К атегория: Выбор стройматериалов
Искусственные материалы
Искусственные инертные материалы - это либо отходы промышленных предприятий (доменные и котельные шлаки, терриконники, кирпичный бой, черепица и т. д.), либо специально изготовленные изделия (дорожный клинкер, кирпич, железобетонные дорожные плиты и поребрик и т. д.).
Доменные и мартенные шлаки - являются побочным продуктом при выплавке чугуна и стали с твердой и плотной структурой, который при ударе разбивается на щебень. Шлаковым щебнем улучшают дороги в местах весенних деформаций (пучин). Он обладает хорошими теплоизоляционными свойствами, способствуя тем самым меньшей глубине промерзания проезжей части. В дорожном строительстве в основном для создания оснований дорог применяют кислые шлаки, т. е. бедные известью и не подвергающиеся известковому распаду.
Котельные шлаки (гарь) - являются отходом при сгорании каменного угля в топках котельных, паровозов. Лучшей считается гарь, полученная от сжигания жирных каменных углей - она пориста, не твердая, темного цвета. Применяется в качестве оснований дорожек и площадок, верхнего слоя беговых дорожек и набивных футбольных полей. Из топливной гари готовят шлакоблочные изделия.
Кирпичный бой или щебень - отходы кирпичной промышленности при недожоге или пережоге кирпича, переработанные на камнедробилкев щебень. Красный кирпич однородного обжига - наиболее хороший исходный материал. В его составе допустимо наличие пережженного кирпича («железняка») до 30%.
Недожженный кирпич («недокал») не отличается крепостью и легко размокает, поэтому предел его допустимого содержания в щебне не более 10-15%. В садово-парковом строительстве применяют кирпичный щебень фракции 15-20 мм для оснований дорожек и площадок, а также кирпичную крошку фракции 0,1-5 мм для основополагающего материала специальных смесей спортивных площадок.
Кирпич клинкерный - искусственный камень с высокой прочностью, вырабатываемый из глины путем ее обжига при высоких температурах и обдуве. Применяется для устройства покрытий дорожек и тропинок, клинкерная крошка - основной материал для покрытия теннисных кортов.
Кирпич строительный - искусственный камень со средней прочностью, получаемый из глины путем обжига. Широко применяется для устройства подпорных стенок, бордюров, покрытий и нешироких дорожек, цветников.
Черепица - отходы производства покрытия сооружений, морозостойка и долговечна. Используется в молотом виде с крупностью зерен до 15 мм в основании набивных безгазонных полей и с крупностью зерен до 5 мм для создания верхнего покрова спортивных плоскостных сооружений.
Пиритовые огарки - отходы химической промышленности, работающей на железном или серном колчедане мелкозернистой структуры, темно-фиолетового цвета с розовым оттенком. Могут быть рядовыми с фракцией 1-10 мм и флотационными с фракцией менее 2 мм, состоят в основном из окиси железа - 95-97 % и серы 2,5-5 %. Являются антисептирующим материалом, предохраняющим древесину от гниения. Смесь из пиритовых огарков и опилок используют для устройства нижнего, упругого слоя плоскостных спортивных сооружений. Чтобы на дорожках и площадках с мягким покрытием не росла трава, следует вводить в специальную смесь верхнего слоя 5-10 % пиритовых огарков, прогрохоченных через грохот с ячейками 5×5 мм.
Зола угольная - продукт сгорания размельченного каменного угля в топках электростанций. Представляет собой порошок темно-серого цвета, содержащий мелкие песчаные и пылеватые частицы. Используется в смеси верхних мягких слоев дорожных одежд (до 70 % общего объема). Такой покров хорошо фильтрует влагу и делает покрытие мягким.
Шлам - отходы при производстве глинозема; мелкие, пористые, угловатые или окатанные камешки фракцией до 10 мм, розоватого или темно-красного цвета. Наиболее дешевый материал для верхнего покрытия дорожек и площадок.
- Искусственные материалы
Мир современных материалов велик и многообразен. Без этих материалов невозможно представить себе целые отрасли промышленности, но также и быт современного человека.Шаровой кран, расходомер, сковородка на кухне, велосипед объединяет одно общее - использование высокопрочных, термостойких, искусственных, пластических материалов. Среди этого разнообразия выделяется 3 основные группы: термопласты, дуропласты, эластомеры.
