Строительные материалы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Какие виды трещин бывают у дерева и как предотвратить появление трещин при сушке и хранении

2. Зависимость основных свойств древесины от влажности? Приведите график зависимости свойств древесины от влажности

3. Что такое пеностекло, где его применяют и как получают

4. Классификация акустических материалов

5. Что такое полимеры с сетчатой структурой? Приведите примеры

Список использованной литературы



1. Какие виды трещин бывают у дерева и как предотвратить появление трещин при сушке и хранении

Пороками древесины называют отклонения от нормального строения, а также повреждения, которые оказывают влияние на ее технические свойства. Пороки появляются как при росте дерева, так и при хранении на складах и эксплуатации. В зависимости от причин их появления пороки делят на следующие основные группы: пороки, зависящие от неправильного строения; образовавшиеся от механического повреждения; от грибковых заболеваний; от повреждения насекомыми.

Рис. 1. Пороки, вызываемые неправильностью роста древесины: а -- крень; б -- косослой; в -- отлуп; г -- двойная сердцевина

Пороки, зависящие от неправильного роста древесины, следующие:

косослой древесины выражается в косом (винтообразном) направлении волокон (рис. 1, б), что значительно ухудшает физико-механические свойства древесины: косослойная древесина имеет повышенную усушку и продольное коробление, понижает прочность древесины при изгибе;

крень однобокая и местная (рис.1, а);часто встречается у хвойных пород и представляет собой утолщение поздней части годовых слоев;

кривизна, представляющая собой искривление ствола по длине, бывает односторонней и разносторонней, причем ствол может быть искривлен в одной или разных плоскостях; кривизна уменьшает полезный выход продукции и является причиной искусственного косослоя;

сбежистость представляет собой представляет собой уменьшение диаметра ствола дерева от корня к вершине, превышающее норму и является причиной искусственного косослоя и уменьшает полезный выход продукции;

двойная сердцевина,характеризуемая наличием двух сердцевин в торцевом сечении ствола, встречается при двухвершинности дерева (рис. 1, г), что снижает качество сортамента;

сучковатость выражается количеством сучков на 1 м, вели­чиной и видами самих сучков; сучки бывают заросшие, выпадающие, рыхлые, роговые, табачные и др, а также здоровые и загнившие (так, табачные являются очагами загнивания здо­ровой древесины);

трещины образуются не только при высыхании срубленного дерева, но и при жизни ею от различных причин (усыхания ядра, раскачивания ветром, от мороза и т д.). Трещины бывают следующих видов: метик, отлуп, морозобоина и трещины усушки. древесина пеностекло строительный

Рис 2. Метик крестовый

Рис.3. Трещины усушки

Метик представляет собой одну или несколько внутренних радиально-продольных трещин, проходящих через сердцевину, но не доходящих до луба. Различают метик простой и крестовый (рис.2). Простой метик состоит из одной или двух трещин на торце, расположенных по одному диаметру; крестовый метик образуется двумя или несколькими трещинами на торце, расположенными под углом одна к другой. Метик бывает согласный, если трещина идет по стволу в одной плоскости, и несогласный, если трещина идет винтообразно.

Отлупом называют внутреннюю трещину, идущую по годовому слою вдоль ствола (рис.1, е). Отлуп может быть дугообразный или кольцеобразный Морозобоиной называют наружную открытую продольную трещину, более широкую с внешней стороны ствола и сужающуюся к центру ствола. Трещины усушки встречаются очень часто в древесине почти всех пород (рис.3). Они образуются при высыхании древесины ниже точки насыщения волокон и распространяются от поверхности вглубь. Трещины снижают качество древесины, уменьшают количество полезной древесины и способствуют ее загниванию.

Предохранение древесины от разрушения

Древесина, находящаяся в сооружении и на складе, может подвергаться разрушению, вызываемому грибами и насекомыми. Неодинаковые древесные породы оказывают различную сопротивляемость разрушающей деятельности грибов и насекомых. Более стойкой является плотная древесина с большим содержанием летней древесины с дубильными веществами. Сухая окоренная (без луба) древесина сохраняется довольно долго в сухих, проветриваемых помещениях. Некоторые древесные породы, находящиеся в воде, не только не разрушаются, но и увеличивают свою прочность, например дуб.

