Глава 2. Пластмассы — конструкционный строительный материал

РАЗДЕЛ II. ЗАЩИТА ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ОТ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ И

БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОРАЖЕНИЯ

Косой изгиб

Косым называется изгиб, при котором направление действия усилия не совпадает с направлением одной из главных осей поперечного сечения элемента (рис. III.7, а). В этом случае действующее усилие раскладывают по направлению главных осей сечения, затем на­ходят изгибающие моменты, действующие в этих плос­костях.

 

 

Нормальные напряжения находят по формуле

σ_и=М_х/W_{x +}M_y/W_y≤R_и

где М_х, My — изгибающие моменты, например при равномерно рас­пределенной нагрузке от q_x и q_y

Полный прогиб равен геометрической сумме проги­бов от усилий q_x и q_y:

f= √(f_x²+ f_y²)≤f_пред

Для прямоугольного сечения наименьшее значение площади поперечного сечения при косом изгибе будет при условиях расчета: по прочности, если h/b=ctga; по прогибу, если h/b = √ctg a.

Следует иметь в виду, что элемент, имеющий квад­ратное поперечное сечение, на косой изгиб не работает, так как он всегда деформируется в плоскости действия усилия. Однако формально напряжения в нем определя­ют по формуле косого изгиба:

σ_и=М_{х +}M_y/W≤R_и

 

 

При косом изгибе увеличиваются размеры прогонов прямоугольного сечения, поэтому надо конструктивными мерами исключать работу элементов на косой изгиб. Так, например, применительно к кровельному покрытию можно исключить работу прогонов на косой изгиб, вос­принимая скатную составляющую вспомогательными стропильными ногами, расположенными по прогонам и скрепленными с ними, а также соединенными друг с другом в коньке здания.

§ 3.6. Сжато-изгибаемые элементы

Сжато-изгибаемыми элементами называются такие, на которые действует изгибающий момент и централь­но приложенное продольное сжимающее усилие. Изги­бающий момент может создаваться: а) внецентренно приложенной сжимающей силой и тогда элемент назы­вают внецентренно сжатым или б) поперечной нагруз­кой. При расчете сжато-изгибаемых деревянных стерж­ней применяют теорию краевых напряжений, предложен­ную проф. д-ром техн. наук К- С. Завриевым. В соответст­вии с этой теорией несущая способность стержня счита­ется исчерпанной в тот момент, когда краевое напряжение сжатию делается равным расчетному сопротивлению.

Эта теория менее точная, чем теория устойчивости, однако она дает более простое решение и поэтому при­нята в действующих нормах проектирования СНиП П-25-80.

Так как жесткость стержня не является бесконечной, то он под влиянием изгибающего момента прогибается.

 

 

 

 

При этом центрально приложенная сжимающая сила теперь уже будет иметь эксцентриситет, равный дефор­мации стержня от момента, и таким образом создаст дополнительный момент (рис. 111:8). Появление допол­нительного момента от нормальной силы увеличит де­формацию стержня, что приведет к еще большему воз­растанию дополнительного момента. Такое наращивание дополнительного момента и прогибов будет некоторое время продолжаться, но затем затухнет.

Полный прогиб стержня и уравнение кривой неизве­стно, поэтому непосредственно по формуле краевых на­пряжений нельзя найти эти напряжения:

σ_c = N/F + M_q/W + Ny_mzxIW, (III.27)

где М_я — изгибающий момент от поперечной нагрузки; у — деформа­ция стержня.

Полный изгибающий момент стержня

M_x = M_q + Ny. (III.28)

Так как в двух написанных уравнениях есть три неиз­вестных σ_с, у, М_х, то следует найти еще одно уравнение. Всякую кривую можно аналитически выразить в виде ряда, который при этом должен быть быстро сходящим­ся и удовлетворять краевым значениям. Таким является тригонометрический ряд

y = f1 sin π x/l + f ₂ sin 2 π x/l + f_s sin Зπ х/1 +....

