Искусственные строительные материалы

К искусственным строительным материалам относятся: кирпич (силикатный, керамический), бетонные блоки, шлакоблоки. Чаще всего предпочтение отдается искусственным строительным материалам, в том числе обожженному камню, т. к. он имеет определенные размеры, что существенно облегчает работу. Керамические красные камни и кирпич используют для кладки как наружных, так и внутренних стен помещений.

Кирпичи выпускаются нескольких видов и марок: пустотелые и полнотелые, морозостойкие (марки 15, 25, 35, 50), прочные (марки 300, 250, 200, 175, 150, 125, 100, 75), обычные (с размерами 250x120x65 мм), утолщенные (с размерами 250 Х 120 X 80 мм).

Камни изготавливаются способом формования и бывают только пустотелыми. Разные виды камней имеют и разные размеры, например: обычные- 250x120x138 мм, укрупненные - 250 X 138 X 138 мм, модульные - 288 X 138 X 138 мм.

Силикатный белый кирпич относится к наиболее распространенным и экономичным материалам. Он является безобжиговым и изготовляется из смеси кварцевого песка и извести путем прессования с дальнейшей обработкой в автоклаве. Выпускается модульный и одинарный кирпич, а также силикатные камни. Одинарный силикатный кирпич бывает полно- и пустотелым (размеры 250 X 120 X 65 мм). Модульный - 250 X 120 X 88 мм, силикатные камни - 250x120x138 мм. И камни, и модульный кирпич производятся только пустотелыми.

Так же изготавливается лицевой силикатный кирпич и камни . Они бывают неокрашенными и цветными (окрашивается вся масса либо только лицевые грани). Самыми распространенными цветами окраски являются голубой, зеленоватый, кремовый, желтоватый и др. В связи с тем, что силикатный кирпич имеет очень низкую водостойкость, его нельзя использовать при кладке фундаментов и цоколей ниже гидроизоляционного слоя. Еще этот кирпич не применяют для кладки дымовых труб и печей (он не выдерживает высокого нагрева).

Шамотный желтый кирпич изготавливается двух видов: тугоплавкий и огнеупорный. Имеет размеры 250 X 123 X 65 мм и может использоваться для постройки любых помещений. При выборе кирпичей для строительства необходимо производить их тщательный осмотр. Недопустимы трещины и вздутия, перекосы ребер и неправильная форма.

Бетонные стеновые блоки могут быть выполнены из шлакобетона и других композиционных смесей на основе цемента или извести. Использовать их можно для кладки стен и фундаментов, для строительства перегородок или для облицовочной кладки.

Искусственные строительные материалы получают, в основном, из природных материалов. При этом конечный продукт отличается от использованного в его производстве сырья и по физическим и по химическим свойствам. В процессе переработки сырья происходят различные химические реакции, которые в корне меняют его свойства. В качестве примера можно привести искусственный камень, который может имитировать любой натуральный камень, но при этом он достаточно прочный и доступный в цене.

Природные строительные материалы проходят лишь механическую обработку, при этом сохраняются все химические и физические свойства материалов. Широко применяются сегодня в строительстве такие природные материалы, как песок, гравий, щебень, дерево, камень, глина, известь и др.

В строительстве используют большое количество разнообразных материалов. По назначению строительные материалы принято делить на следующие группы:

Вяжущие строительные материалы (воздушные вяжущие, гидравлические вяжущие). В эту группу входят различные виды цементов, известь, гипс;

Стеновые материалы - ограждающие конструкции. К этой группе относятся естественные каменные материалы, керамический и силикатный кирпич, бетонные, гипсовые и асбестоцементные панели и блоки, ограждающие конструкции из стекла и силикатного ячеистого и плотного бетона, панели и блоки из железобетона;

Отделочные материалы и изделия - керамические изделия, а также изделия из архитектурно-строительного стекла, гипса, цемента, изделия на основе полимеров, естественные отделочные камни;

Тепло- и звукоизоляционные материалы и изделия - материалы и изделия на основе минеральных волокон, стекла, гипса, силикатного вяжущего и полимеров;

Гидроизоляционные и кровельные материалы ~ материалы и изделия на основе полимерных, битумных и других связующих, асбестоцементный шифер и черепица;

Герметизирующие - в виде мастик, жгутов и прокладок для уплотнения стыков всборных конструкциях;

Заполнители для бетона ~ естественные, из осадочных и изверженных горных пород в виде песка и щебня (гравия), и искусственные пористые;

Штучные санитарно-технические изделия и трубы - из металлов, керамики, фарфора, стекла, асбестоцемента, полимеров, железобетона.

Классификация строительных материалов по назначению позволяет выявить наиболее эффективные материалы, определить их взаимозаменяемость и после этого правильно составить баланс производства и потребления материалов.

Искусственные строительные материалы разделяют по главному признаку их отвердевания (формирования структурных связей) на:

Безобжиговые - материалы, отвердевание которых происходит при обычных, сравнительно невысоких температурах с кристаллизацией новообразований из растворов, а также мате риалы, отвердевание которых происходит в условиях автоклавов при повышенных температуре (175...200 °С) и давлении водяного пара (0,9... 1,6 МПа);

Обжиговые - материалы, формирование структуры которых происходит в процессе их термообработки в основном за счет твердофазовых превращений и взаимодействий.

