Общие сведения о пластмассах

Пластмассами называются материалы, которые в качестве основного компонента содержат синтетический полимер – высокомолекулярное химическое соединение.

Получают синтетические полимеры из мономеров, которые способны взаимосоединяться с образованием молекул многократно увеличенной молекулярной массы.

Название полимера образуется от названия того мономера, из которого он был получен (этилен – полиэтилен, пропилен – полипропилен, стирол - полистирол, винилхлорид – поливинилхлорид).

Получение синтетических полимеров осуществляется посредством реакций полимеризации и поликонденсации.

Полимеризацией называется реакция соединения нескольких молекул мономеров в макромолекулу полимера, не сопровождающаяся выделением побочных продуктов.

Поликонденсацией называется реакция взаимодействия молекул нескольких мономеров, сопровождаемая получением макромолекулы полимера и выделением низкомолекулярных побочных продуктов (воды, газов и т.д.).

Полимерам присущи следующие основные состояния:

- два агрегатных: твердое и жидкое;

- два фазовых: аморфное и кристаллическое;

- три релаксационных физических: стеклообразное, высокоэластичное, и вязкотекучее, причем границы между этими состояниями обычно характеризуются значениями температур стеклования Т_с и текучести Т_т.

В зависимости от поведения при нагревании – охлаждении полимеры подразделяют на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные полимеры при первичном, а также повторном нагреваниях, становятся пластичными, а при охлаждении переходят в твердое состояние (поливинилхлорид, полиэтилен, полистирол и т.д.).

Термореактивные полимеры приобретают пластичность только при первичном нагревании, после отверждения они переходят в неплавкое, нерастворимое состояние (полимеры на основе фенолоформальдегидных, полиэфирных, эпоксидных, карбамидных смол и др.).

Пластмассы могут быть однородными, состоящими из одного полимера, и неоднородными и состоять из связующего, пластификаторов, наполнителей, стабилизаторов, антистатиков, красителей, порообразователей и т.д. Неоднородные пластмассы называют полимерными композиционными материалами. К ним относятся и конструкционные пластмассы.

Для производства конструкционных пластмасс используют смолы:

- полиэфирные смолы – класс термореактивных, отверждаются при повышенной и комнатной температуре при помощи катализатора гипериза (светло-желтая жидкость с резким запахом) и соускорителя реакции метилвинилаэросила, набирает 60% прочности в течение суток без выделения побочных продуктов. Отверждение сопровождается выделением большого количества тепла, увеличением плотности, уменьшением объема смолы. В отвержденном состоянии обладает высокой стойкостью к воде, кислотам, бензину, маслам. Применяются в качестве связующего при изготовлении стеклопластика и как основу для клеев, лаков, пластобетонов, шпаклевок и т.д.;

- фенолоформальдегидные смолы (ФФС) – термореактивные, отверждаются в присутствии кислот с выделением летучих веществ и воды, для удаления которых требуется дополнительное давление. Этим смолы быстро отверждаются при повышенной температуре, обладают высокой прочностью, хорошей адгезией к стекловолокну, древесине, бумаге, стойки к термодеструкции, имеют высокие физико-механические и диэлектрические свойства, не растворяются в продуктах нефтепереработки и органических растворителях, стойки к действию слабых кислот. Применяются для изготовления стеклопластиков, древесных и бумажных пластиков, фанеры, клееной древесины;

- эпоксидные смолы – отверждение происходит без выделения побочных продуктов, с малой усадкой по сравнению с другими полимерами, катализатор отверждения - ПЭПА (полиэтиленполиамин). Отвержденные эпоксидные смолы обладают высокими физико-механическими свойствами, хорошей адгезией к большинству материалов, они бензино-, масло- и водостойкие. Применяются как связующее при изготовлении стеклопластиков и прессовочных композиций, в качестве клеев, герметиков, коррозие- и водостойких покрытий, обладающих хорошей атмосферо- и светостойкостью. Последнее время применяют модифицированные эпоксидные смолы;

- карбамидные (мочевиноформальдегидные) смолы – отверждение происходит под действием органических кислот, кислых солей и эфиров. Сами смолы растворяются в воде, но отвержденные практически не растворимы ни в чем. Карбамидные смолы бесцветны, обладают достаточно высокой теплостойкостью и светостойкостью. Используются в качестве связующего в пресс-порошках, применяемых для изготовления строительных деталей, клеев и пропитки тканевых материалов. На основе карбамидных смол получают пористый материал (мипору), имеющий высокие теплозвукоизоляционные показатели и малую плотность;

- кремнийорганические смолы обладают повышенной атмосферо- и светостойкостью. Применяются в качестве лаков, эмалей, красок, а также для придания гидрофобных свойств поверхности пористых материалов (мрамору, тканям, бумаге и т.д.)

Добавки к пластмассам:

- наполнители уменьшают расход связующего, снижают стоимость, уменьшают усадку, придают большую механическую прочность. В качестве твердых наполнителей применяют непрерывное и рубленное стекловолокно, стеклоткань, асбестовое волокно, древесную стружку, опилки, тальк и т.д.;

- пластификаторы снижают хрупкость, увеличивают гибкость, эластичность, относительное удлинение, морозостойкость;

- стабилизаторы способствуют сохранению физико-механических свойств во времени, снижают скорость процессов деструкции материалов под влиянием атмосферных воздействй. По характеру действия стабилизаторы делятся на актиосоданты или термостабилизаторы (против термоокслительной деструкции) и светостабилизаторы (против фотолиза и фотоокисления).

