Книги по строительству и ремонту

Мастеру на все руки

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Универсальных полимерных материалов не существует, так что для различных целей используют синтетические материалы, которые требуют соответствующей обработки.

Поскольку разработка все новых синтетических материалов идет полным ходом, в последнее время на первый план вышла экологическая проблема, так как комплексные индустриальные способы изготовления пластмасс не имеют соответствия в природе. Как утилизировать или повторно использовать эти материалы, пока в значительной степени не ясно.

К большинству синтетических материалов при их производстве добавляют высокотоксичные наполнители (например, кадмий и ртуть), в том числе и новые синтетические     яды,     которые     находятся во многих пластификаторах. Их следы уже обнаружены в организмах всех позвоночных животных, причем установлено, что они могут вызвать генетические изменения. Несмотря на это, пластификаторы продолжают использовать при выработке пластмасс.

С другой стороны, большие

проблемы возникают при уни

чтожении синтетических мате

риалов. Растительные и мине

ральные материалы природа

может возвратить в первона

чальное состояние, оставив тем

самым в естественном кругово

роте (например, в процессе гни

ения). Большинство синтети

ческих материалов при сжига

нии выделяют ядовитые газы, а

при захоронении в земле не

гниют и отравляют грунтовые

воды. До тех пор пока не будет

разработана технология, обес

печивающая экологически

чистую ликвидацию отходов,

пластмассы должны использо

ваться в замкнутом цикле

производства и потребления.

Во многих случаях можно вер

нуться к натуральным материа

лам, например к природным

красителям,   штукатурным

составам без синтетических добавок, к древесине, металлу и т. п.

Ниже будет сказано о важнейших, имеющихся в продаже синтетических материалах, а также об их товарных разновидностях и свойствах. В этой главе не будут подробно разбираться химические реакции при изготовлении пластмасс — основное внимание будет уделено советам по обработке синтетических материалов и их свойствам.

Термопласты (пластомеры)

Термопласты размягчаются при нагревании и затвердевают при охлаждении. Они состоят из длинных молекул. При нагревании соединение молекул ослабляется из-за их колебаний; пластмасса    становится    эластичной, а при дальнейшем нагревании — пластичной и вязко-текучей. При охлаждении процесс идет в обратном направлении. При чрезмерно высокой температуре термопласты разлагаются. В твердом состоянии термопласты можно обрабатывать режущими инструментами. В пластичном состоянии возможно гнутье, вытягивание и выдувание. В размягченном состоянии термопласты можно вальцевать и штамповать, в жидком состоянии — отливать под давлением или вспенивать.

Поливинилхлориды (ПВХ). ПВХ сохраняют твердость при температуре до 80°С; при дальнейшем нагревании они становятся эластичными, а при температуре 160°С — пластичными и мягкими. При нормальной температуре ПВХ стоек к действию кислот и растворителей. Он допускает механическую обработку, а в нагретом состоянии легко формуется. Этот материал хорошо сваривается и склеивается. Его используют для изготовления труб, сосудов, отделочных плиток, тары, электроизоляционных изделий, а также в качестве облицовки древесных плит и мебели.

Мягкий ПВХ получают при добавлении пластификаторов. До температуры -20°С он остается эластичным, как резина, но сохраняет прочность только до температуры 40°С. В отличие от твердого ПВХ мягкий материал не обладает стойкостью к действию кислот и растворителей. Пленки, ковровые покрытия, изоляция электрокабелей, штепсельные разъемы, обкладки, лестничные поручни, плинтусы, занавеси (упрочненные тканью), кожзаменители, скатерти, а также не в последнюю очередь многие упаковочные материалы — все это изготовляется из различных ПВХ с разными температурами размягчения. Если ПВХ нагревать выше этой «точки», выделяются ядовитые парь хлорноватой и соляной кислот. Поэтому при выполнении сварки следует соблюдать осторожность. В случае загорания, например электрических установок или автомобиля, следует избегать вдыхания дыма, ПВХ не должен соприкасаться с продуктами питания. Почти каждая разновидность ПВХ содержит пластификаторы, которые взаимодействуют с органическими кислотами, и определенные соединения в небольших количествах впитываются в продукты. Этого небольшого количества достаточно не только для того, чтобь: испортить вкус продуктов, но и чтобы повредить здоровые человека. Внутренняя облицовка холодильника — хороший пример для иллюстрации этого утверждения: органические кислоты «вымывают» из ПВХ пластификаторы за несколько лет. Материал облицовки становится хрупким и при нагружении ломается. Дверка холодильника чаще всего становится первой жертвой. Уплотнение дверки становится жестким и теряет способность выполнять свои герметизирующие функции. В целях увеличения срока службы холодильника можно только посоветовать не класть в него продукты без надежной упаковки.