Указанное деление является отчасти условным, ибо не всегда возможно определить четкую границу между материалами.

В конгломератах безобжигового типа цементирующие вяжущие представлены неорганическими, органическими, полимерными, а также смешанными (например, органоминеральными) продуктами. К неорганическим вяжущим относят клинкерные цементы, гипсовые, магнезиальные и др.; к органическим -битумные и дегтевые вяжущие вещества и их производные; к полимерным - термопластичные и термореактивные полимерные продукты.

В конгломератах обжигового типа роль вяжущего играют керамические, шлаковые, стекольные и каменные расплавы.

Органические вяжущие вещества позволяют получать конгломераты, отличающиеся: по температуре их применения в строительстве - горячие, теплые и холодные асфальтобетоны; по удобообрабатываемости - жесткие, пластичные, литые и др. ; по размеру частиц заполнителя - крупно-, средне- и мелкозернистые, а также тонкодисперсные.

Полимерные вяжущие вещества - важные компоненты при изготовлении полимербетонов, строительных пластмасс, стеклопластиков и других, нередко называемых композиционными материалами.

Классификация искусственных строительных материалов (конгломератов), объединяемая общей теорией, расширяется с появлением новых вяжущих веществ, разработкой новых искусственных заполнителей, новых технологий или существенной модернизацией существующих, созданием новых комбинированных структур.

Искусственные каменные материалы на основе минеральных вяжущих веществ

Асбестоцементные изделия

Асбестоцементом называют искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания смеси, состоящей из цемента, воды и асбеста. В зависимости от вида изделий, а также от качества используемого асбеста содержание его в сырьевой смеси меняют в пре делах от 10 до 20%, а портландцемента - от 80 до 90 %. Распущенные асбестовые волокна, сцепляясь с цементным камнем, армируют его и придают асбестоцементным изделиям высокую прочность. Асбестоцемент при сравнительно небольшой плотности (1600- 2000 кг/м 3) обладает высокими прочностными показателями (предел прочности при изгибе до 30 МПа, а при сжатии до 90 МПа). Асбестоцементные материалы не пропускают электрический ток, не горят, морозостойки, имеют малую водо- и воздухопроницаемость, однако обладают повышенной хрупкостью и при неравномерном насыщении водой могут коробиться.

Изделия на основе извести

Изделия, состоящие из смеси извести, песка и воды, отформованные и прошедшие тепловлажностную автоклавную обработку, называются силикатными. Долгое время единственным видом силикатных строительных материалов являлся силикатный кирпич, для изготовления которого применяют кварцевый песок и воздушную известь. Если же часть кварцевого песка тонко размолоть, то прочность изделий после автоклавного твердения значительно возрастет, и в этом случае получают уже силикатный бетон, в котором вяжущим является тонкомолотая известково-кремнеземистая смесь.

Гипсовые и гипсобетонные изделия

Изделия на основе гипса можно получать как из гипсового теста, т. е. из смеси гипса и воды, так и из смеси гипса, воды и заполнителей. В первом случае изделия называют гипсовыми, во втором - гипсобетонными. Вяжущими для изготовления гипсовых и гипсобетонных изделий в зависимости от их назначения служат строительный и высокопрочный гипс, водостойкие гипсоцементно-пуццолановые смеси, а также ангидритовые цементы. В качестве заполнителей в гипсобетоне используют естественные материалы - песок, пемзу, туф, топливные и металлургические шлаки; легкие пористые заполнители промышленного изготовления - шлаковую пемзу, керамзитовый гравий, аглопорит, а также органические заполнители - древесные опилки, стружку, макулатуру, стебли и волокно камыша и др.

Гипс - воздушное вяжущее, поэтому гипсовые и гипсобетонные изделия (панели и плиты перегородочные, плиты для оснований пола, листы обшивочные, вентиляционные короба, камни для кладки стен, архитектурные детали) применяют в основном для внутренних частей зданий, не несущих больших нагрузок. Изделия из гипса могут быть сплошными и пустотелыми, армированными и неармированными.

Виды искусственных каменных материалов

В зависимости от вида вяжущего различают изделия на основе цемента, извести, гипса. Вид вяжущего и принятый способ производства определяют условия твердения безобжиговых материалов. Твердение может происходить как в естественных условиях, так и в условиях термовлажностной обработки (пропаривания или обработки в автоклавах).

В качестве заполнителей для изготовления искусственных каменных материалов применяют кварцевый песок, пемзу, шлак, золу, древесные опилки. Для повышения прочности при изгибе изделия армируют волокнистыми материалами - асбестом и древесиной.

По виду минерального вяжущего искусственные каменные изделия можно разделить на четыре группы: гипсовые и гипсобетонные; изделия на основе магнезиальных вяжущих; силикатные; асбестоцементные, изготовляемые на основе портландцемента с добавкой асбеста.

К основным каменным безобжиговым материалам и изделиям относятся гипсобетонные и гипсовые изделия, силикатный кирпич и силикатобетонные изделия, асбестоцементные изделия. В отличие от керамических производство таких материалов осуществляют при сравнительно низких температурах. Так, температура изготовления силикатного кирпича 170-180°С, а время тер мообработки 10-14 ч, в то время как керамический кирпич обжигают при 900-1100°С в течение 24-30 ч. Таким образом, затраты топлива на производство силикатного кирпича гораздо меньшие, чем при производстве керамического. Другие виды безобжиговых каменных материалов требуют еще меньших затрат топлива. Однако, как правило, керамические материалы более долговечны и стойки к действию воды, агрессивных растворов и высоких температур.