Термопласты: искусственные материалы, состоящие из
длинных, линейных построений из молекул. В процессе нагревания они плавятся и приобретают необходимую форму. Большинство современных материалов попадают именно в эту группу. Упаковка для продуктов, детали для автомобильной промышленности и строительства - все это термопласты.
Дуропласты: искусственные материалы, которые посредством нагревания в результате соединения молекул приобретают трехмерную, сетчатую структуру. В результате этих изменений молекулярной структуры они приобретают новые физико-химические свойства: твердость и прочность. В основном эти материалы используются для электротехники. Эта группа включает в себя такие известные материалы как бакелит, полиэстеры, полиуретан, эпоксидные смолы и т.д.
Эластомеры : к эластомерам принадлежат все виды сетчатого каучука. Сетчатая структура приобретается в результате химического процесса, например, вулканизации. С помощью пероксидов или металлоксидов. Все каучуки обладают пластичностью, однако в результате нагревания они не становятся более мягкими, сохраняют свою форму и не растворяются в большинстве растворителей. Наиболее известными примерами каучуков являются - натуральный каучук (NR), стиролбутадиенкаучук (SBR), этилен-пропилен-диен-каучук. Именно эти материалы наиболее чаще используются в качестве уплотнений в шаровых кранах, расходомерах, втулок агрегатов и машин.
Физико-химические и технические свойства наиболее распространенных искусственных материалов, применяемых при производстве расходомеров.
1. PVC (Polyvinylchlorid) - термопласт. Цвет - темно-серый (0 + 60С). PVC, благодаря своим великолепным химическим и механическим свойствам, является наиболее распространенным и долговечным искусственным материалом. Он трудно воспламеним, обладает отличной устойчивостью против многих кислот, щелочей, алкоголей, минеральных масел, бензина. При применении под открытым небом ведет себя лучше, чем полипропилен,но при низких температурах PVC становится более хрупким и менее прочным. В отличие от других термопластов, PVC легко склеивается. Максимальная температура применения до +60 С.
2. PVDF (Polyvinilidenfluorid) - термопласт. Цвет - молочный (-50 +140С). PVDF обладает почти всеми свойствами РР, PE и PVC. Этот искусственный материал на основе фтора успешно противостоит всем химическим средам и обладает высокой термосопротивляемостью до + 140 С. Значительными плюсами этого материала являются также: высокая устойчивость против климатических условий, физиологическая совместимость и низкая воспламеняемость. Большим минусом является высокая стоимость материала. Область применения: емкости для агрессивных сред, корпуса, втулки, шестеренки для расходомеров, трубы и системы вентиляции.
3. PP, PPs (Polypropylen) - термопласт. Цвет - светло-серый или серый (0 +80С). PP и PPs являются легкими, универсальными термопластами, которые обладают идеальными свойствами. Полипропилен незаменим в химической промышленности и в производствах, где используются соли, щелочи, кислоты, растворителя и бензолы. Температурная выносливость до + 80 С - тоже не проблема, однако при низких температурах полипропилен становится более хрупким. Полипропилен является безопасным искусственным материалом и, поэтому, широко применяется в пищевой промышленности. Слабым местом полипропилена является его низкая сопротивляемость ультрафиолетовому излучению, поэтому его применение под открытым небом ограничено. Стандартное применение полипропилена - корпуса и внутренние механизмы расходомеров, оборудования, приборов, трубы инструменты, вентиляторы.
4. PE (Polyethylen) - термопласт. Цвет - черный (-40 +60С).. PE является близким "родственником" PP и обладает схожими свойствами. В отличие от полипропилена, РЕ обладает высокой устойчивостью против ультрафиолетового излучения и, на основании этого, является идеальным материалом для наружного применения. Полиэтилен не боится низких температур и не теряет своих свойств до - 40 С. При температурах выше+ 60 С, как правило, использование полиэтилена не допускается. Область применения: трубы, корпуса приборов, втулки, шаровые краны.