Геометрическая интерпретация ряда показана на рис. III.9. Как видно, fi есть максимальная ордината кривой каждого члена ряда.

При симметричной нагрузке первый член ряда дает точность, равную 95—97 %. Для упрощения решения бу­дем считать нагрузку симметричной. Тогда можно огра­ничиться только первым членом ряда

y = f₁sin( π x/l). (III.29)

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

§ 1.1. Основные виды соединений и предъявляемые к ним требования

Появление новых видов и методов изготовления сое­динений деревянных элементов обусловило значитель­ный прогресс в развитии деревянных конструкций в последние десятилетия. В современных деревянных конст­рукциях наряду с традиционными, вручную изготовляе­мыми соединениями, применяют новые соединения усо­вершенствованного типа.

Применяемый для нужд строительства лесоматериал в виде бревен и пиломатериала имеет максимальные размеры поперечного сечения 25—28 см и предельную длину 6,5 м. 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.

Необходимость правильного решения соединений от­дельных деревянных элементов для работы конструкции в целом объясняется еще и тем, что анизотропное строе­ние древесины проявляет свои отрицательные качества в большей степени в местах соединений.

Развитие соединений деревянных конструкций ведет свою историю еще от древних деревянных сооружений. Одними из первых стали применяться соединения, в ко­торых усилия передавались от одного элемента другому непосредственно через контактные поверхности и вызы­вали в основном напряжения смятия (лобовые врубки, упор и др.). Использование таких соединений вело к большому перерасходу древесины. Позже, благодаря применению в соединениях рабочих связей, удалось пе редавать большие растягивающие усилия. Наконец, важной ступенью развития отдельных элементов и дере­вянных конструкций в целом стало возникновение кле­евых соединений. Этому способствовало создание но­вых отраслей химической промышленности по про­изводству синтетических полимерных материалов и строительных клеев на их основе.

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 (неклееных) 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. Фанера, древесно-стружечные и древесно-волокнистые плиты и другие листовые материалы применяют в качестве об­шивок и присоединяют к деревянному каркасу клеем или различными рабочими связями.

Соединения элементов деревянных конструкций по способу передачи усилий разделяются на следующие виды: 1) соединения, в которых усилия передаются не­посредственным 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. Исполь зование механических связей усовершенствованного ти­па расширяет возможность применения конструкций из цельной древесины, а также упрощает сборку клееных конструкций на строительной площадке.

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.

Несущая способность и деформативность деревянных конструкций в целом зависит в большей мере от спосо­ба соединения их отдельных элементов. Соединения растянутых деревянных элементов как правило связано с их местным ослаблением. В ослабленном сечении растя­нутых деревянных элементов наблюдается концентра­ция опасных, не учитываемых расчетом местных напря­жений. Наибольшую опасность в стыковых и узловых соединениях растянутых деревянных элементов пред­ставляют сдвигающие и раскалывающие напряжения. Она усугубляется в случае наложения этих напряжений на напряжения, которые возникают в древесине вслед­ствие ее усушки.

Скалывание и разрыв вдоль и поперек волокон отно­сятся к хрупким видам работы древесины. В отличие от работы строительной стали в древесине не происходит в этих случаях пластического выравнивания напряжений. Для того чтобы уменьшить опасность последовательного, по частям, хрупкого разрушения от скалывания или раз­рыва в растянутых элементах деревянных конструкций, приходится обезвреживать природную хрупкость древе­сины вязкой податливостью работы их соединений. К на­иболее вязким видам работы древесины, характеризуе­мой наибольшим количеством работы прочного сопро­тивления, относится смятие. Другими словами, требование вязкости, предъявляемое к соединениям всех видов элементов деревянных конструкций, сводится к требованию обеспечения выравнивания напряжений в параллельно работающих брусьях или досках, использо­ванием вязкой податливости работы древесины на смя­тие, прежде чем могло бы произойти хрупкое разруше­ние от разрыва или скалывания.