Вывод

Искусственные строительные материалы и изделия производят в основном из природных сырьевых материалов, реже - из побочных продуктов промышленности, сельского хозяйства или сырья, получаемого искусственным путем. Вырабатываемые строительные материалы отличаются от исходного природного сырья как по строению, так и по химическому составу, что связано с коренной переработкой сырья в заводских условиях с привлечением для этой цели специального оборудования и энергетических затрат. В заводской переработке участвует органическое (дерево, нефть, газ и др.) и неорганическое (минералы, камень, руды, шлаки и др.) сырье, что позволяет получать многообразный ассортимент материалов, употребляемых в строительстве. Между отдельными видами материалов имеются большие различия в составах, внутреннем строении и качестве, но они и взаимосвязаны как элементы единой материальной системы.

Литература

1. Горчаков Г.И. Баженов Ю.М. Строительные материалы: Учебник для вузов.-М: Стройиздат, 1986.

2. Комар А.Г. «Строительные материалы и изделия», Москва, 1988 г.

3. Строительные материалы. Учебник для вузов/ под общ. ред. В.Г. Микульского.-М.: издательство АСВ, 1996.

4. Оценка качества строительных материалов: Учебное пособие/ К.Н. Попов, М.Б. Каддо, О.В. Кульков. -М: изд. АСВ,

5. Попов К.Н., Каддо М.Б. Строительные материалы и изделия: Учебник/ К.Н. Попов.- М.: Высшая школа, 2005

6. Примеры и задачи по строительным материалам: Учебное пособие/ под ред. Шубенкина М.Н., Скротаева Б.Г.

Искусственные ткани: ненатуральные материалы из натурального сырья

Легкие, прочные, комфортные и невероятно красивые искусственные ткани заслуженно пользуются повышенным спросом у производителей одежды. По многим характеристикам ткани, изготовленные из искусственных нитей, превосходят даже натуральные материалы.

Многие, следуя многолетним традициям, отдают предпочтение натуральным тканям – хлопку, льну, шелку и шерсти, именуя синтетикой любые материалы, полученные в результате химических процессов, и относясь к ним с пренебрежением.

Такое название не совсем соответствует истине, поскольку весь ассортимент тканей, производимых химическим путем, можно разделить на две большие группы:

1. Ткани, изготовленные из полимеров, не существующих в природе – именно их и можно с полным основанием называть синтетическими. Это капрон, нейлон, акрил и другие.
2. Искусственные ткани, полученные из натуральных природных компонентов – целлюлозы, древесины, каучука и даже стекла. По внешнему виду их практически невозможно отличить от натуральных, к тому же они обладают весьма высокими гигиеническими свойствами.

Наиболее яркими представителями группы ненатуральных тканей из натурального сырья являются вискоза, модал, бамбук, ацетат и триацетат.

Вискоза – родоначальник искусственных тканей

Технология производства вискозы – искусственного шелка из древесной целлюлозы – была запатентована еще в 1884 году во Франции. С тех пор процесс неоднократно совершенствовался, а ткань по-прежнему пользуется популярностью.

Преимущества и недостатки вискозы

Вискозная ткань по внешнему виду может напоминать любой натуральный материал – от тончайшего шелка до мехового полотна.

Список основных достоинств вискозы:

1. Одежда из вискозы очень приятна на ощупь – она мягкая и обволакивающая.
2. Полотно отлично драпируется, образуя красивые складки.
3. Материал гигроскопичен – может впитать воды в два раза больше, чем лен.
4. Волокна с легкостью окрашиваются в различные цвета.
5. Полотно диэлектрично.
6. Вискоза не вызывает раздражения кожи.

Несомненным преимуществом вискозных тканей является их невысокая по сравнению с натуральными стоимость, что делает одежду из них хитом продаж.

Однако на фоне многочисленных достоинств, у вискозного полотна имеются и некоторые минусы:

• повышенная сминаемость в процессе носки изделий;
• деформация и скатывание во время стирки;
• резкое снижение износостойкости под воздействием солнечных лучей или воды;
• высокая возгораемость.

Интересный факт! Нередко положительные качества вискозы имеют негативные последствия. Так, высокая гигроскопичность материала может привести к тому, что в условиях повышенной влажности ткань заплесневеет.

Уход за изделиями из вискозы

Приобретая изделие из вискозы, следует обязательно ознакомиться с описанием на ярлычке. В целом же общие правила сводятся к следующему:

1. Стирать следует руками или же используя самый щадящий машинный режим.
2. Температура воды при стирке не должна превышать 30 0 С.
3. Категорически запрещено использование отбеливающих средств.
4. Изделие не выкручивают, а слегка отжимают, завернув в полотенце.
5. Сушить следует в горизонтальном положении, избегая попадания прямых солнечных лучей.
6. Гладить вискозу нужно, выставив регулятор утюга в положение «шелк».

Поскольку вискоза в чистом виде – достаточно деликатный и требовательный материал, то чаще всего можно видеть в продаже изделия из ее модификаций.

Модал – ткань без недостатков

Эту разновидность вискозного полотна впервые стали производить в 30-х годах ХХ века в Японии.

