Материалы на основе полимеров, применяемые в архитектуре и дизайне

Курсовая работа

Материалы на основе полимеров, применяемые в архитектуре и дизайне

1. Определение, краткие исторические сведения

Искусственные полимеры — высокомолекулярные соединения (молекулы из нескольких тысяч или сотен тысяч атомов, построенных путем многократного повторения одинаковых групп или звеньев одинаковой структуры), полученные человеком из природных веществ в процессе оригинальных реакций.

Природные полимеры — сложные смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных. Для производства строительных материалов (как правило, специального назначения) используют битумы, дегти.

Материалы на основе полимеров — твердые, пластично-вязкие (мастики) или жидкотекучие (лаки, краски) составы, в которых, кроме полимеров, содержится еще ряд компонентов, влияющих на их свойства. Полимерные композиции способны в процессе формования принимать требуемую форму и сохранять ее после снятия формующих нагрузок. Учитывая эту способность, материалы на основе полимеров называют также пластическими массами.

Первые искусственные полимеры, в том числе фенолформальдегид, были получены во второй половине ХIХ в. С 1907 г. на их основе в США было освоено промышленное производство пластмасс, и уже в 1916 г. в больших объемах производилась первая пластмасса горячего формования — бакелит.

Первые дома из пластмасс появились в конце 24-х — начале 30-х гг. ХХ в. в США (рис. 121). «Винилайтхаус», представленный на Чикагской выставке 1933 г., имел панели из поливинилхлорида толщиной 5 см, размером 240×70 см и полы из поливинилхлоридных плит. Для здания конторы фирмы «Васко» использовали трехслойные панели из полиметилметакрилата и пенопласта.

Один из первых домов из пластмасс «Дай Мекин Хаус». 1927 г. США. Архит. Б. Фугер Заметный количественный и качественный рост производства пластмасс отмечается с 1935 г., когда был изобретен самый прочный материал на основе полимеров — стеклопластик. С 1945 г. строительные пластмассы все чаще применяют для внутренней отделки зданий и для ограждающих конструкций. В отечественной архитектурно-строительной практике вопросами применения материалов на основе полимеров занимались архитекторы А. Буров, Б. Иофан, В. Мун ц, А. Криппа и др.

В середине 50-х гг. ХХ в. в США, Японии, Великобритании, Франции, Швейцарии освоен выпуск каркасных зданий с панелями из пластмассы, Формообразующие возможности последней были показаны при строительстве «Дома-улитки» из стеклопластика во Франции и «дома будущего» в США (рис. 122, 123). В Париже было построено многоэтажное административное здание с наружными стенами из стеклопластика, в США — бескаркасные дома с несущими стенами из пластмассы.

«Дом-улитка» из стеклопластика. 1956 г. Франция. Архит. И Шейн Дом будущего. 1957 г. США. Архит. Г. Дитц и др.

2. Основы производства

Сырье. Основные сырьевые компоненты для производства пластмасс — полимеры, пластификаторы, наполнители, катализаторы, стабилизаторы, красители.

В зависимости от способа получения искусственные (синтетические) полимеры разделяют на две группы: полимеризационные и поликонденсационные.

При реакции полимеризации происходит процесс соединения молекул низкомолекулярного вещества — мономера — без изменения его химического состава и выделения побочных продуктов. Приведем краткую характеристику некоторых полимеризационных полимеров, часто используемых для получения строительных пластмасс.

Поливинилхлорид получают различными методами из ацетилена и хлористого водорода. Из-за высокого содержания хлора полимер не воспламеняется и не горит. Однако при температуре 130−170°С поливинилхлорид разлагается с выделением хлористого водорода. Это один из самых популярных полимеров для производства различных материалов.

Полистирол образуется в результате дегидрирования этилбензола в присутствии водяного пара. Полимер отличается высокой светопрозрачностью — до 9О%, хрупок, может разрушаться при действии некоторых органических растворителей.

Полиэтилен производят на основе газа этилена, он имеет линейное строение молекул, отличается сравнительно высокой коррозионной стойкостью, прочностью, но обладает низкой теплостойкостью (80°С).

Полиакргллаты представляют собой полимеры акриловой, метакриловой кислот и их производных. Эти полимеры светопрозрачны и способны пропускать ультрафиолетовые лучи. Полиметилметакрилат (органическое стекло) по светопрозрачности (свыше 90%) превосходит силикатные стекла.

Синтетические каучуки получают полимеризацией различных углеводородов. Такие полимеры состоят из гибких макромолекул, обладают эластичностью. Их прочность и теплостойкость повышают вулканизацией.

При реакции поликонденсации образуются высокомолекулярные соединения с выделением побочных продуктов. Например, при поликонденсации фенола и формальдегида получаются фенолформалгдегидная смола и вода. Химический состав таких полимеров отличается от исходных продуктов. Для производства материалов широко применяют, в частности, следующие поликонденсационные полимеры.

Фенолальдегидные производят при поликонденсации фенолов с альдегидами, они достаточно водостойки и прочны.

Карбамиднои меламиноформальдегидны е получают в результате соответствующей реакции аминов с альдегидами. Эти полимеры отличаются теплои светостойкостью.

Полиэфиры образуются при взаимодействии двух основных кислот, их ангидридов или эфиров с многоатомными спиртами.

Полиуретаны получают в процессе реакций с участием полиэфиров, многоатомных спиртов. Они характеризуются сравнительно высокой химической стойкостью и прочностью.

Эпоксидные полимеры отличают высокие коррозиеустойчивость, прочность, незначительная усадка.

Кремнийорганические полимеры содержат в макромолекулах атомы кремния. Они обладают высокой теплостойкостью (более 400°С), во-дои морозостойкостью, гидрофобностью. Но механическая прочность этих полимеров невысока.

Пластификаторы повышают гибкость и эластичность полимеров и тем самым облегчают условия их переработки. Их вводят в количестве 5−40% по массе полимера, в зависимости от его состава и свойств.