Предохранение древесины от загнивания и продление срока службы в сооружении достигается путем защиты древесины от увлажнения конструктивными мерами -окраской или обмазкой, выщелачиванием и пропиткой древесины антисептиками.

Окраска, обмазка и выщелачивание. Срок службы древесины увеличивается при сплошном покрытии ее в сухом состоянии масляной краской, лаком или олифой. Значительно увеличивает срок службы сухая древесина, обмазанная смолой. В этом случае смола выполняет функции не только красителя, но и антисептика, хотя и слабого. Выщелачиванием древесины в холодной воде либо в процессе сплава леса можно удалить растительные соки. Выщелачивание производят также в горячей воде путем вываривания.

Хранение и сушка лесных материалов

Свежесрубленная древесина имеет влажность значительно большую, чем допускается при ее использовании. При быстром высыхании древесины возможно коробление и растрескивание. Поэтому перед использованием древесины в строительстве ее сушат, что предохраняет от загнивания, увеличивает прочность, уменьшает объемную массу и склонность к изменению формы и размеров. В настоящее время применяют следующие способы сушки древесины: воздушную (естественную), камерную, электросушку, сушку в горячих жидкостях. Основными являются воздушная и камерная сушки.

Воздушная сушка происходит на открытом воздухе, под навесом или в закрытых складах. Время сушки древесины с влажностью 60% до влажности 20% в зависимости от времени года составляет 15--60 суток. Воздушная сушка не требует специального оборудования, топлива, электроэнергии и т. д. Вместе с тем воздушная сушка имеет недостатки -она требует больших площадей, зависит от климатических условий и времени года, не исключает загнивания, высушивание древесины возможно только до воздушно-сухого состояния.

Камерную сушку осуществляют в специальных камерах-сушилках с помощью нагретого и увлажненного воздуха или топочных газов с температурой 40--105° С. При камерной сушке соблюдается определенный режим, т. е. соотношение между температурой и влажностью воздуха. Нарушение режима сушки приводит к растрескиванию и короблению древесины, к увеличению брака и удлинению сроков сушки. Искусственная сушка не только сокращает сроки сушки, но позволяет высушивать изделия до влажности ниже 16%, высокого качества без коробления и трещин. К недостаткам камерной сушки относится необходимость иметь оборудование и помещение, а также значительный расход топлива, электроэнергии и рабочей силы.

2. Зависимость основных свойств древесины от влажности? Приведите график зависимости свойств древесины от влажности

Свойства древесины

Состав и строение древесины определяют ее свойства. К положительным свойствам древесины относятся малая средняя плотность (400-500 кг/м3), малая теплопроводность (например, у сосны теплопроводность поперек волокон составляет 0,17, вдоль -0,35 Вт/(м.0C), высокая прочность (Rсж=35-70 МПа; Rизг= 80-120 МПа). Пористость древесины составляет 50-75%, удельная прочность (по изгибу) достигает 200-230 МПа. Древесина химически стойка, обладает замечательной декоративностью, долговечностью и очень технологична.

К отрицательным свойствам древесины, ограничивающим ее применение, относятся анизотропия свойств - разные свойства по разным направлениям (следствие волокнистого строения), высокая гигроскопичность, склонность к короблению и растрескиванию, загниваемость, возгораемость, наличие пороков. Эти недостатки частично или полностью устраняются техническими мероприятиями.

Пороками называют недостатки древесины, появляющиеся во время роста дерева и хранения пиломатериалов на складе. Степень влияния пороков на пригодность древесины зависит от их вида, места расположения, размеров, а также от назначения древесной продукции. Один и тот же порок в некоторых видах продукции делает древесину непригодной, а в других понижает ее сортность или не имеет существенного значения.