Поливинилацетат (ПВА) — это применяемый наряду с ПВХ белый синтетический материал, но несколько более эластичный. В воде он образует мелкозернистую дисперсию и при добавлении пластификатора становится клеем (так называемый белый клей).

Полистирол — это прозрачная как стекло пластмасса, прочная, но хрупкая, выдерживающая нагрев до 70°С. Он может быть выкрашен в любой цвет, является устойчивым к действию кислот, щелочей, солей и спиртов, подвержен действию   растворителей,   его легко обрабатывать, склеивать, сваривать и вспенивать. Вспененные материалы на основе полистирола, например стиропор, следует приклеивать специальными составами. В пластике ABC — особо прочном и ударостойком синтетическом материале — наряду с акрил-нитрилом и бутадиеном содержится также полистирол. Из полистирола изготовляют предметы повседневного обихода широкой номенклатуры. Зубные щетки, столовые приборы, упаковки, очешники, детали мебели вроде выдвижных ящиков, небольшие предметы мебели, мебельная обивка, корпуса звуковоспроизводящей аппаратуры изготовляют из ударопрочных сортов полистирола. Вспененный полистирол (стиропор) применяют для наружной и внутренней теплоизоляции, упаковки хрупких предметов и звукоизоляции (плиты для гашения шума шагов при монолитных перекрытиях).

Полиэтилен высокого дав

ления мягче, чем полиэтилен

низкого давления. В чистом

виде это молочно-белый пла

стик. Его поверхность напоми

нает воск. При температуре до

-50°С полиэтилен сохраняет

эластичность. Его температура

плавления — около 115°С.

Полиэтилен хорошо сопротив

ляется действию кислот, щело

чей и солей, а также многих

растворителей. Он обрабаты

вается режущим инструментом,

а в нагретом состоянии хорошо

формуется. Полиэтилен хорошо

сваривается. Для склеивания

полиэтилена используют спе

циальные клеи. Из твердого

полиэтилена делают обивку,

направляющие          элементы,

сосуды вроде канистр и чанов, а также тарелки. Водопроводные трубы для питьевой воды изготовляют как из твердого, так и из мягкого полиэтилена. Последний является сырьем для производства различных пленок, пароизоляции, футляров для лыж. Распространенные бытовые пакеты также в основном сделаны из полиэтилена. Он играет очень важную роль в упаковке продуктов питания, так как в отличие от других синтетических материалов не дает основания сомневаться в своей безвредности.

Акриловое стекло больше известно под своими коммерческими названиями — плексиглас или оргстекло. Акриловое стекло вдвое легче обычного стекла — это прозрачный, твердый, очень ударо- и светоустой-чивый синтетический материал, на поверхности которого, однако, легко сделать царапины. Его обрабатывают режущими инструментами, склеивают, полируют и при температуре около 130°С формуют в пластичном состоянии. Плексиглас не сваривают и применяют взамен обычного стекла, когда требуется, чтобы остекление было небьющимся. Многослойные ветровые стекла автомобилей имеют средний слой из акрилового стекла. Из плексигласа изготовляют аквариумы, остекление для дверей, столешницы, корпуса звуковоспроизводящей аппаратуры.

Полиамид больше известен под названием перлон, нейлон и ультрамид. Это износостойкий и вязкий синтетический материал, имеющией цвет от молочно-белого до желтого. Он допускает обработку режущим' инструментом, склейку и сварку. Полиамид применяют для сильно нагруженных деталей, мебельных обивок, шестеренок, вращающихся бесшумно и не требующих смазки, и т. п. Ремни для клиноременных передач и шины упрочняют полиамидными волокнами.

