Влияние температуры, влажности, длительности действия нагрузок

ЛЕКЦИЯ 4

Композитные материалы на основе древесины. Фанера, стружечные и волокнистые плиты: основные свойства, область применения

Общие сведения.

Пластическими массами называются искусственно полученные материалы, содержащие в качестве основного компонента синтетические полимеры (смолы) - высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из большого количества одинаковых звеньев. Помимо смол в составе пластмасс могут быть различного рода наполнители, стабилизаторы и другие вещества, придающие определенные свойства данному материалу.

В зависимости от способа получения полимеров, который во многом определяет их свойства, все пластмассы делятся на два класса.

1. В результате реакции полимеризации, т.е. соединения большого количества мономеров в одну макромолекулу того же химического состава без выделения побочных продуктов, получают, в основном, термопласты: поливинилхлорид, полистирол, полиэтилен, оргстекло (полиметилметакрилат) и др. Для термопластов характерна обратимость перехода в пластическое состояние при повторном нагреве. Поэтому основным способом соединения термопластов является сварка.

2. В результате реакции поликонденсации, т.е. реакции, протекающей с выделением побочных продуктов, образуются, как правило, реактопласты. Это пластмассы на основе эпоксидных, фенолформальдегидных, карбамидных, полиэфирных смол, и они являются необратимыми, т.е. при повторном нагревании они не плавятся и остаются в твердом состоянии. Поэтому для них основными видами соединений являются клеевые и соединения на механических связях. Реактопласты, как правило, более прочные и жесткие и поэтому в большей степени пригодны для использования в несущих конструкциях. На их основе, в частности, созданы различные виды конструкционных клеев.

Важнейшее качество пластмасс: возможность получения материала с наперед заданными свойствами. Поэтому к пластмассам относятся огромное количество материалов с широким диапазоном и разнообразием свойств. Выделим наиболее характерные и важные для строительства свойства большинства видов конструкционных пластмасс.

 

Положительные свойства:

высокая удельная прочность

химическая стойкость

водонепроницаемость

малая тепло- и звукопроводность

возможность получения изделия произвольной формы и материала с заданными свойствами

Отрицательные свойства:

старение, т.е. изменение свойств с течением времени

ползучесть и деформативность, откуда следует необходимость учета длительности действия нагрузки

подверженность влиянию атмосферных факторов

дороговизна

низкая огнестойкость

токсичность (в ряде случаев)

высокий коэффициент температурного расширения (в два раза больше, чем у стали). Как следствие - необходимость устройства температурных швов

сравнительно невысокий модуль упругости. По этой причине наиболее эффективная сфера применения конструкционных пластмасс - пространственные конструкции, в которых требования жесткости менее актуальны.

Влияние температуры, влажности, длительности действия нагрузок

Сведения о механических показателях пластмасс в сравнении с другими конструкционными материалами приведены в таблице.

Таблица

Материал	g0 кг/м3	Расчетное сопротивление с учетом длительности действия нагрузки (осевое растяжение), МПа	Модуль упругости с учетом длительности действия нагрузки (осевое растяжение), МПа
Стеклопластик полиэфирный
СВАМ (стеклопластик)
Винипласт листовой (ВН)
Оргстекло (полиметилметакрилат)
Пенопласт ФРП-1, ФЛ-1		0,02
Пенопласт полистирольный ПСБ-С		0,06	8,5
Древесно-слоистый пластик (ДСП-Б) d=15-60 мм
Древесно-слоистый пластик (ДСП-В) d=15-60 мм
Плиты древесноволокнистые сверхтвердые
Плиты древесноволокнистые твердые
Фанера березовая ФСФ d=5-8 мм		6-13,5	6000-9500
Фанера бакелизированная ФБС-6
Древесина (сосна)			10 000
Сталь малоуглеродистая			200 000

Влияние на расчетные сопротивления пластмасс температуры, влажности и атмосферных воздействий выше, чем для древесины и учитывается поправочными коэффициентами m_t, m_w, m_f.

Более полные характеристики основных видов пластмасс приведены в табл. 1.4 учебника “Конструкции из дерева и пластмасс” под ред. Ю.В.Слицкоухова и “Конструкции из дерева и пластмасс” под ред. Г.Н.Зубарева. Основными документами, регламентирующими физико-механические показатели материалов являются ГОСТ, СНиП и другие нормативные документы (ВСН, МСН, Руководства, Рекомендации, Пособия и т.п.). В настоящее время нет единого нормативного документа, устанавливающего расчетные характеристики пластмасс и расчетные методики конструкций из пластмасс.