Применение полимеров в строительстве

• Профили и направляющие

• Направляющие скольжения
  цепей и ремней из INKULEN PE
• Направляющие скольжения
  из ZX-100K

Изготовление деталей из полимеров по чертежамХомутовые и кольцевые теплоэлектронагревателиФутеровка

Полимеры — это соединения макромолекулярного типа. Их основа — мономеры, из которых формируется макроцепь полимерных веществ. Применение полимеров позволяет создавать материалы, обладающие высоким уровнем прочности, износостойкости и рядом других полезных характеристик.

Классификация полимеров

Природные. Образуются естественным природным путем. Пример: янтарь, шелк, натуральный каучук.

Синтетические. Производятся в лабораторных условиях и не содержат природных компонентов. Пример: поливинилхлорид, полипропилен, полиуретан.

Искусственные. Производятся в лабораторных условиях, но в их основе лежат природные составляющие. Пример: целлулоид, нитроцеллюлоза.

Виды полимеров и их применение очень многообразны. Большая часть предметов, которые окружают человека, созданы с использованием этих материалов. В зависимости от типа, они имеют различные свойства, которые и определяют сферу их применения.

Существует ряд распространенных полимеров, с которыми мы сталкиваемся ежедневно и этого даже не замечаем:

• Полиэтилен. Используется для производства упаковки, труб, изоляций и других изделий, где требуется обеспечить влагонепроницаемость, устойчивость к агрессивным средам и диэлектрические характеристики.
• Фенолформальдегид. Является основой пластмасс, лаков и клеевых составов.
• Синтетический каучук. Обладает лучшими прочностными характеристиками и устойчивостью к истиранию, чем натуральный. Из него изготавливается резина и различные материалы на ее основе.
• Полиметилметакрилат — всем известный плексиглас. Используется в электротехнике, а также в качестве конструкционного материала в других производственных областях.
• Полиамил. Из него изготавливается ткань и нитки. Это капрон, нейлон и другие синтетические материалы.
• Политетрафторэтилен, он же — тефлон. Применяется в медицине, пищевой промышленности и различных других областях. Всем известны сковородки с тефлоновым покрытием, которые были когда-то очень популярны.
• Поливинилхлорид, он же ПВХ. Часто встречается в виде пленки, используется для изготовления изоляции кабелей, кожзаменителей, оконных профилей, натяжных потолков. Имеет очень широкую сферу использования.
• Полистирол. Применяется для производства бытовых изделий и широкого ряда строительных материалов.
• Полипропилен. Из этого полимера изготавливаются трубы, тара, нетканые материалы, бытовые изделия, строительные клеи и мастики.

Где применяются полимеры

Область применения полимерных материалов очень широка. Сейчас можно с уверенностью сказать — они используются в промышленности и производстве практически в любой сфере. Благодаря своим качествам полимеры полностью заменили природные материалы, существенно уступающие им по характеристикам. Поэтому стоит рассмотреть свойства полимеров и области их применения.

По классификации материалы можно разделить на:

Качества каждой разновидности определяет область применения полимеров.

Оглядевшись вокруг, мы можем увидеть огромное количество изделий из синтетических материалов. Это детали бытовых приборов, ткани, игрушки, кухонные принадлежности и даже бытовая химия. По сути — это огромный ряд изделий от обычной пластмассовой расчески до стирального порошка.

Такое широкое использование обусловлено низкой стоимостью производства и высокими качественными характеристиками. Изделия прочны, гигиеничны, не содержат вредных для организма человека компонентов и универсальны. Даже обычные капроновые колготки изготовлены из полимерных составляющих. Поэтому полимеры в быту применяются гораздо чаще, чем натуральные материалы. Они существенно превосходят их по качествам и обеспечивают низкую цену изделия.

Примеры:

• пластиковая посуда и упаковка;
• части различных бытовых приборов;
• синтетические ткани;
• игрушки;
• кухонные принадлежности;
• изделия для санузлов.