Пороки древесины делят на несколько групп:

- пороки формы ствола (сбежистость - значительное уменьшение диаметра по длине ствола; закомелистость - резкое увеличение диаметра нижней комлевой части ствола; кривизна);

- пороки строения древесины (наклон волокон - косослой вызывает резкое снижение прочности древесины; свилеватость - расположение волокон в виде волн или завитков; крень - смещение сердцевины; двойная сердцевина);

- сучки - части ветвей, заключенные в древесине (сросшиеся и выпадающие сучки, разветвленные или лапчатые - наиболее опасные; здоровые);

- трещины (метик, морозные трещины, трещины усушки идут по сердцевинным лучам, отлуп - по годовым кольцам);

- грибные поражения и химические окраски - вызываются грибами, использующими древесину в качестве питательной среды, или микроорганизмами;

- повреждения насекомыми - червоточины;

- покоробленности - нарушение формы пиломатериалов при изменении влажности древесины (поперечная, продольная и винтообразная покоробленность - крыловатость).

Влажность выражают в % от массы сухой древесины. В древесине различают:

- гигроскопическую влагу, связанную в стенках древесных клеток;

- капиллярную влагу, которая в свободном состоянии заполняет межклеточное пространство и полости клеток;

- химически связанную влагу.

Основную массу влаги составляют гигроскопическая и капиллярная.

Сухая древесина поглощает водяной пар из влажного воздуха, который поступает в стенки древесных клеток. Полное насыщение стенок клеток гигроскопической влагой соответствует влажности древесины около 30%. Эта влажность называется пределом гигроскопичности.

При увлажнении стенки древесных клеток утолщаются, разбухают, что приводит к увеличению размеров и объема деревянных изделий. При достижении предела гигроскопичности разбухание прекращается, деформации стабилизируются. Содержание свободной влаги на размерах древесины не отражается.

Усушка древесины происходит за счет удаления связанной влаги из стенок клеток. Вследствие неоднородности строения, древесина усыхает и разбухает в различных направлениях неодинаково, что и вызывает коробление и растрескивание лесных материалов.

Для предотвращения коробления и растрескивания древесину используют с той равновесной влажностью, которая будет в условиях эксплуатации. Например, для столярных изделий влажность древесины не должна превышать 8-10%, для наружных конструкций 15-18%. Для защиты древесины от последующего увлажнения в процессе эксплуатации ее покрывают красками, лаками, специальными составами.

Равновесная влажность древесины зависит от температуры и относительной влажности окружающего воздуха. Для определения равновесной влажности древесины пользуются специальной номограммой.

Свойства древесины (средняя плотность, деформации, прочность и др.) зависят от влажности, поэтому показатели свойств, полученные при испытании древесины различной влажности, для возможности сопоставления приводят к стандартной влажности, равной 12%. Например, если известна равновесная влажность древесины(Wр) в момент испытания и предел прочности при этой фактической влажности (Rw), то прочность при стандартной влажности рассчитывается по формуле:

R12 = Rw [1+ a(Wр - 12)],

где a - коэффициент, показывающий на сколько изменяется прочность при изменении влажности древесины на 1%. Значение a при сжатии и изгибе составляет 0,04, при смятии (сжатие поперек волокон) - 0,035.

Прочность древесины зависит от породы дерева, наличия пороков, места расположения древесины в стволе, направления волокон древесины, влажности и др. Она определяется на стандартных лабораторных образцах без пороков: при определении предела прочности при сжатии вдоль волокон размер образцов 2х2х3 см, при смятии - 2х2х6 см, при изгибе - 2х2х30 см и т.д.

График зависимости свойств древесины от влажности.

3. Что такое пеностекло, где его применяют и как получают

ПЕНОСТЕКЛО - универсальный современный строительный материал.

Современные технологии непрерывно совершенствуются - на смену старым приходят новые. Не исключением является и строительная отрасль, которая как никакая другая подвержена постоянным изменениям. Современные строительные материалы и технологии появляются с завидной регулярностью - не успели люди привыкнуть к процессу утепления пенопластом, как на смену ему пришло пеностекло.

Что же это за зверь такой, и как с ним обращаться? Что такое пеностекло и где его применяют? Как вы уже, наверное, поняли из вышесказанного, пеностекло является новейшей разработкой в области энергосберегающих технологий. Мало того, на сегодняшний день лучше, чем пеностекло, утеплителя для стен, пола или крыши найти просто невозможно.

Этот материал обладает практически нулевым коэффициентом теплопроводности - если быть точным, то он при температуре +10?C составляет всего 0,041Вт/м.кв. Изготавливают его при очень высоких температурах, материал проходит довольно длинный путь - сначала стекло измельчают практически до консистенции пыли, потом его насыщают углекислотой, и уже в таком виде подают в печь, где при температуре выше 800?C и происходит образование множества мелких и герметичных стеклянных пузырьков. Впоследствии из полученной смеси формируют гранулы.

