Definicja i skład tworzyw sztucznych
Nazwą "tworzywa sztuczne" obejmuje się materiały, których głównym" składnikiem (tzw. bazowym) są związki wielkocząsteczkowe - polimery, otrzymywane w wyniku polireakcji związków małocząsteczkowych, nazywanych monomerami (lub merami).
W skład tworzyw sztucznych oprócz składnika polimerowego wchodzą dodatki modyfikujące, tzw. środki pomocnicze (stabilizatory, zmiękczacze czyli plastyfikatory, antyutleniacze, barwniki, opóźniacze palenia, napełniacze itp.), których zadaniem jest dostosowanie właściwości tworzywa sztucznego do warunków eksploatacyjnych.
Dodatki te występują najczęściej w postaci zdyspergowanej w polimerze bazowym (matrycy). Szczególny rodzaj tworzyw sztucznych stanowią materiały kompozytowe, w których w sprężystej polimerowej matrycy, w sposób kontrolowany jest rozmieszczany napełniacz wzmacniający (proszkowy, włóknisty bądź polimerowy, ale sztywniejszy niż matryca).
Pomimo dużej liczby różnych dodatków, o właściwościach tworzyw sztucznych w głównej mierze decyduje składnik bazowy, tzn. polimer. Na tej podstawie dokonuje się klasyfikacji tworzyw sztucznych.
Cechy tworzyw istotne w zastosowaniach w budownictwie
Zaletami tworzyw sztucznych są: stosunkowo łatwe przetwórstwo, trwałość, odporność na korozję, gładkość powierzchni, właściwości hydrofobowe i nienasiąkliwość wodą, możliwość uzyskiwania ładnych kolorów, niski ciężar, łatwe łączenie (spawanie, zgrzewanie, klejenie) i montaż. Tworzywa mają ograniczoną odporność mechaniczną i są na ogół palne. Ta ostatnia cecha ogranicza zakres zastosowań. Istotne znaczenie mają te właściwości, które określają zachowanie się podczas pożaru, tzn. palność, łatwość zapłonu, łatwość rozprzestrzeniania się płomienia, intensywność generowania płonących kropli czy wydzielania dymu i toksycznych gazów.
W wyniku modyfikacji tworzyw poprawić można udarność, barierowość, odporność na działanie ognia, stabilność wymiarową, przewodnictwo cieplne czy antystatyczność.
Składniki tworzyw sztucznych
Plastyfikatory - dodaje się głównie do kruchych żywic syntetycznych głównie w celu modyfikowania ich udarności poprzez pęcznienie i zmniejszenie sztywności oraz lepkości polimeru.
Rozpuszczalniki - są to substancje ciekłe zdolne do rozpuszczania innych substancji bez zmiany ich charakteru chemicznego.
Środki smarujące - w procesach przetwórczych takich jak tłoczenie, prasowanie pełnią funkcję środka antyadhezyjnego zmniejszającego przyczepność stopionego polimeru do powierzchni metalowych urządzeń przetwórczych, a ponadto gwarantują poprawę jakości powierzchni wyrobów.
Stabilizatory - są to związki chemiczne zdolne do reakcji z rodnikami nadtlenkowymi, których zadaniem jest ochrona polimeru przed degradacją.
Antyelektostatyki - stanowią dodatki do polimerów zwiększające przewodność elektryczną, ponieważ na posadzkach, wykładzinach i innych materiałach może gromadzić się ładunek elektryczny i powodować iskrzenie.
Środki barwiące - mają za zadanie nadanie produkowanym wyrobom odpowiedniej barwy.
Napełniacze i nośniki wzmacniające - występują w postaci napełniaczy proszkowych lub w postaci włókien. Już 10% dodatku włókna zmniejsza pełzanie, rozszerzalność cieplną, skurcz i skłonność do pękania.
Środki spieniające - służą do „wypełniania” wyrobów z tworzyw sztucznych pęcherzykami gazu stanowiącymi fazę rozproszoną. Pory kształtuje się przy użyciu poroforów.
Przetwórstwo tworzyw sztucznych
Celem przetwórstwa jest nadanie tworzywu wymaganego kształtu użytkowego. Przetwórstwo tworzyw sztucznych obejmuje trzy główne etapy: obróbkę wstępną, formującą i wykończeniową.
W obróbce formującej możemy wyróżnić takie etapy jak: prasowanie, wtryskiwanie, wytłaczanie, nawarstwianie, laminowanie natryskowe i formowanie ciśnieniowe.