Любая вещь из пластика или с включением синтетических волокон изготавливается на основе полимеров, так что перечень примеров может быть бесконечным.

Строительная отрасль

Применение полимеров в строительстве тоже очень обширно. Их стали использовать сравнительно недавно, примерно 50-60 лет тому назад. Сейчас большая часть строительных материалов производится с применением полимеров.

Основные направления:

• изготовление ограждающих и строительных конструкций различного типа;
• клеящие составы и пены;
• производство инженерных коммуникаций;
• материалы для тепло- и гидроизоляции;
• наливные полы;
• различные отделочные материалы.

В сфере ограждающих и строительных конструкций — это полимербетон, композитная арматура и балки, рамы для стеклопакетов, поликарбонат, стеклопластик и различные другие материалы подобного типа. Все изделия на полимерной основе имеют высокие прочностные характеристики, длительный срок службы и устойчивость к негативным природным явлениям.

Клеи отличаются устойчивостью к влаге и отличной адгезией. Они используются для склеивания различных материалов и имеют высокую прочность соединения. Пены — идеальное решение для герметизации стыков. Они обеспечивают высокие теплосберегающие характеристики и насчитывают огромное количество разновидностей с различными качествами.

Применение полимерных материалов в сфере производства инженерных коммуникаций — одно из наиболее обширных направлений. Они используются в водоснабжении, электрообеспечении, теплосбережении, оборудовании канализационных сетей, вентиляции и отопительных систем.

Материалы для теплоизоляции имеют отличные теплосберегающие характеристики, малый вес и доступную стоимость. Гидроизоляция отличается высоким уровнем водонепроницаемости и может выпускаться в различном виде (рулонные изделия, порошок или жидкие смеси).

Полимерные полы — это специализированный материал, который позволяет создать на черновой основе идеально ровную поверхность без трудоемких работ. Такая технология используется как в бытовом, так и в промышленном строительстве.

Современная промышленность выпускает широкий ряд отделочных материалов на основе полимеров. Они могут иметь различную структуру и форму выпуска, но по характеристикам всегда превосходят натуральную отделку и имеют гораздо меньшую стоимость.

Медицина

Применение полимеров в медицине имеет широкое распространение. Самый простой пример — одноразовые шприцы. На данный момент производится около 3 тысяч изделий, используемых в медицинской сфере.

Чаще всего в данной области используются силиконы. Они незаменимы при проведении пластических операций, создания защиты на ожоговых поверхностях, а также изготовления различных изделий. В медицине полимеры использовались с 1788 года, но в ограниченном количестве. А 1895 году они получают более широкое распространение после операции, в ходе которой костный дефект был закрыт полимером на основе целлулоида.

Все материалы данного типа можно разделить на три группы согласно применению:

• 1 группа — для введения в организм. Это искусственные органы, протезы, кровезаменители, клеи, лекарственные препараты.
• 2 группа — полимеры, имеющие контакт с тканями, а также веществами, предназначенными для введения в организм. Это тара для хранения крови и плазмы, стоматологические материалы, шприцы и хирургические инструменты, составляющие медицинского оборудования.
• 3 группа — материалы, не имеющие контакта с тканями и не вводящиеся в организм. Это оборудование и приборы, лабораторная посуда, инвентарь, больничные принадлежности, постельное белье, оправы для очков и линзы.

Сельское хозяйство

Наиболее активно полимеры используются в тепличном хозяйстве и мелиорации. В первом случае имеется потребность в различных пленках, агроволокне, сотовом поликарбонате, а также арматуре. Это все необходимо для сооружения теплиц.

В мелиорации используются трубы из полимерных материалов. Они имеют меньший вес, чем металлические, доступную стоимость и более длительный срок службы.