Для придания вязкости соединениям растянутых де­ревянных элементов как правило используют принцип дробности, позволяющий избежать опасности скалыва-

 

 

древесины увеличением площади скалывания. К при­меру, применение вместо одной сосредоточенно прило­женной связи (чрезмерно жесткой для досок толщиной 5 см) несколько рассредоточено (дробно) приложенных вязкоподатливых связей при одинаковой затрате стали намного увеличивает несущую способность (рис. IV.1). Вязкость соединений сжатых деревянных элементов обеспечивается вязкой работой древесины на смятие. В сжатых стыках, решаемых простым лобовым упором, не приходится опасаться хрупкого разрушения древеси­ны, если приняты меры, предотвращающие раскалыва­ние древесины поперек волокон.

§ 1.2. Указания по расчету соединений

Расчетное усилие, действующее на соединение, не должно превышать несущей способности соединения. Сложное напряженное состояние в соединениях из-за наложения различных напряжений обусловливает опре­деление несущей способности соединения исходя из не­скольких условий. Несущая способность соединения определяется расчетом соединяемых элементов на смя­тие и скалывание с учетом угла между силой и направ­лением волокон в древесине. Кроме клеевых, соединения элементов деревянных конструкций практически невозможно сделать жесткими, поэтому при расчете деревян­ных конструкций необходимо учитывать податливость их соединений.

Из опыта эксплуатации деревянных зданий и соору­жений предельный относительный сдвиг между соеди­няемыми элементами ограничивается 1,5 — 2 мм. Усилие, которое вызывает предельный сдвиг, принимают за не­сущую способность соединения, если оно меньше несу­щей способности соединения, определенного из условий смятия и скалывания. Клеевые соединения при расчете конструкций следует рассмартивать как неподатливые.

Передача сил от одного соединяемого элемента дру­гому осуществляется непосредственно через поверхность их контакта или через рабочие связи. Многочисленные исследования показали неэффективность применения в одном соединении различных типов рабочих связей, на­пример болтов и гвоздей. Увеличение несущей способно­сти соединения, не изменяя площади контакта соединя­емых элементов, может быть достигнуто установкой накладок и прокладок на нагелях, клеевыми соединени­ями и др. Сравнение различных соединений на примере (рис. IV.32) растянутого симметричного стыка (табл. IV Л) показывает, что наибольшей несущей способно­стью, приведенной к единице контактной поверхности, обладает клеевой шов. Наибольшую несущую способ­ность среди всех других соединений имеют нагели не­большого диаметра (до 5 мм), устанавливаемые в пред­варительно рассверленные отверстия с шагом, принятым как и для цилиндрических нагелей.

Расчет соединений сводится к определению действу­ющих на них усилий и сравнению их с несущей способ­ностью соединений Т.

Расчетную несущую способность соединений, работа­ющих на смятие и скалывание, следует определять по формулам:

 

 

 

Здесь rck — расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон (при расчете по максимальному напряжению), при­веденное в нормах; 1_СК — расчетная длина плоскости скалывания; е — плечо сил скалывания; β — коэффициент учитывает неравномер­ность распределения напряжений скалывания и зависит от вида скалывания. Если площадка скалывания располагается по одну сто­рону от места приложения сил, то имеет место одностороннее скалы­вание, при котором скалывающие напряжения концентрируются в начале площадки скалывания. Эпюра τ имеет несимметричное очер­тание, приближающееся к треугольному. В этом случае коэффициент β=0,25.

При промежуточном скалывании площадка скалыва­ния располагается между местами приложения сил (рис. IV.2). В этом случае наблюдается меньшая концентра­ция скалывающих напряжений. Для промежуточного скалывания β =0,1 25.

 

 

Рис. IV.2. Зависимость средне­го расчетного сопротивления скалыванию в соединениях

а — при врубке с одной стороны; б — то же, с обеих сторон

 

 

Увеличение длины площадки скалывания за пределами десяти глубин врезки в расчете на ска­лывание не учитывается, поскольку при допускае­мом нормами косослое скалывание может прои­зойти на длине l_Ск= = 10h_вр и при большей длине запроектированной площадки скалывания. Для того чтобы уменьшить опасное влияние растягивающих напряжений поперек во­локон и торцевых усушечных трещин на несущую способ­ность соединения длина площадки скалывания должна быть не менее l_ск≥3е. Во всех случаях требуется обес­печение прижима скалываемой части.