5. РЕЕК (Polyeetheretherketon) - термопласт. Т - 40 + 260 С. Один из самых современных искусственных материалов, обладающий удивительными, универсальными свойствами. Обладает самой высокой сопротивляемостью против концентрированных щелочей, кислот, солей, кетонов, ароматических углеводородов и горячей воды. Легко переносит высокие температуры, не теряя своих свойств, однако способность противостоять ультрафиолетовому излучению не является самым сильным свойством РЕЕК. Применение: в агрегатах машин, втулки, оси, уплотнения. Чаще всего в расходомерах применяются в виде внутреннего слоя и деталей внутренних механизмов.
6. PTFE (Polytetrafluorethylen - тефлон) - термопласт. Т - 200 + 260 С. Современный термопластический материал, обладающий великолепными производственными и потребительскими свойствами. Обладает самой высокой температурной и химической сопротивляемостью, низким коэффициентом трения. Широко применяется в химической, пищевой и электротехнической промышленности в качестве уплотнений внутренних и наружных слоем, осей, втулок, шлангов.
7. EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk) - эластомер. Т -55 + 140 С. Обладает высокой эластичностью. Высокая сопротивляемость к тепловым, погодным воздействиям и озону. Применяется для холодной воды, горячей воды, пара, горячего воздуха, алкоголей и кислот. Низкая сопротивляемость против алифатических, ароматических и хлорированных углеводородов (масел и топлива). Чаще всего в расходомерах применяются в виде уплотнений.
В деревообрабатывающей промышленности используются многие производственные материалы, которые либо целиком состоят из искусственных материалов, например лаки и клеи, либо искусственные материалы являются их важными компонентами, как, например, пластины ламината или древесностружечные плиты. Также готовые детали типа нажимной дверной ручки часто изготавливаются из искусственных материалов (рис. 2.101).
2.11.1. Структура, обозначения, свойства искусственных материалов
Основными сырьевыми веществами для производства искусственных материалов являются нефть, газ, уголь, вода и воздух. Из них прежде всего производятся химическим путем предварительные продукты, молекулы которых состоят из малого количества атомов, например, этилен (С2Н2) и формальдегид (СН20). Эти небольшие молекулы называют мономерами.
Благодаря химическому соединению тысяч мономеров (моно, от греч. - один) образуются большие молекулы, макромолекулы (макро, от греч. - большой). Макромолекулы могут иметь нитевидную структуру или объединяться в пространственные структуры, что для дальнейших свойств искусственных материалов имеет Рис. 2.101. Примеры небольшое значение. Вещества, состоящие из макромо - пользования искусственных лекул, называют полимерами (поли, от греч. - много). материалов
Все искусственные материалы являются полимерами. Искусственные материалы состоят, как и натуральные органические вещества, например хлопок, рог и целлюлоза , в основном из элементов углерода (С), водорода (Н) и кислорода (О). Поэтому они также относятся к органическим веществам. Однако некоторые искусственные вещества содержат в качестве важного элемента кремний. Такие вещества называются силиконами.
В соответствии с DIN EN ISO 1043 и DIN ISO 1629 искусственные материалы имеют условные обозначения, которые ведут свое начало от их химических названий. Например, поливинилхлорид обозначают как ПВХ (PVC), полиэтилен как ПЭ (РЕ) и фенолформальдегидная смола как ПФ (PF) (табл. 2.21, 2.22 и 2.23).
Так как искусственные материалы на некоторых стадиях обработки могут деформироваться пластично, то их также можно назвать пластмассами.
Искусственные материалы - это произведенные химическим способом органические, макро - молекулярные вещества. Они состоят в основном из элементов углерода (С), водорода (Н), кислорода (О), азота (N), хлора (CI), серы (S), фтора (F) и кремния (Si).
Искусственные материалы производят в промышленных масштабах тремя способами: полимеризацией, поликонденсацией и ступенчатой полимеризацией.
При полимеризации чаще всего одинаковые мономеры преобразуются в макромолекулы с нитевидной или линейной структурой. Мономеры - это ненасыщенные углеводородные соединения, например этилен (С2Н2). После разделения двойной связи они могут полимезироваться в длинные молекулярные нити. Из этилена получают полиэтилен (ПЭ) (рис. 2.102).
Полиэтилен (полимер)
Рис. 2.102. Полимеризация (на примере полиэтилена)
Основными полимерами наряду с полиэтиленом (защитная пленка строительных конструкций от коррозии, трубы) являются поливинилхлорид (кантовый профиль, покрытие полов, оконные переплеты) и поливинилацетат (клей ПВА).
