На головну    

 Скло, ситалли і кам'яне лиття. Будівельні пластмаси - Будівництво

Луганський Національний Аграрний Університет

Кафедра Матеріалознавства

Тема: СКЛО, ситалл І кам'яне лиття. БУДІВЕЛЬНІ ПЛАСТМАСИ

Виконав:

студент 633 гр.

Мосін О.Г.

Перевірив:

Божевільний Погостнов

Луганськ 2008

Лекція 5. СКЛО, ситалл І кам'яне лиття

Силікатне скло, отримують з суміші кварцового піску, крейди, соди та ін. Компонентів.

Прозорість і можливість фарбування скла в будь-які кольори, висока хімічна стійкість, електроізоляційні і багато інших цінні властивості роблять скло незамінним будівельним матеріалом.

5.1 Сировина і технологія виготовлення скла

Сировинна шихта скла складається з наступних речовин: кремнезем (SiO2), вводять у вигляді кварцового піску, мелених кварцитів або пісковиків, що підвищує тугоплавкість і хімічну стійкість скла. Глинозем (Al2O3), надходить в сировинну шихту у вигляді польових шпатів та каоліну. Його вплив на властивості скла аналогічно дії SiO2.Оксід натрію (Na2О), вводять у скло у вигляді соди та сульфату натрію Na2SO4поніжает температуру плавлення скла, підвищує коефіцієнт термічного розширення і зменшує хімічну стійкість. Оксид кальцію (СаО) і магнію (МgО) вводять в шихту у вигляді крейди, мармуру, вапняку, доломіту і магнезиту. Ці оксиди підвищують хімічну стійкість скла.

В спеціальні скла вводять оксиди бору, свинцю, барію та ін.

Допоміжні сировинні матеріали: освітлювачі - речовини, що сприяють видаленню з скломаси газових бульбашок; обесцвечиватели - речовини, знебарвлюючі стекольную масу; глушники - речовини, що роблять скло непрозорим. Барвники для скла можуть бути молекулярними, повністю розчиняються в скломасі, і колоїдними, рівномірно розподіляється в скломасі у вигляді найдрібніших (колоїдних) частинок. До перших відносяться з'єднання кобальту (синій колір), хрому (зелений), марганцю (фіолетовий), заліза (коричневий і синьо-зелені тони), а до других - золото (рубіновий), срібло (жовтий), селен (рожевий).

Перед варінням скла сировинні матеріали подрібнюють, ретельно змішують в необхідних співвідношеннях, брикетують і подають в скловарну піч.

Скловаріння. Звичайне скло отримують в безперервно діючих ванних печах з корисним об'ємом до 600 м3і добовою продуктивністю понад 300 т. На першій стадії скловаріння - сілікатообразованіе - лужні компоненти утворюють з частиною кремнезему силікати, що плавляться вже при 1000 ... 1200 ° С. У цьому розплаві розчиняються найбільш тугоплавкі компоненти SiO2і А12О3. Утвориться маса неоднорідна за складом і насичена газовими бульбашками. Видалення бульбашок з розплаву здійснюється на другий найбільш тривалою стадії скловаріння - Стеклообразование - при температурі 1400 ... 1600 ° С. Третя заключна стадія - студка - охолодження скломаси до температури, при якій вона набуває оптимальну для даного методу формування скловиробів в'язкість. Метод формування залежить від виду виробу. Для отримання будівельного скла використовують витяжку, прокат, пресування.

При охолодженні скла в ньому виникають внутрішні напруження. Найбільш небезпечним моментом є перехід скла від вязкопластіческого стану до крихкого, тому для зняття внутрішніх напружень після формування виробляють отжиг - охолодження за спеціальним режимом: швидке до початку затвердіння скломаси, дуже повільне в небезпечному інтервалі температур (600..300 ° С) і знову швидке до нормальної температури.