Наполнители вводят для повышения теплостойкости, прочности, твердости, уменьшения усадочных деформаций, улучшения других эксплуатационно-технических свойств пластмасс. Применяют волокнистые (стеклянные, асбестовые, синтетические), листовые (древесный шпон, бумага, фольга), порошкообразные (древесная мука, тонкомолотый мел, известняк, тальк и др.) наполнители, а также ткани (асбестовые, стеклоткани, хлопчатобумажные).

Катализаторы ускоряют процесс отверждения полимеров и образования их структуры.

Стабилизаторы способствуют сохранению свойств пластмасс в процессе эксплуатации. Используют, в частности, термои светостабилизаторы, снижающие скорость окисления полимеров.

Красители используют для объемного окрашивания пластмасс. Применяют минеральные или органические пигменты, синтетические окрашивающие составы.

Кроме перечисленных сырьевых компонентов, при производстве газонаполненных пластмасс используют порообразователи.

3. Основы технологии

Основные технологические операции при производстве полимерных материалов дозировка, перемешивание, формование, отделка лицевой поверхности.

Формообразование пластмасс осуществляется разнообразными способами. Основные из них — экструзиокный, литье под давлением, вакуумформование, каландрирование, прессование (рис. 124).

Экструзионный способ формования пластмасс осуществляется, как правило, с помощью шнековых экструзионных машин, куда смесь сырьевых компонентов подается в порошкообразном или гранулированном виде. Под действием нагревателей масса размягчается и выдавливается через экструзионную головку. Таким способом формуют длинномерные (погонажные) профилированные и рулонные материалы.

Рис. 124. Принципиальные схемы ряда способов формования материалов из пластмасс, а — экструзия: 1 — шнек; 2 — нагреватель; 3 — формующее устройство; 4 — материал; 5 — пластмасса; б — литье под давлением: 1 — плунжер; 2 — нагреватель; 3 — форма из стали; 4 — пластмасса; в-вакуум-формование: 1 — нагреватель; 2 — лист пластмассы; 3 — вакуум; г — каландрированне: 1 — вальцы; 2 — пластмасса Прессование производят с помощью гидравлических прессов. При этом сырьевая смесь разогревается. Таким способом формуют материалы с большим количеством наполнителя.

Литье под давлением осуществляется путем разогревания сырье вой смеси до жидкотекучего состояния в литьевых машинах и впрыскивания ее под давлением через сопло в форму. После охлаждения и затвердевания пластмассы форму раскрывают.

Вакуум-формование производят в специальных формах. Листовая заготовка при действии теплоты от нагревателей размягчается. После создания вакуума в форме лист пластмассы приобретает конфигурацию, соответствующую форме. Таким образом формуют сравнительно тонкие листовые и плитные материалы.

Каландрирование (вальцевание) предполагает прохождение полимерной смеси через зазоры между каландрами (валками). Таким способом формуют рулонные и пленочные материалы.

Отделка лицевой поверхности пластмасс выполняется различными способами, среди которых окрашивание (объемное и поверхностное), печатание, тиснение, аппликация, декалькомания, металлизация.

На практике в основном применяют объемное окрашивание и печатание на лицевой поверхности тонких рулонных материалов (пленок). Большое количество современных строительных пластмасс имеет после формования лицевую поверхность, готовую к применению.

При выборе способа отделки обязательно учитывают адгезионную способность поверхности, стойкость к различным химическим реагентам, влагопроницаемость, термостойкость и другие физико-химические свойства пластмасс. В большей мере качество отделки определяется качеством подготовки поверхности материала. Механические, физические и химические методы подготовки поверхности связаны главным образом с ее обезжириванием, приданием ей шероховатости, химическим модифицированием, нанесением адгезионных подслоев.

Адгезионная способность поверхности пластмасс после соответствующей подготовки к отделке оценивается различными методами, в том числе путем измерения краевого угла капли дистиллированной воды, нанесенной на поверхность; измерения угла наклона поверхности, при котором с нее начинает скатываться капля дистиллированной воды, а также измерением натяжения смачивания. В последнем случае фиксируют время (1 мин), в течение которого тонкий слой индикаторной жидкости на поверхности пластмассы не должен собираться в капли. Для испытаний используют набор индикаторных жидкостей, например, на основе смеси третичного бутилового спирта и дистиллированной воды, с известным поверхностным натяжением.

Следует отметить прогрессирующее развитие отделки пленочных пластмасс способом печати. Из — за ряда свойств пластмасс не все способы печати в равной степени пригодны. Способ высокой (типографской) печати позволяет получать чистый и четкий оттиск рисунка. Но длительность высыхания используемых высоковязких красок приводит к тому, что этот способ печати почти не применяется. Разновидность высокой печати — флексографская основывается на применении маловязких быстросохнущих красок на летучих растворителях, но при этом заметно ухудшается четкость оттиска рисунка.

Принцип офсетной печати связан со смачиванием печатной формы увлажняющим раствором и накатыванием жирной краски, которая при этом избирательно задерживается на несмачиваемых (печатных) элементах. С печатной формы красочный оттиск переходит на эластичный резиновый цилиндр, а с него на запечатываемый материал. Преимущество такого способа печати — возможность получать мягкие и плавные переходы тонов рисунка при сравнительно высокой скорости.

Целесообразно отметить высокое качество печати, которое достигается при четырехкрасочном методе печати триадными красками (желтой, пурпурной, голубой).

Хорошим воспроизведением различных изображений отличается глубокая печать, основанная на применении цилиндра со специальными печатающими ячейками. Рядом преимуществ обладает способ трафаретной печати, который заключается в продавливании краски посредством ракеля на материал через трафарет, служащий печатной формой. Этот способ отличают простота конструкции, высокое качество изображения (возможность получения красочной пленки толщиной до 70 мкм), экономичность.

При отделке тиснением рисунок получают путем переноса оттиска с металлизированного или пигментированного слоя специальной пленки под давлением горячего штампа. Различают глубокий оттиск — запечатываются углубленные места рисунка, образуемые в результате вдавливания рельефной поверхности металлического штампа; плоский оттиск — тиснение гладкой эластичной поверхностью резинового штампа; рельефный оттиск — при контакте гладкой поверхности эластичной пластины с рельефной поверхностью материала. Преимущество этого способа — возможность применения высокопроизводительного оборудования, четкость рисунка и его разнообразие.