Пищевая промышленность

В пищевой промышленности полимерные материалы используются для изготовления тары и упаковки. Могут иметь форму твердых пластиков или пленок. Основное требование — полное соответствие санитарно-эпидемиологическим нормам. Не обойтись без полимеров и в пищевом машиностроении. Их применение позволяет создавать поверхности с минимальной адгезией, что важно при транспортировке зерна и других сыпучих продуктов. Также антиадгезионные покрытия необходимы в линиях выпечки хлеба и производства полуфабрикатов.

Полимеры применяются в различных отраслях деятельности человека, что обусловливает их высокую востребованность. Обойтись без них невозможно. Натуральные материалы не могут обеспечить ряда характеристик, необходимых для соответствия конкретным условиям использования.

В современном строительстве термопластичные полимеры находят самое широкое применение благодаря сочетанию прочности, долговечности и универсальности. В отличие от термореактивной пластмассы, термопласты могут размягчаться при нагревании, а затем отвердевать и восстанавливать исходные свойства при остывании. Эта особенность позволила стать таким материалам, как полиэтилен, ПВХ и полипропилен одними из ключевых в строительстве.

Основные свойства термопластичных полимеров

Среди ключевых свойств, благодаря которым данные полимеры нашли широкое применение в строительстве, можно выделить:

• Разнообразие форм изделий. За счет различных методов переработки расплава (экструзия, литье, формовка) обеспечивается возможность изготовления приспособлений и строительных материалов практически любых форм и конфигураций.
• Прочность и долговечность. Полимеры отличаются хорошей устойчивостью ко всем внешним факторам воздействия, долго сохраняют свои механические и физико-химические свойства.
• Устойчивость к воздействию влаги, а также многих агрессивных сред. Материалы могут применяться в непрерывном контакте с водой без риска их деформаций или повреждения.
• Хорошие изоляционные свойства. Материалы данного семейства обладают отличными барьерными свойствами и долго сохраняют их.
• Малый вес. По сравнению с традиционными строительными материалами (дерево, металл, камень) данные вещества имеют намного меньший вес, и значительно более выгодное соотношение веса и прочности.

Области применения термопластичных полимеров в строительстве

Применение полимеров в строительстве можно условно охарактеризовать следующими векторами:

• Инженерные сети. Полимеры трубных марок широко применяют для изготовления коммуникаций под водоснабжение, канализацию, отопление.
• Непосредственно строительные материалы. Термопласты применяются для изготовления декоративных изделий, а также блоков и плит, используемых непосредственно в конструкциях. Наиболее распространенный вариант применения – оконные рамы из ПВХ, которые де-факто стали промышленным стандартом остекления в РФ, доминируя на рынке.
• Изоляция. Термопласты широко применяются для изоляции тепла, звука, электроэнергии, пара, воды. Особенно эффективны вспененные термопласты, которые за счет внедрения в структуру материала пор обеспечивают улучшенные барьерные свойства.
• Крепежные изделия. Пластиковые дюбеля – наиболее распространенное в современных условиях крепежное решение. За счет простой и прочной конструкции они надежно закрепляются в различных материалах и позволяют надежно произвести монтаж.
• Вспомогательные функции при организации строительного процесса. К примеру, термопласты широко применяются для изготовления пленок, используемых в ходе строительных работ, а также для изготовления мелких вспомогательных изделий и приспособлений.

Сфера применения термопластов непрерывно расширяется, так как производители строительных материалов и сопутствующих товаров постоянно внедряют различные новинки.

В настоящее время в строительстве широко применяются различные виды полимеров. Современные синтетические материалы с успехом используются при конструировании и отделке зданий и сооружений наряду с металлом, бетоном, древесиной, стеклом. В некоторых случаях полимеры выступают в качестве аналогов традиционных стройматериалов, но иногда уникальные свойства синтетических композитов делают их незаменимыми.

К полимерам относятся различные пластики АБС, ПВХ, поликарбонат, полиэтилен, полистирол, фторопласт, искусственный каучук, композитные составы с армирующими элементами из углеволокна, стекловолокна, стеклохолста, металла и так далее. В отличие от традиционных строительных материалов, нужные технические характеристики полимеров задаются при их производстве. В зависимости от конкретных требований синтетические материалы могут обладать различной прочностью, гибкостью, цветом, степенью прозрачности, стойкостью к температурным воздействиям.