Листове скло товщиною до 6 мм виробляють методом вертикального витягування на машинах ВВС. Стрічка скла формуется з скломаси човником (шамотним брусом з прорізом), утримуваної на належному рівні штангами. Стекломасса видавлюється в щілину човники і відтягується вгору валками машини у вигляді стрічки шириною до 4.5 м. Швидкість витягування досягає 2 м / хв. Проходячи між холодильниками 3 від човники до першої пари валків, стекломасса охолоджується настільки, що стає твердою і валки не залишають на ній відбитків (I зона). Далі скло валками 5 подається в шахту заввишки 5 - 7м. У нижній частині шахти проводиться отжиг скла (II зона). У верхній частині скло охолоджується остаточно і, виходячи на отломочную майданчик 7, нарізають на необхідні розміри.

Рис.5.1. Машина вертикального витягування скла: 1 - стекломасса; 2-човник; 3 - холодильники; 4 - шихта машини; 5 - тягнуть валки; 6 - скати для видалення бою; 7 - отломочная майданчик.

Спосіб отримання високоякісного скла - флоат-метод (від англ. Float - плавати), відрізняється тим, що стекломасса виливається на поверхню розплавленого металу (зазвичай олова) і формується на ньому. Продуктивність таких установок до 3 ... 4 тис. Кв. м / год. Розмір листів: ширина до 3 м; товщина від 2 до 25 мм. Переваги флоат-методу - стабільна товщина листа і високу якість поверхні, що не вимагає подальшої поліровки. У Європі велика частина скла виробляється саме цим методом.

5.2 Властивості скла

Силікатні скла відрізняються незвичайним поєднанням властивостей, високою міцністю і яскраво вираженою крихкістю, світлопроникністю і хімічну стійкість. Все це пояснюється специфікою складу і будови скла.

Щільність скла для звичайних будівельних стекол становить 2400 ... 2600 кг / м3.

Міцність скла при стисненні висока - 900 ... 1000 МПа, тобто майже як у сталі і чавуну. В діапазоні температур від -50 до + 70?С міцність скла практично не змінюється.

Скло при нормальних температурах відрізняється тим, що у нього відсутні пластичні деформації. При навантаженні воно підкоряється закону Гука аж до крихкого руйнування. Модуль пружності скла Еу = (7 ... 7,5) - 104МПа.

Крихкість - головний недолік скла. Основний показник крихкості - відношення модуля пружності до міцності при розтягуванні Eу / Rp. У скла воно становить 1300 ... 1500 (у сталі 400 ... 460). Твердість скла в залежності від хімічного складу знаходиться в межах 5 ... 7 за шкалою Мооса. Оптичні властивості скла характеризуються светопропусканием (прозорістю), світлопереломлювання, відображенням, розсіюванням та ін. Звичайні силікатні скла, крім спеціальних, пропускають всю видиму частину спектру (до 88 ... 92%) і практично не пропускає ультрафіолетові та інфрачервоні промені. Показник заломлення будівельного скла (n = 1,50 ... 1,52) визначає силу відбитого світла і світлопропускання скла при різних кутах падіння світла. При зміні кута падіння світла з 0 до 75 ° світлопропускання скла зменшується з 90 до 50%. Теплопровідність скла становить 0,6 ... 0,8 Вт / (м · К), що майже в 10 разів нижче, ніж у аналогічних кристалічних матеріалів. Наприклад, теплопровідність кварцу -7,2 Вт / (м - К).

Коефіцієнт лінійного температурного розширення (КЛТР) скла 9 - 10-6К-1. Відносно мала термостійкість (здатність витримувати різкі перепади температур) звичайного скла - 70 ... 90 ° С. Звукоізолююча здатність. Скло товщиною 1см по звукоізоляції приблизно відповідає цегляній стіні товщиною 12см.

Хімічна стійкість силікатного скла - одне з найбільш унікальних його властивостей. Скло добре протистоїть дії води, лугів і кислот (за винятком плавикової і фосфорної). Це пояснюється тим, що при дії води і розчинів із зовнішнього шару скла вимиваються іони Na ??+ і Са ++ і утворюється хімічно стійка плівка, збагачена SiO2. Ця плівка захищає скло від подальшого руйнування.