Для изготовления модала используется целлюлоза, полученная из древесины ценных пород – эвкалипта, бука, альпийской сосны. В результате переработки получаются легкие тонкие нитки, обладающие повышенной прочностью.

Основные свойства модала

Списку достоинств данной искусственной ткани могут позавидовать даже натуральные материалы:

• комфортность – модал мягко струится по телу, создавая эффект прохлады. Обладает отличной воздухопроницаемостью;
• гигроскопичность – ткань не только впитывает повышенное количество влаги, но и легко выводит ее из волокон;
• легкость – материал практически не имеет веса, но в то же время обладает повышенной прочностью на разрыв;
• износостойкость – модал не мнется, не меняет форму при носке, не садится при стирке;
• экологичность – ткань производится только из натуральных компонентов;
• безопасность – материал мягкий, не раздражает кожу и не вызывает неприятных ощущений.

Важно знать! В крайне редких случаях изделия из модала могут спровоцировать покраснение кожи и зуд. Поэтому использовать их людям, склонным к аллергии, следует с осторожностью.

Модал – очень красивый материал, отличающийся обилием ярких расцветок. Ткань с односторонним переплетением волокон напоминает плотный шелк или атлас с благородным отливом. При помощи двухстороннего переплетения получают махровый модал, весьма похожий по ощущениям на бархат.

Что можно сшить из модала

Отсутствие недостатков позволяет применять для изготовления следующих изделий:

1. Летняя одежда – футболки, кофточки, майки и т п.
2. Спортивная одежда.
3. Нижнее белье.
4. Чулки, носки, колготки.
5. Одежда для дома – халаты, пижамы, ночные рубашки.
6. Домашний текстиль – банные простыни и полотенца, тряпочки для уборки, мочалки, коврики и т. п.
7. Постельные принадлежности.

За изделиями из модала несложно ухаживать. Если нет других указаний на ярлычке, то стирают их в прохладной воде, сушат в расправленном виде и гладят, нагрев утюг до средней температуры.

Бамбук – экологичность прежде всего

Бамбуковое вискозное полотно появилось на рынках совсем недавно, но сразу же нашло своих поклонников, в особенности среди людей, ведущих здоровый образ жизни.

При производстве ткани используется целлюлоза бамбука, содержащая много веществ, полезных для здоровья. Поэтому изделия из бамбуковых волокон – пушистых пустотелых нитей – обладают множеством достоинств.

Удобство и комфорт бамбуковой ткани

Производители одежды из бамбука утверждают, что его потребительские свойства выше, чем у хлопка и льна. С ними трудно не согласиться, увидев перечень положительных свойств материала.

• Повышенная способность к впитыванию влаги и неприятных запахов.
• Прочность, но вместе с тем и отличная воздухопроницаемость.
• Высокая экологичность, гипоаллергенность.
• Износостойкость – изделия из бамбуковой ткани выдерживают до 600 стирок, не теряя формы и внешнего вида.
• Материя приятна на ощупь, не раздражает тело.

Интересный факт! Доказано, что одежда из бамбукового полотна может уничтожать бактерии, а также способствует заживлению мелких царапин и ссадин.

Применение бамбуковой ткани

Это полотно нередко называют «тканью матери и ребенка», поскольку ее абсолютная безопасность позволяет шить одежду для будущих мам и маленьких деток.

Кроме того, из бамбукового полотна делают:

• банные простыни и халаты;
• полотенца;
• постельное белье;
• платья, майки, футболки;
• одежду для дома.

Бамбуковые изделия, также как и другие вискозные материалы, требуют щадящей стирки без применения отбеливателей. Учитывая повышенную гигроскопичность, они нуждаются в более длительной сушке. Гладить бамбуковую ткань в большинстве случаев нет необходимости.

Бамбуковое полотно может иметь различную фактуру – махровую, жаккардовую, имитировать джинс или мягкий трикотаж. В любом случае все изделия будут долго сохранять привлекательный внешний вид.

Ацетатный шелк – мода длиной в сто лет

Эта красивая искусственная ткань появилась в начале ХХ века в Англии благодаря счастливой случайности. Специалисты фирмы, занимающейся изготовлением лакокрасочных покрытий для самолетостроения, обработали растительную целлюлозу уксусной кислотой. Так в мир пришел удивительный материал, получивший за чрезвычайную схожесть с натуральным аналогом название « ».

Пик популярности ацетата пришелся на 50–60-е годы прошлого столетия, когда в гардеробе каждой модницы было как минимум одно платье из красивой блестящей ткани.

И в наши дни ацетатный шелк имеет своих поклонников. Ацетатные волокна входят в состав многих тканей, значительно улучшая их качества.

Ацетат – много «за», но много и «против»

Ацетатный шелк обладает целым рядом неоспоримых достоинств:

1. Ткань прекрасно драпируется и держит форму, создавая интересный объем.
2. Изделия из ацетата мягкие и приятные на ощупь.
3. Материал очень быстро высыхает и практически не мнется.
4. Ацетат не подвержен воздействию грибков, отлично отталкивает пыль, легко очищается от грязи.

Ацетатный шелк, в отличие от натурального, имеет низкую себестоимость, что делает изделия из него доступными для покупателей любых категорий.