Właściwości fizyczne
Gęstość objętościowa - zawiera się w bardzo szerokich granicach tj. od 0,9 - 7,8g/cm3 dla tworzyw sztucznych nie komórkowych oraz dla pianek w zakresie 0,015-0,4 g/cm3
Nasiąkliwość - waha się w granicach od zera do kilkudziesięciu procent i jest uwarunkowana porowatością materiału
Przewodność cieplna - w porównaniu do innych materiałów konstrukcyjnych jest bardzo mała i zależy ponadto od szczelności; dla tworzyw szczelnych l = 0,14-0,4 W/(mK) dla tworzyw porowatych l = 0,035-0,085 W/(mK).
Współczynnik liniowej rozszerzalności - cieplnej jest znacznie większy od współczynnika tradycyjnych materiałów budowlanych od około 2 do 20 razy.
Odporność cieplna tworzyw sztucznych - jest porównawczo znacznie mniejsza niż tradycyjnych materiałów budowlanych i zależy od rodzaju tworzywa. Dla tworzyw termoplastycznych zawiera się w granicach 60-90 oC natomiast tworzywa termoutwardzalne wykazują odporność nawet powyżej 150 oC
Właściwości fizyczno - chemiczne
Skurcz - wyrobów z tworzyw sztucznych w czasie ich przetwórstwa następuje w momencie formowania na gorąco np. metodą prasowania.
Odporność korozyjna - przewyższa odporność materiałów tradycyjnych. Najbardziej odpornym na korozję polimerem jest teflon.
Adhezja - przyczepność niektórych polimerów od różnych rodzajów podłoża takich jak drewno, beton, stal jest znaczna. Stwarza to możliwość łączenia (klejenia) różnych elementów za pomocą ciekłych polimerów.
Wyroby budowlane z tworzyw sztucznych
Materiały podłogowe
Materiały podłogowe z tworzyw sztucznych mają postać płytek, rulonów, mas, listew przypodłogowych oraz okładzin stopni schodowych.
Płytki podłogowe z PVC - stanowią one jednolity i jednowarstwowy materiał podłogowy w postaci sztywnych elementów o wymiarach 30x30x0,2 lub 0,25 cm
Elastyczne okładziny obiektowe - najdłużej znanym materiałem tego typu jest linoleum. Charakteryzuje się znacznym ciężarem własnym powyżej 3kg/m3 produkowanych w rolkach o szerokości 2m, występują również w postaci płyt o wymiarach 1x1 m, 0,61x0,61 m, 0,5x0,5 m
Wykładziny dywanowe - stanowią kolejną postać wielofunkcyjnego materiału pokryciowego podłóg, mają zastosowanie w takich obiektach jak: hotele, biura, sale konferencyjne. Pod względem technologii wytwarzania wykładziny dywanowe można podzielić na igłowe, flokowane i klejone.
Masy podłogowe - tradycyjne posadzki na spoiwie mineralnym np. betonowym wykazują dużą wytrzymałość na ściskanie i twardość, ale nie są dostatecznie odporne na czynniki agresywne tj. kwasy i zasady, a ponadto są trudne do wykonania i utrzymania.
Listwy podłogowe - są wykonywane z plastyfikowanego polichlorku winylu z dodatkiem plastyfikatorów w technologii wytłaczania. Listwy są przeznaczone do przykrywania styków wykładzin podłogowych ze ścianami, kolumnami itd. w pomieszczeniach zamkniętych w temp. -5 do 40 oC.
Okładziny stopni i podestów - wykonuje się z uplastycznionego polichlorku winylu wzmacnianego napełniaczami i barwionego odpowiednio dobranymi pigmentami
Okładziny poręczowe - z plastyfikowanego polichlorku winylu są stosowane do okładania poręczy balustrad schodowych wewnątrz budynków. Produkowane są dwa wymiary okładzin 30x6 i 40x8 mm
Materiały do krycia dachów
Pokrycia dachowe są elementami budynku narażonymi na działanie zmiennych warunków atmosferycznych. Muszą one być odporne na wahania temperatury, promienie UV, a także ulewne oraz kwaśne deszcze. Do grupy materiałów stosowanych na pokrycia dachowe zalicza się: folie, płyty, taśmy, kopuły.
Materiały wielowarstwowe - folie izolacyjne z PVC można stosować w obiektach narażonych na działanie wody, roztworów soli gdy temp. nie przekracza 40 oC. Używane w budownictwie folie są grubości 1,5-2 mm szerokości 1m i długości 10m.
Materiały bezspoinowe - służą do sporządzania hydroizolacji dachowych metodą natryskową. Z różnego rodzaju systemów bazujących na układach dyspersyjnych dużą popularność zyskują hydroizolacje z użyciem natryskowych elastomerów poliuretanowych.
Materiały okładzinowe (ścienne)
Do grupy materiałów okładzinowych należy zaliczyć materiały w postaci; płyt, płytek, profili i rulonów. Do materiałów rulonowych należą tapety zmywalne, które są powlekane PVC.
