем формы, слипаются друг с другом и образуют плиту или изделие другой формы.
Для получения изделий из пластмасс используют также промазывание и пропитку основ, напыление пластмасс, сварку и склеивание.
13.2 Применение пластмассовых изделий в строительстве
Пластмассы применяют в строительстве в виде пленочных и листовых отделочных материалов, труб и других погонажных изделий, ультралегких газонаполненных пластмасс, а также клеев, мастик и других вспомогательных материалов. Большая доля полимерных материалов строительного назначения – материалы для полов. Они выпускаются в виде рулонных и ворсовых покрытий, плиток и жидко-вязких составов, используемых для получения бесшовных покрытий пола.
Пластмассовые трубы легче металлических в 4...5 раз при одинаковой пропускной способности. Они не покрываются отложениями и не корродируют даже в воде с агрессивными веществами. В случае замерзания труба не разрушаются благодаря пластичности пластмассы.
Трубы изготовляют методом экструзии из композиций на основе термопластов (полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида и др.). Они обладают невысокой теплостойкостью (не выше 60...80° С) и рекомендуются для холодного водоснабжения и канализации. Из эластопластов изготовляют гибкие шланги. Для соединения труб выпускают полный набор фитингов деталей трубопроводов, поворотов, переходов, разветвлений и т. п. Монтаж систем из пластмассовых труб и фитингов проще и быстрее, чем из металлических.