Поликарбонат в чистом виде является прозрачным как стекло, прочным и эластичным синтетическим материалом с очень высокой ударной прочностью, которую можно дополнительно   повысить   с   помощью

стекловолокна. Он противос

тоит кислотам, спиртам, бензи

ну, маслам и смазкам. К сожа

лению, под действием щелочей

поликарбонат разрушается. Он

трудновоспламеним, легко

поддается механической обра

ботке, склеиванию и сварке.

Поликарбонат           применяют

повсеместно там, где возникают исключительно высокие напряжения, например в корпусах сверлильных машин и вентиляторов, мебельных облицовках, светофорах, уличных фонарях. Его используют для прозрачных перегородок при остеклении телефонных будок, спортивных сооружений, лестничных ограждений. Этот материал также находит применение при изготовлении пуленепробиваемых стекол банковских стоек.

Полиизобутилен — это не слишком эластичный материал, находящий применение для уплотняющих прокладок и в конструкциях кровли. Он хорошо склеивается и сваривается.

Реактопласты

После отвердения реактопла

сты уже не размягчаются и не

плавятся при последующем

нагревании. Макромолекулы

реактопластов переплетены в

пространственную решетку,

связи молекул которой можно

ликвидировать только путем

разрушения самих молекул.

Исходные продукты для произ

водства этих материалов нахо

дятся, как правило, в жидком

состоянии. Их свойства можно

изменять, добавляя к жидким

составляющим минеральную

или древесную муку, текстиль

ные волокна. Реактопласты

можно обрабатывать режущим

инструментом, склеивать и

вспенивать, но нельзя свари

вать и формовать в нагретом

состоянии. Правда, процесс

затвердения может быть прер

ван, и в таком состоянии форму

реактопластовых      изделий

можно изменять без применения механического инструмента.

Фенопласт —- это нерастворимая неплавкая смола (фе-нольная смола). Она имеет цвет от желтого до темнокоричнево-го, трудновоспламенима и при очень большом нагревании начинает коптить и коксоваться. Не до конца затвердевшую смолу применяют как феноль-ный или резорциновый клей. Он является сырьем для получения прессованных материалов. Фанера, пропитанная феноль-ной смолой, позволяет получать прочные фигурные изделия. Из бумаги или материи, пропитанной этой смолой, получают текстолит, слоистые пластики и ламинаты. При добавлении к фенольной смоле поро-образователей получают жесткий фенопласт. Плиты из фенопласта, имеющие хорошие теплоизоляционные свойства, можно узнать по их темной красно-коричневой окраске. Фенопласт часто находит применение в электроприборах в качестве изоляционного материала. Печатные платы также часто делают из этого материала.

Мочевино - формальдегидная смола — это бесцветный прозрачный материал, который можно окрасить в любой цвет; он прочный, но хрупкий. Затвердение достигается с помощью введения отвердителей или в процессе нагрева. В предкон-денсатном состоянии смола находит применение в качестве клея для деревянных деталей. На основе мочевино-формальдегидной смолы изготовляют нерастворимые, износостойкие и светостойкие лаки. Эту смолу применяют при производстве ДСП, во вспененном состоянии ее используют как термоизоляционный материал. Слоистые пластики на основе мочевино-формальдегидных смол также используют в электроприборах и печатных платах как изоляционный материал.

Меламиновая смола имеет те же свойства, что мочевино-формальдегидная смола, но она более прозрачная. Ее также используют в качестве связующего материала при производстве ДСП, слоистых материалов на основе древесины, которые склеивают мела-миновыми смолами. Из нее изготовляют предметы домашнего обихода, например столовую посуду и т. п.

Ненасыщенная полиэфирная смола, в противоположность поликарбонату, относится к реактопластам. Получают ее смешением двух веществ — ненасыщенного полиэфира и стирола, — которые затвердевают очень медленно, вследствие чего в смесь добавляют ускорители твердения. В чистом виде эта смола — прозрачный как стекло материал различной окраски, который хорошо полируется.

