Пластические массы характеризуются значительно меньшей плотностью по сравнению с металлами (1,1–1,8 т/м3), наряду с этим прочность некоторых пластических масс приближается к прочности металла. Например, предел прочности стеклопластика при растяжении немногим меньше стали марки Ст5. Замена в строительстве металла пластическими массами снижает массу и металлоемкость конструкций. Пластические массы обладают исключительно высокой пластичностью, благодаря чему трудоемкость изготовления самых сложных деталей из пластических масс значительно меньше трудоемкости изготовления деталей из других материалов. Однако пластические свойства этих материалов проявляются по-разному. Одни из них (термореактивные) при затвердевании полностью теряют свою пластичность, и их невозможно вторично размягчить путем нагревания. Другие пластические массы (термопластичные) можно вторично размягчить и использовать повторно.
Пластические массы не подвержены коррозии, а многие из них стойки к агрессивным средам, поэтому срок их службы более длительный, чем изделий из металла.
Многие пластические массы обладают Электра – и теплоизоляционными свойствами. Некоторые пластические массы с асбестовым наполнителем имеют хорошие фрикционные качества и характеризуются высоким коэффициентом трения, малым износом; другие с тканевым наполнителем обладают антифрикционными свойствами и успешно заменяют бронзу и баббит в подшипниках.
Пластические массы имеют низкую теплостойкость – от –60 до + 200° С, что ограничивает область их применения.
К пластическим массам, применяемым в санитарно-технических и вентиляционных устройствах или изделиях для них, относятся винипласт, полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, полистирол, капрон, фторопласты и др.
Пленкой из винипласта оклеивают поверхности металлических деталей химической аппаратуры, вентиляторы, воздуховоды для защиты от действия агрессивных веществ.
Из полиэтилена изготовляют трубы, соединительные части для труб, детали санитарных приборов (сифоны для умывальников и ванн, смывных бачков, душевых сеток, водоразборной арматуры и др.).
Из полипропилена изготовляют трубы, трубопроводную и водоразборную арматуру, детали сифонов к умывальникам и ваннам.
Полиизобутилен – эластичная пластическая масса, хорошо противостоящая действию кислот, водостойкая. В виде листов и пленки применяется для футеровки вентиляторов и воздуховодов, предназначенных для транспортирования агрессивных паров и газов.
Полистирол–бесцветный прозрачный материал, обладающий высокой водостойкостью. Изделия из полистирола стойки к различным агрессивным жидкостям, в том числе к растворителям нефтяного происхождения. Полистирол обладает достаточно высокой прочностью. Он легко перерабатывается в различные изделия методами прессования, литья под давлением и экструзии при температуре 200–220° С.
Из фторопластов изготовляют химически стойкие прокладки, уплотнения для резьбовых соединений и сальников.
Кроме перечисленных выше пластических масс в санитарно-технических и вентиляционных устройствах используются фена пласты, стеклопластики и другие полимеры, но в значительно меньшей степени.
5. Теплоизоляционные и гидроизоляционные материалы для тепловых сетей
Теплоизоляционные и гидроизоляционные материалы, используемые в тепловых сетях тридцать – пятьдесят лет назад, не отвечают современным требованиям в отношении энергосбережения, экологических и экономических норм. Отечественные производители труб сегодня обладают большинством технологий по производству современных труб, теплоизоляционные материалы экономичны, а спектр их сегодня значительно широк. Сегодня разработаны и применяются такая теплоизоляция, как пенополиуретан (ппу), пенополистирол, современные минераловатные теплоизоляционные материалы. Ппу изоляция трубопроводов тепловых сетей хорошо зарекомендовала себя в странах с холодным климатов. ППУ изоляция стальных труб – сегодня это хорошо отлаженная система производства теплоизоляции трубопроводов. Пенополиуретан является долговечным и эффективным теплоизоляционным материалом.
Средняя плотность теплоизоляционных материалов (кг/куб. м) – физическая величина, определяемая отношением массы тела или вещества ко всему занимаемому ими объему, включая имеющиеся в них пустоты и поры. Средняя плотность материалов в сухом состоянии прямо пропорциональна объему пористости, и с ее помощью приближенно оценивают теплопроводность. При прочих равных условиях по средней плотности можно судить и о прочности теплоизоляционных материалов, конечно, в сугубо приближенном виде. Физико-механические свойства характеризуют прочность и деформативность теплоизоляционных материалов, т.е. общестроительные качества. К прочностным показателям относят прочности при сжатии, изгибе и растяжении. Как правило, значение этих показателей не велико и зависит от многих факторов: вида пористой структуры, прочностных показателей, формы и пространственного расположения каркасообразующих элементов структуры. Вид пористой структуры в значительной мере предопределяет способность материалов воспринимать тот или иной вид нагружения. В связи с этим стандарты регламентируют проведение испытаний теплоизоляционных материалов на один или несколько показателей прочности. Так, теплоизоляционные материалы с волокнистой структурой испытывают на изгиб и реже на растяжение, с зернистой и ячеистой структурами – на сжатие и реже на изгиб.