Сферы применения полимеров в строительстве

Направления применения полимеров в строительстве чрезвычайно разнообразны. Часто один и тот же материал может использоваться в различных областях, например – в качестве звуко- и теплоизоляции, конструкционных и декоративно-отделочных элементов. Основные направления применения полимеров в строительстве следующие:

• несущие и ограждающие конструкции;
• теплоизоляция;
• гидроизоляция;
• полы и напольные покрытия;
• инженерные коммуникации;
• клеи, пены;
• модифицирующие добавки.

Несущие и ограждающие конструкции

В современных несущих и ограждающих конструкциях широко применяются полимеры, обладающие высокой прочностью, пластичностью и низкой теплопроводностью. Основными направлениями использования полимеров являются: конструкции из полимербетона, композитные стойки, балки и арматура, многокамерные рамы для стеклопакетов, остекление из монолитного и сотового поликарбоната, светопрозрачное покрытие для теплиц, оранжерей и так далее.

Полимербетон. В настоящее время насчитывается около 30 видов полимерного бетона, обладающего различными свойствами. В зависимости от конкретных условий эксплуатации для изготовления полимербетона могут использоваться эпоксидные, фурановые, полиэфирные и другие виды искусственных смол. В сравнении с традиционным бетоном, полимербетон обладает более высокими эксплуатационными качествами и успешно противостоит воздействию агрессивных сред.

Например, раствор, изготовленный на основе полиэфирных и эпоксидных смол, отличается прочностными характеристиками. Применение в качестве заполнителя кварцевого песка, базальта, гранита придают смеси кислотостойкие свойства. Определенные виды связующих позволяют значительно увеличить срок службы бетона, повысить стойкость к различным излучениям, понизить хрупкость. Прочность полимербетона на сжатие может достигать 120 МПа, морозостойкость – до 300 циклов.

Основные области применения полимербетона в строительстве – фундаменты в грунтах с агрессивными водами, ремонт и восстановление железобетонных конструкций, трубы канализационных коллекторов, полы в промышленных зданиях, обладающие повышенными требованиями к износостойкости, маслостойкости, бензостойкости, электропроводности, электростатике и т.д.

Стеклопластик представляет собой композитный материал, состоящий из нескольких слоев пластика, армированных стекловолокном или стеклохолстом. Благодаря своей легкости (плотность материала не превышает 2 г/см3), прочности (до 1000 МПа на растяжение) и стойкости к механическим и химическим воздействиям, стеклопластик успешно применяется в качестве альтернативы стали в несущих конструкциях, емкостных сооружениях, трубопроводах. Светопрозрачные виды стеклопластика используются для вертикального и горизонтального остекления (кровли, балконы, лоджии).

Стеклопластик не подвержен разрушению в условиях температурных колебаний и солнечной радиации, обладает коррозионной стойкостью и не является средой для роста микроорганизмов. Благодаря этому, материал может успешно эксплуатироваться на открытом воздухе и в помещениях с наличием мокрых процессов. Вибрационная стойкость, ремонтопригодность и диэлектрические свойства обуславливают широкие возможности стеклопластика для применения в производственных зданиях и сооружениях.

Поликарбонат сотового и монолитного типов – один из самых популярных и востребованных полимерных материалов для остекления. Высокая степень прозрачности, прочность, экологическая и санитарно-гигиеническая безопасность, низкая травмоопасность позволяют с успехом применять поликарбонат в жилых, офисных и производственных зданиях, теплицах и оранжереях, спортивных сооружениях.

Прочность монолитного поликарбоната на порядок превосходит прочность обычного стекла. При этом он легок и удобен в обработке. Из монолитного поликарбоната изготавливают современное ударопрочное антивандальное остекление, прозрачные полы и стены. Профилированный монолитный поликарбонат применяется для устройства прозрачной кровли и навесов.

