Будівельні матеріали та їх поведінка при дії високих температур

Достатньо поширеними герметиками є силіконовий (кислотний, нейтральний), акриловий, поліуретановий, бітумний, каучуковий, полісульфідний, полібутановий. Кислотний і нейтральний силіконові герметики є діелектриками, що відрізняються від інших термостабільністю, високою адгезією та підвищеною хімічною стійкістю.

Кислотні силіконові герметики поділяють на універсальні та санітарні. Вони протягом тривалого часу зберігають еластичність, мають високу волого - і атмосферостійкість, витримують коливання температур від -60°С до +200°С, практично не мають усадки, стійки до дії ультрафіолетових променів. Герметики мають густину 1,033 г/см³, а їхня розтяжність (при розриванні) становить 600%. Такі герметики мають високу адгезію до скла, керамічної плитки, емалі, деревини, фарбованих поверхонь. Санітарний герметик містить у своєму складі антисептик, і тому його доцільно використовувати у кухнях, сантехнічних приміщеннях, пральнях, складських приміщеннях.

Нейтральний силіконовий герметик має високу адгезію до непористих поверхонь, є безусадочним і його можна використовувати в будь-яких приміщеннях і на будь-яких поверхнях, крім мармуру. Він має густину 1,00 г/см³, розтяжність при розриві - 350%, інтервал робочих температур - від -40°С до +180°С, стійкий до дії ультрафіолетових променів. Такий герметик найчастіше застосовують при виготовленні склопакетів, для ремонту термошвів.

Акриловий герметик має густину 1,55 г/см³, здатен надійно працювати в інтервалі температур від -20°С до +75°С, добре піддається фарбуванню, має високу адгезію до різних будівельних матеріалів. Але йому властиві деякі недоліки, що обмежують галузі застосування. До них належать низька водостійкість, усадка від 1 до 15%, низька стійкість до дії ультрафіолетових променів. Тому його застосовують тільки для внутрішніх робіт.

Поліуретановий герметик характеризується високою міцністю, зносостійкістю, стійкістю до дії кислот, мастил, бензину, має високу адгезію до скла, металів, кераміки. Застосовують його у шляхобудуванні, для ущільнення стиків конструкцій підземних переходів, тунелів.

Бітумний герметик дуже еластичний, має високу водостійкість і водонепроникність та адгезію до бітумних матеріалів, бетону, каменю, деревини, металів, скла. Застосовується для потреб дорожнього будівництва, герметизації щілин і швів покрівлі.

Каучуковий герметик має високу еластичність, стійкий до розтягувальних напружень, дії ультрафіолетових променів та інших атмосферних факторів, в тому числі і коливань температури від -25°С до +100°С. Після затвердіння його можна фарбувати. Крім того, такий герметик має високу адгезію до бетону, скла, кераміки, природного каменю, деревини. Тому його достатньо широко застосовують у будівництві крім випадків, коли з'єднані елементи знаходяться під постійним тиском води.

Теплоізоляційні матеріали. Полімерні теплоізоляційні матеріали класифікують за структурою, формою, видом основної сировини, середньою густиною, теплопровідністю та стискуваністю (ГОСТ 16381).

Полімерні матеріали, що мають ніздрювату структуру, яка може бути представлена системою ізольованих пор, називають пінопластами, сполучених пор - поропластами, а регулярно повторюваних порожнин - сотопластами. Такий поділ пористих пластмас є умовним, оскільки зазвичай не вдається одержати матеріали з одним типом пор.

Промисловість випускає різноманітні за формою теплоізоляційні матеріали: рулонні, штучні, сипкі та шнурові.

Полімерні теплоізоляційні матеріали поділяють також за жорсткістю (за стискуваністю під навантаженням 0,002 МПа) на м'які (понад 30%), напівжорсткі (6...30%) і жорсткі (до 6%).

Для будівельної теплоізоляції застосовують жорсткі пластмаси, які мають границю міцності при 50% деформації понад 0,15 МПа. їх одержують з термопластичних та термореактивних полімерів хімічними та фізичними способами (ДСТУ Б В.2.7-8-94).

