Основные виды конструкционных пластмасс. Физико-механические свойства.

Влияние температуры, влажности, длительности действия нагрузок

Сведения о механических показателях пластмасс в сравнении с другими конструкционными материалами приведены в таблице.

Таблица

Влияние на расчетные сопротивления пластмасс температуры, влажности и атмосферных воздействий выше, чем для древесины и учитывается поправочными коэффициентами m_t , m_w, m_f.

Более полные характеристики основных видов пластмасс приведены в табл. 1.4 учебника “Конструкции из дерева и пластмасс” под ред. Ю.В.Слицкоухова и “Конструкции из дерева и пластмасс” под ред. Г.Н.Зубарева. Основными документами, регламентирующими физико-механические показатели материалов являются ГОСТ, СНиП и другие нормативные документы (ВСН, МСН, Руководства, Рекомендации, Пособия и т.п.). В настоящее время нет единого нормативного документа, устанавливающего расчетные характеристики пластмасс и расчетные методики конструкций из пластмасс.

Основные виды конструкционных пластмасс. Физико-механические свойства.

1. Стеклопластики - это материалы, которые получают при совмещении различными способами стекловолокна с термореактивными смолами. Обычно этот процесс сопровождается термообработкой и прессованием. Стекловолокно, которое может быть и в виде длинных нитей и рубленное, придает материалу прочность на растяжение и работает подобно арматуре в железобетоне.

Стеклопластики - наиболее прочные и жесткие виды пластмасс. Из большого количества различных видов стеклопластиков выделяют следующие: АГ-4с (однонаправленный); СВАМ (стекловолокнистый анизотропный материал); КАСТ (стеклотекстолит); полиэфирный стеклопластик. Изготавливают стеклопластики в виде плоских и волнистых листов, погонажных изделий, отдельных профилей и деталей. Возможно применение стеклопластиков в качестве самостоятельных конструкций (стропильные фермы, структуры, своды, купола и т.п.). Стеклопластики могут быть светопрозрачными. Стоимость этих материалов сравнительно высокая, что и ограничивает их применение.

2. Винипласт. Поливинилхлорид - термопласт, по своим механическим показателям близок к показателям древесины. Имеет ограниченный температурный диапазон применения: на морозе хрупок; при высоких температурах - пластичен. Один из самых дешевых видов пластмасс. Инертен по отношению к химически агрессивным средам. Основное применение винипласта - в качестве отделочного материала (линолеум, фурнитура, ткани, кровельные материалы). Известны немногочисленные примеры использования винипласта в качестве несущих конструкций.

3. Оргстекло (полиметилметакрилат). По своим механическим свойствам оргстекло подобно винипласту. Основное свойство - светопрозрачность, в том числе до 90% ультрафиолетовых лучей, и это предопределяет основную область применения - зенитные фонари. Использование зенитных фонарей позволяет резко повысить освещенность помещений, что особенно ценно в северных районах. Поэтому зенитные фонари (обычно в виде куполов или сводов) популярны в странах скандинавских. В ряде случаев их пролеты достигают 12 м.

4. Пенопласты. Особый класс полимерных материалов, характеризующийся малым объемным весом (10-200 кг/м³). Основная область применения - теплоизоляция. В этом качестве могут иметь конструктивное значение (восприятие сдвига в панелях типа “сэндвич”). Другое применение - герметизирующий материал (в том числе однокомпонентный полиуретановый пенопласт Macroflex). Наибольшее применение имеют ПС - полистирольные пенопласты, в том числе и ПСБс - самозатухающие - относящиеся к негорючим материалам, и полиуретановые “заливочные” пенопласты. Проблема горючести пенопластов (за исключением фенольных пенопластов) до конца не решена.

В настоящее время хорошие перспективы применения имеют экструзионные полистирольные пенопласты.

Воздухонепроницаемые ткани. Для изготовления очень популярных в настоящее время пневматических (надувных) и тентовых конструкций используются полиэфирные и полиамидные ткани с полимерными покрытиями, например, из ПВХ. Срок их службы 10-20 лет. Больший срок службы (до 30-40 лет) имеют более дорогостоящие силиконовые ткани и ткани с тефлоновым покрытием.