В промежуточных узлах сквозных деревянных конст­рукций глубина врубок не должна превышать 1/4 полной высоты или толщины элемента. В опорных узлах глуби­на врубки не должна превышать 1/3 полной высоты бру­са. Минимальная глубина врубки должна быть не менее: для брусьев 2 см; для бревен 3 см.

Силы трения между соединяемыми элементами, кото­рые оказывают разгружающее действие, в расчете сое­динений элементов деревянных конструкций как прави­ло не должны учитываться, за исключением случаев однократного, кратковременного (при аварии и монтаже) действия прижимающих сил.

Особенности работы гвоздей

Гвозди в соединениях сдвигаемых деревянных эле­ментов работают как нагели. Их обычно забивают в дре­весину без предварительного просверливания, что обус­ловливает некоторые особенности их работы. Как указы­валось раньше, исследования показали повышенную не­сущую способность гвоздей, вставленных в предвари­тельно просверленные отверстия (см. табл. IV.1). Однако в этом случае гвозди принято называть тонкими наге­лями и их расчет полностью совпадает с расчетом наге­лей.

Диаметр гвоздей, забиваемых в цельную древесину, не превышает 6 мм и поэтому их несущая способность не зависит от угла между направлением действия силы и направлением волокон (см. рис. IV.25). В связи с этим для гвоздей коэффициент уменьшения несущей способности k_a не вводят в формулы определения несущей спо­собности (табл. IV.5).

 

 

При определении расчетной длины защемления кон­ца гвоздя в последней непробиваемой насквозь доске не следует учитывать часть длиной 1,5 d_Гв (рис. IV.26). Кроме того, из длины гвоздя при определении длины его защемления следует вычитать по 2 мм на каждый шов между соединяемыми элементами. Если расчетная дли­на защемления конца гвоздя получается меньше 4 d_Гв, то его работу в примыкающем к шву элементе учитывать не следует. Диаметр гвоздей принимать не более 0>25 толщины пробиваемого элемента. Если последняя доска пробивается гвоздем насквозь, то, учитывая отщеп ее нижнего слоя, рабочая толщина доски уменьшается на 1,5 d_Гв.

Заостренный конец гвоздя, проникая в древесину, раздвигает ее волокна в сторону, в результате чего про­исходит уплотнение древесины около гвоздя, что увели­чивает опасность раскалывания древесины. Уменьшить эту опасность можно относительно более редкой расста­новкой забиваемых гвоздей по сравнению с нагелями.

Минимальные расстояния между осями гвоздей вдоль волокон древесины следует принимать не менее S₁ = 15 d_Гв при толщине пробиваемого элемента с≥10d_Гв; S₁=25d_rB при толщине пробиваемого элемента c=4 d. Для промежуточных значений толщины элемента наи­меньшее расстояние следует определять по интерполя­ции.

Для элементов, не пробиваемых гвоздями насквозь, расстояние между осями гвоздей следует принимать не зависимо от их толщины S₁ ≥15d. Расстояние вдоль во­локон древесины от оси гвоздя до торца элемента во всех cлучаях надо брать не менее S₁ =15d. Расстояние между осями гвоздей поперек волокон древесины при прямой расстановке гвоздей принимают не менее S₂=4d; при шахматной расстановке или расстановке их косыми ря­дами это расстояние может быть уменьшено до S₂=3d, а расстояние от продольной кромки до оси гвоздя 4d.

Гвозди образуют более плотные соединения, чем на­гели. Недостатком гвоздевых соединений является замет­ная ползучесть при длительно действующих нагрузках. Для увеличения плотности соединений, особенно в слу­чаях прикрепления стальных накладок к деревянным элементам, нашли применение особые гвозди с неглад­кой поверхностью (см. рис. IV.15), забиваемые в древе­сину пневматическими молотками.