До жорстких пластмас можна віднести теплоізоляційні плити, прикладом яких є плити «Піноплекс» довжиною від 1200 до 4500 мм та шириною 600 мм, виготовлені методом екструзії з пінополістиролу. Залежно від середньої густини, яка змінюється від 30 до 50 кг/м³, матеріал має міцність при стиску 0,25...0,5 МПа, водопоглинання 0,4...0,1%, коефіцієнт теплопровідності 0,028...0,03 Вт/(мК), діапазон робочих температур -50...+75°С. Застосовують плити «Піноплекс» для теплоізоляції підлог, стін громадських, житлових і промислових будівель.

За хімічним способом поризації структура ніздрюватого матеріалу утворюється при термічному розкладанні газоутворювачів або взаємодії компонентів композиції, при фізичному - внаслідок інтенсивного розширення розчинних газів із зниженням тиску чи підвищенням температури, а також їхнього механічного диспергування.

Без спінювання одержують сотопласти. їх виготовляють, склеюючи в блоки гофровані аркуші паперу чи шматки тканини, просочені полімером.

Густина ніздрюватих пластмас залежить від виду полімеру та вмісту газоутворювача. Середня густина теплоізоляційних пластмас становить 10...200 кг/м³. Теплопровідність пластмас, застосовуваних для теплоізоляції, нижча, ніж теплопровідність інших неорганічних та органічних теплоізоляційних матеріалів. Вона становить 0,026...0,045 Вт/(мК). При однаковій структурі матеріалу теплопровідність певною мірою залежить від величини пор.

Особливістю теплоізоляційних полімерних матеріалів є обмежена температуростійкість (60...70°С), яку потрібно враховувати при визначенні можливості їх застосування.

Полімерні вироби загальнотехнічного призначення. Труби з полімерних матеріалів мають ряд переваг порівняно з металевими: вони легші, стійкі до дії кислот та лугів, не піддаються електрохімічній корозії, гнучкі, мають менший опір руху рідин, низьку теплопровідність, прості щодо монтажу. Істотним недоліком полімерних труб є низька теплостійкість (60...70°С) і значне лінійне розширення.

Основні види полімерних труб, застосовуваних у будівництві: поліетиленові, поліпропіленові, полівінілхлоридні, з органічного скла та склопластикові (ГОСТ 28117; ГОСТ 29324; ГОСТ 29325; ГОСТ 19034; ГОСТ 18599).

Полімерні труби формують переважно способом екструзії чи відцентровим литтям. Діаметри полімерних труб: поліетиленових - 10...1200, поліпропіленових 50...80, полівінілхлоридних - 10...400, склопластикових - 30...300 мм. Поліетиленові та поліпропіленові труби з'єднують у трубопроводи контактним зварюванням, а полівінілхлоридні та склопластикові - склеюють.

Полімерні труби застосовують для влаштування систем водопостачання та каналізації, вентиляції, внутрішніх комунікацій хімічних та харчових виробництв, іригаційних трубопроводів та газопроводів.

Склопластикові труби застосовують у нафтовій, хімічній та гірничовидобувній промисловості.

Полімерні матеріали використовують також для виготовлення великогабаритних виробів (ванни, раковини тощо), які пресують з армованих термореактивних полімерів або виготовляють методом вакуумного формування з термопластичних полімерів. Ці вироби мають значно меншу масу, ніж металеві чи керамічні, високі експлуатаційні та естетичні властивості.

Полімерні клеї. Застосовування синтетичних клеїв у будівництві є вигідним з багатьох точок зору, при цьому не лише знижується витрата традиційних матеріалів та затрати на будівництво, а й підвищуються техніко-економічні показники споруд.

Синтетичні клеї (ГОСТ 28780; ГОСТ 4.228) -- це розчини, розплави чи дисперсії полімерів, а також оліго- та мономерів, здатних прилипати до поверхонь різних матеріалів і при твердінні з'єднувати ці матеріали.

Розрізняють клеї термопластичні і термореактивні, а також холодного і гарячого тверднення. Механізм тверднення може бути пов'язаний з охолодженням розплаву, випаровуванням розчинника, реакціями поліконденсації олігомерів та полімеризації мономерів.