4. Номенклатура

Различают рулонные, погонажные, листовые и платные, монолитные, мастицные и жидкотекущие (лакокрасочные) материалы на основе полимеров. Кроме того, выделяют материалы специального назначения — кровельные и гидроизоляционные, гидроизолирующие, теплоизоляционные.

К рулонным материалам относятся линолеумы, ковровые, пленки, обои, кровельные и гидроизоляционные (на основе битумов и деггей).

Линолеумы — плотные рулонные материалы толщиной 2−6 мм для покрытия полов. Длина рулона не менее 12 м, ширина до 6 м. Линолеумы выпускают без подосновы, а также на тканевой, войлочной, синтетическом подосновах, однои многослойными. В массовом количестве выпускают поливинилхлоридные линолеумы.

Линолеумы поливинилхлоридные однои многослойные — безосновные материалы, изготовляемые экструзионным или вальцовокаландровым способом из смеси, составляемой на основе поливинилхлоридного полимера с наполнителем, пластификатором и красителем.

Линолеум паливинилхлоридный на тканевой основе — материал из смеси, составленной на основе поливинилхлоридного полимера с наполнителями, пластификатором и красителем, наносимыми на тканевую подоснову промазным способом с полимеризацией в процессе тепловой обработки.

Линолеум поливинилхлоридный на теплозвукоизоляционной подоснове — двухслойный материал, состоящий из поливинилхлоридного верхнего слоя и синтетического или войлочного неткановолокнистого (иглопробивного) либо вспененного синтетического — нижнего.

Линолеумы применяют для покрытия полов общественных, жилых и некоторых промышленных зданий (без существенных механических воздействий).

Вместе с тем название «линолеум» имеет отношение к рулонному материалу не на основе искусственных полимеров, а на основе натурального сырья — льняного масла, живицы, пробки, древесной и известняковой муки. Эти сырьевые компоненты используют, например, на предприятиях в Германии при выпуске «классического» линолеума, весьма привлекательного с экологической точки зрения.

Синтетические ковровые материалы, как правило, превосходят линолеумы с эстетической точки зрения. Их изготовляют на подоснове, обычно из поливинилхлорида, полиуретана, вспененного латекса. Верхний слой ковров представляет собой тканые и нетканые покрытия из синтетического волокна. Длина ковровых материалов в рулонах 6−50 м, ширина от 0,7 м.

Ворсолин состоит из петельного ворса (смеси синтетических и хлопчатобумажных волокон) высотой 4 мм, закрепленного на слое поливинилхлоридной пасты, нанесенной на поливинилхлоридную пленку. Применяется для покрытия полов в помещениях общественных зданий.

Ворсонит — одноили двухслойный материал, изготовляемый путем пропитки холстов (из полиэфиров, полиамидов и других полимеров) жидким связующим, термообработки и отделки.

Ковровое ворсовое покрытие на вспененной латексной подоснове производят путем нанесения на специальную синтетическую ворсовую ткань латексной пены, превращающейся в процессе вулканизации в губчатую резину толщиной 4 мм. Применяется для покрытия несгораемых оснований полов в гостиницах, библиотеках, театрах, ресторанах, детских садах и помещениях других общественных и жилых зданий с повышенными требованиями к акустическому и теплотехническому комфорту.

Тафтинговые ворсовые ковровые покрытия изготовляют из ворсовых текстурированных нитей на вспененной латексной подоснове или без нее. Материал используют для покрытия полов общественных зданий — библиотек, комнат отдыха и др.

Пленки изготовляют из поливинилхлорида, полиэтилена и других полимеров.

Пленки из пластифицированного поливинилхлорида выпускают безосновные, на бумажной и тканевой основах. Безосновные поливинилхлоридные пленки выпускают шириной 50 —^.75 см, Толщиной 0,1−0,2 мм и др. На тыльную сторону пленки может быть нанесен невысыхающий клеевой слой, защищенный специальной, легко удаляемой перед применением бумагой. Безосновные пленки служат для отделки стен, встроенной мебели, дверных полотен, а также для лицевых поверхностей листовых и платных облицовочных материалов (ДВП, ДСП, гипсокартонных и асбестоцементных листов и др.). Пленки на бумажной и тканевой основах изготовляют промазным способом путем нанесения пасты на соответствующую основу Па2ивинилхлоридный пленочный слой может быть микропористым (вспененным), утолщенным, с тиснением поверхности или без него. Пленки на тканевой основе (разновидность таких пленок называют искусственной кожей) применяют в производстве мебели, для высококачественной акустической отделки стен, устройства раздвижных перегородок.

Пленку поливинилхлорида толщиной около 0,2 мм используют также в качестве гидроизоляционного материала. Для повышения ее долговечности в состав пластмассы вводят стабилизатор, защищают ее от действия солнечного света.

Полиэтиленовую пленки выпускаемую в рулонах длиной не менее 40 м, шириной до 1,4 м, толщиной 0,1 — 0,2 мм, относят и к гидроизоляционным материалам. Она отличается незначительной массой, эластичностью, стойкостью к загниванию. Однако такая пленка склонна к старению, ее желательно защищать от действия солнечного света. В ряде случаев используют пленку с высокой светопрозрачностью при строительстве теплиц, оранжерей, соляриев и т. п.

Определенный интерес представляют армированные пленки с тканью из прочных полимерных волокон. Такие пленки сравнительно долговечны и могут использоваться для покрытии значительных площадей.

Обои влагостойкие (моющиеся) выпускают ка бумажной подоснове, используя для лицевого слоя синтетические лаки, эмульсии полимеров, слюды, пластификаторы, кислоты и специальный клей. Длина обоев в рулоне обычно 7−12 м, ширина 50−75 см и др.

Кровельные и гидроизоляцонные рулонные материалы на основе битумов и дегтей широко применяют в современном строительстве.

Лергамин — кровельный картон, пропитанный нефтяными битумами, используемый для нижних слоев многослойных мягких кровель и для пароизоляции. Ширина рулона материала обычно 0,75 м, площадь до 20 м².