 

ГЛАВА 2. ПЛАСТМАССЫ — КОНСТРУКЦИОННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ

§ 2.1. Общие сведения о пластмассах

Полимеры, являющиеся основой пластмасс, пред­ставляют собой высокомолекулярные соединения, моле­кулы которых состоят из многих элементарных звеньев одинаковой структуры. Эти звенья соединены между собой ковалентными связями в длинные цепи или обра­зуют жесткие и пластичные пространственные ре­шетки.

Технические свойства высокомолекулярных соедине­ний зависят от строения и природы исходных мономеров и значения молекулярной массы. Чем длиннее цепи этих соединений, тем выше, например при прочих равных ус­ловиях, механическая прочность.

Получают полимеры из исходных низкомолекулярных органических веществ (мономеров), отдельные молеку­лы которых благодаря двойным или тройным связям способны взаимосоединяться с образованием молекул удвоенной (димер), утроенной (тример) или многократ­но увеличенной молекулярной массы (полимер).

Название полимера образуется обычно от названия того мономера, из которого он был получен. Так, напри­мер, полиэтилен получают из этилена, поливинилхлорид — из винилхлорида, полистирол — из стирола и т. д. Иногда название полимера образуется в зависимости от вида реакционных химических групп, соединяющих мо­лекулы мономеров, — полиамиды, полиэфиры и т. д.

Пластическими массами называются материалы, ко­торые в качестве основного компонента содержат синте­тический полимер. Пластмассы могут состоять из одного полимера или содержать кроме полимера некоторые вспомогательные вещества, придающие им определенные свойства.

В основе технологии синтеза высокомолекулярных соединений лежат два основных метода получения поли­меров — полимеризации и поликонденсации, различаю­щихся как по механизму основной реакции, так и по строению образующихся полимеров. Поэтому все син­тетические полимеры делятся на два основных больших класса — полимеризационные и поликонденсаци­онные.

Полимеризация — это соединение большого числа молекул мономера одного и того же вещества в одну большую макромолекулу. Этот процесс протекает обыч­но при определенной температуре и давлении без выде­ления каких-либо низкомолекулярных веществ. При по­лимеризации химический состав полимера соответствует химическому составу исходного номомера.

Поликонденсация представляет собой химический процесс получения высокомолекулярных соединений из мономеров различных исходных веществ, сопровождаю­щийся выделением побочных продуктов (воды, спирта и др.).

Часто для получения материалов со специальными свойствами в качестве исходного продукта берут не­сколько различных по составу мономеров в определен­ных пропорциях. В этом случае процесс полимеризации называется сополимеризацией, а готовый продукт — со­полимером. Сополимеры обладают новыми свойствами, отличающимися от свойств исходных мономеров. Таким образом, подбирая мономеры с различными свойствами, сополимеризацией можно получить пластические массы с заранее заданными свойствами.

В зависимости от поведения связующего (смолы) при нагревании пластические массы делятся на две груп­пы— термопластические и термореактивные.

Полимеры, получаемые полимеризацией, чаще всего являются термопластичными материалами. К последним относятся пластические массы (термопласты), получен­ные на основе поливинилхлорида, полиэтилена, полисти­рола, полиуретана, полиамидных, акриловых и других термопластичных смол, которые при нагревании размяг­чаются и становятся пластичными, а при охлаждении снова отвердевают.

К термореактивным пластмассам (реактопластам) относятся материалы на основе фенолоформальдегидных, полиэфирных, эпоксидных, карбамидных и других термореактивных синтетических смол, которые, будучи отформованы в процессе изготовления, переходят в неплавкое, нерастворимое состояние.

Нашей промышленностью вырабатываются пласт­массы и смолы многих видов, но в строительстве приме­няются только некоторые из них.