На основі термопластичних полімерів виготовляють полівінілацетатні, перхлорвінілові, поліамідні, поліакрилові, каучукові клеї (ДСТУ Б В.2.7-103-2000; ГОСТ 12172; ГОСТ 22345; ГОСТ 24064). їх використовують для кріплення опоряджувальних матеріалів, вбудованих меблів, склеювання піно- та поропластів.

Для силового склеювання (міцність при рівномірному відриванні понад 0,7 МПа) використовують клеї на основі термореактивних полімерів: епоксидних, фенолформальдегідних, карбамідних, поліефірних та поліуретанових. Ці клеї відрізняються високою адгезією, водостійкістю, стійкістю до вібраційних навантажень та теплостійкістю.

Недоліками деяких полімерних клеїв є висока токсичність у період виготовлення та склеювання (епоксидні клеї), а також під час експлуатації (фенолформальдегідні клеї).

Клеї на основі термореактивних полімерів застосовують при склеюванні алюмінію, сталі та інших металів, кераміки, скла, бетону, деревини.

Оцінка довговічності. Проблеми екології виробництва та застосування полімерних матеріалів.

Широке застосування полімерних матеріалів у будівництві передбачає підвищені вимоги до довговічності їх та надійності при експлуатації.

Однією з найважливіших властивостей полімерних матеріалів є висока корозійна стійкість. Однак і полімерні матеріали не є універсальними. Ступінь їх корозійної стійкості залежить від властивостей, виду, хімічного складу агресивного середовища та умов його впливу.

Вплив агресивного середовища на полімерні матеріали може проявлятися у зміні їхньої структури та властивостей. При цьому матеріал в середині може руйнуватися, але зовні лишатися неушкодженим.

Корозія полімерів - результат подолання сил взаємодії між їх атомами чи молекулами, але може виникати також під впливом різних окислювальних агентів, термічного, радіаційного, механічного впливу та інших енергетичних факторів, а також при хімічній взаємодії з різними агресивними середовищами. При цьому в полімерах протікають різноманітні деструктивні процеси.

Окислювальна деструкція полімерів виникає під впливом кисню повітря чи озону. Крім того, у реальних умовах зберігання чи використання матеріалів на полімер впливають сонячні промені, волога, тепло. Зміни, які виникають під їхнім впливом, обумовлюють старіння матеріалів.

На початковій стадії окислювальної деструкції полімеру починається приєднання кисню до деяких ланок макромолекул. Швидкість цієї реакції визначається хімічним складом ланок, швидкістю дифузії кисню у товщу полімеру та співвідношенням площі поверхні виробу до його об'єму. Таке приєднання кисню викликає утворення різних функціональних груп, які обумовлюють збільшення полярності полімеру, що призводить до погіршення діелектричності, зменшення пружності та підвищення температури крихкості.

Утворення перекисних чи гідроперекисних груп прискорюється з підвищенням концентрації кисню в полімері та зі збільшенням температури. Опромінення світлом, особливо ультрафіолетовою частиною спектра, активізує цей процес. Такі групи легко розкладаються до вільних радикалів, які ініціюють процес окислення.

Подальші реакції радикалів можуть призвести до зниження молекулярної маси чи зшивання полімеру, що обумовить різку зміну властивостей і призведе до його деструкції.

Термічна деструкція виникає під дією тепла, а іноді при одночасній дії тепла та кисню може утворюватись термоокислювання.

Для протидії полімеру окислювальній чи термічній деструкції у його склад вводять добавки проти старіння (феноли, аміни) чи стабілізатори (солі свинцю, кадмію, барію, кальцію). Стабілізатори чи добавки проти старіння не повинні погіршувати фізико-механічні властивості полімеру, і тому їх вводять у кількості, що не перевищує 2%.

Радіаційна деструкція полімерів проходить під впливом випромінювання «високої енергії» чи «іонізуючого випромінювання» (рентгенівські промені, електрони, протони та ін.). їх дія полягає у збудженні і іонізації окремих ланок макромолекул.

Збудження, тобто переведення електронів на більш високий рівень, а також іонізація, що зв'язана з «вириванням» електронів, надають макромолекулам сталість, полегшуючи деструкцію полімеру. Залежно від типу полімеру і тривалості опромінювання, деструкція супроводжується виділенням низькомолекулярних газоподібних речовин (водню, хлору, азоту, метану).