Рубероид получают путем пропитки кровельного картона мягкими нефтяными битумами и последующего нанесения на одну или обе стороны тугоплавкого битума. Верхний слой имеет минеральную посыпку, повышающую стабильность свойств материала при воздействии различных климатических факторов. Ширина полотна рулона рубероида 0,75−1,025 м, площадь 10−20 м², масса рулона 22−27 кг Стеклорубероид изготовляют двухсторонним нанесением битумного (битумно-полимерного, битумно-резинового) вяжущего на стекловолокнистый холст, который является, в отличие от кровельного картона, биостойкой основой. Материал в рулоне имеет ширину до 1 м и площадь около 10 м².

Фольгорубероид — алюминиевая фольга различной толщины, покрытая с обеих сторон битумной мастикой.

Фольгоизол получают из рифленой или гладкой алюминиевой фольги, покрывая ее нижний слой битумно-резиновым составом. Лицевая сторона материала может быть покрыта атмосферостойким лаком. Ширина рулона фольгоизола 1 м, дина 10 м.

Гидроизол изготовляют путем пропитки асбестового картона нефтяным окисленным битумом.

Стеклоизол — стеклохолст, покрытый с двух сторон битумно-резиновым составом.

Изол — безосновный рулонный материал, получаемый при прокатке битумно-резиновой смеси, состоящей из девулканизированной резины, нефтяного битума, минерального наполнителя, антисептика и пластификатора. Ширина рулона изола 0,8 и 1 м, толщина материала 2 мм, общая площадь полотна 10−15 м².

Гидробутил также безосновный материал на основе бутилкаучука, отличающийся эластичностью в широком диапазоне температур от -60 до +120 С.

Толь изготовляют путем пропитки и покрытия кровельного картона дегтями с последующей посылкой песком или минеральной крошкой. Качество толя заметно ниже, чем у кровельных и гидроизоляционных материалов, перечисленных выше.

К рассматриваемой группе относятся и рулонные наплавляемые материалы, отличающиеся повышенной индустриальной готовностью. При изготовлении в заводских условиях на них наносят дополнительный битумный или битумно — каучуковый слой. В результате при использовании материала не требуется битумных мастик и других вяжущих — склеивание полотнищ с основанием и между собой происходит после расплавления или разжижения упомянутого слоя. К таким материалам относятся наплавляемый рубероид, экарбит (кровельный картон, пропитанный нефтяными битумами с покровными слоями из битума, бутилкаучука, индустриального масла и наполнителя), армобитэп (стеклоткань, стеклосетка или стеклохолст, пропитанные нефтяными битумами или битумно-кауцуковой смесью с покровным слоем из этой же смеси и мелкозернистой посылки), монобитэп (на основе полиэтиленовой пленки, покрытой G обеих сторон пропитанной мягким нефтяным битумом сульфатной бумагой и с покровным слоем из битумно-полимерной смеси с антисептиком и наполнителем в количестве 1−3 кг/м²), фольгобитэп (тонкая рифленая фольга с аналогичными покровными слоями), эластобит (безосновный материал из битумно-полимерной композиции с повышенным содержанием эластомерных добавок, ширина рулона 0,8 и 1 м, толщина материала 4−20 мм и др.

Следует подчеркнуть, что синтетические полимеры, резиновые компоненты, антисептики и минеральные наполнители улучшают эксплуатационно-технические свойства и повышают долговечность кровельных и гидроизоляционных битумных материалов.

Погонажные материалы — изготовляемые методом экструзии цветные длинномерные, гибкие, эластичные, полужесткие и жесткие элементы различного назначения, имеющие постоянный по всей длине профиль поперечного сечения. Они отличаются достаточной эластичностью, теплостойкостью, малой горючестью, химической стойкостью, водонепроницаемостью, нетоксичностью, гигиеничностью, удобной функциональной формой.

Применяют их внутри помещений для обработки стыков, швов и угловых соединений элементов облицовки и для монтажа скрытой проводки в жилых, общественных зданиях.

Среди погонажных поливинилхлоридных материалов — раскладки для крепления листовых и рулонных отделочных материалов, рейки стеновые, вспомогательные профили для крепления наличников, нащельники, планки солнцезащитных жалюзи, плинтусы, порожки, уголки для обработки стыков облицовочных материалов, накладки для защиты выступающих углов, торцовые раскладки для дверных полотен и встроенного оборудовании, поручни, прокладки хцтя стеклопакетов и др. (рис. 125).

Профили погонажных полимерных материалов К погонажным герметикам — материалам, обеспечивающим влагoи воздухопроницаемость стыковых сопряжении конструкций и деталей, — относятся пористые или пустотелые элементы. Их изготовляют в виде жгутов различного сечения из резиновых смесей (пороттзол, гернит и др.).

Листовые и плитные материалы на основе полимеров применяются в качестве конструкционных, конструкционно — отделочных, отделочных, теплоизоляционных и, реже, кровельных.

Стеклопластики, используемые в основном в виде листов различного профиля, представляют собой пластмассы, армированные стекловолокнистыми наполнителями.

Применяют плоские и волнистые листы из стеклопластика для устройства светопрозрачной кровли промышленных зданий, теплиц, оранжерей, обшивок трехслойных светопрозрачных и глухих панелей для ограждений и покрытий. Из стеклопластика изготовляли также оболочки и купола, оконные и дверные блоки, санитарно-технические материалы, малые архитектурные формы.

Листовые полиэфирньте стеклопластики выпускают с наполнителем из рубленого стекловолокна длиной 40−50 мм.

Стеклотекстолиты получают путем полимерной пропитки стеклоткани и последующей обработки.

Стекловолокнистый анизотропный материал (СВАМ) производят, склеивая стеклошпон с параллельным распределением волокон и прессуя на гидравлических прессах при повышенной температуре.

Декоративные бумажно-эгоисты е мастики представляют собой лис — ты из нескольких слоев специальной бумаги, пропитанной полимерами и подвергнутой горячему прессованию. Для внутренних слоев материала применяют крафт-бумагу, для лицевых — декоративную. Такие пластики выпускают трех марок — А, Б и В. Пластики марок, А и Б обладают повышенной износостойкостью и служат для отделки горизонтальных и вертикальных поверхностей в нежестких условиях эксплуатации. Пластики марки В предназначены для поделочных работ.