5.3 Листове скло і скляні вироби

Листове віконне скло виробляється шести марок товщиною 2; 2,5; 3; 4; 5 і 6 мм. Ширина листів - 250 ... 1600 мм, довжина - до 2200 мм. Маса 1 м2- 2 ... 5 кг. Світлопропускання - не менше 87%. До дефектів віконного скла відносяться газові включення (бульбашки), свиль і «полосность» (нерівність поверхні).

Вітринне скло - листове скло товщиною 6 ... 10 мм і розмірами до 3500х6000мм. Вітринне скло, як правило, випускають полірованим.

5.4 Кам'яні і шлакові литі вироби

Ситалли і шлакоситалла. Ситалли - стеклокристаллические матеріали, одержувані шляхом спрямованої часткової кристалізації стекол. Структура ситаллов нагадує мікробетоном, де наповнювачем є кристали, а терпким - прошарку скла. Частка склофази в ситалл зазвичай 20 ... 40%. Кристалічна фаза складається з мікрокристалів розміром близько 1 мкм. Завдяки такій будові ситалли зберігають в собі багато позитивні властивості скла, в тому числі і його технологічність, але позбавлені його недоліків: крихкості, низькою термостійкості.

Сировина для виробництва ситалів таке ж, як і для скла, але в розплав вводяться речовини-модифікатори, що забезпечують спрямовану кристалізацію.

Для будівельних цілей дуже перспективні шлакоситалла, одержувані на основі металургійних шлаків і модифікаторів - СаF2, TiO2, та ін. У шлакоситалла дуже висока міцність (Rсж = 300 ... 600 МПа; Rізг = 90 ... 120 МПа), зносостійкість і хімічна стійкість. По довговічності Шлакоситалл може конкурувати з природними кам'яними матеріалами (граніт, габро і т. П.).

Застосування шлакоситалла перспективно для хімічної промисловості (труби, плитки, деталі насосів), в гідротехніки (для облицювання турбінних камер, водозливів), в дорожньому будівництві і т. П.

З гірських порід і металургійних шлаків методом лиття з розплавів можна отримати різноманітні будівельні матеріали з високими експлуатаційними властивостями. Вихідним сировиною служать магматичні (базальт, діабаз) і осадові (доломіт, вапняк, пісок) гірські породи. Перші дають темнофарбовані вироби, а другі - светлоокрашенние. Для отримання кам'яного лиття можливе використання металургійних шлаків; особливо ефективно їх використання у вогненно-рідкому стані.

Виробництво литих кам'яних виробів починають з підготовки та плавлення (1400 ... 1500 ° С) сировинної шихти. Отриманий розплав виливають у форми і піддають повільному охолодженню для проходження кристалізації.

Щільність кам'яного лиття 2700 ... 3000 кг / м3; пористість - не більше 1 ... 2%; пори замкнуті, що забезпечує нульове водопоглинання і високу морозостійкість.

Міцність, при стисненні становить 200 ... 250 МПа, при вигині - 30 ... 50Мпа, твердість 6 ... 7 (за шкалою Мооса). Для кам'яного лиття характерна дуже висока і універсальна хімічна стійкість. Литі кам'яні вироби використовують для облицювання конструкцій, що піддаються: багаторазовому заморожування-відтавання, інтенсивному стирання, впливу хімічно агресивних речовин і т.п. Тому основними видами литих кам'яних виробів є облицювальні плитки, бруківка для мощення доріг, мелють тіла й облицювання для млинів, труб.

Лекція 13. БУДІВЕЛЬНІ ПЛАСТМАСИ

Пластмаси складаються з полімерів, наповнювачів, пластіфікатров, барвників та спеціальних добавок.

Вони мають високу зносостійкість і міцністю, водостійкістю, декоративністю, електро-ізоляційними свойстввамі та ін. Виробництво пластмас високотехнологічно. Вони легко піддаються формуванню, литтю і механічній обробці.

Полімер виконує роль сполучної і визначає основні властивості пластмаси.