Механічна деструкція полімерів відбувається під дією механічних навантажень, що перевищують границю міцності матеріалів. Така деструкція в присутності кисню повітря може прискорюватися.

Біологічна деструкція - дія мікроорганізмів, комах на вироби з синтетичних полімерних матеріалів. Мікроорганізми знижують гігієнічність виробів та погіршують їхній зовнішній вигляд. Пігменти мікроорганізмів здатні перефарбовувати полімерні матеріали так, що навіть після видалення плісняви на їхніх поверхнях залишаються плями сірого, зеленого, чорного, фіолетового чи рожевого кольорів.

Пліснява сприяє конденсації водяної пари і погіршує властивості матеріалу. Метаболіти, у тому числі ензими, можуть викликати деструкцію самого полімеру, що проявляється у втраті блиску чи «травленні» поверхні. Деякі види плісняви та бактерій використовують для себе як поживне середовище пластифікатори чи наповнювачі, що входять до складу полімерного матеріалу, і цим прискорюють старіння виробу. Іноді пліснява проростає навіть крізь плівки з полімерних матеріалів.

Більшість природних високомолекулярних сполук чи їхніх похідних - джерело харчування для мікроорганізмів. Навпаки, більшість синтетичних полімерних матеріалів не є поживним середовищем для мікроорганізмів і у присутності їх розмноження останніх пригнічується. Однак присутність у пластмасі наповнювачів, пластифікаторів, стабілізаторів, які є джерелами вуглецю, може спричиняти руйнування виробів, виготовлених навіть з достатньо стійких полімерів.

Хімічна деструкція полімерних матеріалів виникає при хімічній взаємодії їх з навколишнім середовищем.

Хімічні реакції макромолекулярних і органічних низькомолекулярних речовин підпорядковані однаковим закономірностям, але протікають по-різному.

Гетероланцюгові полімери (поліаміди, тіоколи, силоксани, поліефіри та ін.) порівняно легко розпадаються під дією гарячої води, кислот, лугів. Карболанцюгові полімери в цілому значно більш стійкі до агресивних середовищ.

Молекулярна гратка полімеру належить до найменш міцних, а енергія розриву зв'язків атомів у органічних вуглеводневих сполуках значно менша, ніж у молекулах більшості неорганічних речовин, широко застосовуваних у будівництві. Цим і обумовлені невисока робоча температура, при якій можлива експлуатація пластмас, а також їхня схильність до окислювальних процесів, які призводять до зміни як фізико-хімічних, так і технічних показників властивостей полімерних матеріалів.

Особливо швидко ці процеси, які називають старінням, проходять при комбінованому впливі кисню повітря та ультрафіолетового випромінювання, а також при підвищенні температури навколишнього середовища. При цьому реакції можуть розвиватися у двох напрямках: перший з них пов'язаний з деструкцією, під якою розуміють сукупність процесів, які призводять до зменшення довжини молекул полімеру, тобто до їх руйнування; другий напрямок, навпаки, призводить до агрегування молекул чи до об'єднання ланок молекул, що обумовлює зменшення еластичності, підвищення жорсткості полімеру та збільшення не тільки міцності, але і крихкості виробів на його основі.

В матеріалах, що працюють під навантаженням, зазвичай виникає сітка мікротріщин та інших дефектів, які призводять практично до повної втрати структурно-механічних властивостей конструкції або споруди.

Механізм руйнування багатьох полімерів, так само як і процес їх утворення, - ланцюговий. Це дозволяє пропонувати у якості ефективних способів гальмування процесів руйнації обрив ланцюгів, зменшення вірогідності їх зародження.

Практика показує, що велику роль при цьому мають наповнювачі, які перестають бути інертними матеріалами та приймають участь у хімічних процесах.

Деякі з них (наприклад сажа, яку вводять у поліетилен) блокують вільні зв'язки на кінцівках молекул полімеру і знижують таким чином його реакційну спроможність. Інші наповнювачі, не пропускаючи чи відбиваючи сонячні промені, зменшують вірогідність розвитку ланцюгових процесів. Деякі наповнювачі можуть виконувати функції антиокислювачів.

При введенні в полімери тих чи інших наповнювачів зазвичай враховують сукупність властивостей, які вони надають пластмасам. Наприклад, в разі використання різної кількості тонкодисперсних наповнювачів полімерні матеріали набувають більшої твердості та міцності.

