Конструкционные и строительные материалы

• Введение
• Полимерные материалы
• Лесоматериалы
• Клей для мягкой мебели Иоватак 456.24, 458.34
• Заключение
• Список использованной литературы

Понятие конструкционных и строительных материалов охватывает множество различных материалов, применяемых для изготовления деталей конструкций, зданий, мостов, дорог, транспортных средств, а также бесчисленных других сооружений, машин и технических изделий.

Возможность создания какой-либо конструкции и ее работоспособность зависят от наличия материалов с подходящими механическими свойствами. Например, для изготовления современного автомобиля необходимы легированные стали, а металлический самолет стал реальностью лишь с появлением технологичных и прочных алюминиевых сплавов.

Для гидроэлектростанций необходимы те сорта бетона и цемента, из которых можно построить долговечные плотины. Современные высотные здания выглядели бы по-другому, если бы не было стеклянных материалов.

Историю культуры часто делят на каменный, бронзовый и железный века — по тем материалам, из которых изготавливались орудия труда и оружие.

В наши дни в распоряжении конструктора имеется широкий спектр материалов: чугуны, стали и сплавы цветных металлов, керамические, каменные материалы, бетон, стекло и полимеры.

Разработка и применение таких материалов — профессиональное занятие инженера-технолога и инженера-конструктора.

Полимерные материалы

Полимеры, на основе которых создаются пластмассы, все шире применяются в качестве конструкционных и строительных материалов. Длительное время они использовались почти исключительно в бытовой технике и детских игрушках.

Малая относительная плотность, низкая стоимость и удовлетворительные механические характеристики конструкционных пластмасс делают их особенно привлекательными там, где важное значение имеет экономичность и где они уже заменили ряд металлов, — в транспортных средствах.

Они также все шире применяются в строительстве, особенно в качестве изоляционных материалов, а также в конструкциях. Из-за низкой относительной плотности (около 1,0) они ценятся также в авиакосмической промышленности.

Полимеры часто делят на группы по их свойствам и по веществам, из которых они получаются. Их структура довольно сложна и в значительной мере зависит от химико-технологического процесса их производства. Большую группу т. н. термопластичных полимеров, или термопластов, составляют полимеры, которые размягчаются при нагревании и восстанавливают свои свойства при охлаждении.

Простые термопласты — это в основном соединения углерода с водородом. Примером может служить хорошо известный полиэтилен, из которого изготавливают пленку, упаковочные материалы, сосуды и т. д. Технические полимеры — это обычно термопласты, в состав которых для улучшения механических свойств введены такие элементы, как кислород, азот и сера.

Их часто называют гетероцепными полимерами. Предел текучести таких материалов невелик, 7−35 МПа, а прочность на растяжение значительно ниже, чем у металлов: 20−70 МПа. Они применяются в производстве мебели, для изготовления слабонагружаемых деталей, в том числе зубчатых колес, подшипников, втулок, труб разного диаметра и изоляции.

Примером применения технических полимеров не очень высокой прочности в инфраструктуре жилых домов могут служить канализационные трубы. Ранее изготавливавшиеся литьем из чугуна, они теперь все чаще выполняются из гетероцепных термопластов.

Некоторые полимеры особого назначения используются благодаря их особым свойствам, например, найлон и тефлон — как прочные материалы с очень скользкой поверхностью. Тефлон (фторопласт), используемый в кухонной утвари в качестве противопригарного покрытия, применяется и для изготовления различных технических деталей (например, прокладок) как материал, стойкий к повышенным температурам.

Другую крупную группу полимеров составляют термореактивные полимеры, или реактопласты. Эти материалы полимеризуются (отверждаются) при нагревании под давлением, иногда с применением катализатора, и после этого не размягчаются при нагревании вплоть до разрушения. Они прочнее термопластов. Их типичные применения — нагружаемые зубчатые колеса, прутки, детали насосов, изоляторы и некоторые легкие детали конструкций.