Только пеностекло при низком объемном весе имеет отличные теплоизоляционные и прочностные характеристики, не боится воды, экологически безопасно, не горит и не гниет, имеет неограниченный срок эксплуатации. Мы производим пеностекло в виде гранул различных фракций с различным насыпным весом.

Согласно ТУ 5914-001-15068529-2006 Гранулы пеностекла имеют сферическую форму, их размер может составлять от долей миллиметров до сантиметра. По химическому составу пеностекло соответствует обычному стеклу. Стекло - один из самых прочных и инертных неорганических материалов. Сырьем для производства пеностекла является стеклянный мусор - отходы от стекольных производств.

Для производства используют мелкие фракции стекла, которые по техническим причинам непригодны для вторичного использования в стекольной промышленности. Объёмы этих отходов в крупных городах России очень велики и существуют проблемы по утилизации стеклобоя. Промышленное производство пеностекла помогает решить проблему утилизации отходов и предоставляет рынку новый эффективный и долговечный теплоизоляционный материал, при этом не затрагивая природные ресурсы.

Как говорится, все познается в сравнении. Поэтому попробуем провести анализ пеностекла и сравнить его с другими подобными утеплителями. В качестве альтернативы ему возьмем похожие по назначению - газобетон и керамзит.

Водо и паронепроницаемость. В отличие от пеностекла, оба его конкурента впитывают влагу - газобетон в большей, а керамзит в меньшей степени. Какие преимущества дает это свойство пеностеклу? Во-первых, при использовании определенных клеевых составов позволяет применять его в качестве гидроизоляции. Во-вторых, его можно применять снаружи помещения без дополнительной защиты.

Звукоизоляция. Блок или слой пеностекла в виде крошки толщиной 100мм способен полностью заглушить звук мощностью до 56Дб. Ни много ни мало, а рокот тракторного мотора за такой защитой вы едва различите.

Антисептичность. Если для придания этих свойств пенопласту и минеральной вате используют специальные, отнюдь небезвредные пропитки, то пеностекло само по себе является антисептиком. В этом отношении оно превосходит даже газобетон и керамзит, в котором свободно живут всякие насекомые.

Стойкость к большинству видов кислот. Этого преимущества напрочь лишены наши альтернативные утеплители - и газобетон, и керамзит. Практически все современные теплоизоляционные материалы подвергаются разрушению под воздействием агрессивных кислот.

Негорючесть. Трудно говорить о температуре возгорания этого материала, ведь при показателе выше 750?C он только начинает размягчаться. Пеностекло можно назвать вообще негорючим материалом - оно может стать жидким, но загореться практически не в состоянии. Высокая прочность на сжатие. Здесь действует принцип совместного противостояния нагрузкам. В этом отношении пеностекло можно сравнить с фанерой - один ее слой сломать легко, а десять слоев выдерживают огромные нагрузки. Точно так же происходит и с пеностеклом - миллионы мельчайших шариков способны выдерживать нагрузку до 4мПа на 1кв.см. Этого вполне достаточно, чтобы стена из пеностекла выдерживала на себе вес бетонных перекрытий.

Легкость в обработке. Процесс утепления пеностеклом можно сравнить с укладкой газобетона - и тот и другой довольно легко режется обыкновенной ножовкой по дереву.

Экологичность. Это свойство в современном мире ценится очень высоко. Этот материал ничего, кроме стекла и остатков углекислоты, не содержит.

А вот недостатков этот утеплитель практически не имеет. К ним можно отнести разве что высокую стоимость - на сегодняшний день пеностекло является самым дорогим теплоизоляционным материалом.

4. Классификация акустических материалов

Акустические материалы и изделия по назначению подразделяются на:

Звукопоглощающие, предназначенные для внутренней облицовки помещений и устройств с целью создания в них требуемого звукопоглощения. Звуковая энергия, падающая на ограждение, частично отражается от него, частично поглощается, переходя в тепловую и частично переходит через него. Материалы, обладающие способностью в основном поглощать звуковую энергию, называются звукопоглощающими.