З точки зору фізико-хімічних процесів, що обумовлюють такі зміни, розглядають взаємодію зв'язуючої речовини з наповнювачем, яка проходить на межі поділу фаз. При цьому необхідна спорідненість між наповнювачем і зв'язуючим компонентом для отримання міцної та довговічної пластмаси.

Таким чином, пластмаси, у яких зв'язуюча речовина поєднується з наповнювачами - порошкоподібними (тальк, кварцовий пісок), волокнистими (азбест, деревне волокно, костриця льону), застосовують у будівництві не тільки з метою підвищення хімічної стійкості, поліпшення механічних та деформативних показників конструкцій, а і для отримання значного економічного ефекту. Таким шляхом були створені різноманітні композиційні матеріали, в тому числі склопластики, яким притаманні високі показники коефіцієнта конструктивної якості.

Поєднання зв'язуючої речовини з наповнювачем у полімербетонах (пластбетонах) дозволяє знизити усадочні деформації органічного полімеру (що особливо важливо для підлог) і підвищити його міцність; в деревостружкових плитах - об'єднати у єдине природні й штучні органічні сполуки, утилізуючи відходи деревини; в полімерцементних композиціях - підвищити непроникність і еластичність. При цьому оптимальна міцність композита досягається при введенні певної кількості наповнювача, вид якого вибирається з урахуванням сили адгезійного зчеплення між компонентами.

Крім того, волокнисті і частково порошкоподібні наповнювачі здатні запобігати розвитку мікротріщин, які «обриваються» на границі поділу фаз.

За допомогою наповнювача можна надати пластмасам і додаткових спеціальних властивостей, необхідних, наприклад, для комбінованих виробів. Так, полімерні матеріали мають зазвичай відмінний від металів і бетону коефіцієнт термічного розширення. Введення у полімер наповнювача неорганічного походження, наприклад, кварцу, вапняку, цементу, графітового порошку, сприяє зближенню коефіцієнтів термічного розширення полімеру і неорганічної підкладки.

Для будівельних пластмас, які так само, як деякі інші органічні сполуки, експлуатують в умовах прямого впливу на них сонячних променів, особливе значення набувають питання стабільності в часі. У подібних випадках введення одних тільки наповнювачів може бути недостатнім і тоді, крім вибору найбільш стійких, до таких полімерів (полістиролу, поліметилметакрилату) треба ще застосовувати інгібітори - речовини, здатні різко гальмувати ланцюгові процеси.

До ефективних інгібіторів відносять деревносмоляні антиокислювачі, збагачені фенолами, а також похідні бензофенолу, деякі аміни та стеарати свинцю, кальцію, барію.

Підвищення еластичності полімерів можна досягти шляхом внутрішньої чи зовнішньої пластифікації за рахунок використання «прищеплених» полімерів, вибору відповідних бокових ланцюгів і найбільш придатних мономерів, а також введенням нелетких висококиплячих органічних рідин, які викликають набухання полімеру.

Як пластифікатори застосовують фосфати, диметилфталат, бутилстеарат і деякі інші речовини.

Для підвищення негорючості будівельних пластмас застосовують галоїдопохідні (полівінілхлорид, хлорований парафін), кремнійорганічні сполуки (силікони), а також антипірени (фосфорнокислий амоній).

Іноді одна й та сама речовина у пластмасі може виконувати одночасно кілька функцій. Так, фосфати використовують одночасно як антипірени і пластифікатори. Наповнювачі можуть виконувати функції антиокислювача, пігменту, а також компонента, який підвищує непроникність матеріалу.

При виготовленні та застосуванні в будівництві пластмасових матеріалів, виробів та конструкцій потрібно брати до уваги те, що на стадії виготовлення та застосування деякі з них можуть мати негативний вплив на навколишнє середовище. Характер впливу синтетичних полімерів і пластмас на організм людини визначається їхньою хімічною будовою і фізико-хімічними властивостями. Різноманітні пластмаси і їхні низькомолекулярні леткі домішки, впливаючи на організм, можуть викликати будь-які біологічні реакції, в тому числі сенсибілізуючого, мутагенного, канцерогенного та фіброгенного характеру.