Отношение теплоизоляционных материалов к действию воды
Наличие воды в теплоизоляционных материалах всегда ухудшает их функциональные и строительно-эксплуатационные свойства. У влажных материалов резко повышаются теплопроводность и теплоемкость, у большинства из них снижаются физико-механические показатели. Поэтому снижение влажности является важным фактором улучшения свойств теплоизоляции. Отношение теплоизоляционных материалов к действию воды оценивается несколькими показателями. Влажность характеризуется отношением массы (объема) влаги, содержащейся в объеме материала, к его массе в сухом состоянии (влажность по массе) или к его объему (объемная влажность). Показатель влажности по массе существенно зависит от средней плотности материала, с ее уменьшением показатель влажности по массе растет и для теплоизоляционных материалов может достигать значений намного больше 100%. Свойства материала поглощать (сортировать) влагу из окружающего воздуха называют гигроскопичностью, а достигаемое при этом увлажнение – сорбционной или равновесной влажностью. Гигроскопичность зависит от природы материалов, характера пористой структуры, величины поверхности пор, а также от относительной влажности воздуха. При прочих равных условиях гигроскопичность выше у тех теплоизоляционных материалов, в структуре которых больше мелких капилляров, так как в них выше капиллярная конденсация паров воды. Снижение гигроскопичности теплоизоляционных материалов достигают путем их объемной гидрофобизации, уменьшения содержания микропор, защиты поверхности изделий обкладочными материалами или затирочными растворами. Свойство материалов увлажняться при соприкосновении одной из поверхностей с водой называется капиллярным подсосом (насыщением). Величина капиллярного подсоса главным образом зависит от пористой структуры материала и смачиваемости его водой. Чем больше капиллярных пор, тем выше при прочих равных условиях этот показатель. Крупные поры в процессе капиллярного подсоса не участвуют. Способность материала впитывать и удерживать воду характеризует его водопоглощение. Водопоглощение имеет месть при погружение материала в воду. По объему оно всегда меньше объема пористости теплоизоляционных материалов, а по массе – часто превышает 100%. Коэффициент размягчения характеризует влияние влаги на строительные свойства материалов и, прежде всего, на их прочность. Однако этот показатель непригоден для многих теплоизоляционных материалов, так как насыщение водой приводит к необратимым изменениям их структуры. Например, минераловатные изделия при этом уплотняются и резко снижают теплоизоляционные свойства, древесноволокнистые плиты набухают и теряют форму. Поэтому их отношение к действию воды оценивается комплексно. Морозостойкость характеризует способность материалов в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание. Этот показатель оценивается числом циклов, которое для различных теплоизоляционных материалов устанавливается соответствующими нормативными документами.
Отношение теплоизоляционных материалов к действию высоких температур Группа показателей, характеризующих поведение теплоизоляционных материалов при воздействии на них высоких температур, позволяет оценить эффективность применения их в тех или иных условиях службы. Термическая стойкость – способность материала выдерживать резкое многократное нагревание и охлаждение. Количественно измеряется числом циклов и характеризует продолжительность службы материалов в периодически действующих тепловых агрегатах. Этот важный показатель у теплоизоляционных материалов зависит главным образом от их пористой структуры. В связи с тем, что теплопроводность их значительно меньше, чем плотных материалов, то разница температур на горячей и холодной сторонах равновеликих изделий будет значительно больше. Следовательно, и величина температурных напряжений, определяемая расширением материала при нагревании и уменьшением объема при охлаждении, будет намного выше. Если же учесть, что высокопористое строение теплоизоляционных материалов предопределяет невысокую прочность, то становится ясным, что у большинства теплоизоляционных материалов термическая стойкость невысока. Особенно низка она у материалов с жестким ячеистым каркасом, например, получаемых пеновым способом. Наличие в структуре дефектов (микротрещин) способствует частичной релаксации температурных напряжений и, как следствие, повышению термической стойкости материалов. Такое строение характерно для керамических теплоизоляционных материалов, получаемых способом выгорающих добавок. Наиболее высокой термической стойкостью обладают материалы, в которых элементы твердой фазы, составляющие пористый каркас, имеют возможность свободно деформироваться при нагревании и охлаждении. Это, прежде всего материалы на основе огнеупорных волокон. Их термическая стойкость в десятки, а иногда и в сотни раз превышает тот же показатель материалов с ячеистой структурой и гораздо выше термостойкости плотных материалов. Для повышения термостойкости стремятся применять материалы с меньшими значениями коэффициента линейного температурного расширения (ТЛКР), который зависит от природы применяемого сырья. Огнеупорность – свойство материала противостоять, не деформируясь и не расплавляясь, длительному воздействию высоких температур. Огнеупорность зависит только от вещественного состава материала, т.е. от огнеупорности материалов, составляющих этот материал, и их соотношения в нем. Огнеупорность является важным признаком для определения предельной температуры применения теплоизоляционных материалов. Благодаря своим свойствам, огнеупорные теплоизоляционные материалы широко применяются на предприятиях металлургии, химической промышленности, машиностроения, в промышленности строительных материалов, энергетики. Температура начала деформации под нагрузкой – показатель, определяющий предельную температуру применения материала. Она соответствует температуре 4%-ной деформации материала под удельной нагрузкой, которая для теплоизоляционных материалов принимается, как правило, в соответствии с их средней плотностью. Температура начала деформации под нагрузкой всегда ниже огнеупорности и с повышением пористости снижается. Горючесть – способность материала выдерживать без разрушения действие высоких температур и открытого пламени. Горючесть характеризуется степенью возгораемости строительных материалов. По степени возгораемости все строительные материалы, в том числе и теплоизоляционные, делят на три группы: несгораемые, трудносгораемые, сгораемые. К несгораемым материалам относят все неорганические теплоизоляционные материалы. Материалы из органического сырья относят к группе сгораемых. Негорючесть материалов повышают введением в их состав минеральных компонентов, пропиткой антипиренами, покрытием огнезащитными составами. Модифицированные таким образом материалы и изделия относят к группе трудносгораемых материалов.