Прочность поликарбоната сотового типа немного ниже, чем у монолитного, но, при этом, стоимость материала также не высока. Дополнительные преимущества сотового поликарбоната – низкая теплопроводность, шумопоглощение. Материал широко применяется для устройства сплошного остекления оранжерей и теплиц, кровель спортивных сооружений, звукопоглощающих конструкций и ограждений.

Теплоизоляция

Теплоизоляционные материалы, в том числе, полимерные, занимают огромную нишу на современном строительном рынке. К наиболее востребованным синтетическим утеплителям относятся:

• пенополистирол (пенопласт). В строительстве используется разновидность ПСС с антипиреном, понижающим горючесть;
• экструдированный пенополистирол, в отличие от обычного пенопласта обладает высокой прочностью, долговечностью и более низкой степенью водопоглощения,
• жесткий пенополиуретан, обладая закрытой пористой структурой, одновременно может использоваться и как гидроизоляция;
• пенополиуретан напыляемого типа удобен для теплоизоляции конструкций в труднодоступных местах.

Синтетические теплоизоляционные материалы, в сравнении с минеральными, имеют меньший удельный вес, лучше противостоят воздействию влаги и хуже проводят тепло. Их общий недостаток – горючесть. Вследствие этого полимерная теплоизоляция не используется при устройстве вентилируемых фасадов. Для соблюдения противопожарных требований наружные стеновые ограждения, утепленные при помощи горючих материалов, должны быть оштукатурены специальными растворами.

Гидроизоляция

Полимерные материалы обладают отличными гидроизоляционными свойствами, в связи с чем входят в состав различных водозащитных систем, в том числе, окрасочного, обмазочного, оклеечного, штукатурного и проникающего типов. Наиболее известными видами полимерной гидроизоляции являются:

• битумнополимерные составы для обмазки горизонтальных и вертикальных бетонных поверхностей, в том числе – заглубленных. Материал отлично защищает бетон от воздействия агрессивных подземных вод;
• полимерные мембраны ПВХ, ТПО – современное техническое решение для гидроизоляции кровельных конструкций. Удобны, надежны, пригодны к ремонту. Армированные мембраны могут применяться как в качестве покрывного слоя кровельного пирога, так и в качестве нижнего слоя инверсионных кровель;
• штукатурные гидроизоляционные составы, самым распространенным из которых является полимерный торкретбетон, являются надежной защитой для заглубленных железобетонных конструкций. Вследствие того, что материал наносится механическим способом, штукатурное покрытие отличается высоким качеством и скоростью нанесения;
• проникающие составы – современный и прогрессивный способ гидроизоляционной защиты железобетонных конструкций. Одновременно состав увеличивает прочностные характеристики существующих сооружений из бетона.

Полимерные полы

Полимерные полы, называемые также наливными, позволяют создать идеально ровное покрытие на черновых конструкциях из бетона, древесины, металла. Образуемая в результате отверждения поверхность полимеров, не нуждается ни в какой дополнительной отделке. Наибольшее распространение наливные полы получили в производственных зданиях, торговых центрах, складских помещениях, медицинских и образовательных учреждениях.

Преимуществами наливных полов являются: высокая прочность, эстетические качества, износостойкость, герметичность, отсутствие пыления, химическая и биологическая инертность, искробезопасность. Срок службы материала в условиях интенсивной производственной эксплуатации составляет не менее 10 лет.

Наиболее распространены следующие виды полов из полимерных материалов:

• полиуретановые. Отличаются устойчивостью к износу, динамическим и вибрационным нагрузкам. Используются в складских помещениях с работающими погрузчиками;
• эпоксидные. Хорошо воспринимают ударные и механические нагрузки. Подходят для производственных помещений с мокрыми процессами и возможностью разлива химически агрессивных веществ;
• полиметилметакрилатные. Монтаж таких полов может производиться при отрицательных температурах. Раствор быстро затвердевает и набирает эксплуатационную прочность.