Звуковое поле, создаваемое каким-либо источником шума в помещении, слагается от наложения прямых и отражённых от ограждения звуковых волн. Отражение значительно увеличивает интенсивность звука и изменяет характер его звучания в худшую сторону. Звукопоглощающие материалы, снижая энергию отражённых звуковых волн, благоприятно изменяют характеристику звукового поля.

Эти материалы должны быть высокопористыми. Если в теплоизоляционных материалах желательно иметь замкнутые поры, то в звукоизоляционных - сообщающиеся и возможно меньшие по размеру. Такие требования к строению звукоизоляционных материалов вызваны тем, что при прохождении звуковой волны через толщу материала она приводит воздух, заключённый в его порах, в колебательное движение, мелкие поры создают большее сопротивление потоку воздуха, чем крупные. Движение воздуха в них тормозится, и в результате трения часть механической энергии превращается в тепловую.

На звукопоглощающие свойства материалов оказывает влияние и их упругость. В изделиях с гибким деформирующимся каркасом имеют место дополнительные потери звуковой энергии вследствие активного сопротивления материала вынужденным колебаниям под действием падающих звуковых волн.

В ряде случаев облицовка поверхности строительных конструкций осуществляется перфорированными листами из сравнительно плотных материалов (гипсокартон, асбестоцемент, металлические, пластмассовые листы и др.), которые обеспечивают изделиям, наряду со звукопоглощением, повышенную механическую прочность и декоративность.

Звукопоглощающее свойство материала характеризуется коэффициентом поглощения, который представляет собой отношение поглощённой звуковой энергии ко всей энергии, падающей на материал. За единицу звукопоглощения условно принимают звукопоглощение 1 м² открытого окна. К звукопоглощающим материалам относят те, которые имеют коэффициент звукопоглощения не менее 0,4 при частоте 1000 гц ("Защита от шума" СНиП II - 12 - 77). Коэффициент звукопоглощения определяется в так называемой акустической трубе и подсчитывается по формуле:

А(зв)=Е(погл)/Е(пад),

где А(зв) - коэффициент звукопоглощения; Е(погл) - поглощённая звуковая волна; Е(пад) - падающая звуковая волна; E(отр) - отраженная звуковая волна; Е(рас) - звуковая волна, рассеянная в материале; Е(прош) - звуковая волна, прошедшая через материал.

Е(погл)=Е(рас)+Е(прош)

Уровень шума зависит от времени реверберации (времени звучания отражённого сигнала). Например, в помещении объёмом 100 куб.м с жёсткими поверхностями, время реверберации может составить от 5 до 8 секунд. Если поверхность покрыта хорошо поглощающим акустическим материалом, время реверберации составляет менее 1 секунды, т.е. как в хорошо меблированной жилой комнате. Снижение времени реверберации до вышеупомянутого уровня увеличивает звуковой комфорт помещений, создаёт оптимальную рабочую атмосферу в лекционном или спортивном зале, офисе, кинотеатре, студии и т.п.

Коэффициент звукопоглощения некоторых материалов

Наименование	Коэффициент звукопоглащения при 1000Гц
Открытое окно	1
Акустические материалы:
Акустические минераловатные плиты	0,7-0,9
Акустический фибролит	0,45-0,50
Акустические древесноволокнитсые плиты	0,40-0,80
Акустические перфорированные листы	0,4-0,9
Теплоизоляционные материалы, используемые для звукопоглощения:
Минеральные плиты	0,25-0,4
Пеностекло с сообщающимися порами	0,3-0,5
Пеноасбест	0,6-0,8
Деревянная стена	0,06-0,1
Кирпичная стена	0,032
Бетонная стена	0,015

Звукоизоляционные материалы, предназначенные для защиты от ударного шума, представляют собой пористые прокладочные материалы с малым модулем упругости. Их звукоизоляционная способность от ударного шума обусловлена тем, что скорость распространения звука в них значительно меньше, чем в плотных материалах с высоким модулем упругости. Так, скорость распространения звуковых волн стали составляет 5050, в железобетоне - 4100, в древесине - 1500, в пробке - 50, а в поризованной резине - 30 метров в секунду. Упругие прокладки укладываются между несущей плитой перекрытия и чистым полом.