Но «уксусная ткань», такое название дали ацетату производители, имеет и недостатки:

1. Ткань сильно электризуется, буквально прилипая к телу.
2. Весьма нестойка к воздействию химических веществ.
3. Ацетат плохо впитывает влагу.
4. Для окрашивания ткани требуются только специальные составы.

Кроме того, ацетатный шелк очень чувствителен к высоким температурам. При глажке горячим утюгом ткань может «потечь», прилипая к столу.

Интересно знать! Именно благодаря некоторым недостаткам ацетатный шелк и получил широкое применение. Его способность отталкивать влагу как нельзя лучше подходит для производства зонтиков, купальных костюмов, занавесок для ванных комнат.

Одной из разновидностей ацетатного шелка является триацетат, обладающий характерным шелковистым отливом. Из триацетата шьют шторы и занавески, используют как мебельную обивку.

Благодаря своему разнообразию и относительной дешевизне искусственные ткани по праву считаются одними из самых востребованных в современном текстильном производстве.

Какие материалы применяются в технике?

Ответ на такой вопрос, кажется, всем известен: металл, дерево, пластмассы... Да, действительно, эти материалы широко используются в технике. Однако они далеко не исчерпывают всего богатейшего их набора, применяемого для этих целей.
Природа подарила человеку множество материалов для его трудовой деятельности. Железо, дерево, камень, глина, такие природные полимеры, как лен, хлопок, шерсть, кожа... Они широко используются и сейчас. Но многие из них - в совершенно ином качестве. Новейшие сплавы на основе железа, например, выдерживают невиданные ранее температуры и давления, весьма устойчивы к кислотам и щелочам (агрессивным средам), очень прочны. Недаром они остаются основой машиностроения. Но для железа это еще далеко не предел. Ученые уже нащупывают пути, чтобы сделать его еще прочнее, причем в десятки и сотни раз.
Не обойтись теперь в технике и без других металлов и сплавов. Так, без сплавов на основе алюминия и титана не могли бы летать в небе самолеты и подниматься в космос ракеты. А редкоземельные элементы! Без них не сваришь высококачественной стали, не создашь полупроводникового прибора, электронной лампы и т. д.
Сплавление материалов, которые дала нам природа, лишь один из путей их использования. Есть и другой путь - соединение механическое. Вспомним всем известный железобетон. В нем соединены совершенно разнородные вещества - бетон и сталь. И тем не менее этот "союз" оказался настолько прочным, что из железобетона создают самые долгоживущие сооружения - мосты, плотины, здания. Из него теперь делают даже плавучие причалы, корпуса судов, станины станков.
А вот другой подобный материал - металлокерамика. Здесь сочетание свойств металла и очень твердой жароустойчивой керамики дало прямо-таки удивительные результаты. Достаточно сказать, что некоторые виды металлокерамики выдерживают температуру в несколько тысяч градусов, - когда любая сталь превращается в жидкость.
Ну и, конечно, всем знакомы автомобильные шины, в которых сочетаются каучук с капроном. Они очень прочны, выдерживают сотни тысяч километров дорог.
И еще один путь улучшения традиционных материалов - их обработка при помощи различных физико-химических способов. Мы уже говорили: ученые нащупывают пути, чтобы сделать железо прочнее. Дело в том, что они обнаружили особенности в строении его кристаллической решетки, влияющие на прочность металла. Если эти "нарушения" (дислокации, как их назвали) подправить - сделать кристаллическую структуру более правильной, прочность железа возрастет в сотни раз. Уже выращены в лаборатории кристаллы ("усы") железа, в которых дислокаций почти нет. Это пока только начало большого, очень трудного пути по улучшению многих материалов.
А вот если вещество очистить от всех посторонних примесей - сделать его сверхчистым, оно приобретает новые свойства. Сверхчистые германий и кремний, например, становятся полупроводниками. Причем в зависимости от количества примесей (а они в этих случаях измеряются буквально считанными атомами) их свойства резко меняются. Так, удалось, вводя в кристалл полупроводника нужные атомы, сделать из него сложный электронный прибор со своими диодами, триодами, сопротивлениями. И все это в одном маленьком кристалле!
Сверхвысокие и сверхнизкие давления и температуры тоже резко меняют свойства материалов. Обычное стекло при подобной обработке превращается в ситалл - материал, способный состязаться со сталью по прочности, не боящийся ни ударов, ни больших нагрузок. А из песка после соответствующей его обработки получают силикальцит - строительный материал, не уступающий по своим качествам бетону.
Способов переработки и использования старых, традиционных материалов открыто немало. Но все же на современном уровне развития техники этого оказалось недостаточно. Для специальных целей понадобились совсем новые материалы, с невиданными в природе (свойствами. И они созданы искусственно, их дала химия.
Мы уже говорили (см. ст. "Техника идет вперед") о ее роли в создании синтетических материалов. Их в наши дни появилось множество новых, с заранее заданными свойствами: прочных, эластичных, стойких к кислотам, способных выдерживать высокие и низкие температуры, не боящихся влаги и огня, легко обрабатываемых, дешевых...
Во время прошлой войны говорили: "Нейлон создал тяжелые бомбардировщики". И действительно, не будь изобретены шины с синтетической основой (кордом), нить которой подчас надежнее стальной проволоки, не смогли бы взлетать и садиться на бетонированные дорожки аэродромов огромные самолеты, мчаться по асфальту большие грузовые автомобили.
И это только один пример того, что дает синтетика для развития техники. Таких примеров бесчисленное множество - синтетические технические ткани, детали машин, полупроводники, приводные ремни, канаты, сети, фильтры... всего и не перечислить. А ведь синтетика только-только начинается, ей по существу всего каких-нибудь три десятка лет.
Как видим, арсенал материалов современной техники поистине неисчерпаем. Столь же разнообразны и методы их получения. И все это ведет к одному - к необычайно быстрому развитию техники.

