СМ 2013

291

Рис.  10.1.  Принципиальная схема одночервячного экструдера 1 – загрузочный бункер;  2 – шнек;  3 – фильтр; 4 – экструзионная головка;  5 – калибрующая насадка;

6 – тянущее устройство;  7 – устройство регулировки толщины

состоит из нескольких элементов – приемного бункера, корпуса с вращающимся шнеком, имеющего устройства для нагревания и охлаждения массы, электродвигателя, редуктора, мундштука и устройства для резки и намотки (рис 10.1).

Порошкообразный или гранулированный полимер загружается в приемный бункер и далее поступает в рабочее пространство экструдера. Вращающийся шнек транспортирует, перемешивает и гомогенизирует массу, которая перемещается по корпусу экструдера, нагревается, размягчается и переходит в вязкопластичное состояние. Расплав проходит через головку с профилирующим устройством, называемым фильерой, или мундштуком. Отверстие мундштука определяет форму и размеры изделия. Далее могут следовать дополнительные операции – раздувание, изменение формы и др.

Методом экструзии из термопластов изготавливают трубы, листы, пленки, ленты, профильные изделия, а также гранулируют полимеры для последующей переработки. Технология отличается высокой производительностью (несколько тонн в минуту). При производстве пленки отверстие мундштука имеет форму кольца, расплав выходит в форме рукава, внутрь рукава подается воздух, который растягивает и охлаждает расплав.

Литье под давлением. Применяется при формовании композиций, содержащих термопластичный полимер (рис. 10.2). Гранулированный полимер или смесь загружается в приемный бункер и далее поступает в обогреваемое рабочее пространство инжекционной машины, где нагревается и переходят в вязкотекучее состояние. Подвижный поршень периодически выдавливает смесь в охлаждаемую пресс-форму. После

292 Глава 10.  Пластмассы

Рис.  10.2.  Схема работы агрегата для литья под давлением а – плавление и пластификация массы:

1 – поршень;  2 – загрузочный бункер;  3 – нагреватели;  4 – цилиндр; 5 – разъемная форма; б – впрыскивание массы в форму и выдержка; в – размыкание формы

охлаждения изделие извлекают из формы. Этим способом получают об-

лицовочные плитки.

Прессование. Применяются различные варианты прессования.

1.Термопрессование. Термореактивный полимер в виде порошка или таблеток загружают в пресс-форму, нагревают, переводят в вязкопластичное состояние и распределяют в форме под давлением до 30 МПа. Температура смеси при прессовании 150-200 °С, продолжительность – 1025 с, в зависимости от толщины изделия. Давление при уплотнении создаётся либо прессом, либо вакуумом, либо воздухом под давлением (рис. 10.3). Способом прессования получают листовые пластмассы.

2.Прессование на обогреваемых гидравлических прессах применяют при изготовлении листовых изделий из бумажно-слоистых, древеснослоистых пластиков, древесно-волокнистых плит. Формовочную смесь ровным слоем распределяют на металлическом поддоне. Далее следует горячее прессование на многоэтажных прессах (периодическое формование). Применяются также ленточно-гусеничные и экструзионные прессы непрерывного действия (древесно-стружечные плиты).

При изготовлении бумажно-слоистых пластмасс бумажную основу пропитывают спиртовым раствором термореактивной смолы, просушивают, разрезают на листы, составляют пакеты и осуществляют горячее прессование на многоэтажных прессах с прокладкой стальных полированных листов.

Рулонные материалы (линолеум) получают способом вальцевания и каландрирования (рис. 10.4). Формовочную смесь, содержащую термопластичный полимер, переводят в вязкопластичное состояние на обогреваемых вальцах, а затем формуют на каландрах.

293

Рис.  10.3.  Термопрессование под вакуумом

а – нагревание листа; б – заполнение (воздух) формы под давлением; в – охлаждение изделия и извлечение его из формы

Рис.  10.4.  Схема 4-валкового каландра с Г-образным расположением валков

1, 2, 4 – валки, закреплённые в подшипниках, которые могут перемещаться для изменения величины зазора между валками; 3 – валок на подшипниках, закрепленных в станине неподвижно;

5 – полимерное изделие;  6 – станина

Для производства рулонных материалов на тканевой, бумажной и других основах применяют способ промазки основы – нанесение или напыление смеси, содержащей полимер, на поверхность основы.