Длина ластов может быть 1−3 м, ширина 0,6−1,6 м, толщина 1−5 мм. Область применения декоративных бумажно-слоистых пластиков весьма широка — в общественных и промышленных зданиях они служат для отделки стен, перегородок, дверных полотен, ограждений лестниц, санитарно-технических кабин, встроенной мебели.

Полистирольные листы получают методом экструзии из ударопрочного полистирола длиной 1,4 м, шириной 0,6 м, толщиной 1,5−4 мм.

«Полиформ» — плиты квадратной формы (например, 500×500×12 мм) из ударопрочного полистирола с добавлением вспенивающего компонента. Изготовляют их методом литья под давлением (на литьевых машинах с помощью специальных форм) с последующей окраской.

Лицевая поверхность — с рельефным рисунком. Они служат для отделки потолков и стен вестибюлей, холлов, залов, ресторанов, баров и других помещений общественных зданий (рис. 126).

Плиты «Лолиформ» из ударопрокного полистирола

^«Полидекор» — листы, получаемые методом прессования жесткого поливинилхлорида в вакуум-формовочных машинах, дублированные декоративно — отделочной печатной поливинилхлоридной пленкой. Лицевая поверхность — с рельефным рисунком. Длина обычно 1850 или 1815 м при ширине соответственно 954 и 925 мм, толщина 5−7 мм.

Предназначены для отделки стен, перегородок, потолков в залах, холлах, кабинетах и в других помещениях общественных зданий.

Плитки полистирольные изготовляют из полистирола с тонкомолотыми минеральными наполнителями методом литья под давлением. Обычно они имеют квадратную форму, размер 100×100 х I, 25 или 150×150×1, 35 мм. Область применения — облицовка внутренних стен и перегородок из несгораемых материалов в жилых, общественных и промышленных зданиях.

Плитки «Превинил» с рельефной лицевой поверхностью получают из поливинилхлорида. Размер плиток 490×490 мм при толщине 3−5 мм. Такие плитки используют для покрытия полов в различных помещениях общественных и некоторых промышленных зданий.

Плиты теплоизоляционные выполняют из поризованных газонаполненных пластмасс с ячеистой структурой — пенопластов. В строительстве применяют в основном три вида пенопластов — пенополистирол, пенополиуретан, фенольные. Пенополистирол пенопласт белого цвета, выпускают его обычно в виде плит размером 1000×500×100 мм. Пенополиуретан — светло-коричневый с желтоватым оттенкома пенопласт — темно-красного оттенка, более жесткий.

Пенопласты считают самыми эффективными теплоизоляционными материалами для ограждающих конструкций, в том числе для трехслойных ограждающих панелей. В слоистых конструкциях пенопласты выполняют также звукоизоляционную функцию.

К монолитным материалам на основе полимеров относятся эпоксидные, полиэфирные, полиуретановые, а также полимерцементы и полимербетоны. Обычно их используют для устройства различных монолитных покрытий, в том числе полов. Жидкую, способную вспениваться композицию на основе полиуретана применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций.

Полимербетоны получают на основе полимерного связующего и минеральных заполнителей — песка и щебня с размером зерен до 50 мм. Добавляют также тонкомолотые минеральные наполнители с размером частиц менее 0,15 мм.

Мастики различают гидроизоляционные и герметизирующие. К гидроизоляционным относятся битумно-полимерные, полиэтиленобитумные, эпоксидно-битумные и др.

Мастичные герметики на основе различных полимеров могут быть нетвердеющими (эксплуатируются в таком виде, в каком уложены в конструкцию) или переходить из пастообразного состояния в эластичное резиноподобное, использоваться в горячем виде (битумно-полимерные). Лакокрасочные материалы на основе полимеров широко используют в современном строительстве.

Лаки содержат два основных компонента — полимер и летучий растворитель, а также специальные добавки, улучшающие качество материала. Полимеры являются связующими (пленкообразующими) компонентами.

Синтетические (смоляные) лаки на основе мочевиноформальдегидного и полиэфирного полимеров используют для покрытия паркетных полов, отделки фанеры, древесностружчетых плит, столярных изделий. Применение перхлорвинилового лака позволяет защищать материал от коррозии. Алкидный лак используют для покрытия древесины, цветных металлов.

Масляно-смоляные лаки выпускают для наружных работ и покрытий древесных материалов в интерьерах.

Нитролаки получают, растворяя производные целлюлозы в органических растворителях. Состав быстро высыхает и образует пленку коричневого или желтого цвета (этил — целлюлозный лак бесцветен). Эти лаки обычно используют для покрытия древесных материалов.

Спиртовые лаки — растворы полимеров в спирте — отличаются коричневым или желтым цветом. Их применяют для покрытия древесных, металлических и стеклянных материалов.

Битумные лаки — коллоидные растворы битумов в летучих растворителях. Пленка битумных лаков черного цвета. Они служат для антикоррозионного покрытия металлических материалов.

Битумно-масляные лаки по составу аналогичны битумным, но с добавкой растительного масла, улучшающего эксплуатационные характеристики материала при наружной отделке металлических поверхностей.

Краски состоят из растворов полимеров, пигментов и добавок (растворители, наполнители), улучшающих эксплуатационно — технические свойства. Можно выделить прежде всего водоразбавляемые и водонеразбавляемые краски (в жидко-текучем состоянии). К водоразбавляемым краскам относятся акрилатные, бутадиенстирольные, поливинилацетатные, смешанные (полимерцементные и др.). Водонеразбавляемые краски — масляные, эмалевые, летуче-смоляные (каучуковые и др.). В зависимости от условий эксплуатации краски делят на несколько групп: 1 — атмосферостойкие, 2 — ограниченно атмосферостойкие, 3 — консервационные, 4 — водостойкие, 5−9 — специальные, в том числе маслобензостойкие, термостойкие.

Поливинилацетатные краски — водные пластифицированные дисперсии поливинилацетата с пигментом — используют для окраски материалов на основе минеральных вяжущих, из древесины.