И в термопластах, и в реактопластах часто используют наполнители, т. е. вещества, которые вводятся для улучшения свойств или для удешевления изделия. Наполнителем могут служить опилки, слюда, стекловолокно и стеклоткань. Стекловолокно позволяет повысить прочность полимера на растяжение до 700 МПа.

Полимеры такого типа, называемые композиционными материалами, применяются для вертолетных винтов, элементов ракетно-космических конструкций и для авиационных поверхностей управления. Поскольку свойства композиционных материалов такого рода ухудшаются с повышением температуры, они редко эксплуатируются при температурах выше 150° C. [1]

В технике применяется также полимерное волокно — в виде канатов и стропов. Природные полимеры, например пенька, в значительной мере вытеснены синтетическими. Классический пример технического полимера — резина. Вулканизованный каучук, т. е. каучук, термообработанный с применением серы и других добавок, уже многие десятилетия является важным техническим полимером.

Резиновая автомобильная шина представляет собой камеру высокого давления, способную поддерживать большие грузы. Транспорт как отрасль потребляет огромные количества резины только в виде шин.

Лесоматериалы

Древесина — древнейший естественный строительный материал, находящий широкое применение и в наше время.

Практически все, что окружало человека 300−400 лет назад, было сделано из древесины, но и в современном мире древесина занимает важное место. По объему применения и разнообразию использования с древесиной не может сравниться никакой другой материал.

Различают более твердую древесину лиственных пород (дуб, клен, орех) и менее твердую — хвойных (сосна, ель, кипарис, секвойя). Первая используется в основном для столярных работ и отделки интерьеров, а вторая — в виде строительных лесоматериалов.

Древесину применяют для строительства зданий и сооружений различного назначения, для изготовления столярно-строительных изделий (двери, окна, полы, паркет, облицовка и т. д.) и для изготовления мебели.

Из древесины делают элементы мостов, судов, вагонов, тару, шпалы, музыкальные инструменты, спортивный инвентарь, карандаши, спички, бумагу, картон, предметы обихода, игрушки, сувениры и многое другое. Натуральную и модифицированную древесину применяют в машиностроении и горнорудной промышленности; она служит сырьем для целлюлозно-бумажной промышленности и изготовления различных плитных материалов.

При химической переработке древесины получают целлюлозу, древесный спирт, виноградный сахар, целлофан, уксусную кислоту, винный спирт, мех, кожу, искусственное волокно, фото — и кинопленку, вату, бумагу, скипидар, канифоль и др.

Пиломатериалы, древесностружечные, древесноволокнистые, столярные плиты, фанера являются основными конструкционными материалами для строительных конструкций и столярных изделий.

Широкое применение при изготовлении столярных изделий нашел лущеный и строганный шпон. Из лущеного шпона изготавливают слоистую клееную древесину — фанеру, фанерные плиты, клееные детали мебели, тару. Строганный шпон — основной облицовочный материал для деталей, изготовленных из древесины малоценных пород, фанеры и древесностружечных плит.

Древесина является природным полимером, обладающим совокупностью положительных свойств, которые и позволяют столь широко и разнообразно использовать ее в самых различных областях.

Древесина имеет высокие физико-механические характеристики, хорошо и просто обрабатывается, имеет малый объемный вес, высокие эстетические качества и природную декоративность, малую теплопроводность, высокую прочность при небольшой массе, хорошо сопротивляется ударным и вибрационным нагрузкам; при правильном проектировании, изготовлении и эксплуатации надежна и долговечна.

Древесина сравнительно легко и просто соединяется крепежными изделиями, прочно и надежно склеивается; долго сохраняет красивый внешний вид; является, как правило, экологически чистым материалом; на нее хорошо наносятся защитные и декоративные составы.

Энергоемкость изготовления изделий из древесины самая маленькая по сравнению с другими материалами. Уникальность древесины, как материала, заключается в том, что она является единственным восстанавливаемым природным ресурсом, в отличие от нефти, угля, газа, железной руды и сырья для получения цемента.