Поликонденсацией называется химический процесс получения высокомолекулярных соединений из низкомолекулярных исходных веществ, например при реакции фенола (С6Н5ОН) с формальдегидом (СН20), при одновременном выделении побочных продуктов (веществ), например воды (Н20) (рис. 2.103).
Основными полимерами, полученными поликонденсацией, являются фенолформальдегидная смола, резорцино-альдегидный полимер, мочевиноформаль - дегидная смола и полиамиды.
При ступенчатой полимеризации высокомолекулярные соединения, структура которых нитевидная или пространственная, образуются благодаря соединению различных молекул исходных веществ без выделения побочных продуктов, например при реакции диэтилового спирта (С4Н8(ОН)2) с диизоцианатом (С4Н|;(СМО)3).
Основными продуктами ступенчатой полимеризации являются полиуретановая смола - клеящее вещество и полиуретановая пена (рис. 2.104).
Благодаря соответствующему химическому составу и способу изготовления искусственных материалов, а также смешиванию различных искусственных веществ можно достичь почти любых свойств материалов.
Типичными свойствами искусственных материалов являются:
Низкая плотность,
Регулируемые механические свойства,
Электрическая непроводимость,
Теплоизоляция,
Коррозионная и химическая стойкость,
Хорошая деформируемость и обрабатываемость,
Хорошая окрашиваемость,
Гладкие, декоративные поверхности.
Искусственные материалы имеют также свойства, которые ограничивают их применение:
В основном низкая термостойкость,
Частично воспламеняющиеся,
В основном невысокая прочность,
Частично неустойчивы против растворителей.
Высокая сопротивляемость искусственных материалов хоть и является преимуществом в случае их применения, но служит недостатком при их утилизации. Из-за возрастания количества применяемых продуктов из искусственных материалов их утилизация стала проблемой для охраны окружающей среды.
Честно говоря, я только недавно узнал об этом материале. Старлит - пластик, созданный достаточно давно, а его свойства просто удивительны. Вот, например, видео с демонстрацией возможностей старлита.
После этого выступления по ТВ, с ученым, создавшим старлит связались сотрудники некоторых университетов, решив проверить возможности материала. ОКазалось, что они просто невероятны, старлит выдерживает огромную температуру, оставаясь при этом практически неповрежденным. При этом старлит нетоксичен даже при очень высокой температуре, и очень легкий.
К сожалению, создатель старлита умер в 2011 году, так и не запатентовав свое детище. Плюс ко всему, секрет создания материала, как это принято говорить, ушел с ним в могилу.
2. Аэрогель
Это действительно гель, с очень малой плотностью. При этом аэрогель является довольно прочным материалом, гораздо более прочным, чем некоторые прочие материалы с подобной плотностью. Он - чрезвычайно эффективный теплоизолятор. Например, тонкую пластину аэрогеля можно нагревать с одной стороны, а с другой он будет осаваться холодным.
Еще интересно то, что аэрогель отталкивает воду, и поглощает нефть. На этом свойстве материала базируется намерение ученых создать надежное средство для борьбы с нефтяными пятнами.
3. BacillaFilla
Это не материал, а микроорганизм, бактерия, которая выделяет особого рода цементирующее вещество. Все звучит не очень интересно, но стоит вспомнить, что некоторые здания, базирующиеся на бетонном фундаменте, сносят только потому, что фундамент "устал".
И во многих случаях починить его нет никакой возможности. А вот BacillaFilla - бактерия, которая выделяет вещество, способное надежно зацементировать прорехи в "уставшем" бетоне. В результате можно сэкономить огромное количество денег и человеко-часов.
пока что непонятно, когда эта бактерия пойдет в дело, но ее возможности сейчас оценивают ученые со всего мира.
4. D3o
Еще один уникальный материал, который назвали коротко - D3o. В этом материале молекулы находятся в свободном движении в обычных условиях, фиксируясь при ударе. Материал этот напоминает смесь кукурузного крахмала и воды. При этом из материала можно делать защитную одежду, выдерживающую значительные нагрузки.
Ну, например, шапка из D3o способна принять на себя удар лопатой, оставив голову человека неповрежденной.
