Механические и химические свойства полимерных материалов очень важно знать перед использованием в строительстве. Такие материалы все чаще используются в инфраструктурном строительстве, например, для изготовления структурных компонентов, защитных покрытий и клеев.
Механические и химические свойства полимерных материалов имеют решающее значение для дизайнеров и инженеров, поскольку эти характеристики показывают, подходят ли эти материалы для использования в строительстве или нет.
Высокая прочность или отношение модуля упругости к весу, вязкость, эластичность, устойчивость к коррозии, отсутствие проводимости (тепловой и электрической), цвет, прозрачность – это свойства, которые присутствуют в большинстве полимерных материалов. Свойства полимерных материалов можно изменить путем добавления стабилизаторов или пластификаторов.
Инженеров в первую очередь интересуют механические свойства и физико-химические, определяющие долговечность. Механические характеристики полимерных материалов могут заметно изменяться в довольно небольшом диапазоне температур.
Свойства полимерных материалов
1. Плотность
Плотность полимерных материалов низкая, поскольку они состоят в основном из легких элементов. Плотность полиметилпентана составляет 830 кг на кубический метр, полипропилена (PP) – 905 кг на кубический метр, а политетрафторэтилена (PTFE) – 2150 кг на кубический метр. Эти плотности значительно ниже плотности стали, которая составляет 7850 кг на кубический метр.
2. Тепловое расширение
Тепловое расширение полимеров относительно велико. Это необходимо учитывать при проектировании и использовании полимерных компонентов, особенно в сочетании с другими инженерными материалами.
Полимеры могут расширяться на разную
в разных направлениях благодаря своему составу. Он содержит сильные
ковалентные связи вдоль полимерной цепи и гораздо более слабые дисперсионные силы
между полимерными цепями.
3. Теплопроводность
Теплопроводность (коэффициент K) полимеров очень низкая. Это делает их подходящими изоляционными материалами. Полимеры также обладают выдающимися электроизоляционными свойствами.
При температуре окружающей среды ненаполненные полимеры имеют теплопроводность в диапазоне 0,15-0,13 Вт/м°C, теплопроводность меди составляет около 240 Вт/м°C, а теплопроводность меди – около 385 Вт/м°C.
Твердые полимеры имеют теплопроводность в диапазоне от 0,16 до 0,45 Вт/м/К. Во вспененных полимерах теплопроводность составляет всего 0,024 Вт/м/К (ватт на метр на градус Кельвина).
4. Проницаемость
Как правило, твердые полимеры не содержат взаимосвязанных пор и могут
как правило, считаются практически непроницаемыми. Именно поэтому полимеры
часто используются в качестве защитных покрытий, пароизоляционных материалов, герметиков, конопаток.
соединений и защиты от газов и паров.
5. Устойчивость к химикатам
Полимер может противостоять химическим веществам, что делает его подходящим строительным
материалом в различных обстоятельствах.
6. Прочность
Существует
существует несколько видов прочности, таких как растяжение, сжатие, изгиб,
кручение и ударная прочность. На ударную прочность сильно влияет
изменение температуры, ударная вязкость обычно снижается с понижением температуры
падает.
Прочность полимерного материала
зависит от молекулярного веса, сшивки и кристалличности. Прочность на разрыв
прочность полимера на разрыв возрастает с увеличением молекулярного веса. Аналогично, большой
большая молекулярная масса обеспечивает высокую прочность.
Более того, сшивание уменьшает
подвижность цепей и увеличивает прочность полимера. Кристалличность
полимера увеличивает прочность, потому что в кристаллической фазе
межмолекулярные связи более значительны.
7. Долговечность
Долговечность зависит от типа полимера, его состава и
структуры, а также на синергетический эффект условий воздействия. На сайте
долговечность полимера определяет, подходит ли он для внешнего
применения в строительстве
Изменения, которые приводят к деградации полимеров под воздействием окружающей среды и в конечном итоге определяют долговечность, сложны и разнообразны. Сложность возникает из-за совместного действия ряда агентов деградации, в частности, ультрафиолетового излучения (солнечного света), тепла, кислорода, озона и воды.
Список основных агентов и способов деградации полимерных материалов приведен в таблице 1.
Таблица 1: Основные агенты и способы деградации в полимерах
Основные агенты Способ деградации Кислород при умеренной температуре Термическое окисление Кислород при повышенной температуре Горение Кислород + ультрафиолетовое излучение Фотоокисление Гидролиз воды Только тепло Пиролиз Ионизирующее излучение Радиолиз Микроорганизмы Биологическая атака Атмосферный кислород + вода + солнечная радиация Выветривание Атмосферная деградация
Эти агенты производят физические и химические изменения на молекулярном уровне, и эти изменения отличаются для разных полимеров. Например,
Полиэтилен подвержен фотоокислению под воздействием солнечного света, если он специально не стабилизирован поглотителями ультрафиолета, такими как сажа. В результате они более устойчивы к атмосферным воздействиям.
Фотоокисление и термическое
окисление реакция полимера с атмосферным кислородом может привести к
сшивание полимерной цепи с сопутствующим охрупчиванием или может разрушить
цепи на мелкие фрагменты. Эти фрагменты растворимы в воде и вымываются повторно.
вымываются, вызывая эрозию поверхности.
Ионизирующее излучение также вызывает молекулярное повреждение полимеров, что приводит к сплавлению, сшиванию и деградации полимерных цепей. Некоторые полимеры разрушаются путем медленного хрупкого разрушения при напряжениях значительно ниже нормального напряжения разрушения, когда они подвергаются воздействию некоторых специфических органических веществ.
Это приводит к растрескиванию под воздействием окружающей среды (ESC) в местах локальной концентрации напряжения. Полиэтилен (ПЭ) можно сделать более устойчивым к растрескиванию под напряжением, увеличив длину цепи.
8. Токсичность
Некоторые органические мономеры, из которых синтезируются полимеры, признаны токсичными, и на обращение с этими веществами наложен строгий контроль. Уровень остаточных свободных мономеров в термопластах чрезвычайно низок, и эти материалы обычно не считаются опасными.
Однако при воздействии высокой температуры может произойти частичное пиролитическое разложение с выделением мономера или других летучих и токсичных веществ. С неполимеризованными веществами следует обращаться со строгим вниманием.
Кроме того, проблемы токсичности возникают при использовании некоторых полимерных добавок, поэтому добавки, разрешенные в составах для контакта с питьевой водой, должны находиться под строгим контролем.
Читайте далее:- Полимерный пропитанный бетон – применение и свойства полимеров в бетоне.
- Виды цепей, используемых в геодезии, их части, испытания и преимущества.
- Что такое тепловая масса в пассивном солнечном здании?.
- Модифицированный полимерами бетон – виды, свойства и применение в строительстве.
- Свойства строительных материалов и их значение в строительстве.
- Как работает пассивная система солнечного отопления?.
- Разница между химическим потреблением кислорода (ХПК) и биологическим потреблением кислорода (БПК).