Вместе с совокупностью положительных свойств древесина имеет ряд недостатков; подвержена гниению и горению, разрушается насекомыми и грибами, гигроскопична, в результате повышения влажности может разбухать, а при понижении влажности усыхать.

Кроме того, древесина, как природный материал, имеет биологические пороки, которые уменьшают однородность древесины, и которые приходится учитывать. Недостатки древесины преодолимы при правильном проектировании, эксплуатации и изготовлении с использованием современных методов защиты от гниения и возгорания.

Как для внутренних, так и для наружных конструкций широко применяются клееные слоистые древесные материалы. Элементы конструкции изготавливаются склеиванием листов шпона. Толщина слоев может составлять от нескольких сантиметров до 3 мм (в микроламинированных конструкциях). Клееные слоистые древесные материалы хорошо известны в современной архитектуре и применяются для изготовления элементов разной формы: прямых, искривленных, с плавными переходами.

Для таких элементов подбирают древесину, наиболее подходящую по внешнему виду и механическим свойствам. Их несущая способность и размерная стабильность выше, чем у пиломатериалов.

Прочность. На прочности лесоматериалов очень существенно сказывается их слоистость. Прочность на сжатие и растяжение максимальна вдоль слоистости, а прочность на сдвиг — поперек слоев. Так, для дуба предел прочности на раздавливание параллельно слоистости равен 52 МПа, предел пропорциональности при сжатии перпендикулярно слоистости — 9 МПа, а предел прочности на сдвиг параллельно слоистости — 14 МПа.

Чтобы получить допускаемое напряжение, эти значения нужно еще умножить на уменьшающий коэффициент, учитывающий содержание влаги, размер, дефектность, длительность нагружения, принятый запас прочности и наклон слоистости. В случае деревянных балок важное значение может иметь прочность на продольный сдвиг, так как сопротивление сдвигу вдоль слоистости невелико. Прочность на растяжение примерно втрое выше, чем на сжатие.

Однако местные растягивающие напряжения в деревянной конструкции зависят в основном от способов связи сопрягаемых элементов. Зубцы металлических соединительных деталей (плоских, кольцевых, дисковых), входящие в оба соединяемых элемента, действуют как нагели, передавая нагрузку. Благодаря разработке таких зубчатых соединителей в виде бандажей, накладок, шайб и шпонок стало возможно применение лесоматериалов для конструкций с большими пролетами. Дерево весьма упруго и хорошо сопротивляется удару.

Защита древесины от разрушения. Для обеспечения долговечности деревянная конструкция должна быть защищена от гниения и разрушения насекомыми-древоточцами. Антисептическую защиту конструкций от гниения осуществляют в специализированных цехах деревообрабатывающих предприятий или непосредственно на строительной площадке.

Промышленное антисептирование более качественно, так как может осуществляться под давлением в строгом технологическом режиме. На стройке производится лишь промазка или пропитка изделий. В качестве антисептиков используют каменноугольное креозотовое масло, растворы пентахлорфенола в жидких углеводородах, водные растворы фторидов и хлоридов цинка, арсенитов, арсенатов и т. п.

Для защиты древесины от разрушения насекомыми (древоточцами) используют химические вещества — инсектициды. Водные растворы инсектицидов наносят на поверхность конструкций кистями или опрыскивателями.

В связи с тем, что сухая древесина легко воспламеняется, необходимо предусматривать меры, обеспечивающие огнезащиту деревянной конструкции. Предохранение таких конструкций от возгорания достигается покрытием древесины огнезащитными материалами: штукатуркой, обмазками, окраской специальными жидкими составами.

Применяется также пропитка древесины химическими веществами, повышающими ее огнестойкость, например фосфорной кислотой, фосфатами аммония или магния. Обработанная таким образом древесина обугливается при сильном нагреве, но горение прекращается, как только ослабляется нагрев.

Клей для мягкой мебели Иоватак 456.24, 458.34

Стандартный каучуковый клей для склеивания деталей из поролона друг с другом, а также с тканью, металлом, кожей, деревом, ДСтП и ДВП. Клей находится в рабочем состоянии 1 — 15 минут. Сухой остаток прим.36 — 38%. Наносится обычным стаканчиковым пистолетом на обе склеиваемые стороны. Мягкий клеевой шов.