Значения модулей упругости некоторых звукоизоляционных прокладок

Наименования	Средняя плотность кг/м3	Модуль упругости
		Статический, Мпа	Динамический, Мпа
Стекловолокнистые и минераловатные плиты и маты на синтетической связке	30-150	0,02-0,05	0,25-0,45
Мягкие древесноволокнитсые плиты	200	0,3	1,4
Вспученный вермикулит в полиэтиеновых матах	150	0,15	1,8
Листы пенополиуритана	50	0,05	0,25
Листы пеноплиэтилена	30	0,03	0,20

Такие конструкции полов называются "плавающими". Для устранения передачи ударного звука необходимо конструкцию пола отделять от стен по периметру помещения упругими прокладками.

Звукоизоляционные материалы, предназначенные для изоляции от воздушного шума.

Уменьшение уровня воздушного шума осуществляется устройством стен, перегородок, перекрытий. Звукоизоляционная способность граждений пропорциональна логарифму массы конструкции. Поэтому массивные конструкции обладают большей звукоизоляционной способностью от воздушного шума, чем лёгкие. Поскольку устройство тяжёлых ограждений экономически нецелесообразно, надлежащую звукоизоляцию обеспечивают устройством двух- или трёхслойных ограждений, часто с воздушными зазорами, которые рекомендуется наполнять пористыми звукопоглощающими материалами. Желательно, чтобы конструктивные слои имели различную жёсткость и герметичность, так как последние повышают степень звукоизоляции.

Кроме классификации по назначению, акустические материалы подразделяются и по другим признакам, имеющим много общего с теплоизоляционными материалами.

По внешнему виду (форме) акустические материалы бывают:

-сыпучие

-штучные (плиточные, рулонные, маты)

По строению и виду пористости их делят на три группы:

- материалы с волокнистым каркасом (минераловатные, асбестовые, фибролит, древесноволокнистые, древесностружечные, войлок)

- ячеистые материалы, полученные способом вспучивания или пеновым способом (ячеистые бетоны, пеностекло)

- смешанной структуры, например, акустические штукатурки, изготавливаемые с применением пористых заполнителей (вспученный перлит, вспученный вермикулит).

К звукопоглощающим материалам предъявляют повышенные по сравнению

с теплоизоляционными материалами требования по механической прочности и декоративности, поскольку их применяют для облицовки стен внутри помещения.

Так же, как и теплоизоляционные, они должны обладать:

-низким водопоглощением,

-малой гигроскопичностью,

-быть огне- и биостойкими

5.Что такое полимеры с сетчатой структурой? Приведите примеры

Сетчатые полимеры (трехмерные, или сшитые, полимеры, полимеры с поперечными связями, вулканизационными сетка, полимерная сетка), полимеры со сложной топологичной структурой, образующие единую пространственною сетку. Обычно мол. масса (более 10⁹ г/моль) С. п. соизмерима с размерами системы, т.е. весь объем полимера представляет собой одну молекулу.

Сетчатые полимеры содержат узлы сшивки (узлы ветвления) -химические, физические и топологические. В большинстве сетчатых полимеров узлы образованы химическими связями, как, например, в термореактивных полимерах (феноло-, амино-, мочевино-формальдегидные и эпоксидные смолы, полиуретаны и др.), вулканизатах на основе натуральных и синтетических каучуков, сшитом полистироле. Сетчатые полимеры, содержащие узлы сшивки химической природы, обычно нерастворимы ни в каких р-рителях (хотя могут набухать в последних) и неплавки. Если же растворение протекает, то оно обычно сопровождается хим. деструкцией полимера. По этим же причинам сетчатые полимеры не могут переходить без деструкции в вязко текучее состояние при повышении температуры.

Физизические узлы образованы за счет электростатич., ван-дер-ваальсовых или водородных связей. Примерами О, п. с такими узлами могут служить желатин, крахмал, многие линейные или разветвленные полимеры, содержащие полярные группы. Вследствие низкой прочности узлов сшивки эти полимеры могут переходить в вязкотекучее состояние и быть частично или полностью р-римыми.