Для існуючого асортименту пластмас, з урахуванням способів їх одержання і переробки, слід виділити окремі етапи виробництва (синтез полімерів, формування виробів та їх обробка), які потребують екологічного контролю.

Наприклад, на етапі синтезу полімерів основними причинами забруднення виробничого середовища шкідливими речовинами є періодичність процесів, відсутність комплексної механізації, дистанційного контролю і управління процесами, використання недосконалого обладнання, наявність ручних виробничих операцій, ручного відбору проб з необхідністю відкривання люків апаратів.

При цьому працівники можуть зазнавати комплексної (інгаляційна та через шкіру) дії незаполімеризованих вихідних продуктів синтезу смол (мономерів), побічних продуктів реакції поліконденсації (аміаку, хлористого водню), додаткових речовин (пластифікаторів, розчинників, каталізаторів тощо), які не вступають у міцний хімічних зв'язок з полімером, продуктів деполімеризації, смол (при ручних операціях).

Процеси формування виробів (екструзія, пресування, лиття під тиском тощо), при яких полімери піддають термічній обробці, характеризуються впливом на працівників складної суміші продуктів термоокиснювальної деструкції. Поряд з такими продуктами при виготовленні виробів з пластмас у повітря виробничих приміщень можуть надходити і хімічні речовини, характерні для попереднього етапу технології.

Під час обробки виробів з пластмас (різання, шліфування, полірування) повітря виробничих приміщень забруднюється пилом та високодисперсними аерозолями.

Проектування і реалізація технологій виготовлення виробів з пластмас повинні передбачати необхідні правила охорони праці, техніки безпеки та заходи щодо захисту навколишнього середовища від забруднення.

Вплив високих температур на полімерні будівельні матеріали.

Одним з найслабкіших місць полімерів і пластмас як будівельних матеріалів є їх дуже низька стійкість до температурних дій. Здатність розм'якшуватися при нагріванні - властивість, яка зумовила високу технологічність переробки пластмас у вироби, тут виступає вже як недолік. Термостійкість різних полімерів різна. Наприклад, міцність поліметилметакрилату (оргскла) при 100°С знижується до нуля, кремнійорганічні полімери можуть зберігати значну частку початкової міцності при нагріванні вище 200°С. При пожежі, коли температура в об'ємі приміщення, що горить, вже через декілька хвилин підвищується до 500°С, такі відмінності мало істотні, і говорити про вогнестійкість конструкцій, виконаних з яких-небудь полімерних будівельних матеріалів, в даний час, очевидно, немає підстав.

Займистість, інтенсивність горіння, температури займання, самозаймання і спалаху, теплота згорання, здатність до димоутворення і термічного розкладання з виділенням токсичних продуктів характеризує пожежонебезпечні властивості будівельних матеріалів. Враховуючи ці характеристики, можна вважати, що полімери є в більшій або в меншій ступені пожежонебезпечними. Якщо порівнювати полімерні будівельні матеріали з таким традиційним горючим будівельним матеріалом, як деревина, то виявиться, що у більшості з них вище теплота згоряння, димоутворююча здатність та інтенсивність горіння. Вони спалахують під впливом джерел тепла меншої потужності, мають менші температури займання. Багато видів полімерів під дією вогню розплавляються і розтікаються потоками, які горять, що в значній мірі ускладнює обстановку на пожежі.

Ще одним істотним недоліком полімерних будівельних матеріалів є те, що при термічному розкладанні і горінні вони виділяють токсичні продукти, здатні викликати подразнення слизових оболонок очей і дихальних шляхів, порушення ритму дихання і параліч його, важке отруєння і смерть. Так, при піролізі поліетилену і пропилену виділяються складні суміші летких продуктів, що містять такі з'єднання, як формальдегід, ацетальдегід і ін. При розкладанні фторопластів виділяються фторфосген і фторхлорфосген. Особливу небезпеку представляють продукти розкладання поліуретанових полімерів, у складі яких є велика кількість надзвичайне токсичного ціаністого водню. Поліуретанові полімери знайшли широке розповсюдження у вигляді пінополіуретану (поролону), що застосовується при виготовленні м'яких меблів.