Иоватак ХайСолид 457.74

Высококачественный каучуковый клей для склеивания деталей из поролона друг с другом, а также с тканью, металлом, кожей, деревом, ДСтП и ДВП. Клей находится в рабочем состоянии при одностороннем нанесении 1 — 8 мин, при двухстороннем нанесении 1 — 20 мин. Обычно этот клей наносят только на одну склеиваемую сторону из пистолета — распылителя с давлением на материал. Однако, можно наносить и из обычного стаканчикового пистолета. Сухой остаток прим. 65%, поэтому незначительная эмиссия растворителей в окружающую среду и небольшой расход по сравнению с Иоватак 458.34. Мягкий клеевой шов.

Высококачественный каучуковый клей для склеивания деталей из поролона друг с другом, а также с тканью, металлом, кожей, деревом, ДСтП и ДВП. Клей предназначен для двухстороннего нанесения, после высыхания практически не липнет, находится в рабочем состоянии 1 — 15 мин. наносится пистолетом-распылителем с подачей давления на материал. Сухой остаток прим.63%, поэтому небольшая эмиссия растворителей в окружающую среду, небольшой расход. Мягкий клеевой шов.

Иоватак Супер ХайСолид 459.14

Высококачественный каучуковый клей для склеивания деталей из поролона друг с другом, а также с тканью, металлом, кожей, деревом, ДСтП и ДВП. Обычно этот клей наносят на одну склеиваемую сторону. Очень высокий сухой остаток — 75%, однако, хорошо распыляется пистолетом-распылителем с подводом клея насосом прямо из бочки. Очень маленькая эмиссия растворителей в окружающую среду. Мягкий клеевой шов.

2-х компонентный Аква-Спрей клей — лучшее, что создано для производства мягкой мебели

В декабре 2005 г. на мебельной фабрике «Калинка», г. Саратов был запущен новый цех по склеиванию элементов мягкой мебели с применением новейшей, экологически чистой и пожаробезопасной клеевой системы на водной основе. Данный проект был реализован при поддержке специалистов шведской компании «Клеевые системы Каско» концерна «Акзо Нобель» и специалистов итальянского производителя клеенаносящего оборудования.

С 1928 г. компания «Клеевые системы Каско» производит клеи для деревообрабатывающей и мебельной промышленности и является одним из мировых лидеров в этой области. В России клеевые системы Каско хорошо известны, т.к. они являются ведущими клеями в производстве клееных строительных конструкций и имеют отличные позиции на рынке клеев для производства мебельного щита, трехслойного паркета, гнутоклееных изделий, производства дверей. С применением клеевых систем Каско осуществлялось множество проектов Российского национального масштаба, например, восстановление сгоревшего здания «Манежа», склеивание несущих конструкций для аквапарков, школ и других общественных и промышленных зданий и сооружений

Свой опыт в области склеивания компания «Каско» реализовала и в производстве мягкой мебели. Неслучайно в качестве партнера для внедрения новой клеевой системы в России была выбрана мебельная фабрика «Калинка». Это предприятие давно закрепило за собой лидерство в области внедрения инновационных технологий производства, свежих дизайнерских решений и отличается многофункциональностью выпускаемой мебели.

На данный момент в мире используется 3 основных типа клеев в производстве мягкой мебели: это традиционные контактные клеи на основе растворителей, однокомпонентные клеи на водной основе и двухкомпонентные клеевые системы на водной основе.

Первые контактные водные клеевые системы уступали по скорости схватывания традиционным контактным клеям, были достаточно дороги и не вызывали особенного интереса у производителя. Однако увеличение требований по безопасности и производительности, привело к быстрому темпу развития клеевых систем на водной основе. Появились двухкомпонентные системы, с коротким временем подсушки и высокой начальной прочностью клеевого соединения.