Пластмассы могут быть неоднородными, состоящими из главного компонента — связующего вещества (смо­лы) и технологических добавок: пластификаторов, на­полнителей, стабилизаторов, антистатиков, красителей, инициаторов, порообразователей и др., и однородными, к которым относятся, например, полиэтилен, полиметил-метакрилат и др.

Связующие вещества (смолы). Для конструкций и изделий строительного назначения в основном применя­ют полиэфирные, фенолоформальдегидные, эпоксидные, мочевиноформальдегидные и меламиноформальдегидные и кремнийорганические смолы.

Полиэфирные смолы относятся к числу термореак­тивных, материалов и обладают весьма ценными свой­ствами: небольшой вязкостью, способностью к отверждению при повышенной и комнатной температурах без выделения летучих продуктов, хорошими механическими показателями в отвержденном состоянии и высокой стойкостью к воздействию воды, кислот, бензина, масел и других веществ. Ненасыщенные полиэфиры получают­ся в результате конденсации ненасыщенных дикарбоновых кислот с многоатомными спиртами. Их применяют главным образом в качестве связующего при изго­товлении стеклопластиков, а также как основу для клеев, лаков, компонентов заливочных составов, пласто-бетонов, шпаклевок и т. д.

Для отверждения полиэфирных смол чаще всего при­меняют инициатор — гидроперекись изопропилбензола (гипериз) и ускоритель—10%-ный раствор нафтената кобальта в стироле. Отверждение полиэфирных смол сопровождается выделением большого количества тепла, увеличением плотности и уменьшением объема смолы.

Некоторые полиэфирные смолы (НПС-69-22М, ПН-62 и др.) не содержат летучих мономеров, что способствует улучшению условий труда, а также повышению качест­ва изделий.

В строительстве наибольшее применение находят полиэфирные смолы марок ПН-1, ПН-2, ПН-3, НП-4, ПН-IC, ПН-6 и др. Смолы ПН-1 и ПН-2 используют главным образом при изготовлении крупногабаритных изделий из стеклопластиков контактным методом, на­моткой, вакуумформованием, прессованием и др. Они применяются там, где не требуются высокая стойкость, специальные оптические и другие специфические свой­ства. Эти смолы дешевы и изготовляются как правило из наиболее доступного сырья.

Смолы ПН-3 и ПН-4 характеризуются повышенной теплостойкостью—150—170 °С. Их применяют главным образом в качестве связующих для стеклопластиков, эксплуатируемых при повышенных температурах.

Смолы ПН-IC и ПН-6 относятся к самозатухающим¹. Для придания смолам способности к самозатуханию в их состав вводят 25—28 % хлора. При введении в смолы небольшого количества трехокиси сурьмы содержание в них хлора может быть существенно уменьшено.

Для светопроницаемых стеклопластиков, рекомендует­ся применять полиэфирные смолы марок ПНМ-2, ПН-1М и ПНМ-8, которые пропускают до 90 % дневного света и до 75 % ультрафиолетовых лучей.

Фенолоформальдегидные смолы представляют собой продукт конденсации фенола и формальдегида в при­сутствии катализаторов. В них сочетаются такие необ­ходимые свойства для стеклопластиков, как термостой­кость, высокая механическая прочность и сравнительно хорошая адгезия к стеклянному волокну. Фенолофор­мальдегидные смолы имеют также высокую адгезию к целлюлозосодержащим материалам (древесине, бума­ге), что позволяет широко использовать их при произ­водстве древесных и бумажных пластиков, фанеры, Кле­еной древесины и т. д.

При нагревании эти смолы быстро отверждаются и переходят в твердое, неплавкое состояние. Отвержденные смолы имеют высокие физико-механические и ди­электрические свойства, не растворяются в продуктах нефтепереработки и органических растворителях и стой­ки к действию слабокислых сред.