Необхідно враховувати, що в початковій фазі пожежі, коли полімерні будівельні матеріали ще не горять, а тільки розкладаються під впливом високої температури, продукти розкладання, що виділяються з них, значно токсичніші, ніж продукти горіння.

Технічні рішення щодо зниження горючості полімерних будівельних матеріалів

Це питання доцільно розглянути на прикладах отримання вогнезахищених полімерних будівельних матеріалів, оскільки при їх розробці застосовують різноманітні методи: введення наповнювачів; введення антипіренів; хімічну модифікацію полімерів; вогнезахисні покриття.

Введення наповнювачів. Оскільки все полімери, як і інші органічні речовини, є горючими матеріалами, то знизити горючість зв'язаної ними композиції можна шляхом застосування негорючого (мінімального) наповнювача, який знижує вміст горючих компонентів, впливає на процес піролізу полімерів, змінює умови тепломасообміну при горінні. Горючість матеріалів значно знижується при великому вмісті високодисперсного мінерального наповнювача. Для виробництва вогнезахищених полімерних матеріалів використовують наповнювачі, що проявляють вогнегасні властивості: гідроксид алюмінію, гідрокарбонати кальцію і магнію, воду. Наприклад, пресматеріали на основі поліефіракрилатів з рівномірно розподіленими по всій масі дрібними крапельками, води або ті, що містять змочений водою мінеральний наповнювач, володіють не лише низькою горючістю, але і високою теплостійкістю і стійкістю до спалахування при підвищених температурах.

Слід мати на увазі, що в деяких випадках швидкість горіння ПБМ може зростати, наприклад при використанні скловолокна. Негативний ефект в цьому випадку пояснюється вищою теплопровідністю скловолокно, відшаруванням в'яжучого від волокна і, як наслідок, збільшенням площі поверхні контакту з киснем повітря.

Введення антипіренів. Найбільш поширеним, ефективним і економічним методом отримання вогнезахищених ПБМ є використання антипіренів - речовин, що знижують горючість. Антипірени діляться на два великі класи: механічно суміщені з полімерами і реактоздатні з'єднання, що включаються в процесі синтезу або переробки полімерних матеріалів в молекулярну структуру полімеру. В даний час існує декілька гіпотез, які пояснюють зниження горючості полімерних матеріалів у присутності антипіренів. Відповідно до цих гіпотез антипірени можна умовно розділити за механізмом їх дії на наступні групи:

- ті, що розкладаються з виділенням негорючих газів (горіння сповільнюється унаслідок підвищення нижньої концентраційної межі займання і зниження температури полум'я унаслідок розбавлення горючих продуктів піролізу негорючими);

- галоїдомісткі, дія яких заснована на інгібіруванні радикальних ланцюгових процесів в газовій фазі;

- ті, що утворюють захисні плівки і сприяють підвищенню коксоутворення (горючість ПБМ знижується унаслідок уповільнення тепло - і масообміну між полум'ям і поверхнею матеріалу).

Антипірени повинні задовольняти наступним вимогам: володіти високою ефективністю вогнегасної дії, добре поєднуватися з полімерами, не погіршувати фізико-механічні властивості ПБМ, а також бути нетоксичними, достатньо доступними і не надто дорогими.

Особливе положення займають речовини, які власне не є антипіренами, але підсилюють їх дію. Це так звані синергісти (у перекладі з грецького що «разом діють»). Типовим представником цієї групи з'єднань є триоксид сурьми.

Хімічна модифікація полімерів. Цей напрям прийнято рахувати найбільш перспективним. Застосування реакційноздатних антипіренів, в принципі, можна розглядати як хімічне модифікування полімерів, оскільки змінюються хімічна будова і властивості макромолекул. Проте хімічна модифікація полімерів - ширше поняття, під яким розуміють модифікацію полімерів з метою підвищення їх термічною і термоокислювальної стабільності. У цьому аспекті проблема зниження горючості ПБМ тісно пов'язана з проблемою створення термостійких полімерів. Перспективним напрямом на шляху вирішення цієї проблеми є синтез полімерів з мінімальним змістом органічної частки, а також термостійких полімерів, що виділяють при розкладанні негорючі і нетоксичні продукти.