Топологич. узлы сшивки образованы мех. переплетением макромолекул и представляют собой циклы, продетые один сквозь другой, как звенья цепи. Такие узлы связывают между собой сетки разной хим. природы. Важным классом С. п. являются т. наз. взаимопроникающие полимерные сетки, получаемые путем одновременного или последоват. формирования в системе сеток разного типа по разл. хим. механизмам. Особенностью такого рода С. п. является наличие сложной фазовой структуры, возникающей в результате невозможности полного фазового разделения компонентов системы. Физ. св-ва взаимопроникающих сеток зависят от хим. природы компонентов, их соотношения, способа получения и степени сшивания (доли сшитых звеньев, приходящихся на одну макромолекулу).

Показатели разл. физ. св-в не подчиняются правилу аддитивности. Известны взаимопроникающие сетки, одним из компонентов к-рых является полиуретан, другим-полиэфир, полиакрилат, поли-уретанакрилат, сополимер стирола с дивинилбензолом или бутадиен-стирольный каучук, а также сетки на основе трехмерного полиуретана и линейных полиакрилатов и др.

Топологич. структуру С. п. характеризуют концентрацией узлов сшивки и иногда молекулярно-массовым распределением цепей между узлами. Связь между концентрациями цепей (п_с) и узлов (v_c) определяется соотношением: v_c = = n_сf/2, где f-функциональность узла. Под функциональностью узла понимают число реализованных ветвлений, т. е. прореагировавших функц. групп. В зависимости от концентрации узлов С. п. условно делят на редкосшитые (вулканиза-ты) и густосшитые (или частосшитые). В последних v_c > 10^-3 моль·см^-3.

С. п. получают полимеризацией или поликонденсацией полифункцион. мономеров или олигомеров, а также сшиванием сформированных полимерных цепей, т. е. образованием поперечных связей между линейными и разветвленными макромолекулами. Сшивание осуществляется по реак-ционноспособным группам полимера или (и) под действием хим. в-в - сшивающих агентов (см. также Отверждение , Вулканизация ), а также ионизирующих излучений.

В процессе образования С. п. реакц. система меняет свои св-ва: растут ее вязкость, т-ра стеклования, модуль упругости. При нек-рой критич. глубине превращения, наз. точкой гелеобразования, система становится нерастворимой, приобретает равновесную упругость. Начиная с этого момента в системе появляется, а затем резко нарастает доля нерастворимого полимера (гель-фракция) и падает доля р-римой части полимера (золь-фракции). Как правило, точка гелеобразования при полимеризации соответствует глубине превращения неск. процентов и доли процента; при поликонденсации эта величина составляет десятки процентов. Точка гелеобразования м.б. рассчитана по известным характеристикам исходной системы (среднемассовая функциональность реагентов, их относит. кол-ва и молекуляр-но-массовое распределение). Получаемые соотношения обычно не вполне точно описывают эксперим. результаты, т.к. при их выводе не учитывается в достаточной степени р-ция циклизации-образование узлов между цепями, уже связанными в единую систему. Такая р-ция приводит к неэффективному использованию функц. групп реагентов. Пока не найдено теоретич. подходов (кроме прямого моделирования с помощью ЭВМ), позволяющих учитывать данный эффект. Еще менее точным является теоретич. описание выхода золь-фракции как ф-ции глубины р-ции.

Существ. влияние на значение точки гелеобразования оказывают те условия проведения р-ции, к-рые определяют степень циклизации, гл. обр. разбавление системы активным или неактивным р-рителем. В условиях получения С. п. путем полимеризации роль разбавителя системы играет собств. мономер. Дополнит. осложнение (к-рое пока никак не учитывают при расчете точки гелеобразования) - возможность фазового разделения в ходе формирования С. п. Немаловажную роль играет также наполнение системы компонентами (сажа, армирующие волокна, пигменты и т.п.), к-рые могут влиять на состав реакц. смеси вследствие хим. взаимод. с реагентами системы или избират. сорбции.