Например, если первые марки водных контактных клеев имели «время ожидания» до 1 часа, то современные двухкомпонентные составы не требуют времени подсушки, однако могут склеивать даже через 20−30 мин. после нанесения их на поверхность. При этом расход клея, по сравнению с использованием клеев на основе растворителей, снижается минимум на 30−40%, а теплостойкость клеевых соединений увеличивается до 700С. Рабочая температура находится в пределах от +100С до +400С.

Однако продолжительное время 2-х компонентные системы были неудобны в применении из-за несовершенности распылительного оборудования и сложности поддержания точного соотношения клея и катализатора при распылении. Компания «Клеевые системы Каско» смогла решить эту проблему, разработав клеевую систему Аква Спрей 2118 с катализатором 2119. Данная клеевая система позволяет стабильно и качественно склеивать при соотношении 100 в. ч. клея 2118 и 10−18 в. ч. катализатора 2119. Так же компания «Клеевые системы Каско» отказалась от применения универсального распылительного оборудования и начала использовать специализированное итальянское оборудование, разработанное для нанесения именно адгезивов, которое позволяет минимизировать расход, не требует ежедневной чистки и обеспечивает качественное смешение компонентов в «факеле» .

В настоящее время в Европе потребление контактных клеев составляет 30 000 — 40 000 т/год, из них 70% - клеи на основе растворителей, 5% - однокомпонентные клеи на водной основе и 25% - двухкомпонентные клея на водной основе. Доля последних с каждым годом возрастает.

полимер клей каучуковый древесина Предпосылками для роста доли потребления водных клеев в Европе явились проблемы, связанные с применением клеев на основе растворителей. Эти проблемы хорошо знакомы российским производителям. Особенностью производства мягкой мебели является то, что при хранении поролоновых деталей накапливается статическое электричество, а это создает пожароопасную ситуацию. Если еще при этом используются клеи на основе растворителей, то опасность возгорания и даже самовоспламенения резко возрастает. Всем известны печальные примеры сгоревших мебельных фабрик. Применение же клеев на водной основе значительно снижает вероятность возгорания, т.к. данные клеи абсолютно не горючи.

Кроме того, при использовании клеев на водной основе отсутствует остаточный запах и эмиссия растворителей из готовой мебели. Ни для кого не секрет, что в последнее время российские потребители мебели, особенно высшего ценового сегмента, уделяют большое внимание экологической чистоте и безопасности мебели, которую они приобретают в свой дом.

К затруднениям, связанным с применением клеев на водной основе, можно отнести необходимость переоснащать производство специальным оборудованием. Также водоосновные клеи имеют более высокую стоимость, по сравнению с клеями на основе растворителей. Однако данные затруднения с лихвой компенсируются следующими преимуществами, как с точки зрения экономики, так и технологии:

Снижение расхода. Из опыта зарубежных предприятий общее снижение потребления клея доходит до 50%, по сравнению с клеями на основе растворителей. Уменьшение расхода происходит за счет меньшего удельного расхода (100−150 г/м2). и применения распылительных пистолетов низкого давления. Использование же централизованной системы подачи компонентов позволяет избежать потерь клея при переливах из емкости в стаканы пистолетов. Отпадает необходимость в частой мойке оборудования, что так же снижает потери клея.

Увеличение производительности на 25%. Высокая начальная прочность клеевого шва позволяет осуществлять любые технологические операции со склеенными деталями непосредственно после склейки. Не тратится время на чистку и разлив клея по рабочим местам. Так же увеличивается производительность благодаря дополнительным уникальным свойствам клея и оборудования.

Пожаробезопасность. Раз и навсегда исчезает опасность возгорания клея и паров растворителей.

Свойства клеевого шва. Клеевой шов обладает более высокой прочностью и эластичностью, обладает повышенной теплостойкостью + 700С. Таким образом, в несколько раз снижается процент брака продукции по причине расклея.

Экологическая безопасность. Отсутствует остаточная эмиссия растворителей из готовой мебели. Не наносится вред здоровью рабочих. Данный факт обусловлен тем, что клей представляет собой водную дисперсию латекса, а катализатор является слабым раствором лимонной кислоты, применяемой в пищевой промышленности.

