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.

ГЛАВА 2. ПЛАСТМАССЫ — КОНСТРУКЦИОННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ - student2.ru

Нормальные напряжения находят по формуле

σих/Wx +My/Wy≤Rи

где Мх, My — изгибающие моменты, например при равномерно рас­пределенной нагрузке от qx и qy

Полный прогиб равен геометрической сумме проги­бов от усилий qx и qy:

f= √(fx2+ fy2)≤fпред

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:

σих +My/W≤Rи

ГЛАВА 2. ПЛАСТМАССЫ — КОНСТРУКЦИОННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ - student2.ru

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.

ГЛАВА 2. ПЛАСТМАССЫ — КОНСТРУКЦИОННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ - student2.ru

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:

σc = N/F + Mq/W + NymzxIW, (III.27)

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

Полный изгибающий момент стержня

Mx = Mq + Ny. (III.28)

Так как в двух написанных уравнениях есть три неиз­вестных σс, у, Мх, 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 πx/l + f 2 sin 2π x/l + fs 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(πx/l). (III.29)

ГЛАВА 2. ПЛАСТМАССЫ — КОНСТРУКЦИОННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ - student2.ru

ГЛАВА 2. ПЛАСТМАССЫ — КОНСТРУКЦИОННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ - student2.ru

 
  ГЛАВА 2. ПЛАСТМАССЫ — КОНСТРУКЦИОННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ - student2.ru

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-

 
  ГЛАВА 2. ПЛАСТМАССЫ — КОНСТРУКЦИОННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ - student2.ru

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:

ГЛАВА 2. ПЛАСТМАССЫ — КОНСТРУКЦИОННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ - student2.ru

ГЛАВА 2. ПЛАСТМАССЫ — КОНСТРУКЦИОННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ - student2.ru

ГЛАВА 2. ПЛАСТМАССЫ — КОНСТРУКЦИОННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ - student2.ru

Здесь rck — расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон (при расчете по максимальному напряжению), при­веденное в нормах; 1СК — 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.

 
  ГЛАВА 2. ПЛАСТМАССЫ — КОНСТРУКЦИОННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ - student2.ru

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 lСк= = 10hвр 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 lск≥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 ka не вводят в формулы определения несущей спо­собности (табл. IV.5).

ГЛАВА 2. ПЛАСТМАССЫ — КОНСТРУКЦИОННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ - student2.ru

При определении расчетной длины защемления кон­ца гвоздя в последней непробиваемой насквозь доске не следует учитывать часть длиной 1,5 dГв (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 dГв, 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 dГв.

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 dГв при толщине пробиваемого элемента с≥10dГв; S1=25drB 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 смолыпредставляют 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 смолыполучают 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.

ГЛАВА 2. ПЛАСТМАССЫ — КОНСТРУКЦИОННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ - student2.ru

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

Наши рекомендации