Акрилатны е краски применяют преимущественно для отделки фа;

садов, а также влажных помещений, бутадиенсгпирольную краску — для отделки внутри зданий.

Полимерцементные краски изготовляют на основе водной дисперсии полимера с пигментом, белого портландцемента и наполнителя. Эти составы применяют для окраски материалов из бетона и керамики.

Эмалевые краски — перхлорвиниловые, эпоксидные, кремний — органические, битумные — используют преимущественно для наружных малярных работ, а также для отделки материалов в помещениях. Эти краски представляют собой композицию из лака, пигмента и других составляющих, их пленка часто отличается блеском.

Масляные краски представляют собой смесь олифы, пигментов и наполнителей. Олифы — связующие вещества, различают олифы натуральные (получаемые специальной обработкой растительных масел), полунатуральные (изготовляемые путем растворения уплотненного масла в летучем органическом растворителе) и синтетические (глифталевь1е, пентафталевые и др.).

Применяя масляные краски, учитывают вид олифы. Краски на натуральной олифе используют для особо ответственных малярных работ — окраски стальных конструкций мостов, гидросооружений, а также для окраски оконных деревянных переплетов.

Каучуковые краски представляют собой дисперсию хлоркаучука в летучем растворителе с пигментом. Они отличаются высокой водостойкостью. Применяют их для защиты от коррозии металлических и бетонных материалов. Пленка краски обладает высокой эластичностью и не разрушается при деформации конструкций.

Свойства Эксплуатационно-технические свойства материалов на основе полимеров непосредственно связаны с их структурой, составом и могут регулироваться в широких пределах.

Средняя плотность пенопластов 20 — 200 кг/м^з, аналогичный показатель у стеклопластиков до 2000 кг/м³ и более. Свойства пластмасс при действии воды (гигроскопичность, водопоглощение, водопроницаемость) определяются характером пористости материала и степенью егогидрофильности. Водопоглощение плотных гидрофобных пластмасс0,1−0,5%, высокопорисгых с гидрофилъным и наполнителями — 30−90%.Теплостойкость материалов на основе полимеров выражается температурой, при которой под действием определенной заданной нагрузки деформация образца пластмассы достигает известного значения. Большинство пластмасс можно эксплуатировать при температуре не выше 100 °C, но материалы на основе кремнийорганических полимеров служат при температуре до 400 °C.

При определении теплостойкости по Мартенсу стандартный образец пластмассы размером 120×15×1.0 мм при постепенном нагревании подвергают действию изгибающего усилия 5 МПа. Теплостойкость пластмасс по методу Вика определяют путем вдавливания в испытуемый образец цилинщрического наконечника под действием постоянной нагрузки.

Пенопласты обладают самой низкой теплопроводностью по сравнению с другими материалами. Их коэффициент теплопроводности (0,028−0,04) приближается к соответствующей величине у воздуха (рис. 127).

Рис. 127. Слои различных материалов толщиной, необходимой для обеспечении одинаковой степени теплоизоляции.

1 — пенополиуретан — 25 мм; 2 — пенополистирол — 40 мм; З — минеральная вата — 45 мм; 4 — пробка — ВО мм; 5 — ДВП -65 мм; 6 — ДСП — 140 мм; 7 — легкий бетон — 380 мм; 8 — кирпич керамический полнотелый — 860 мм Огнестойкость полимерных материалов оценивают известными методами огневой трубы или калориметрии: те материалы, которые при нагревании до 750 °C не горят, имеют потерю массы после испытания менее 10% и не выделяют горючих газов в количестве, достаточном для воспламенения, считают несгораемыми. Большинство пластмасс относится к сгораемым материалам. Их огнестойкость повышают добавлением антипиренов и минеральных наполнителей.

Ряд пластмасс обладает сравнительно невысокой прочностью, но пределы прочности при сжатии, изгибе и растяжении стекло — пластиков могут превышать соответственно 400, 1000 и 900 МПа, т. е. быть выше, чем у материалов из стали. В результате один из важных показателей материалов, особенно для современного индустриального строительства, — коэффициент конструктивного качества (отношение предела прочности материала к его средней плотности) у стеклопластика весьма высок.

Твердость пластмасс, как правило, ограничена и не находится в прямой зависимости от прочности, как, например, у металлических материалов. Этот важный показатель для листовых материалов определяют по Бринеллю — оценивают способность пластмассы сопротивляться проникновению стального шарика диаметром 5±0,1 мм при определенной нагрузке в течение 1 мин.

Твердость рулонных, плиточных и мастичных материалов на основе полимеров для покрытия полов часто определяют на приборах ТШ М-2 и ПВ-2. Приборы позволяют измерить деформацию материала при вдавливании стального шарика (ТШМ-2) или индентора цилиндрической формы с плоским концом площадью 1 см² (П В-2). При определении твердости на приборе ТШМ-2 размер образцов должен позволить провести измерения в трех точках, расположенных на расстоянии 10 мм одна от другой и от краев; на приборе ПВ-2 размер образца 50 х ВО мм.

Истираемость ряда пластмасс, несмотря на пониженную твердость, сравнительно низкая. Так, если истираемость материалов из твердых горных пород в пределах 0,010,1 г/см², то истираемость безосновного поливинилхлоридного линолеума 0,035−0,05, полимерцементных покрытий полов 0,3−0,4 г/см2.

Деформативность пластмасс характеризуется склонностью к ползучести — необратимым деформациям при длительном действии нагрузок. При нормальной температуре модуль упругости пластмасс значительно меньше, чем у многих других материалов. С повышением температуры ползучесть пластмасс резко возрастает. Указанный недостаток ограничивает применение пластмасс в качестве конструкционного материала.

Многие материалы на основе полимеров при действии растягивающих нагрузок способны к значительному относительному удлинению без нарушения целостности структуры. Это характерно для рулонных гидрои герметизирующих материалов, их относительное удлинение может достигать 20% (пороизол), 100% (бутилкаучук) и 300% (пленки).

Эксплуатационно-технические свойства лакокрасочных материалов на основе полимеров в жидкотекучем состоянии характеризуются главным образом вязкостью, укрывистостью, скоростью высыхания.