Е.В. Дубровский
В.А. Мезенцев

Размещение фотографий и цитирование статей с нашего сайта на других ресурсах разрешается при условии указания ссылки на первоисточник и фотографии.

Несмотря на огромное разнообразие веществ и минералов, созданных природой, человек, благодаря использованию новейших технологий, постоянно изобретает свои и такие, что их свойства просто невероятны. Здесь и сейчас, я расскажу о десяти наиболее известных.

Было время, когда средства для мытья посуды не существовало - люди обходились содой, уксусом, серебряным песком, трением или проволочной щёткой, но новое средство поможет сэкономить немало времени и сил и вообще оставить мытьё посуды в прошлом. «Жидкое стекло» содержит диоксид кремния, образующий при взаимодействии с водой или этанолом материал, который затем высыхает, превращаясь в тонкий (более чем в 500 раз тоньше человеческого волоса) слой эластичного, сверхстойкого, не токсичного и влагоотталкивающего стекла.

С таким материалом отпадает необходимость в чистящих и дезинфицирующих средствах, так как он способен отлично предохранять поверхность от микробов: бактерии на поверхности посуды или раковины просто изолируются. Также изобретение найдёт применение в медицине, ведь стерилизовать инструменты теперь можно с помощью лишь горячей воды, без использования химических дезинфицирующих средств.

Это покрытие может использоваться для борьбы с грибковыми инфекциями на растениях и герметизации бутылок, его свойства действительно уникальны - оно отталкивает влагу, дезинфицирует, при этом оставаясь эластичным, прочным, пропускающим воздух, и совершенно незаметным, а также дешёвым.

Это вещество позволяет игрокам в гольф сильнее бить по мячу, увеличивает поражающую способность пули и продлевает срок службы скальпелей и деталей двигателя.

Вопреки своему названию, материал сочетает прочность металла и твёрдость поверхности стекла: на видео видно, как отличается деформация стали и бесформенного металла при падении металлического шарика. Шарик оставляет на поверхности стали множество маленьких «ям» - это означает, что металл поглощает и рассеивает энергию удара. Бесформенный металл остался гладок, значит, он лучше возвращает энергию удара, о чём также говорит более продолжительный отскок.

Большинство металлов имеет упорядоченное кристаллическое молекулярное строение, и от удара или другого воздействия, кристаллическая решётка искажается, из-за чего на металле и остаются вмятины. В бесформенном металле атомы расположены хаотично, поэтому после воздействия атомы возвращаются на первоначальную позицию.

3. Одностороннее пуленепробиваемое стекло

У самых богатых людей есть проблемы: судя по растущим продажам этого материала, им необходимо пуленепробиваемое стекло, которое спасло бы жизнь, но не мешало им отстреливаться.

Это стекло останавливает пули с одной стороны, но в то же время пропускает с другой - этот необычный эффект заключается в «сэндвиче» из хрупкого акрилового слоя и более мягкого эластичного поликарбоната: под давлением акрил проявляет себя как очень твёрдое вещество, и при попадании пули он гасит её энергию, трескаясь при этом. Это даёт возможность амортизирующему слою выдержать удар пули и осколков акрила, не разрушаясь при этом.

При выстреле с другой стороны упругий поликарбонат пропускает через себя пулю растягиваясь и разрушая ломкий акриловый слой, что не оставляет никакого дальнейшего барьера для пули, но не стоит отстреливаться слишком часто, поскольку из-за этого в защите образуются дыры.

Это пластик, выдерживающий невероятно высокую температуру: его тепловой порог настолько высок, что сначала изобретателю просто не поверили. Лишь после демонстрации возможностей материала в прямом эфире на телевидении, с создателем старлита связались сотрудники Британского Центра Атомного Вооружения.

Учёные облучили пластик вспышками высокой температуры, эквивалентными мощности 75-ти бомб, сброшенных на Хиросиму - образец лишь немного обуглился. Один из испытателей заметил: «Обычно между вспышками приходится ждать несколько часов, чтобы материал остыл. Сейчас мы облучали его каждые 10 минут, а он остался невредим, будто в насмешку».

В отличие от других термостойких материалов, старлит не становится токсичным при высокой температуре, также он невероятно лёгок. Его можно применять при строительстве космических аппаратов, самолётов, огнезащитных костюмов или в военной промышленности, но, к сожалению, старлит так и не покинул пределы лаборатории: его создатель Моррис Уард умер в 2011-м году, не запатентовав своё изобретение и не оставив никаких описаний. Всё, что известно о строении старлита - что в его состав входит 21 органический полимер, несколько сополимеров и небольшое количество керамики.

