Синтетические материалы, отличающиеся высокой химической стойкостью, все более широко применяются в строительстве для защиты зданий и сооружений от коррозии.Они обладают многими достоинствами, к которым помимо высокой химической стойкости относятся малая объемная масса, высокие прочностные показатели, низкая истираемость, хорошее сцепление с различными основаниями и большая плотность. Недостатками синтетических материалов с точки зрения антикоррозионной защиты являются ограниченная устойчивость к воздействию высоких температур (около 50 90` С для термопластичных материалов и около 150` С для термореактивных), значительное снижение химической стойкости по мере роста температуры агрессивной среды, горючесть, большая усадка, значительный коэффициент линейного расширения, подверженность старению в условиях длительной эксплуатации. Наличие большого количества самых разнообразных синтетических материалов, выпускаемых промышленностью, а также возможность их модификации облегчает выбор защиты. Классификация. Синтетические материалы можно классифицировать в соответствии с разными признаками, а именно: по методу получения, физическим и химическим свойствам и т. д. Синтетические материалы по свойствам делятся на две группы: термопластичные и термореактивные. Термопластичные пластмассы полимеры, которые, несмотря на нагревание, сохраняют линейное строение и обладают способностью повторного размягчения при нагревании и твердении после охлаждения (рис. 5.4, а, б). Они отличаются хорошей растворимостью в органических растворителях и низкой термостойкостью; могут подвергаться многократному формованию (методом прессования, штамповки и т. д.), не утрачивая пластичности при повторном нагревании. Представителями этой группы соединений являются по-ливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, поликарбонаты. Термореактивные пластмассы это высокомолекулярные соединения, в которых под влиянием нагревания или добавления соответствующих катализаторов происходит необратимый процесс образования сетевой структуры (рис. 5.4, в). У поливинилхлорида, отличающегося от полиэтилена содержанием хлора, плотность значительно больше и составляет для непластифицированного материала 1,35 1,45 г/см». На величину плотности влияет также упорядоченность структуры. Чем больше данный полимер содержит кристаллической фазы, тем выше его плотность. Так, например, политетрафторэтилен (тефлон) имеет плотность (2,2 г/см3) благодаря наличию атомов фтора и значительному содержанию кристаллической фазы. Введение наполнителей существенно изменяет плотность. Плотность фенопластов (1,3 г/см3) после введения кремнеземных или асбестовых наполнителей возрастает до 2 г/см3. Твердость синтетических материалов зависит, прежде всего, от их структуры и увеличивается по мере повышения степени кристаллизации. Повышение температуры приводит к уменьшению твердости термопластичных материалов. Наполнители, особенно минеральные, повышают твердость, а добавление пластификаторов приводит к ее снижению. Некоторые агрессивные среды, например растворители, также способствуют значительному уменьшению твердости. Сопротивление истиранию синтетических материалов в среднем является достаточно высоким. Основные антикоррозионные материалы, такие, как поливинил-хлорид, полиэтилен, фенопласты, полиэфирные, эпоксидные или полиуретановые пластмассы, отличаются незначительной истираемостью. Наибольшее сопротивление истиранию имеет тефлон. Усадка синтетических материалов, вызванная главным образом уменьшением объема в результате отверждения, в среднем довольно значительная. Неучет этого часто является причиной больших повреждений облицовки и других антикоррозионных защит. Усадка может быть вызвана миграцией добавок, содержащихся в материалах, например пластификаторе, или испарением влаги. Уменьшить усадку можно путем введения наполнителя, причем наилучшие результаты достигаются при тщательном подборе его гранулометрического состава, обеспечивающего максимальную плотность структуры. Положительное влияние оказывает также использование армирования, например матов или тканей из стекловолокна, а также из синтетических волокон, которые в настоящее время получают все более широкое распространение. Адгезия синтетических материалов к различным основаниям в среднем очень высокая. Это позволяет использовать их в качестве химически стойких покрытий и клеев для антикоррозионных облицовок. Особенно высокой адгезией с металлами, бетоном, керамикой и деревом отличаются эпоксидные материалы. Их сцепление со сталью достигает около 100 кгс/см2, а с бетоном часто превышает его прочность. 