Вогнезахисні покриття. Також для вогнезахисту ПБМ можуть бути застосовані покриття для вогнезахисної обробки дерев'яних конструкцій, але в більшості випадків це недоцільно з тієї причині, що це привело б до невиправданого погіршення декоративних якостей поверхонь, що захищаються. Частіш за все такі покриття застосовуються для вогнезахисту деревно-стружкових і деревно-волокнистих плит, причому наносяться вони, як правило, в процесі виготовлення, оскільки для цього не потрібно змінювати технологічний процес виробництва. Проте технологія виготовлення вогнезахищених ДСП із застосуванням вермикуліту, який запресовують на лицьову поверхню плити, одночасно покращує декоративні якості.

Будівельна індустрія постійно поповнюється новими ефективними матеріалами і конструкціями, На жаль, володіючи цілим рядом переваг, вони дуже часто мають набагато гірші в порівнянні з традиційними матеріалами пожежонебезпечні характеристики.

Вирішити виникаючі в зв'язку з цим проблеми забезпечення пожежної безпеки об'єктів, що будуються, повсюдною забороною застосування тих або інших матеріалів і конструкцій не вдасться. Пожежна охорона повинна разом з іншими організаціями і службами активно шукати і упроваджувати технічні рішення щодо зниження пожежної небезпеки об'єктів, що зводяться із застосуванням нових ефективних матеріалів.

Питання для самоконтролю

1. Класифікація полімерних речовин та матеріалів на їхній основі.

2.. Конструкційні ПБМ.

3. Оздоблювальні ПБМ.

4. ПБМ для підлог.

5. Гідроізоляційні, покрівельні та герметизуючі ПБМ.

6. Теплоізоляційні ПБМ.

7. Полімерні вироби загальнотехнічного призначення.

8. Полімерні клеї.

9. Оцінка довговічності ПБМ. Окислювальна деструкція.

10. Оцінка довговічності ПБМ. Термічна, радіаційна та механічна деструкція.

11. Оцінка довговічності ПБМ. Біологічна та хімічна деструкції.

12. Методи гальмування старіння ПБМ.

13. Негативний вплив ПБМ на навколишнє середовище та людину.

14. Вплив високих температур на ПБМ.

15. Технічні рішення щодо зниження горючості ПБМ. Введення наповнювачів.

16. Технічні рішення щодо зниження горючості ПБМ. Введення антипіренів.

17. Технічні рішення щодо зниження горючості ПБМ. Хімічна модифікація полімерів.

18. Технічні рішення щодо зниження горючості ПБМ. Вогнезахисні покриття.

Задачі для самостійного розв'язування

1. Плита з пінополістиролу довжиною 2400 мм, шириною 1600 мм, товщиною 70 мм при середній густині у повітряно-сухому стані 60 кг/м³ після витримування протягом 24 год у воді мала водопоглинання за об'ємом 5%. Визначити масу плити після витримки у воді.

2. Плита із пінопласту на основі полівінілхлориду має розміри 60060050 мм. Середня густина 115 кг/м³. Водопоглинання за 24 год 0,25 кг/м². Розрахувати вологість плити після насичення її водою, загальну пористість і коефіцієнт насичення пор водою. Дійсна густина полівінілхлориду 1,40 г/см³.

3. Блок із теплоізоляційної пластмаси-міпори має довжину 1000, ширину 500, висоту 300 мм і масу 3 кг. При його збереженні на відкритому повітрі 28 діб гігроскопічна вологість по масі склала 85%. Визначити теплопровідність вологої міпори, якщо теплопровідність її в сухому стані 0,029 Вт /(мС).

4. До якої температури потрібно нагріти зразок матеріалу діаметром 250 мм і висотою 50 мм, теплопровідністю 0,7 Вт/(мС), з його початковою температурою 20С, щоб протягом 1 години через нього пройшло в напрямку, перпендикулярному до його поверхні, 20 кДж теплоти?

5. Спучений вермикуліт, перлітові і совелітові вироби при 0С мають однакову теплопровідність - 0,07 Вт/(мС). Яку теплопровідність будуть мати ці матеріали при 500С, якщо значення коефіцієнта для них в залежності _t=_o+t_ср. будуть відповідно 0,00027; 0,00019 і 0,00015?

Размещено на Allbest.ru