10.3.  Пластмассы, применяемые в строительстве

10.3.1.  Конструкционные материалы

По структуре большинство конструкционных пластмасс относится к композиционным материалам – это пластмассы, армированные волокнами, тканями, шпоном, металлическим листовым материалом и др.

Стекловолокнистый анизотропный материал (СВАМ). Листы стеклошпона склеиваются эпоксидно-фенольной смолой способом горячего

294 Глава 10.  Пластмассы

прессования. Длина листа до 1000 мм, ширина – до 500 мм, толщина – 1- 30 мм. Применяется при изготовлении трехслойных навесных панелей и элементов несущих конструкций.

Стеклопластики. Получают на основе рубленого стекловолокна и полиэфирной смолы с последующим прессованием. Выпускают плиты, кровельные листы, профильные (погонажные) изделия. Сочетают высокую прочность со сравнительно невысокой плотностью. Используются для сооружения павильонов, киосков, навесов, устройства светопрозрачной кровли, теплиц, оранжерей, трехслойных панелей.

Стеклотекстолит. Получают из стеклоткани, пропитанной раст­ ворами фенолформальдегидных смол, методом горячего прессования. Выпускаются листы длиной до 2400 мм, шириной – 600-1200 мм, толщиной 9-35 мм. Предел прочности при растяжении (Rp) – до 230 МПа, при сжатии (Rсж) – 95 МПа, при изгибе (Rи) – 120 МПа. Из текстолита изготавливают трехслойные панели, он используется в качестве кровельного материала.

Выпускаются также асботекстолиты – на основе асбестовой ткани, органотекстолиты – на основе синтетических тканей и карботекстолиты – на основе углеродных тканей.

Древесно-слоистые пластики (ДСП). Изготавливают методом горячего прессования древесного шпона, пропитанного полимером (фенолформальдегидным). Шпон укладывают в кассеты, пропитывают раствором полимера, подсушивают, прессуют на многоэтажных гидравлических прессах. Прочность листов Rсж = 120-125 МПа, средняя плотность – 1250 кг/м³. Используются для изготовления несущих конструкций зданий и сооружений.

Органическое стекло (полиметилметакрилат). Выпускают светопрозрачные листы, применяют для устройства ограждений и перегородок, световых проемов.

10.3.2.  Материалы для полов

Материалы для покрытия полов могут быть рулонные, плиточные и бесшовные (монолитные). Рулонные напольные материалы на основе

различных синтетических смол называют линолеумом.

Рулонные материалы (линолеум)

В настоящее время первое место по объему производства и применения занимает линолеум на основе поливинилхлорида. На долю ПВХ линолеума приходится более 80 % общего объема производства.

Различают несколько типов линолеума.

1. По способу производства – промазной (на тканевой основе), валь- цово-каландровый и экструзионный;

295

2. По структуре полотна – безосновный однослойный (гомогенный); безосновный многослойный (гетерогенный); на тканевой и других основах; специального назначения (гидроизоляционный).

Всостав формовочной смеси при производстве ПВХ линолеума входят: ПВХ – 40-45 %, пластификатор – 19-23 %, наполнитель (тальк, каолин, древесная или асбестовая мука) – 19-35 %, стабилизатор – 0,5-1,0 %, пигмент – 5-15 %.

При производстве многослойного линолеума масса для лицевого слоя содержит в 2-3 раза больше полимера и, соответственно, меньше наполнителя. Вальцово-каландровым способом формуют плёнки различного состава и окраски, которые затем склеивают. В производстве линолеума используется армирующий стеклохолст. Сначало на поверхность листа с помощью печатных цилиндров наносят рисунок, затем – защитное покрытие из ПВХ (0,15-0,8 мм). От толщины покрытия зависит износостойкость линолеума.

Многослойные (гетерогенные) линолеумы подразделяют также на основные и безосновные. В качестве основы используют синтетические ткани, войлок, пенополимеры. Основу из газонаполненной пластмассы получают вспениванием полимера. В зависимости от способа поризации получают основу, в которой преобладают либо замкнутые, либо открытые поры.

Взависимости от состава ПВХ линолеум можно разделить на обычный (бытовой) и износоустойчивый. У бытового линолеума толщина защитного слоя не превышает 0,3 мм.

Износоустойчивый линолеум имеет защитный слой толщиной до 1,6 мм, содержит добавку антистатик, а также износостойкий наполнитель, например кварцевую муку, корунд. Износостойкий линолеум используют в помещениях с повышенными нагрузками.