Представьте себе пористое вещество такой низкой плотности, что 2,5 см³ его заключает в себе поверхности, сравнимые с размером футбольного поля. Но это не определённый материал, а, скорее, класс веществ: аэрогель - это форма, которую могут принимать некоторые материалы, а сверхмалая плотность делает его отличным теплоизолятором. Если сделать из него окно толщиной 2,5 см, оно будет иметь те же теплоизоляционные свойства, что и стеклянное окно толщиной 25 см.

Все самые лёгкие в мире материалы - аэрогели: например, кварцевый аэрогель (по сути, высушенный силикон) всего в три раза тяжелее воздуха и достаточно хрупок, зато может выдержать вес, в 1000 раз превышающий его собственный. Графеновый аэрогель (на иллюстрации выше) состоит из углерода, а его твёрдый компонент в семь раз легче воздуха: имея пористую структуру, это вещество отталкивает воду, но поглощает нефть - его предполагается использовать для борьбы с нефтяными пятнами на поверхности воды.

Фактически это листы углерода толщиной в один атом, свёрнутые в цилиндры - их молекулярная структура напоминает рулон проволочной сетки, и это самый прочный материал, известный науке. В шесть раз легче, но в сотни раз крепче стали, нано-трубки обладают лучшей теплопроводностью, чем алмаз, и проводят электричество эффективнее меди.

Сами трубки не видны невооружённым взглядом, а в необработанном виде вещество напоминает сажу: чтобы проявились его необыкновенные свойства, надо заставить вращаться триллионы этих невидимых нитей, что стало возможным относительно недавно.

Материал может применяться в производстве кабеля для проекта «лифта в космос», достаточно давно разработанного, но до недавнего времени совершенно фантастичного из-за невозможности создать кабель длиной 100 тыс км, не согнувшийся бы под собственным весом.

Углеродные нано-трубки помогают и при лечении рака груди - их можно помещать в каждую клетку тысячами, а наличие фолиевой кислоты позволяет выявлять и «захватывать» раковые образования, затем нано-трубки облучают инфракрасным лазером, и клетки опухоли при этом погибают. Также материал может применяться в производстве лёгких и прочных бронежилетов…

В 1942-м году перед англичанами стояла проблема недостатка стали для строительства авианосцев, необходимых для борьбы с немецкими подводными лодками. Джеффри Пайк предложил соорудить огромные плавучие аэродромы изо льда, однако она себя не оправдала: лёд хоть и недорог, но недолговечен. Всё изменилось с открытием нью-йоркскими учёными необыкновенных свойств смеси льда и древесных опилок, которая по прочности была подобна кирпичу, а также не трескается и не плавится. Зато материал можно было обрабатывать, как дерево или плавить, подобно металлу, в воде опилки разбухали, образуя оболочку и предотвращая таяние льда, за счёт чего любое судно можно было ремонтировать прямо во время плавания.

Но при всех положительных качествах, пайкерит был малопригоден для эффективного использования: для постройки и создания ледяного покрова судна весом до 1000 т достаточно было двигателя мощностью в одну лошадиную силу, но при температуре выше -26 °С (а для её поддержания необходима сложная система охлаждения) лёд имеет свойство проседать. Кроме того, целлюлоза, используемая также в производстве бумаги, была в дефиците, поэтому пайкерит так и остался неосуществимым проектом.

Устойчивость к механическому воздействию во все времена была одной из основных проблем материаловедения, пока не изобрели D3o - вещество, молекулы которого находятся в свободном движении при нормальных условиях и фиксируются при ударе. Строение D3o напоминает смесь кукурузного крахмала и воды, которой иногда наполняют бассейны. Специальные куртки из этого материала, удобные и обеспечивающие защиту при падении, ударе битой или кулаками, которые могут вам достаться, уже находятся в свободной продаже. Защитные элементы не заметны снаружи, что подходит для каскадёров и даже полиции.

У бетона есть свойство «уставать» со временем - он становится грязно-серым, и в нём образуются трещины. Если речь идёт о фундаменте здания, ремонт может быть достаточно трудоёмким и дорогим, при этом не факт, что он устранит «усталость»: многие здания сносят именно по причине невозможности восстановления фундамента.

Группа студентов Университета Ньюкасла разработала генно-модифицированные бактерии, способные проникать в глубокие трещины и вырабатывать смесь карбоната кальция и клея, укрепляя здание. Бактерии запрограммированы так, что они распространяются по поверхности бетона, пока не достигнут края очередной трещины, и тогда начинается производство цементирующего вещества, имеется даже механизм самоуничтожения бактерий, предотвращающий образование бесполезных «наростов».

Эта технология позволит уменьшить антропогенный выброс двуокиси углерода в атмосферу, ведь 5% его даёт именно производство бетона, а также с её помощью будет продлён срок службы зданий, восстановление которых традиционным способом обошлось бы в большую сумму.

Этот химический растворитель сначала появился, как побочный продукт выработки целлюлозы и никак не применялся до 60-х годов прошлого века, когда раскрыли его медицинский потенциал: доктор Джейкобс обнаружил, что DMSO может легко и безболезненно проникать в ткани тела - это позволяет быстро и без повреждения кожи вводить различные препараты.

Его собственные лечебные свойства снимают боль при растяжении связок или, например, воспалении суставов при артрите, также DMSO может использоваться для борьбы с грибковыми инфекциями.