Наповнювач зменшує витрату полімеру і додає пластмасі певні властивості. Волокнисті і листові наповнювачі є армирующими наповнювачами, істотно підвищують міцність і модуль пружності пластмас. Так, склопластики, паперово-шаруваті пластики дуже міцні і легкі конструкційні матеріали.

Пластмаси з великою пористістю називають пінопластами. Вони володіють хорошими теплоізоляційними властивостями.

Пластифікатори - речовини, що підвищують еластичність пластмас. Наприклад, жорсткий полівінілхлорид в лінолеумі пластифицируется слаболетучімі грузлими рідинами (діоктилфталат, трикрезилфосфат та ін.). Пластифікатори також полегшують переробку пластмас, знижуючи температуру переходу в в'язкопластичний стан.

Пігменти мінеральні та органічні надають заданий колір пластмасовим виробам.

Стабілізатори та антиоксиданти підвищують стійкість пластмас при дії сонячного світла і кисню повітря.

Отверджувачі і вулканізатори використовують при отверждении рідких олігомерів або зшивання макромолекул термореактивного полімеру. У ряді випадків отвердителями можуть служити кисень або волога. Готові полімери та матеріали на їх основі в більшості своїй нешкідливі. При спалюванні полімери розкладаються з виділенням токсичних низькомолекулярних продуктів. Пластмаси на основі термопластичних полімерів можуть використовуватися вдруге, але це не вирішує повністю проблеми утилізації пластмас. Один з варіантів вирішення цієї проблеми - отримання біологічно розкладаються полімерів.

Рис.13.1. Схема вальцювання:

а - завантаження маси; б - вальцевание; в - перехід маси на один валок; г - зріз маси з валка; 1, 3 - валки; 2 - вальцюються матеріал; 4 - ніж

13.1 Сировина і технологія виготовлення пластмасових виробів

Виробництво пластмас включає наступні процеси - дозування і приготування полімерної композиції, формування виробів і стабілізація їх форми і фізико-механічних властивостей.

Приготування композицій виробляють на змішувачах різних систем. Для перемішування сухих композицій зазвичай використовують турбулентні і шнекові змішувачі. Широко використовуваним способом приготування полімерних композицій є вальцевание -операція, при якій маса перетирається в зазорі між обігріваються валками, що обертаються в протилежному напрямку (рис.13.1). При багаторазовому пропущенні маси через валки полімер переходить в пластично-в'язкий стан. Цей процес називається «Пластикація».

Рис.13.2. Схеми роботи четирехвалкових каландрів:

а) - Г-подібний каландр; б) - Z-подібний каландр

Листові вироби формують зазвичай на каландрах, труби та погонажні профільні вироби на екструдерах, штучні вироби литтям під тиском.

Каландрирование - процес формування полотна заданої товщини і ширини з пластичної суміші шляхом одноразового пропускання між обігріваються полірованими валками з послідовно уменьшающимся зазором рис.13.2. Каландруванню виробляють полімерні плівки. Зокрема, велику частину лінолеуму виготовляють вальцевих-каландровим способом. Багатошаровий лінолеум отримують гарячим дублюванням заздалегідь відформованих на каландрах плівок: захисної, декоративної та підкладкової (несучої).

Екструзія - процес отримання профільованих виробів способом безперервного видавлювання розм'якшеної маси через формотворне отвір (мундштук). Цим способом виготовляють труби і погонажні вироби (плінтуси, віконні профілі і т. П.). Випускають спеціальні екструдери для формування лінолеуму. На екструдерах формують полімерні плівки у вигляді безшовного рукава. Для цього формують трубу, всередину якої подається повітря, роздмухує її в тонку плівку.

Гаряче пресування використовують для формування виробів з термореактивних полімерів. Так отримують листові матеріали: паперово-шаруватий і дерево-шаруватий пластик, надтверді деревоволокнисті і деревостружкові плити. Використовують багатоповерхові преси з масляним або паровим обігрівом плит (t = 120 ... 150 ° С). На таких пресах формують одночасно 5 ... 15 аркушів. На початку пресування полімер розплавляється, пов'язуючи всі компоненти, а потім необоротно твердіє, фіксуючи задану форму виробу. Пінопласти виробляють та іншими методами. Пінополістирол отримують з гранул полістиролу, що містять легкозакипаючої рідина - ізопентан. Невелика кількість гранул поміщають в замкнуту форму, яку опускають у гарячу (85 ... 95 ° С) воду. Полістирол розм'якшується, ізопентан, скипаючи, спучує гранули. Розширилися гранули займають весь обсяг форми, злипаються один з одним і утворюють плиту або виріб іншої форми.