'Механические свойства синтетических материалов зависят от многих факторов. Термореактивные пластмассы в среднем превосходят по механическим свойствам термопластичные материалы, особенно содержащие пластификаторы. В отличие от других материалов пластмассы обнаруживают четкую зависимость механических свойств от внешних условий, таких, как температура, влажность, ультрафиолетовое излучение, что необходимо учитывать при применении этих материалов. Для синтетических материалов характерно снижение прочности и ухудшение других механических свойств при резком изменении сечения, образовании трещин и т. п. Прочность синтетических материалов колеблется в очень широких пределах. Прочность на сжатие составляет от 100 до 2500 кгс/см2, прочность на изгиб от 300 до 1500 кгс/см2, а прочность на растяжение от 100 до 800 кгс/см2. Особенно высоких значений достигает прочность материалов, армированных стекловолокном (до 3500 кгс/см2, а иногда и выше). Указанные выше значения относятся к временной прочности, длительная прочность (определяемая после продолжительного воздействия нагрузки) значительно ниже. Поэтому следует иметь в виду, что допустимая нагрузка для синтетических материалов при ее длительном воздействии не должна превышать 10 20% временной прочности. Отрицательное воздействие на синтетические материалы оказывают знакопеременные напряжения. Усталостная прочность пластмасс составляет около 25% временной прочности. На прочность синтетических материалов, особенно термопластичных, влияет и температура. Имеет значение также влажность воздуха, которая может быть причиной временных изменений прочности, достигающих иногда 30 и даже 40%. Ползучесть является большим недостатком многих синтетических материалов, ограничивающим их применение в качестве конструктивных материалов. Она проявляется в виде остаточных деформаций под влиянием незначительных нагрузок и даже собственного веса. Ударная прочность для твердых материалов составляет от 20 до 100 кгс/см2. Существует зависимость этой характеристики от температуры, причем как ее повышение, так и понижение оказывает отрицательное влияние на ударную прочность. Наличие даже мельчайших трещин также снижает ударную прочность синтетических материалов. Температурные деформации синтетических материалов значительно больше, чем у других строительных материалов (бетона, керамики, дерева и т.д.). Величина коэффициента линейного расширения термореактивных пластмасс достигает 10-10~5/сС, а термопластичных 25-lCh5/0C, тогда как для бетона, равно как и для стали, она составляет около 1,2-10~5/`С. Тепловое расширение материалов следует принимать во внимание не только при строительстве трубопроводов и других сооружений из пластических масс, для которых должна быть обеспечена возможность свободного увеличения размеров, но и при выполнении антикоррозионных покрытий и облицовок, так как различия в тепловом расширении основания и защитного слоя являются одной из наиболее частых причин отслоения и повреждения последнего. Для материалов с неорганическими наполнителями, особенно для слоистых пластиков, коэффициент теплового расширения по величине значительно ближе к традиционным материалам. Он колеблется в пределах от 2 -10~5 до 3-10-5/`С. В случае эпоксидных слоистых пластиков можно добиться еще более низких значений около 1.2-10-5/`С Теплопроводность синтетических материалов достаточно мала и составляет в среднем 0,15 1 ккал/(м-ч-сС). Термостойкость синтетических материалов в значительной степени ограничивает возможность широкого применения пластических масс. Термопластичные материалы, за редким исключением, можно использовать главным образом в средах с температурой ниже 100` С; часто их устойчивость к длительному воздействию тепла не превышает 50 60` С. Термостойкость термореактивных материалов достигает 150 200` С. Введение неорганических наполнителей способствует повышению термостойкости. Наибольшей термостойкостью (до 300` С) отличаются политетрафторэтилен и силиконовые материалы. Многие синтетические материалы обладают также ограниченной устойчивостью к воздействию низких температур. Это относится главным образом к термопластичным материалам, например к поливинилхлориду. Жесткие материалы становятся хрупкими, легко трескаются даже при действии небольших нагрузок. С этой особенностью пластмасс следует считаться при их использовании в атмосферных условиях. Горючесть синтетических материалов зависит от их химического состава. Полимеры, в состав которых входят атомы кремния или галогенов, относятся к трудносгораемым самозатухающим, тогда как, например, нитратные группы увеличивают сгораемость. Как органические соединения синтетические материалы при повышении температуры первоначально (часто уже выше 100` С) подвергаются химической деструкции, заключающейся в разрыве химических связей молекулярной цепи полимера. При температуре выше 300` С происходит пиролиз, или химический распад и сгорание летучих продуктов, а выше 500` С сгорание остальных частей. К легкосгораемым относятся, например, такие важные антикоррозионные материалы, как эпок-сиды, полиизобутилен, полиуретаны. Трудносгораемыми материалами являются модифицированные полиэфиры, поливинилхлорид, силиконы. Последние обнаруживают наибольшую огнестойкость. Повышение огнестойкости синтетических материалов является проблемой первостепенного значения. Она решается путем введения добавок в виде окисей сурьмы, эфиров фосфорной кислоты, хлоропарафина. Неорганические наполнители тоже оказывают положительное влияние, снижая сгораемость синтетических материалов. Из некоторых синтетических материалов