Вязкость красок и лаков относится к реологическим свойствам и непосредственно связана со структурой материала. Этот показатель в большей мере влияет на технологию малярных работ. В соответствии с современными стандартами условная вязкость боль шинства красок и лаков определяется по скорости истечения определенного объема материала через калиброванное сопло определенного диаметра при известной температуре (обычно 20°С).

Для соответствующих испытаний большинства красок используют вискозиметр ВЗ-4 — цилиндрический сосуд (пластмассовый или дюралевый) емкостью 100±0,5 мл, переходящий в полый конус.

Укрывистость красочных составов связана с разностью показателей преломления среды и пигмента и зависит от комплекса факторов, в том числе от оптических свойств пигмента, его дисперсности, химического состава и цвета связующего (пленкообразующего).

Укрывистость определяется визуальным методом с помощью стеклянной пластины с тремя полосами (две полосы нанесены черной и одна белой краской) или «шахматной доски» (с черными и белы — ми квадратами), инструментальным или интрументально-математическим методами. Сущность визуального метода связана с нанесением определенным образом на стеклянную пластину с цветными полосами или на «шахматную доску» испытуемой краски до тех пор, пока полосы или квадраты будут не видны. От массы пластины с непрозрачным слоем краски вычитают массу предварительно взвешенной пластмассы без упомянутого слоя. Укрывистость измеряется в Г/М2.

Степень высыхания лакокрасочных покрытий связана с комплексом физико-химических факторов, определяющих структуру и составные поверхности материалов с течением времени. Современные стандарты предусматривают определенные степени высыхания по специальной шкале. Этот метод связан с измерением способности лакокрасочного покрытия удерживать на своей поверхности инородные тела через определенное время после начала высыхания.

Указанные свойства лакокрасочных полимерных материалов в жидкотекучем состоянии зависят от вида полимера, состава и многих других факторов, Вязкость их 20−80 с, укрывистость 60−200 г./м² и более. Скорость высыхания некоторых эмалевых красок 0,5−2 ч, полимерцементных 1−2 ч, масляных 20−24 ц.

Свойства лакокрасочного покрытия после высыхания характеризуются, в частности, степенью адгезии (прочностью сцепления с отделываемой поверхностью), твердостью, прочностью при изгибе (изгибают металлическую пластину с лакокрасочным покрытием).

Большое значение имеет долговечность лакокрасочного покрытия. Срок службы при наружной отделке в городских условиях часто весьма ограничен у масляных красок 3−5, полимерцементных 8−10 лет.

5. Область применения

Строительные пластмассы в качестве конструкционных и конструкционно — отделочных материалов применяются для основных типов конструкций: линейно — плоскостных, стеновых панелей, жестких пространственных покрытий, пневматических сооружений.

Два слоя стеклопластика и пенополиуретан использованы для коробчатых панелей перекрытия жилого дома «ФГ-2000», построенного в 1968 г. в Германии. Длина панелей 9,2 м, ширина 1,25 м.

Ограждающие конструкции малоэтажных зданий — основная область применения пластмассовых панелей. Из них можно строить и бескаркасные здания. При этом прочность конструкции обеспечивается внутренним каркасом самих панелей, как, например, в трехслойных панелях жилого дома «Пети Шато» в Италии. Рельефная пластика панелей использована в экспериментальном жилом доме в Германии (архит. Д. Шмидт), где их волнистый рельеф обеспечил жесткость стеклопластиковых обшивок. Панели пространственного типа (складчатые, многогранные, оболочковые, мембранные) могут быть значительных размеров: так, стеклопластиковые панели здания склада в Великобритании имеют пролет 15 м. Объемную многогранную форму японскому павильону химии на «ЭКСПО-70» придали полупрозрачные панели с профилированными ребрами. На этой же выставке для павильона промышленности Италии были выполнены стеклопластиковые панели-мембраны, предварительно напряженные системой тросов (рис. 128).

Фрагмент фасада павильона промышленности Италии на Всемирной выставке «ЭКСПО — 70 в Осаке, Япония. Архит. Р. Пиано Стремление применить строительные пластмассы для жестких пространственных покрытии связано е возможностью свести к минимуму массу конструкции. Пластмассовые складчатые покрытия плавательных бассейнов в Великобритании имеют пролеты от 7 до 30,2 м. Покрытия с волнистым профилем использованы фирмой «Бакелит» при строительстве двухэтажного административного здания размером в плане 11,5×17,2 м и высотой 5,8 м (рис. 129). Ромбовидные элементы для сборно-разборных сводов предложены архит. Р. Пиано (Италия), а седловидные (1,2×1,2 м и толщиной 3 мм) — М. Вильямом и Д. Орром (США).

Крупнейший пластиковый купол диаметром 45 м павильона на Ганноверской выставке смонтирован из 40 сегментных элементов. Известны примеры изготовления покрытии из пенопластов, причем сравнительно больших размеров, например диаметром 12 м (рис. 130).

Общий вид и план жилого пенопластового дома-купола диаметром 12 м. Япония. Архит. М. Курокава Лотковые элементы шириной от 0,3 до 2,1 м из стеклопластиковых обшивок и пенополивинилхлорида толщиной 70 мм применились для жилых домов в США. Полиэфирный стеклопластик с пенополистирольным утеплителем толщиной 25 мм использован для воронкообразных элементов (размером 4,8×4,8 м) покрытия школы в Лос-Анджелесе и (размером 19,4×19,4 м) покрытия аэровокзала в Дибае (рис. 131). Из аналогичных элементов других профилей и размеров сделаны покрытия рынка во Фресне (пригороде Парижа), павильона Национальной выставки в Лозанне и др. Пространственность, малая толщина ограждающих поверхностей, замкнутость контура — характерные черты сооружений из пластмассовых блок-оболочек с разнообразными геометрическими характеристиками (рис. 132) многогранники — в системе «ДО» (Германия) и др. (рис. 134−136).