Пол своему составу полимерные полы могут быть однокомпонентными и двухкомпонентными, а также иметь различные добавки, усиливающие те или иные свойства.

Инженерные коммуникации

Одно из самых обширных направлений использования полимерных материалов – инженерно-техническое оборудование зданий. Современные пластиковые и металлопластиковые трубопроводы отличаются надежностью, долговечностью, удобством монтажа, прочностью, ремонтопригодностью, стойкостью к механическим и химическим воздействиям. Полимеры используются во всех видах инженерных коммуникаций: водоснабжение, канализация, теплоснабжение, отопление, воздуховоды, гофры для силовых и слаботочных электрических сетей.

Наряду с «чистыми» полимерами (ПВХ, полиэтилен, полистирол и т.д.) для производства трубопроводов повышенной прочности используются композиционные материалы. Стеклопластик, сопоставимый по прочности со сталью, в 4 раза ее легче, не подвержен коррозии, не зарастает, стоит дешевле. Из него изготавливают коллекторы больших диаметров, прокладываемые под автодорогами с большой интенсивностью движения.

Полимерные клеевые составы и пены

Клеевые составы на базе полимерных соединений отличаются высокими адгезионными свойствами, водостойкостью. Используются для склеивания различных элементов из пластмасс, древесины, металла, бетона, стекла, керамики и других искусственных и природных материалов. Зачастую прочность соединения превышает прочность самих склеиваемых деталей.

Основные области применения полимерных клеевых составов – ремонт бетона и производство клееных деревянных конструкций. В связи с популярностью последних в состав клея вводятся добавки снижающие (и даже полностью исключающие) вероятность возгорания древесины. Популярностью пользуются также полимерные химические анкеры, для фиксации тяжеловесных металлических деталей в вертикальных и горизонтальных конструкциях из бетона и в кирпичной кладке.

Монтажные пены на основе пропан-бутановой и полиуретановой смесей – современное и технологичное решение для герметизации стыков строительных конструкций, удаления мостиков холода, гидроизоляции труднодоступных мест. Различают составы, увеличивающиеся в размерах в процессе отверждения и сохраняющие стабильность. Имеются более дорогие варианты для использования в условиях отрицательных температур и высокой влажности. К специальным видам пен относятся огнестойкие составы, служащие для герметизации проходок инженерных коммуникаций в ограждающих конструкциях с нормируемым пределом огнестойкости.

Модифицирующие добавки

Полимерные добавки способны значительно повысить эксплуатационные свойства традиционных строительных материалов, таких как бетон и древесина. В том числе, модифицирующие вещества усиливают:

• прочностные характеристики материалов;
• эластичность;
• износостойкость;
• водонепроницаемость;
• сопротивляемость химическим и биологическим видам угроз;
• адгезионные качества поверхности;
• срок службы.

Например, прочность на сжатие и растяжение бетона с добавками из эпоксидных и полиэфирных смол, может увеличиваться в 10 раз, а его морозостойкость может доходить до 300 циклов. Бетон, армированный полимерной фиброй, отличается повышенной устойчивостью к различным видам деформаций, трещинообразованию, механическим и ударным воздействиям. Вследствие этого применяется при устройстве автодорог и полов в производственных зданиях с наличием интенсивных динамических и вибрационных нагрузок. Противоморозные добавки в бетон позволяют производить заливку монолитных конструкций при температуре до -5°С.

Модифицирующая обработка низкосортной древесины (береза, ольха, осина и др.) позволяет придать ей прочностные характеристики и долговечность таких пород, как дуб, ясень, бук. Пропитка структуры дерева фенолоформальдегидными, фурановыми и полиэфирными смолами увеличивает прочность на сжатие в 2-3 раза, прочность на изгиб поперек волокон – в 3-4 раза. Снижение показателя водопоглощения достигает двух крат и более. Конструкции из модифицированной древесины не подвержены порче насекомыми, грибком и плесенью.