Обратимость полимеров, плотность и прочность пластмасс

В промышленности пластмасс термопластичные полимеры иначе называют обратимыми, так как после отверждения, например в холодной пресс-форме, они при нагревании снова могут переходить в плавкое состояние. Термореактивные полимеры после отверждения в пресс-форме становятся неплавкими, непригодными к перепрессовке и в большинстве случаев нерастворимыми, поэтому их называют необратимыми.

Термин «отверждение», принятый в технологии пластмасс, имеет такой же смысл, как слово «затвердевание» применительно к цементам и бетонам.

Малая объемная масса

Одним из весьма ценных для строительной практики свойств пластических масс является малая объемная масса (плотность). У наиболее широко применяемых пластиков она колеблется от 15 до 2200 кг/м³, включая пористые пластмассы — так называемые поропласты. В среднем пластмассы (за исключением поропластов) в 2 раза легче алюминия и в 5–8 раз легче стали, меди и свинца.

Замена стали, а также силикатных материалов (кирпича, бетона) пластмассами дает значительное снижение веса сооружений. Наибольшего снижения массы можно достичь, применяя пластические массы в качестве конструктивного стенового материала или заполнителя в зданиях каркасного типа.

Прочность слоистых пластиков

Важным показателем пластмасс является прочность. Особенно высоки прочностные характеристики у пластмасс с листовыми наполнителями. Предел прочности при растяжении составляет:

• у текстолита — до 150 МПа;
• у дельта-древесины — до 350 МПа;
• у слоисто-волокнистого анизотропного материала (СВАМ) — от 480 до 950 МПа,

тогда как обычная строительная сталь Ст3 имеет предел прочности 380–450 МПа. Пределы прочности этих материалов при сжатии также высоки: у дельта-древесины — порядка 200 МПа, у текстолита — 160 МПа, у СВАМ — 420 МПа.

Из приведенных цифр видно, что прочностные характеристики слоистых пластиков весьма высоки, поэтому применение некоторых из них (например, СВАМ) в несущих конструктивных элементах зданий вполне возможно.

Легкие и прочные композиты сегодня

Идея сочетать малую массу с высокой прочностью получила развитие в современных полимерных композитах. Наиболее распространены стеклопластики — материалы из стеклянного волокна, пропитанного полиэфирной, винилэфирной или эпоксидной смолой. Методом пултрузии (непрерывного протягивания пропитанного волокна через нагретую фильеру) из них получают профили, решетчатые настилы, лестничные марши и ограждения, которые не корродируют и не проводят электрический ток. Широкое применение нашла композитная стеклопластиковая и базальтопластиковая арматура для бетона, особенно в конструкциях, работающих в агрессивной среде.

Углепластики (материалы на основе углеродного волокна) в строительстве применяются главным образом для усиления существующих конструкций: ленты и ламели из углеволокна наклеивают на балки, плиты и колонны эпоксидным клеем, что позволяет повысить их несущую способность без заметного увеличения сечения и веса.

При проектировании с применением композитов учитывают их особенности: высокая прочность на растяжение сочетается у них с относительно низким модулем упругости (у стеклопластика он в несколько раз ниже, чем у стали), с выраженной анизотропией и ограниченной теплостойкостью связующего. Поэтому такие конструкции рассчитывают по специальным методикам, а не по аналогии со сталью.