Св-ва С. п. зависят не только от хим. природы полимерного звена, но и от топологич. структуры сетки, в частности от концентрации и функциональности узлов. Наиб. ярко топологич. структура проявляется в высокоэластич. состоянии (в к-ром, в частности, находятся и эксплуатируются изделия на основе резин). В соответствии с кинетич. теорией высоко-эластичности величина равновесного модуля упругости пропорциональна концентрации цепей сетки:

E_, ! 3G_, = 3n_сRT= 3rRT/М_с,

где Е_, и G_,-равновесные модули Юнга и сдвига соотв., R-универс. газовая постоянная, T-абс. т-ра, r-плотность полимера, М_с-среднее значение мол. массы цепей сетки.

Ур-ние дает возможность рассчитать концентрацию n_с цепей сетки по измеренному равновесному модулю упругости. Однако при этом не учитывают цепи, не реагирующие на приложенное напряжение и характеризующиеся наличием структурных дефектов (типа петель и др. неэффективных циклов, концов цепей и т. п.). Кроме того, дополнит. вклад в упругость сетки вносят топологич. узлы, что особенно важно для редкосшитых С.п. Цепи, к-рые вносят вклад в равновесные упругие св-ва С. п., наз. эластически активными. Концентрация таких цепей определяет равновесную степень набухания С. п. (Ф), к-рую можно вычислить, зная активность р-рителя а₁:

где V₀- молярный объем р-рителя, c-константа взаимод. полимера с р-рителем (константа Флори-Хагтинса), V₂-объемная доля полимера. При а₁ = 1 величина F =

Густосшитые полимеры обычно находятся в стеклообразном состоянии, т.к. увеличение концентрации узлов сетки приводит к повышению времени отклика полимера на любое возмущающее воздействие, т. е. к замедлению процессов релаксации в С. п. Существует большое число корреляц. ур-ний, связывающих т-ру стеклования (Т_с) с концентрацией узлов сетки. Наиб. простой является линейная зависимость: Т_с = T_c0 + Кп_с, где Т_с -т-ра стеклования несшитого полимера, К -константа, зависящая от природы и функционала ности узла С. п. Динамич. св-ва С. п. сильно зависят от концентрации узлов. Так, время спин-решеточной релаксации t₂ при высоких т-рах оказывается тем ниже, чем вышеn_с, что отражает степень анизотропии движения цепей сетки. При т-рах ниже Т_с динамич. св-ва С. п. (в частности, динамич. модуль упругости) практически не зависят от их топологич. структуры.

По морфологич. структуре редкосшитые С. п. мало чем отличаются от линейных полимеров. Они образуют глобулы, сферолиты, кристаллиты, фибриллы и др. структуры, характерные для линейных полимеров. Однако по мере увеличения концентрации узлов сетки все труднее образуются хорошо упакованные морфологич. структуры с высокой степенью упорядоченности межузловых цепей, так что степень кристалличности и т-ра плавления падают. Для густо-сшитых полимеров осн. структурным элементом является глобула.

Уникальная способность С. п. обратимо деформироваться в высокоэластич. состоянии или набухать до очень больших (сотни и даже тысячи процентов) деформаций позволила на их основе создать разнообразные РТИ, шины, гидрогели, сорбенты и мембраны с регулируемым размером пор. С. п. широко применяют для создания лаков, клеев, герметиков, покрытий, пластмасс, связующих в композиц. материалах и т.п. Важной особенностью С.п. является то, что при их формировании сразу получают не материал, а изделия. Один из недостатков С.п.-трудности их вторичного использования

Рис. 4 Структура полимеров, а - линейные полимеры; б - разветвленные полимеры; в - сшитые (сетчатые) полимеры.



Список использованной литературы

1. Ржевская, С. В. Материаловедение : учебник для студентов вузов, обучающихся в области техники и технологии. - Москва : Логос, 2006. - 424 с.

2. Рыбьев, И. А. Строительное материаловедение : учебное пособие для строит. специальностей вузов. - Москва: Высшая школа, 2008. - 701 с.

3. Дворкин, Л. И. Справочник по строительному материаловедению : учеб.- практ. пособие / Л, И. Дворкин, О. Л. Дворкин. - Москва: Инфра-Инженерия, 2010. - 472 с.

4. Хмеленко, Т. В. Строительные материалы: учебное пособие для студентов Кузбас. гос. техн. ун-т им. Т. Ф. Горбачева», Каф. строит. пр-ва и экспертизы недвижимости. - Кемерово, 2012. - 85 с.

Размещено на Allbest.ru

...