- антистатики уменьшают электризацию полимерных материалов в процессе их переработки и эксплуатации изделий из них. В качестве антистатика для пластмасс применяют поверхностно активные вещества и электропроводящие наполнители (сажа, графит, порошки металлов).

Основные виды конструкционных пластмасс,

Их свойства и области применения.

Основные виды конструкционных пластмасс – стеклопластики и древесные пластики.

Стеклопластики представляют собой пластмассы, состоящие из стеклянного наполнителя (стекловолокно) и связующего (полиэфирные, эпоксидные, фенолоформальдегидные смолы). Стеклянное волокно является для пластика арматурой.

 

 

ЛЕКЦИЯ 6

СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Содержание: Основные виды соединений. Требования, предъявляемые к соединениям. Указания по расчету. Лобовая врубка с одним зубом.

Основные виды соединений

Вследствие ограниченности размеров дерева создание из него строительных конструкций больших пролетов или высоты невозможно без соединения отдельных элементов.

Соединения деревянных элементов для увеличения поперечного сече­ния конструкции называют сплачиванием, а для увеличения их продольной длины - сращиванием. Наряду со сплачиванием и сращиванием, деревянные элементы могут соединяться в узлах конструкций под различными углами.

В современных деревянных конструкциях соединения эле­ментов между собой осуществляются главным образом с по­мощью специальных деревянных, стальных или пластмассовых рабочих связей. Однако существуют соединения без связей, решаемые путем непосредственного упора друг в друга соот­ветственно отпиленных элементов — лобовые врубки.

Применение того или другого вида соединений определяется видом всей конструкции, в некоторых случаях можно использовать различные ви­ды соединений в одной конструкции.

Преимущество цельной древесины по стоимости по сравнению с клееной делает целесообразным ее применение практически во всех случа­ях, где позволяют запасы природной древесины или возможно ее использование на обычных (не клееных) соединениях.

Применение дощато-клееных конструкций рационально в тех случаях, когда требуется большое попереч­ное сечение элементов, когда необходимо свести к минимуму количество металлических вкладышей, для увеличения огнестойкости, уменьшения воздействия химически агрессивных сред или в случае, когда предъявляют­ся особые требования к архитектурной выразительности сооружения.

Соединения элементов деревянных конструкций по способу передачи усилий разделяются на следующие виды:

1) соединения, в которых усилия передаются непосредственно упором контактных поверхностей соединяе­мых элементов, например, примыканием в опорных частях элементов, вруб­кой и т.д.;

2) соединения на механических связях;

3) соединения на клеях.

Механическими в соединениях деревянных конструкций называют рабочие связи различных видов из твердых пород древесины, стали, различ­ных сплавов или пластмасс, которые могут вставляться, врезаться, ввинчи­ваться или запрессовываться в тело древесины соединяемых элементов. К механическим связям, наиболее широко применяемым в современных дере­вянных конструкциях, относятся шпонки, нагели, болты, глухари, гвозди, шурупы, шайбы шпоночного типа, нагельные пластинки и металлические зубчатые пластинки.

Передача сил в соединениях с механическими связями происхо­дит от одного элемента другому через отдельные точки (дискретно). Распре­деление силы по поверхности контакта и в глубину элемента зависит от ви­да механических связей.

2. Требования, предъявляемые к соединениям

Несущая способность и деформативность деревянных конструкций зависит от применяемых соединений. Соединения следует конструировать так, чтобы компенсировать природную хрупкость древесины соединяемых элементов при растяжении и скалывании, вязкой работой их соединений.

При проектировании к соединениям предъявляются опре­деленные требования.

1. Вязкость соединения. В соединениях деревянных конст­рукций наиболее опасными видами напряженного состояния являются скалывание и разрыв поперечных волокон (раскалы­вание) древесины, особенно в тех случаях, когда они суммируются с напряжениями усушки. В отличие от строительной ста­ли, в древесине не происходит пластического выравнивания напряжений. Поэтому проекти­ровать соединения нужно таким образом, чтобы хрупкая рабо­та древесины на скалывание сочеталась с вязкой работой её на смятие. При этом в первую очередь должна быть максимально использована несущая способность древесины на смятие, преж­де чем произойдет хрупкое разрушение от скалывания или рас­калывания.

Для придания вязкости в растянутых соединениях, как пра­вило, используют принцип дробности (рис. 6.1).

В многонагельных соединениях исключается опасность од­новременного выключения из работы всех связей.

Несущая способность многонагельного соединения выше при одинаковом расходе стали.

При работе одного нагеля остается неиспользованным вы­сокий предел прочности стали на изгиб и древесины на смя­тие, вследствие предшествующего скалывания и раскалывания древесины.

2. Плотность соединений. Соблюдение этого требования по­зволяет предотвратить появление нерабочих, рыхлых началь­ных деформаций. Поверхность соединенных элементов долж­на быть тщательно подготовлена.

2. Указания по расчету

Расчетное усилие, действующее на соединение (с учетом коэффициента надежности), не должно превышать расчетной несущей способности соединения (с учетом породы, условий эксплуатации).

Разгружающее действие сил трения при расчете соединений не учитывается. Разгружающее действие трения, создаваемое начальной болтовой стяжкой при расчете также не учитывает­ся, так как усушка древесины поперек волокон с течением вре­мени ослабляет действие начального обжатия.

Усушечные и температурные деформации вдоль волокон древесины при проектировании не учитываются. Деформации поперек волокон (усушка) при необходимости могут учитывать­ся в зависимости от начальной и конечной влажности.