При отверждении фенолоформальдегидных смол вы­деляются летучие вещества и вода. Ввиду большой ско­рости процесса отверждения летучие вещества и вода не успевают полностью удалиться из смолы, что может быть причиной появления вздутий, трещин и рыхлых поверхностей в готовых изделиях. Чтобы избежать это­го, при формовании изделий из стеклопластиков созда­ют относительно высокие давления, превышающие дав­ления, создаваемые летучими веществами при отверж­дении смолы.

Эпоксидные смолы получают при взаимодействии многоатомных фенолов (дифенолопропан и др.) с ве­ществами, содержащими эпоксидную группу (например, эпихлоргидрином). После введения отвердителя эпок­сидные смолы становятся неплавкими, нерастворимыми продуктами, обладающими сетчатой трехмерной струк­турой. В качестве отвердителей чаще всего используют ангидриды кислот или полиамины, например полиэти-ленполиаминт

Отвержденные эпоксидные смолы обладают ценны­ми технологическими свойствами и высокими физико-механическими показателями. Изделия, изготовленные из них, бензо-, масло- и водостойкие. Эпоксидные смолы в отличие от многих других полимерных материалов от-верждаются с минимальной усадкой без выделения по­бочных продуктов и обладают высокой адгезией к боль­шому числу материалов. Эти смолы используют как связующие при изготовлении стеклопластиков и прессо­вочных композиций, для изготовления различной техно­логической оснастки, в качестве клеев, герметиков, коррозие- и водостойких покрытий, обладающих хорошей атмосфере -и светостойкостью.

 

В последнее время широко применяют эпоксидные смолы, модифицированные различными продуктами, на­пример фурановыми, фенолоформальдегидными, поли­эфирными и другими смолами.

Мочевиноформальдегидные и меламиноформальдегидные смолы. Мочевиноформальдегидные (карбамидные) смолы получа­ют конденсацией мочевины с формальдегидом в слабо­щелочной или нейтральной среде. Отверждение этих смол происходит под действием органических кислот, кислых солей и эфиров. Мочевиноформальдегидные смо­лы растворимы в воде, но не растворяются в обычных органических растворителях. Будучи отвержденными, они практически ни в чем нерастворимы.

 

Меламиноформальдегидные смолы получают кон­денсацией меламина с формальдегидом. Находят приме­нение также смешанные меламино- и мочевиноформаль­дегидные смолы с различными соотношениями мелами­на и мочевины.

Карбамидные смолы бесцветны, обладают достаточ­но высокой теплостойкостью и светостойкостью. Они широко используются в качестве связующего в пресс-порошках, применяемых для изготовления строительных деталей, в качестве клеев для соединения и пропитки тканей и т. п. На основе мочевиноформальдегидных смол получают пористый материал (мипору), имеющий высо­кие теплозвукоизоляционные показатели и малую плот­ность.

Кремнийорганические смолы относятся к особому классу высокомолекулярных соединений. В своем соста­ве наряду с органической частью они содержат неорга­ническое вещество — кремний. Кремнийорганические по­лимеры обладают повышенной атмосфере- и светостой­костью.

В строительстве Кремнийорганические смолы приме­няют в качестве лаков, эмалей, красок, а также для при­дания гидрофобных (водоотталкивающих) свойств по­верхности пористых материалов (мрамору, тканям, бу­маге и т. п.).

Наполнители уменьшают расход связующего, что снижает стоимость готового изделия, предотвращают усадку при отверждении, придают высокую механичес­кую прочность и т. д. В качестве твердых наполнителей применяют непрерывное и рубленое стекловолокно, стеклоткань, асбестовое волокно, древесную стружку, опилки, тальк и др.

Пластификаторы снижают хрупкость пластмасс, уве­личивают гибкость, эластичность и относительное удли­нение, а также повышают морозостойкость материала. Кроме того, они улучшают условия переработки пласт­масс.

Для придания полимеру комплекса нужных свойств применяют смеси пластификаторов, чаще всего такие, как трибутилфосфат, дибутилфталат, трикрезилфосфат и др.

Стабилизаторы способствуют сохранению физико-механических свойств пластмасс во времени и снижа­ют скорость процессов деструкции (разложения) мате­риалов под влиянием атмосферных условий, повышен­ных температур, света и микробиологической коррозии.