К сожалению, когда его медицинские свойства были открыты, производство в промышленных масштабах уже давно было налажено, и его широкая доступность не позволяла фармацевтическим компаниям получать прибыль. Кроме того у DMSO есть неожиданный побочный эффект - запах изо рта использовавшего его человека, напоминающий чеснок, поэтому он используется в основном в ветеринарии.

В деревообрабатывающей промышленности использу­ются многие производственные материалы, которые либо целиком состоят из искусственных материалов, на­пример лаки и клеи, либо искусственные материалы яв­ляются их важными компонентами, как, например, пла­стины ламината или древесностружечные плиты. Также готовые детали типа нажимной дверной ручки часто из­готавливаются из искусственных материалов (рис. 2.101).

2.11.1. Структура, обозначения, свойства искусственных материалов

Основными сырьевыми веществами для производства искусственных материалов являются нефть, газ, уголь, вода и воздух. Из них прежде всего производятся хи­мическим путем предварительные продукты, молекулы которых состоят из малого количества атомов, напри­мер, этилен (С2Н2) и формальдегид (СН20). Эти не­большие молекулы называют мономерами.

Благодаря химическому соединению тысяч мономе­ров (моно, от греч. - один) образуются большие моле­кулы, макромолекулы (макро, от греч. - большой). Мак­ромолекулы могут иметь нитевидную структуру или объединяться в пространственные структуры, что для дальнейших свойств искусственных материалов имеет Рис. 2.101. Примеры не­большое значение. Вещества, состоящие из макромо - пользования искусственных лекул, называют полимерами (поли, от греч. - много). материалов

Все искусственные материалы являются полимерами. Искусственные мате­риалы состоят, как и натуральные органические вещества, например хлопок, рог и целлюлоза , в основном из элементов углерода (С), водорода (Н) и кислорода (О). Поэтому они также относятся к органическим веществам. Однако некоторые искусственные вещества содержат в качестве важного элемента крем­ний. Такие вещества называются силиконами.

В соответствии с DIN EN ISO 1043 и DIN ISO 1629 искусственные материалы имеют условные обозначения, которые ведут свое начало от их химических на­званий. Например, поливинилхлорид обозначают как ПВХ (PVC), полиэтилен как ПЭ (РЕ) и фенолформальдегидная смола как ПФ (PF) (табл. 2.21, 2.22 и 2.23).

Так как искусственные материалы на некоторых стадиях обработки могут де­формироваться пластично, то их также можно назвать пластмассами.

Искусственные материалы - это произведенные химическим способом органические, макро - молекулярные вещества. Они состоят в основном из элементов углерода (С), водорода (Н), кислорода (О), азота (N), хлора (CI), серы (S), фтора (F) и кремния (Si).

Искусственные материалы производят в промышленных масштабах тремя спо­собами: полимеризацией, поликонденсацией и ступенчатой полимеризацией.

При полимеризации чаще всего одинаковые мономеры преобразуются в мак­ромолекулы с нитевидной или линейной структурой. Мономеры - это ненасы­щенные углеводородные соединения, например этилен (С2Н2). После разделе­ния двойной связи они могут полимезироваться в длинные молекулярные нити. Из этилена получают полиэтилен (ПЭ) (рис. 2.102).

Полиэтилен (полимер)

Рис. 2.102. Полимеризация (на примере полиэтилена)

Основными полимерами наряду с полиэтиленом (защитная пленка строитель­ных конструкций от коррозии, трубы) являются поливинилхлорид (кантовый профиль, покрытие полов, оконные переплеты) и поливинилацетат (клей ПВА).

Поликонденсацией называется химический процесс получения высокомоле­кулярных соединений из низкомолекулярных исходных веществ, например при реакции фенола (С6Н5ОН) с формальдегидом (СН20), при одновременном выде­лении побочных продуктов (веществ), например воды (Н20) (рис. 2.103).

Основными полимерами, полученными поликонденсацией, являются фенол­формальдегидная смола, резорцино-альдегидный полимер, мочевиноформаль - дегидная смола и полиамиды.

При ступенчатой полимеризации высокомолекулярные соединения, структу­ра которых нитевидная или пространственная, образуются благодаря соедине­нию различных молекул исходных веществ без выделения побочных продуктов, например при реакции диэтилового спирта (С4Н8(ОН)2) с диизоцианатом (С4Н|;(СМО)3).

Основными продуктами ступенчатой полимеризации являются полиуретано­вая смола - клеящее вещество и полиуретановая пена (рис. 2.104).

Благодаря соответствующему химическому составу и способу изготовления искусственных материалов, а также смешиванию различных искусственных ве­ществ можно достичь почти любых свойств материалов.

Типичными свойствами искусственных материалов являются:

Низкая плотность,

Регулируемые механические свойства,

Электрическая непроводимость,

Теплоизоляция,

Коррозионная и химическая стойкость,

Хорошая деформируемость и обрабатываемость,

Хорошая окрашиваемость,

Гладкие, декоративные поверхности.

Искусственные материалы имеют также свойства, которые ограничивают их применение:

В основном низкая термостойкость,

Частично воспламеняющиеся,

В основном невысокая прочность,

Частично неустойчивы против растворителей.

Высокая сопротивляемость искусственных материалов хоть и является пре­имуществом в случае их применения, но служит недостатком при их утилизации. Из-за возрастания количества применяемых продуктов из искусственных мате­риалов их утилизация стала проблемой для охраны окружающей среды.