Указания по применению материалов и изделий из пластмасс при строительстве автомобильных дорог и инженерно дорожных сооружений

УКАЗАНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЛАСТМАСС ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И ИНЖЕНЕРНО-ДОРОЖНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Характеристика пластмасс

Пластическими массами называют материалы, содержащие в качестве важной составной части синтетические смолообразные высокомолекулярные вещества (полимеры) и обладающие пластичностью при определенных температурах. По количеству входящих компонентов пластмассы разделяют на простые и сложные. В чистом виде полимеры употребляются сравнительно редко. Обычно пластмасса - это композиция, включающая полимер в качестве связующего, а также наполнители, отвердители, пластификаторы, стабилизаторы и др.

Пластмассы обладают малой объемной массой при значительной прочности, большой химической стойкостью к коррозионным воздействиям, малой тепло- и электропроводностью, хорошими термо-, звуко-, гидро- и электроизоляционными свойствами. Некоторые пластмассы имеют хорошие клеющие свойства, позволяющие использовать их для изготовления клеев и замазок. Отдельные простые пластмассы обладают способностью образовывать тонкие пленки и волокна.

Пластмассы можно отливать в формы, прессовать, штамповать в пластическом состоянии, продавливать через мундштуки машин для получения труб, брусков, реек и других погонажных материалов. Формование плит и листов из слоистых наполнителей (бумага, ткань), пропитанных смолами, осуществляется на многоэтажных прессах. При всех этих способах получают законченные изделия, не требующие дополнительной обработки или отделки. Широкое применение пластмасс обусловливается не только их положительными свойствами, но и тем, что пластмассы получают из недефицитного сырья: газа, торфа, побочных продуктов нефтяной и коксохимической промышленности, сельскохозяйственных отходов.

Строение и свойства высокомолекулярных соединений (полимеров)

Полимеры - вещества, состоящие из гигантских молекул, которые построены из множества связанных между собой атомов. Молекулярная масса полимеров колеблется от 10 до 50 тыс. углеродных единиц. В большинстве случаев полимеры содержат многократно повторяющиеся структурные элементарные звенья (мономеры).

Название полимера обычно характеризует состав элементарного звена полимера, например полиэтилен; СН=СН- этилен-мономер; [-СН-СН-]-полимер (где - показатель степени полимеризации может иметь значения до 70000 и более).

Основная цепь обычно состоит из атомов углерода, иногда с чередованием атомов кислорода, серы, азота, фосфора. В цепь полимеров могут быть введены атомы кремния, титана и др. В зависимости от элементов, входящих в состав основной цепи, полимеры разделяют на: карбоцепные - основная цепь состоит из атомов углерода (полиэтилен, полипропилен, полистирол); гетеро-цепные - в состав основной цепи которых, кроме углерода, входят атомы кислорода, азота, серы (полиэфиры, полиамиды); элементоорганические - в основную цепь макромолекул которых входят атомы кремния, алюминия, титана, никеля и других отсутствующих в составе природных органических соединений. Если звенья в макромолекуле однородные, то такие полимеры называют гомополимерами, или просто полимерами. Полимеры, представляющие собой сочетание звеньев двух или трех различных типов, называются гетеро- или сополимерами.

Форма макромолекул, применяемых в производстве синтетических материалов, может быть линейной, разветвленной и сетчатой (рис. 1). Макромолекулы линейной структуры представляют собой совокупность мономерных звеньев, соединенных между собой химическими связями в длинные цепи. Между отдельными цепями макромолекул действуют межмолекулярные силы физической природы. Специфические свойства полимеров проявляются тем ярче, чем больше величина химической связи отличается от величины межмолекулярного взаимодействия. Чем больше молекулярное взаимодействие, тем меньше полимеры отличаются от низкомолекулярных соединений и их поведение более сходно с поведением твердого тела. Межмолекулярное взаимодействие достигает максимума в том случае, когда цепи макромолекул связаны между собой поперечными химическими связями, образованными атомами или группами атомов. Такие полимеры называются сетчатыми. Даже при редком расположении поперечных связей сетчатые полимеры не способны растворяться в органических растворителях, но набухают в них. Пластичность таких полимеров при повышенной температуре значительно меньше по сравнению с пластичностью линейных полимеров. Промежуточное положение занимают разветвленные полимеры.

Рис.1. Формы макромолекул

а - линейная;

б - разветвленная;

в - сетчатая.

В качестве примера образования сетчатых (сшитых) полимеров можно указать на реакцию вулканизации каучука, при которой в результате действия серы соединяются отдельные цепочки между собой.

Высокомолекулярные соединения с линейной структурой макромолекул (полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол) размягчаются при нагревании и снова отвердевают при охлаждении, сохраняя основные свойства, т. е. являются термопластичными веществами. Такие полимеры набухают или растворяются в различных растворителях. Высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых имеют структуры пространственной сетки, представляют собой твердые, стекловидные, нерастворимые и неплавкие вещества. Материалы, способные к образованию молекул такого строения и отвердевающие при нагревании, называются термореактивными. Термореактивные полимеры после отверждения не переходят при нагреве в пластическое состояние и ведут себя подобно древесине: при высокотемпературном нагреве они претерпевают деструкцию и загораются.

В зависимости от температуры полимеры могут находиться в стеклообразном, высокоэластичном или вязкотекучем состоянии. Переход из одного состояния в другое происходит постепенно в интервале, определяемом температурой стеклования Т и температурой текучести Т (рис. 2.). При температуре стеклования Т все макромолекулы, составляющие полимер, зафиксированы, и при дальнейшем понижении температуры структура полимера уже не меняется.