По характеру действия стабилизаторы делятся на актиоксиданты или термостабилизаторы (против тер­моокислительной деструкции) и светостабилизаторы (против фотолиза и фотоокисления).

 

Антистатики уменьшают электризацию полимерных материалов в процессе их переработки и эксплуатации изделий из них. Способность полимерных материалов накапливать заряды статического электричества объяс­няется тем, что по своим свойствам многие из этих мате­риалов (полиолефины, полистирольные пластики, поли-винилхлорид и др.) являются диэлектриками, т. е. обла­дают значительным удельным поверхностным и объем­ным электрическим сопротивлением, а следовательно, и ничтожно малой проводимостью.

В качестве антистатика для пластмасс применяют поверхностно-активные вещества и электропроводящие наполнители (сажа, графит, порошки металлов).

§ 2.2. Основные виды конструкционных пластмасс, их свойства и области применения

В строительстве наибольшее применение нашли стек­лопластики и древесные пластики. Стеклопластики пред­ставляют собой пластмассы, состоящие из стеклянного наполнителя и связующего. В качестве последнего ис­пользуют обычно ненасыщенные полиэфирные, эпоксид­ные и фенолоформальдегидные смолы, а также некото­рые термопласты. Наполнители в настоящее время используются главным образом стекловолокнистые, свойствами которых во многом определяются физико-механические характеристики стеклопластиков.

Стеклянное волокно является для стеклопластика своеобразной арматурой подобно металлу в железобе­тоне. Смола выполняет роль связующего и в то же время защищает стеклянные волокна от влияния внешней сре­ды и способствует равномерному распределению уси­лий, возникающих в них.

По химическому составу стекло, из которого выра­батывают волокна, может быть щелочным с содержани­ем окиси натрия 5—15% и малощелочным с меньшим его содержанием. Прочность щелочного стекловолокна ниже прочности малощелочного и в значительно большей степени снижается при увлажнении. В связи с этим для изготовления стеклопластиков применяют малощелоч­ное стекловолокно.

Стекловолокно получают следующим образом (рис. 1.22). Расплавленная в печи стеклянная Масса, проходя через фильерные отверстия на дне печи, образует капли, которые увлекают за собой тонкие волокна. Затем эти волокна наматываются на вращающийся барабан.

Во время выработки стеклянные волокна следует замасливать — наносить на их поверхность смеси орга­нических или элементоорганических веществ из распла­ва, раствора или эмульсии (рис. 1.22). Однако замасливатели значительно снижают адгезию связующего к стеклянному волокну, поэтому в дальнейшем замасливатель со стекловолокна (если это необходимо) удаля­ют и наносят новое покрытие — аппрет, которое спо­собствует лучшему совмещению стекла и связующего.

Применяют три вида замасливателей — парафино­вый, парафиновую эмульсию и спиртоканифольный. В качестве аппретирующих веществ используют главным образом органосилановые соединения. г- Стеклянное волокно имеет все положительные ка­чества, присущие стеклу — негорючесть, высокую тепло­стойкость, плотность, прозрачность, а также хорошие механические показатели. Так, прочность малощелочно­го волокна диаметром 6 мк превышает 2 ГПа, а модуль упругости достигает 70 ГПа.

Непрерывные волокна, получаемые из расплава мас­сивного стекла, приобретают новые качества, наиболее важные из которых гибкость и высокая прочность при растяжении.

Первичные стеклянные нити получают непосредст­венно при выработке непрерывного волокна. Их приме­няют в основном для изготовления пресс-материалов, вырабатываемых на тех же предприятиях, где произво­дится стекловолокно, так как транспортирование пер­вичных нитей затруднено. На основе первичных нитей производят пресс-материалы типа АГ-4С (ЛОС, АГ-4нС), а также СВАМ (в последнем случае выработка первич­ной нити совмещается с получением композиционного материала). Первичные нити служат исходным сырьем для получения также крученых