ПВХ линолеум выпускают в виде полотнищ шириной до 4 м, толщиной до 2,1 мм.

Глифталевый линолеум. Изготавливается на тканевой основе и глиф-

талевом полимере. Недостаток – пониженная теплостойкость. Коллоксилиновый линолеум (нитроцеллулозный). Коллоксилин – про-

дукт химической модификации древесной целлюлозы. Линолеум одно-

слойный, безосновный.

Резиновый линолеум (релин) – многослойный. Для верхнего слоя используют цветную резину. Нижний слой изготавливают из старой (дробленой) резины и битума. Выпускается основный и безосновный релин. Релин отличается высокими водо- и химической стойкостью, звукопоглощением.

В строительстве применяются также синтетические ковровые материалы.

296 Глава 10.  Пластмассы

Ворсолин – двухслойный ковровый материал. Основа – пленка из эмульсионного ПВХ, покрытие – пряжа из полипропиленовых или полиамидных волокон. Толщина ворсолина – 5-6 мм. Ковер ворсолина либо вырезают размером на комнату, либо сваривают или склеивают полотнища.

Плиточные напольные материалы

Разновидности плиточных напольных материалов: поливинилхлоридные, пумароновые. Получают методом высечки из рулонного линолеума. Размеры плиток: 300×300; 200×200; 300×150; 200×100 мм и др., толщина – 1,5-3,0 мм, истираемость – 0,04-0,08 г/см². Недостатком плиточных материалов является более высокая трудоемкость укладки и большое количество швов, понижающих долговечность покрытия.

Долговечность напольных покрытий зависит от основания. Основание должно быть жестким, прочным, ровным и чистым. Основанием является бетон на минеральных вяжущих, покрытие из досок, древесно-стружеч- ные и древесно-волокнистые плиты. Выпускаются сухие смеси на основе гипсового вяжущего, портландцемента, из которых можно получить прочное, ровное основание. Влажность основания при укладке не должна превышать 10-12 %, предел прочности при сжатии – 5-20 МПа.

Применяют различные способы укладки линолеума на основание:

1.Укладка насухо (без приклеивания). Полотнище вырезают либо размером на комнату, либо сваривают.

2.Приклеивание к основанию – частичное (10-15 см вдоль кромок)

исплошное приклеивание.

Основный, тепло- и звукоизоляционный линолеум обычно укладывают насухо. Приклеивают линолеум к основанию мастиками, например кумароно-каучуковой и др.

Монолитные или бесшовные напольные покрытия (мастичные покрытия)

Применяют подвижные или текучие смеси, которые наносят на подготовленное основание.

Мастики на ПВА. Содержат эмульсию ПВА, минеральный пигмент, мелкий песок, пластификатор. Наносят в два слоя с покрытием лаком.

Полимерцементные мастики. Содержат эмульсию ПВА или латекс (эмульсию дивинилстирольного каучука), портландцемент, пигмент, мраморную крошку, пластификатор. Применяются и другие полимеры, например термореактивные.

Бесшовные полы гигиеничны и удобны в эксплуатации.

10.3.3.  Пластмассы, применяемые в отделке

Декоративные бумажно-слоистые пластмассы – отделочные листовые материалы. Получают способом горячего прессования нескольких

297

листов бумаги, пропитанных полимером. Верхний слой – лист одноцветной, многоцветной бумаги или бумаги с рисунком, отпечатанным типографским способом. Рисунок может быть имитацией ценных древесных или горных пород. Средняя плотность – 1400 кг/м³, предел прочности при изгибе – не менее 100 МПа. Применяется для внутренней отделки торговых и общественных зданий, изготовления мебельных щитов.

Древесноволокнистые отделочные плиты (ДВП) получают формованием смесей, содержащих древесные волокна, полимер, воду, наполнители, антисептики, антипирены, гидрофобизаторы. Древесные волокна получают из отходов и неделовой древесины. Древесину превращают в щепу, которую обрабатывают раствором едкого натра и измельчают в дефибраторах. Полученные тонкие волокна обрабатывают водяным паром и смешивают с водой и добавками. Суспензия поступает на металлическую сетку отливочной машины и вода частично удаляется под вакуумом. Полученный слой разрезается на плиты, которые высушиваются (теплоизоляционные мягкие плиты). При производстве твердых ДВП плиты уплотняют на гидравлических прессах при температуре 150-165 °С и давлении 1-5 МПа (горячее прессование). Горячее прессование ускоряет полимеризацию. Изменением давления при прессовании можно получать плиты с различной средней плотностью.