Полиэфирная смола применяется как лак при поверхностной обработке. При усилении стекловолокном она преобре-тает особенно высокую прочность и может быть использована для изготовления балконных ограждений, кровель, емкостей (для силосования и очистки сточных вод), кузовов и корпусов шлюпок. На ее основе выпускают клеи для соединения металлических деталей.

Эпоксидная смола в чистом виде — это медово-желтое вещество, ядовитое в жидком состоянии, поскольку оно выделяет пары, раздражающе действующие на кожу. Затвердевшая смола не имеет запаха, безвкусна, и неядовита, не подвержена действию химических веществ и растворителей. По своим свойствам эпоксидная смола сравнима с полиэфирной. Ее сцепление с металлическими поверхностями исключительно сильное. Эпоксидная смола служит сырьем для невыгорающих лаков,   универсальных   клеев, ее можно армировать стекловолокном.

Полиуретановые смолы

позволяют создать синтетичес

кие материалы различной

структуры в зависимости от

плотности. Речь идет о жестких

эластичных    материалах,

надежно противостоящих действию растворителей, кислот, солей и щелочей. Твердый полиуретан применяют как лак для автомобилей, он является основой для двух- и трехкомпо-нентных клеев. В эластичном варианте полиуретан применяют как термоустойчивый уплотнитель. Вспененный полиуретан (пенополиуретан, ППУ) — самый известный из этой группы синтетических материалов. Он используется для теплоизоляции зданий, холодильников, при установке оконных и дверных блоков. Теплоизоляцию деталей сложной формы типа кузовов также выполняют путем заливки ППУ.

Тефлон применяют для изготовления подшипников скольжения и скользящих прокладок, так как он не размягчается подобно термопластам. Он обладает не совсем типичными для реактопластов свойствами: не склеивается, не сваривается и испаряется при температуре 260°С.

Эластомеры

Здесь речь пойдет об эластичных синтетических материалах, которые в отличие от других сохраняют эластичность при изменении температуры в очень широком диапазоне. Так же, как реактопласты, они состоят из макромолекул, которые соединены в решетки с более крупными ячейками. Узлы соединения макромолекул не распадаются при деформациях материала, а сумма всех молекулярных сил после снятия нагрузок действует в направлении восстановления первоначальной структуры. Вулканизация эластомера приводит к тому, что его макромолекулы соединяются в так называемую вулканизационную решетку, имеющую химические поперечные связи.

Бутадиен-стирольный каучук по своему молекулярному строению схож с природным и так же вулканизируется в присутствии серы. С точки зрения термо- и износостойкости бутадиен-стирольный каучук превосходит натуральный. Его разновидность — пербунан — особо масло- и смазостоек и потому является важнейшим уплотнителем. Синтетические каучуки характерны своим долго невыветривающимся запахом.

Бутилкаучук вулканизируется и применяется в виде мягкой пористой резины, например жгутов для заделки стеновых швов. Он также входит в состав герметизирующих мастик.

Хлоропреновый каучук (не-опрен) используют для приготовления клеев и герметизирующих мастик. Из него делают компенсаторы и уплотняющие прокладки для стыков.

Полисульфидный каучук продают в одно- и двухкомпо-нентном виде под названием «тиокол». Его применяют для герметизации стыков, ширина которых может колебаться под действием температурных деформаций (например, стыков панельных зданий, примыканий оконных и дверных блоков к стенам, стальных витражей).

Полиуретановые эластомеры — это износостойкие долговечные синтетические материалы, которые в зависимости от величины пор служат главным образом для обивки мебели или набивки матрасов. Они легко режутся и склеиваются.

Силиконы — прозрачные синтетические материалы, которые имеют в своей молекулярной структуре вместо углерода кремний. Наряду с силиконовым маслом и силиконовой смолой хорошо известен силиконовый       (кремнийорганический) каучук. Все силиконовые материалы исключительно водостойкие, термостойкие, маслостойкие и обладают хорошей адгезией. Силиконы применяют как герметизирующие мастики для заделки наружных и внутренних стыков, подверженных деформациям. Силиконовые рукава используют как термостойкие оболочки кабелей. Кроме того, силиконы применяют в качестве защитных покрытий.