На данный момент основной общемировой тенденцией в развитии клеевых систем для производства мягкой мебели является дальнейшее усовершенствование двухкомпонентных клеев на водной основе. Данное направление, в отличие от других, имеет ресурсы для создания еще более совершенных клеевых систем.

Таким образом, мы верим, что положительный опыт мебельной фабрики «Калинка», будет первой вехой перехода российского производства мягкой мебели к новому технологическому уровню и культуре производства.

Специалисты компании «Клеевые системы Каско» готовы оказать необходимую техническую поддержку при внедрении новой клеевой системы, окажут помощь при запуске производства, проведут обучение персонала и подберут оптимальную комплектацию оборудования.

Заключение

Мягкая мебель в традиционном и привычном для многих смысле — это комплект: диван и два кресла. К мягкой мебели также относятся софы, тахты, кушетки, кресла, пуфы, угловые диваны. Мягкая мебель предназначена для отдыха хозяев дома и их гостей и устанавливается чаще всего в гостиной. Дополняет зону отдыха маленький декоративный столик. Такое объяснение понятия, запросто могло бы разместиться в одном из толковых словарей русского языка.

Современные же комплекты мягкой мебели могут представлять собой любое сочетание отдельно стоящих элементов. Например: трехместный диван, кресло и пуфик; два двухместных дивана; трехместный диван и три кресла; два кресла. Сегодня можно выбрать огромный диван, состоящий из шести сегментов, каждый из которых является вполне самостоятельной вещью и может эксплуатироваться как отдельно, так и в составе целого. Как правило, мягкую мебель можно приобрести как комплектом, так и поэлементно. Кроме этого, можно заказать мебель, изъявляя свои пожелания.

Диваны, кресла и пуфы иногда оборудуют колесами, и тогда их можно передвигать и устанавливать в любом месте дома.

Именно «начинка» мягкой мебели, ее состав, существенно влияет на цену изделия. Самой качественной считается та мягкая мебель, которая обязательно включает в себя: пружины, латекс, поролон, металлический каркас (сетка), прокладки (хлопок, шерсть).

Хорошо, если пружины «заключены в вертикально расположенные «ячейки-мешочки», благодаря которым не происходит смещения, и матрац «держит» тело всей своей поверхностью, диван не проваливается. Такая мягкая мебель может сохранять форму 20 лет и более. Единственное, в чем она будет нуждаться — в перетяжке обивки.

Чем больше пружин на 1 кв. м., тем дороже будет стоить диван или матрац. Если в мягкой мебели вообще отсутствуют пружины («начинка» состоит из каркаса-сетки и напыленного на него латекса и поролона), то такая мебель может стоить на порядок дешевле, но форму она может потерять уже через 2−3 года. Между тем, внешне она может почти не отличаться от дорогой, пружинной. Следует присмотреться получше.

Вообще на качество мягкой мебели влияют все составляющие, качество исполнения механизма, каркаса, набивки и обивки. Очень важным составляющим элементом мягкой мебели является каркас. Самые дешевые каркасы диванов изготавливают из ДСП. Это можно сразу определить по весу. Такие диваны тяжелые.

Большей популярностью пользуются каркасы комбинированные, сочетающие применение разных материалов: металлических элементов, фанеры и разного вида древесных плит (ДСП, МДФ или ДВП). Они, безусловно, легче, надежнее, но и дороже. Если для каркаса используется натуральное дерево, то важно, чтобы оно было хорошо просушено, иначе дерево быстро растрескается и начнет противно скрипеть.

1. Григорьев М. А. Материаловедение. — М.: Высшая школа, 2001.

2. Как выбирать диван // Дом и интерьер. — 2001. — № 2.

3. Михайличенко А. Л., Садовничий Ф. П. Древесиноведение и лесное товароведение. — М.: Высшая школа. 1995.

4. Уголев Б. Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. — М.: Экология, 1991.