под действием огня могут выделяться отравляющие газы (например, хлористый водород из поливинилхлорида или цианистый водород из полиуретанов), что значительно затрудняет спасательные работы во время пожара. Диэлектрические свойства. Синтетические материалы в основном являются диэлектриками. Так называемая диэлектрическая прочность составляет у них от нескольких В до нескольких десятков кВ/мм. Поверхностное сопротивление составляет 1010 1014 ОмX Хсм, а сквозное 107 1018 Ом-см. Диэлектрическая постоянная неполярных полимеров значительно меньше, чем полярных. Так, например, для неполярного полиэтилена она составляет около 2, а для поливинилхлори-да, который является полимером полярного характера, около 14. Электрические свойства материалов имеют особенно важное значение для элементов зданий или сооружений, от которых помимо большой химической стойкости требуется еще и отсутствие искрообразования. Химические свойства. Химическая стойкость синтетических материалов является одним из их основных достоинств. В этом отношении они значительно превосходят традиционные строительные материалы, такие, как бетон, сталь, дерево и т. д. Долговечность синтетических материалов в агрессивных средах зависит от химического строения и степени кристалличности. Рост макромолекул и повышение упорядоченности их пространственной структуры существенно влияет на увеличение химической стойкости. Синтетические материалы обнаруживают большую устойчивость к агрессивному воздействию таких газов, как окись серы, хлор и др. Они не подвергаются влиянию многих кислот. Для полимеров опасными являются окисляющие кислоты (например, азотная, хромовая, концентрированная серная). К их воздействию устойчивы немногие материалы, особенно если кислоты большой концентрации и имеют повышенную температуру. В этих условиях долговечными являются фторопласты, которые не подвержены влиянию даже таких сред, как «царская водка». Высокой химической стойкостью отличается политетрафторэтилен (тефлон). Этот наиболее химически стойкий полимер подвергается воздействию лишь фтороводорода и расплавленных щелочей. К воздействию окисляющих сред стоек также хлорсульфиро-ванный полиэтилен. Щелочные среды обычно более опасны для синтетических материалов, чем кислые. Многие полимеры подвержены их деструктивному воздействию. К этой группе полимеров относятся фенопласты, полиэфир, силиконы и т. п. Полимеры наиболее чувствительны к воздействию органических растворителей. Растворимость полимеров уменьшается с ростом величины макромолекул. К. материалам, не подверженным воздействию органических растворителей, относится, например, бакелит, который отличается очень плотной сетевой структурой. Большинство полимеров (за исключением поливинилового спирта) нерастворимы в воде. Однако многие из них поглощают воду, в результате чего происходит набухание, которое приводит к неблагоприятным изменениям технических свойств материалов. Повышение температуры, как правило, приводит к уменьшению химической стойкости, причем наиболее отчетливо это проявляется у термопластичных материалов. Так, например, пленка из пластифицированного поливинилхлорида сохраняет присущую ей химическую стойкость в средах с температурой до 40` С, а в некоторых случаях только до 30` С. При более высокой температуре стойкость пленки снижается. Антикоррозионные свойства синтетических материалов зависят также от влияния напряжений. Материалы, подвергающиеся постоянным или изменяющимся напряжениям, обнаруживают гораздо более низкую химическую стойкость, чем материалы, не испытывающие нагрузок. При использовании синтетических материалов в качестве антикоррозионной защиты, следовательно, необходимо учитывать не только характер среды, но ее температуру, продолжительность воздействия агрессивных агентов, напряжения, которые могут возникнуть в материале, и т.д. В табл. 5.15 приведена стойкость синтетических материалов, используемых для защиты от агрессивных сред. Как уже подчеркивалось выше, изложенные сведения можно использовать лишь для предварительного отбора материалов, тогда как окончательный выбор защитного покрытия для конкретных условий требует более тщательного анализа, а часто и проведения дополнительных испытаний. Устойчивость к старению. Синтетические материалы обнаруживают в среднем значительно большую склонность к старению, чем неорганические строительные материалы. Признаком старения является ухудшение (с течением времени) ценных технический свойств материалов под влиянием внешних факторов. Эти факторы могут носить физический, химический или биологический характер. Причиной деструкции полимеров могут быть: тепло, свет, влага, ионизирующее излучение, механические и химические (главным образом окисление и гидролиз) воздействия, а также микро- и макроорганизмы [19, 24, 31]. В результате процессов старения уменьшается молекулярная масса полимеров, происходит потеря упругости, материалы становятся хрупкими, легко трескаются, ухудшаются их механические и электричес
Синтетические материалы
Методы, инструменты, технологии
Синтетические материалы. Антикоррозионная защита зданий
.jpg)