Для отримання виробів із пластмас використовують також промазування і просочення основ, напилення пластмас, зварювання і склеювання.

13.2 Застосування пластмасових виробів у будівництві

Пластмаси застосовують у будівництві у вигляді плівкових і листових оздоблювальних матеріалів, труб та інших погонажних виробів, ультралегких газонаповнених пластмас, а також клеїв, мастик і інших допоміжних матеріалів. Велика частка полімерних матеріалів будівельного призначення - матеріали для підлог. Вони випускаються у вигляді рулонних і ворсових покриттів, плиток і рідко-в'язких складів, які використовуються для одержання безшовних покриттів підлоги.

Пластмасові труби легше металевих в 4 ... 5 разів при однаковій пропускної здатності. Вони не покриваються відкладеннями і не корродируют навіть у воді з агресивними речовинами. У разі замерзання труба не руйнуються завдяки пластичності пластмаси.

Труби виготовляють методом екструзії з композицій на основі термопластів (поліетилену, поліпропілену, полівінілхлориду та ін.). Вони мають невисоку теплостійкість (не вище 60 ... 80 ° С) і рекомендуються для холодного водопостачання і каналізації. З Еластопласт виготовляють гнучкі шланги. Для з'єднання труб випускають повний набір фітингів деталей трубопроводів, поворотів, переходів, розгалужень і т. П. Монтаж систем із пластмасових труб та фітингів простіше і швидше, ніж з металевих.

Для роботи з рідинами при більш високих температурах і під тиском раціонально застосовувати склопластикові труби, теплостійкість яких на епоксидному сполучному перевищує 200 ° С.

Пластмаси широко застосовують для виготовлення сантехнічних виробів: сифонів, деталей змішувачів, змивних бачків, сполучних шлангів, вентиляційних решіток і т. П.

Клеї на основі полімерів. Клейове з'єднання елементів будівельних конструкцій - один з найбільш прогресивних методів у будівельній технології і у виробництві будівельних виробів. Полімерні клеї мають високу клеїть здатністю до найрізноманітніших матеріалів. Вони биостойки і водостійкі.

Полімерні клеї можна розділити на три типи:

1. На основі водних розчинів і водних дисперсії полімерів - це так звані водорозчинні клеї. Наприклад, клей ПВА (на основі полівінілацетатної дисперсії) або клей «Бустилат» (на основі латексу бутадієнстирольного каучуку).

2. На основі розчинів термопластичних полімерів в органічних розчинниках (наприклад, нітроклей - розчин нітроцелюлози в ацетоні і амінацетате, гумовий клей - розчин каучуку в бензині, перхлорвініловий клей). Недолік цих клеїв - пожежонебезпечність, обумовлена ??наявністю летких розчинників.

3. На основі отверждающихся рідких олігомерів (наприклад, епоксидні, поліуретанові або мочевіноформальдегідние), що володіють відносно більшою міцністю і теплостійкістю.

У будівництві застосовують в основному 1-й і 3-й типи клеїв. Для наклейки оздоблювальних матеріалів при внутрішніх роботах (лінкрусту, лінолеуму, облицювальних плиток) використовують клеї на основі водних дисперсій полімерів; для наклейки шпалер - водорозчинний клей на основі метилцелюлози; для склеювання елементів несучих конструкцій і для зовнішньої обробки - клеї на основі отверждающихся смол. Якість склеювання залежить від правильності вибору типу клею для даних матеріалів, якості підготовки поверхні (сушіння, обезпилювання, знежирення і т. П.) І дотримання необхідного режиму затвердіння клею (час, температура, тиск).

© 8ref.com - українські реферати