4.4. Композиционные материалы на основе древесины: фанера, стружечные и волокнистые плиты, древесно-слоистые пластики: основные свойства, область применения

Фанера.Клееная фанера - листовой строительный материал, получающийся при склеивании под давлением слоев лущеного шпона (давление 2-2,5 МПа, температура - 140 ^оС, выдержка в прессе 10-20 мин.), ориентированного во взаимно перпендикулярных направлениях. Ленты лущеного шпона срезают при вращении распаренных чураков длиной до 2 м (рис.4.2). Основным сырьем для производства фанеры в России является береза, лиственница (в США - сосна). В строительных конструкциях допускается использовать водостойкую фанеру марки ФСФ (склеена фенолоформальдегидными клеями) и фанеру ограниченной водостойкости марки ФК (на карбамидных клеях). Толщина фанерных листов принимается не менее 6 мм. Чаще других используются размеры фанерных листов 1525х1525 и 1220х2450. Расчетные характеристики фанеры достаточно велики при сжатии-растяжении (R = 12-14 МПа) и очень низки при скалывании в плоскости листа между слоями шпонов (R_ск = 0,8 МПа). При расчетах фанерных конструкций слоистостью материала пренебрегают и рассматривают фанерный лист как однородный ортотропный материал.

Рис. 4.2. Получение фанеры

Из всех листовых древесных материалов фанера обладает наибольшей прочностью. Поэтому использование фанеры имеет наибольшую эффективность по сравнению с другими листовыми материалами, особенно при наличии жестких клеевых связей.

Высокая прочность фанеры на срез в плоскости листа (R _ср= 6 МПа) по сравнению с древесиной (R _ск= 2,4 МПа) предполагает ее использование в качестве вертикальных стенок балок, арок и рам (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Примеры использования фанерных конструкций. Фанерная балка (а); фанерная плита (б);

Другая сторона использования фанеры в строительных конструкциях - обшивки ограждающих ребристых панелей.

Кроме этого, фанеру часто используют в качестве многооборачиваемой опалубки.

Нетрадиционные виды использования фанеры - это конструкции из формованной фанеры, фанерных труб и швеллеров (рис. 4.4). В Финляндии производят узкие фанерные плиты в качестве стропильных балок.

Рис. 4.4. Фанерные профили. Ферма из швеллеров (а). Ферма из труб (б).

Перспективы имеет использование комбинированной (шпоны из разных пород древесины) и большеформатной фанеры (длиной до 7.7 м).

Бакелизированная фанера (ФБС) в отличие от обычной фанеры обладает повышенными механическими характеристиками, поскольку формуется при большем давлении (давление 4 МПа, температура - 150 ^оС); и большей стоимостью, что сдерживает ее применение.

Древесно-слоистые пластики (ДСП) получают при прессовании (давление 15 МПа, температура - 140 ^оС) пропитанных смолами тонких древесных шпонов. Этот чрезвычайно прочный и износостойкий материал используется в качестве отдельных наиболее ответственных деталей.

Древесно-стружечные плиты (ПС) получают горячим прессованием специально изготовленной стружки (90%) с добавлением фенолоформальдегидной или мочевинформальдегидной (карбамидной) смолы. Преимущество стружечных плит - возможность получения большеформатных листов и низкая стоимость. Недостатки - токсичность (в ряде случаев), невысокие механические показатели, большое водопоглощение.

Цементно-стружечные плиты (ЦСП) не относятся к полимерсодержащим веществам. По своим свойствам и выпускаемым форматам близки к плитам древесностружечным, но обладают меньшей токсичностью и водопоглощением, что допускает их использование даже в качестве наружных слоев ограждающих конструкций стен.

Древесноволокнистые плиты (ДВП) и плиты МДФ получают горячим прессованием волокнистой массы, состоящей из измельченных отходов деревообрабатывающих предприятий с добавлением парафиновой эмульсии, смол и других веществ.

Ориентированно-стружечные плиты (ОСП) - сравнительно новая модификация древесностружечных плит, особенно популярные в США, и отличающиеся повышенной прочностью и стойкостью вследствие использования более крупной (длинной) специально ориентированной стружки и прессовании при большем давлении. Используются как листовой ограждающий материал (обшивки панелей, полы ).