В зависимости от средней плотности ДВП подразделяются на мягкие (М), полутвердые (ПТ), твердые (Т), сверхтвердые (СТ). По пределу проч­ ности при изгибе ДВП подразделяются на марки М-4, М-12, М-20 с Rизг соответственно более 0,4; 1,2; и 2,0 МПа;  ПТ-100;  Т-350;  Т-400, а также СТ-500. Средняя плотность плит изменяется в пределах от 150 до 950 кг/м³ в зависимости от марки. Толщина плит от 2,5 до 12 мм. ДВП используются для устройства перегородок, облицовки стен, обивки потолков, настилки полов. Отделочные ДВП окрашиваются водоэмульсионными красками ПВА, покрываются эмалями, синтетическими пленками (ламинирование), текстурной бумагой.

Цементно-стружечные плиты (ЦСП) формуют из смесей, содержащих портландцемент, специальную еловую стружку, минерализатор [FeSO + CaCl + Ca(OH) ] или [FeSO + жидкое стекло]. Размеры стружки регламентированы.

Плиты обладают высокой прочностью, влагобиостойкостью, относятся к категории трудносгораемых материалов. Облицовочные ЦСП имеют декоративное покрытие, например лакокрасочное.

Древесно-стружечные плиты (приложение, рис. А.73) изготавливают из древесной стружки, термореактивного полимера, антисептика, антипирена и гидрофобизатора. Стружку производят из древесины как хвойных, так и лиственных пород. Используют преимущественно неделовую древесину и отходы. Плиты получают способом горячего прессования. Изготавливают однослойные и трехслойные плиты. Внутренний

298 Глава 10.  Пластмассы

слой содержит пониженное количество полимера. Средняя плотность плит 750-1100 кг/м³. Предел прочности при изгибе – не менее 20 МПа. Декоративные плиты покрывают лаками, эмалями, облицовывают древесным шпоном, синтетическими пленками, фанерой и другими материалами. Декоративные плиты применяются для изготовления мебели, устройства перегородок, подвесных потолков и других элементов. На основе ДСП изготавливаются также облицовочные панели, которые монтируются по системе «паз – гребень».

Фенолитовые облицовочные плитки получают прессованием смеси, содержащей фенолформальдегидную смолу, отвердитель и наполнитель – древесную муку, каолин, тальк. Размеры плиток: 100×100 и 150×150 мм. Применяются для облицовки внутренних стен лабораторий, производственных цехов.

Виниловый сайдинг – облицовочные доски – получают экструзией смесей, содержащих ПВХ, либо нанесением полимерного слоя на основу из алюминиевого сплава (металлопласт). Прочность сайдинга при растяжении 35-55 МПа, толщина – 0,9-1,2 мм. На лицевую поверхность сайдинга наносят рисунок, имитирующий, например, текстуру древесины. Сайдинг сравнительно просто монтируется, крепится гвоздями, комплектуется элементами – деталями оформления углов, окон, дверей и др.

Виниловый сайдинг применяется для наружной облицовки зданий. Отличается замедленным старением, биостоек, не горюч, так как формовочная смесь содержит компоненты, замедляющие биологическую коррозию и старение. Продолжительность эксплуатации до 50 лет.

Облицовочные плитки из полистирола изготавливают из смеси, содержащей эмульсионный полистирол и минеральный наполнитель. Формуют способом литья под давлением. Размеры плиток: 100×100 и 150×150 мм. Обладают высокой химической стойкостью. Применяют для облицовки внутренних стен жилых, общественных и производственных помещений.

Ламинат – листы для напольных покрытий – имеют износостойкое покрытие и рисунок, имитирующий паркет. Собираются с помощью пазогребневых соединений.

Листовые материалы для наружной облицовки зданий, имитируют кирпичную или каменную кладку. Формовочная смесь содержит термопластичный полимер, наполнитель, пигмент или краситель и другие компоненты. Получают способом горячего прессования листов.

Погонажные изделия – плинтусы, рейки, раскладки, поручни, наличники, нащельники, герметизирующие и уплотняющие прокладки для окон, дверей и др. Формуют способом экструзии смесей, содержащих ПВХ.

Декоративные пленочные материалы могут быть безоснóвные и оснóвные.