Рулонные материалы из синтетических тканей с полимерными покрытиями применяют для пневматических сооружений. Волокна для тканей получают из различных полимеров: полипропилена, полиэфиров (дакрон, терилен, лавсан и др.), поливинмлспиртовых (куралон, винол и др.), поливинилспиртовых (орлом, нитрон и др.), полиамидных (найлон, капрон, дедерон и др.). Применяют полимерные покрытие в виде пасты или пленок из синтетических каучуков или пластифицированного ПВХ. Полимерные оболочки применялись для воздухоопорных (подача воздуха под оболочку) и воздухонесомых (подача воздуха в несущие конструкции стержневого типа) сооружений (рис. 137). Сферическая оболочка спортивного зала в Форссе, Финляндия, диаметром 73 м и цилиндрическая оболочка ледового катка в Анегасаки, Япония, пролетом 53 м — примеры сравнительно крупных сооружений. для увеличения их размеров использовались стальные тросы: павильон США на «ЭКСПО-70» эллиптического плана с осями 84×1.42 м, покрытие площади в 1 га под Парнжем и др.

пластмасса полимер строительство дом Павильоны передвижной выставки из двухслойной возудхоопорной оболочки. США. Архигп. Ф. Линди Представляет интерес проект интернациональной бригады архитекторов и инженеров (автор идеи и руководитель проф. Ф. Отто из Германии) двухслойного сферического купола из прозрачной пленки с подкрепляющими канатами из высокопрочного полиэфирного волокна. Под воздухоопорным куполом диаметром 2 км и высотой 240 м для жителей Арктики можно создать искусственный климат. Интересной областью применения армированных пленок явились шатровые покрытия, представляющие собой несущие конструкции из свободно висящих мембран. Один из таких шатров перекрывает старую улицу в центре Вупперталя, Германия. Возведение этого «городского шатра» вызвано стремлением оживить торговлю в цен-тральном Квартале города, которая все больше перемещается на окраины, в районы крупных жилых массивов. Светопрозрачный шатер, перекрывающий всю улицу, изготовлен из плотной сетевидной ткани, покрытой с двух сторон поливинилхлоридной пленкой. Ткань выполнена из прочных синтетических волокон (диолен). Жесткость этого восьмипролетного шатрового покрытия осуществляется натяжением параболически выгнутых тросов, обеспечивающих устойчивость полотен к ветровым нагрузкам. Высокая светопрозрачность материала, достигающая 75%, сочетается с достаточной огнестойкостью, прочностью на растяжение и разрыв, эластичностью при разных колебаниях температуры.

Весьма многочисленны примеры применения в современной архитектурно-строительной практике отделочных материалов на основе полимеров: рулонных, листовых и плиточных, монолитных, погонажных.

Пленки для внутренней отделки использовали в Чехии, Словакии, Польше, Болгарии, США, Франции и других странах. В Германии различные фирмы выпускают пленки поливинилхлоридные, в том числе из жесткого непластифицированного поливинилхлорида, полиэтиленовые, полиэфирные, меламиновые. Декоративные пленки из мягкого поливинвлхлорида устойчивы к истиранию, не царапаются, не подвержены действию влаги, трудно загораются и технологичны при использовании. Достоинства материала — повышенная стойкость к старению, отсутствие отслаивания или пузырения. Оригинальны пленки для обогрева больших поверхностей, состоящие из среднего электропроводящего слоя и двух наружных слоев из термореактивной пластмассы. Нагревательные пленки выпускают различного цвета, они отличаются хорошей износостойкостью, электрически полностью изолированы, химически стойки. Пленки на основе ПВХ изготовляют разной толщины, причем пленки толщиной более 1 мм используются преимущественно для помещений с высокой влажностью. Пленки меньшей толщины выпускают, как правило, на бумажной основе, причем прочность сцепления полимерного состава и бумаги очень высока.

Для покрытия полов в зданиях различного функционального назначения широко применяют линолеумы и ковровые покрытия. При выборе соответствующих материалов многие архитекторы и дизайнеры считают, что полы, особенно в коридоре и холлах, должны быть спокойного цвета и рисунка, нескользкие, эластичные, не требующие трудоемкого ухода. Светлые тона полов повышают их отражательную способность и непосредственно влияют на освещенность помещения. Увеличение коэффициента отражения цвета полов на 20% повышает освещенность всего помещения на 15%, например, при замене коричневого или синего цвета пола с коэффициентом отражении 10% на светло-бежевый или голубой цвет с коэффициентом отражения 30%.

Следы и пятна меньше видны на полах с рисунком, чем на однотонных, поэтому рекомендуется для полов из линолеума подбирать мраморовидные или крапчатые фактуры не слишком темные или цветные. Установлено, что загрязнение меньше всего видно на полах средней светлоты с коэффициентом отражения 20−40%. Практика также показала, что на полах теплого тока (красновато-желтых и др.) пятна не так заметны, как на покрытиях холодных тонов (например, голубых той же светлоты).

В спортивных зданиях и сооружениях часто используют специальные покрытия на основе полимеров, в том числе с использованием отходов резинотехнической промышленности и др.

Индустриализация работ по устройству полов в ряде общественных и промышленных зданий достигается при широком внедрении монолитных покрытий на основе эпоксидных, полиуретановых и поли — эфирных полимеров заводского изготовления; пропитанных полимерными составами; эластичных мастик на основе полиуретанов. Снижение трудозатрат по сравнению с традиционными покрытиями полов (цементными, бетонными и асфальтовыми материалами) достигается также при использовании сборных плит из полимерцементных бетонов, армированных полимер — растворов и полимербетонов.

Эффективность многих современных несущих конструкций связана с применением полимерных материалов специального назначения — теплои гидроизоляционных, герметизирующих, звукопоглощающих.

В заключение следует отметить, что строительные пластмассы — сравнительно новые материалы и их восприятие человеком нередко связано с ощущением искусственного, «ненастоящего» материала. Кроме того, многие специалисты отрицательно оценивают большинство материалов на основе полимеров с экологической точки зрения — в процессе эксплуатации они могут выделять токсичные и отравляющие вещества в количестве, опасном для здоровья человека.

1. Байер В. Е. Материаловедение для архитекторов, реставраторов, дизайнеров: учеб. пособие / В. Е. Байер. — М.: Астрель: АСТ: Транзиткнига, 2005. — 250.

2. Домокеев А. Г. Строительные материалы. — М.: Высш. шк., 1989.