Płyty i płytki ścienne - do produkcji używa się twardego PVC, wysokoudarowego polistyrenu, żywic akrylowych, tworzywa melaminowego. Płytki ścienne tego rodzaju charakteryzują się odpornością na działanie wody i detergentów.
Okładziny ścienne i sufitowe - są produkowane z twardej folii PVC grubości 0,4 do 1,2 mm o dużych formatach 96x48cm, 90x61,5cm, 51x51cm
Listwowe elementy okładzinowe - są produkowane z twardego PVC. Mają postać pustych w środku listew z odpowiednio wyprofilowanymi zakończeniami umożliwiającymi ich łatwe i szybkie łączenie.
Tapety z tworzyw sztucznych - stanowią okładzinę ścienną składającą się najczęściej z kilku warstw. Poszczególne warstwy tworzą różne funkcje (nośne, dekoracyjne, hydroizolacyjne)
Folie samoprzylepne - wyróżnia się dwa rodzaje poliizobutylenowe i polichlorowinylowe. Są one produkowane z wypełniaczem (najczęściej grafit lub sadza) lub bez wypełniacza. Charakteryzują się one dużą plastycznością i odpornością na działanie wody.
Materiały do izolacji cieplnej i akustycznej
Materiały te obejmują izolację budowlane obiektów i konstrukcji, od fundamentów aż po dach, oraz izolacje techniczne używane do rurociągów, zbiorników, agregatów w instalacjach ciepłowniczych, chłodniczych i przemysłowych.
Styropian - Polistyren piankowy jest uzyskiwany wskutek spienienia polistyrenu w obecności poroforów na gorąco metodą dwuetapową: w pierwszym etapie w temp. 80-100 oC, przy użyciu pary wodnej otrzymuje się granulat o wielkości 0,2-0,3 mm, w drugim natomiast dalsze spienienie wykonuje się za pomocą niskowrzących węglowodorów. Półprodukty mają postać kulistych perełek o średnicy 2-3 mm, które stosuje się bezpośrednio czyli w postaci granulek lub w postaci płyt, bloków lub kształtek.
Pianki poliuretenowe PUR - powstają z żywicy poliestrowej zmieszanej z izocyjaninami oraz innymi substancjami (m. in. środkami spieniającymi, katalizatorami). W budownictwie największe zastosowanie mają pianki sztywne (twarde). Produkowane są jako elementy formowane w postaci płyt lub bloków oraz jako mieszaniny substancji składowych, przeznaczonych do natryskiwania. Pianki PUR charakteryzują się najmniejszymi współczynnikami przewodzenia ciepła wśród wszystkich materiałów ociepleniowych l = 0,025-0,030 W/(mK)
Kity
Kity budowlane uszczelniające stanowią grupę materiałów hydroizolacyjnych nierolowych. Znajdują one zastosowanie przede wszystkim w uszczelnianiu poziomych i pionowych złączy elementów budowlanych, lekkiej obudowy stolarki budowlanej, szyb pojedynczych i zespolonych oraz do wypełniania szczelin dylatacyjnych.
Kity poliuretanowe - podobnie jak epoksydowe, poliestrowe i fenolowe, są najczęściej materiałami dwukomponomentowymi chemoutwardzalnymi. Ze względu na właściwości elastyczne są odpowiednie do wypełniania szczelin dylatacyjnych o dopuszczalnym odkształceniu całkowitym do 25%
Kity akrylowe - są stosowane do wypełniania spoin o szerokości do 2cm. Nieodporne na długotrwały kontakt z wodą. Charakteryzują się niewielką wytrzymałością mechaniczną.
Kity polisiarczkowe - nie są wrażliwe na działanie olejów, rozpuszczalników organicznych, czynników atmosferycznych, w tym ozonu i światła. Charakteryzują się dużą elastycznością, powrót poodkształceniowy wynosi ok. 90%.
Kity kauczukowe i kauczukowo-asfaltowe - są mieszaniną asfalty i lateksu syntetycznego z wypełniaczami mineralnymi, plastyfikatorami. Wykazują dobrą przyczepność do betonu, kamieni, ceramiki, drewna i szkła.
Kity silikonowe - są produkowane w następujących odmianach: silikony uniwersalne, silikony N i silikony sanitarne. Silikony uniwersalne są odporne na warunki klimatyczne, wodę i temp. od -40 do 160 oC. Silikony N (natyralne) o odczynie obojętnym dobrze łączą się z betonem. Stosowane są głównie do wypełniania szczelin dylatacyjnych. Silikony sanitarne charakteryzują się wodoszczelnością i ograniczoną paroprzepuszczalnością.
Kity szklarskie - stosuje się do uszczelniania szyb w ramach drewnianych i metalowych a także do uszczelniania okien zespolonych.