299

Безосновные пленки изготавливаются из ПВХ, окрашиваются, имеют рисунок, имитирующий древесину, ткань, керамику. Выпускаются в рулонах шириной 1500-1600 мм. В некоторых случаях на пленку с одной стороны наносится слой клея, защищенный бумагой. При проведении отделочных работ бумага предварительно удаляется (приложение, рис. А.75).

Пленки на бумажной или тканевой основе – обои, линкруст, полиплен – отличаются повышенной влагостойкостью. Применяются для оклейки стен кухонь, служебных помещений.

Пленки для натяжных потолков выполняются на полиэфирной ткани и укрепляются на каркасе из профиля.

10.3.4.  Трубы и санитарно-технические изделия

Пластмассовые трубы получают методом экструзии из смесей, содержащих полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен. Выпускают также металлопластовые трубы с внутренним слоем из алюминиевой фольги и стеклопластиковые. Диаметр труб изменяется в пределах от 6 до 150 мм, толщина стенки – 2-8 мм, рассчитаны на рабочее давление до 1,2 МПа. Выпускаются также фитинги-муфты, переходники, уголки и др. Трубы применяются для устройства систем водоснабжения, канализации, вентиляции. Монтаж труб осуществляется с помощью фитингов на прокладках, а также сваркой и склеиванием. Пластмассовые трубы имеют высокую коррозионную стойкость, невысокую массу, что снижает затраты на монтаж. Отрицательным свойством труб является невысокая теплостойкость (приложение, рис. А.74).

Санитарно-технические изделия – умывальники, раковины, унитазы, ванны, смесители и другие изделия – выпускают пластмассовые и металлопластовые. В зависимости от формы и размеров изделий применяют различные способы формования – прессование, литье под давлением и др.

10.3.5.  Клеи, мастики и герметики на основе полимеров

Применяются различные виды клеевых составов.

1.Разбавляемые водой – клей ПВА, на основе метилцеллюлозы (для обоев) или на основе латекса бутадиенового каучука (бустилат) и др.

2.На органических растворителях – перхлорвиниловый, резиновый

идр. (растворители – бензин, ацетон).

3.На основе отверждающихся полимеров – эпоксидные, полиуретановые и др.

Применяются для приклеивания облицовочных материалов, изготовления клееных конструкций и материалов (ДСП, фанера, несущие конструкции). Качество клеевого соединения зависит от правильного

300 Глава 10.  Пластмассы

выбора клея, соответствующей подготовки поверхности, соблюдения режима его отверждения.

Мастики. Полимерные мастики получают смешиванием полимера, наполнителей и других компонентов – красителей, пигментов, растворителей. Мастики применяются для устройства мастичной кровли, гидроизоляции, приклеивания кровельных, гидроизоляционных и облицовочных материалов, а также для выравнивания поверхности, герметизации швов. Мастику можно армировать сеткой из полимерных волокон или стеклосеткой. Мастики удобно использовать при ремонте кровли, гидроизоляции. Преимуществом мастик является отсутствие швов.

Герметики. К герметикам относятся герметизирующие мастики, а также ленты, прокладки, диафрагмы и другие материалы.

Герметизирующие мастики отличаются невысокой усадкой и высокой эластичностью. Применяются полиуретановые, силиконовые, тио­ коловые, акриловые и другие герметизирующие мастики, твердеющие и нетвердеющие.

Высокомодульные мастики (относительное удлинение при разрыве более 300 %) предназначены для герметизации оконных стекол, стеклопакетов, стеклопрофилита, труб, санитарно-технического оборудования.

Низкомодульные мастики применяются для герметизации стыков между железобетонными панелями.

Нетвердеющие мастики используются в качестве клея. Твердеющие мастики подразделяются на горячие и холодные. Горячие мастики предварительно нагревают и наносят в нагретом

состоянии. В холодное время года эти мастики не обеспечивают хорошей адгезии к поверхности.

Холодные мастики разделяются на высыхающие и отверждающиеся: высыхающие мастики отвердевают при испарении летучего растворителя или воды (эмульсионные мастики); отверждающиеся мастики поставляются в виде одного, двух и нескольких компонентов, например мастики и отвердителя.

Однокомпонентные мастики затвердевают при воздействии воздуха. Многокомпонентные мастики твердеют после смешивания компонентов, в частности, после введения отвердителя (катализатора).

Акустические и теплоизоляционные материалы на основе полимеров приведены в соответствующих разделах учебника. К конструкционным материалам относятся также полимербетон и бетонополимер (см. гл. 6 «Бетоны»).