کاربرد پلیمرها با خواص منحصربه‌فرد در معماری
امروزه حفاظت از ساختمان‌ها در برابر رطوبت، حرارت و ورود صداهای ناهنجار از دغدغه‌های بزرگ مهندسان معماری است. استفاده از مواد نو به‌جای سنتی در ساختمان‌ها برای عایق‌کاری و افزایش کارایی آن‌ها، انسان را به استفاده از مواد پلیمری سوق داده است. مواد پلیمری با خواص بالای عایق بودن در مقابل انتقال حرارت، رطوبت و صدا بهترین گزینه برای استفاده در ساختمان‌ها هستند. از طرفی این مواد مقاومت حرارتی تا دماهای بالاتر را نیز دارند. ازاین‌رو در روزهای گرم تابستان مانند عایق قیرگونی جریان پیدا نمی‌کنند و ماندگاری بالایی دارند.
انواع عایق‌های پلیمری
عایق‌های بام
بام یک ساختمان، سامانه پیچیده‌ای با وظیفه حفاظت طولانی از ساختمان در برابر عوامل متعددی مانند نور خورشید، باد، باران، سنگینی برف، تغییرات دما، تگرگ، سایش، رفت‌وآمد و.. است. قسمت‌های اصلی یک بام عبارت‌اند از: بخش زیرین، عایق حرارتی و غشای نفوذناپذیر که وظیفهٔ آب‌بندی سامانه پیچیدهٔ بام را به عهده‌دارند. یک غشای بام می‌تواند از قسمت‌های زیر تشکیل شود:
قیر یا سایر مواد جدید و پیشرفته؛ نمدهای بام که عامل تقویت‌کننده و محمل قیر هستند؛ سنگریزه و شن برای حفاظت پوشش از نور ماورای بنفش و اکسیژن.
عایق‌های رطوبتی
یکی از مشکلات مهم اکثر سازه‌ها نم و رطوبت است که گاهی خسارات جبران‌ناپذیری را به سازه‌ها ساختمان وارد می‌کند که یکی از راهکارهای مقابله با آن عایق‌کاری رطوبتی است. مواد پلیمری ضدآب و پوشاننده بام که معمولاً به‌عنوان غشاهای تک لایه شناخته می‌شوند، کمتر از یک قرن است که به‌عنوان انتخابی برتر از سامانه‌های سنتی بام مطرح‌شده‌اند. در سال‌های اخیر، آن‌ها انتخابی کارآمد شده‌اند زیرا هزینه نیروی کار رو به افزایش است. اصلاح‌پذیری مواد پلیمری و نیاز به پوشش‌های سازگار و منبطق با اشکال بام‌های مختلف و غیرمتعارف از دیگر دلایل این رشد است.
در زیر مواد اولیه یک عایق پیش‌ساخته آورده شده است:
قیر صنعتی (60 تا 70 درصد)؛ پلی‌پروپیلن آتاکتیک؛ یک‌لایه الیاف شیشه (تیشوی نخ دار)؛ یک‌لایه پلی استر سوزنی؛ پودر تالک (در بعضی عایق‌ها پودر مس)، فیلم پلی‌اتیلن، باند و چسب.
عایق‌های حرارتی و صوتی
بهینه کردن مصرف انرژی در ساختمان‌ها شامل:
- عایق‌کاری حرارتی پوسته خارجی ساختمان؛
- پنجره‌ها
- درزگیری
- عایق‌کاری حرارتی پوسته ساختمان شامل عایق‌کاری دیوارها، سقف‌ها و کف‌ها
ماهیت مواد عایق‌کاری جدید از مواد معدنی به سمت مواد آلی سیر کرده است. مشکل این دستهٔ جدید تمایل بیشتر به حریق پذیری و مشتعل‌شدن است؛ لذا این مواد باید در برابر شعله مقاوم شوند. امروزه استفاده از فوم‌های پلیمری برای عایق‌کاری حرارتی و صوتی معمول است تا جایی که عایق‌کاری حرارتی دومین کاربرد بزرگ فوم‌های پلیمری و اولین کاربرد بزرگ فوم‌های سخت است.
بر اساس مواد به‌کاررفته و کاربرد عایق‌های حرارتی به هفت دسته (هفت ف) تقسیم می‌شوند:
- فرم (شکل)
- فوم (اسفنج)
- فلت (نمد)؛ فیبر (لیف)
- فیلر (پرکننده)
- فلیک (پرک)
- فیس (صفحه)
کفپوشهای پلیمری
سهم بالایی از مواد پلیمری در ساختمان‌سازی، برای ساخت کفپوش‌ها به کار می‌روند. کفپوش‌ها به چند دسته پیوسته و موزاییکی، سفت، نرم و بالشتکی، ظریف، طبیعی و مصنوعی تقسیم می‌شوند. کفپوش‌ها در انواع مکان‌ها مانند منازل، مدارس، مغازه‌ها، فروشگاه‌ها، کارخانه‌ها، انبارها، آزمایشگاه‌ها، اداره‌ها، بیمارستان‌ها، سالن‌های ژیمناستیک، استخرهای شنا و مکان‌های مذهبی استفاده می‌شوند. برای تولید کف‌های ساختمانی از بتن، گرانیت، مرمر، موزاییک سرامیکی، حصیر، تخته‌های چوبی، کرک، مشمع فرشی، کامپوزیت‌های الیاف طبیعی، رزین‌های گرماسخت (مانند اپوکسی یا پلی یورتان)، رابر و وینیل استفاده می‌شود.
انواع کفپوشهای پلیمری
کفپوشهای PVC
سامانه‌های کفپوشهای PVC سامانه‌هایی هستند که بسیار مقرون‌به‌صرفه هستند. پوشش‌های کف اتاق یا کفپوش‌ها، بازار مهمی برای PVC هستند و بیش از 5 درصد از مجموع کل PVC در غرب اروپا صرف تولید کف‌پوش می‌شود. سامانه‌های کف‌پوش PVC در شرایط سنگین کاربری در مقابل شکسته شدن، جمع شدن و ترک خوردن دوام می‌آورند. برخی از مشکلات به دلیل استفاده از پاک‌کننده‌های حلالی و شوینده‌های قوی به وجود می‌آیند.
کفپوشهای PP
تخته‌های پلی‌پروپیلن با وزن کم و کارایی بسیار خوب و ویژگی‌هایی مانند چندمنظوره بودن، سهولت در پاک‌سازی، افزایش رفاه استفاده‌کننده و ایمنی را فراهم می‌کنند. کفپوشهای پلی‌پروپیلن در مقابل خوردگی و حمله عوامل باکتریایی مقاوم هستند. سطح‌رویی برای جلوگیری از سرخوردگی شیاردار می‌شود.
کفپوشهای PU
پوشش‌های کف از جنس پلی یورتان با کارایی بالا عمدتاً در ساخت کفپوشهای صنعتی به کار می‌روند. این مواد چند جزئی هستند و دربرگیرندهٔ مادهٔ اصلی، سخت‌کننده و پرکننده دربسته‌های جداگانه‌اند. پخت بیشتر سامانه‌ها معمول و در دسترس است. برخی از آن‌ها مشابه پوشش‌های کف از جنس اپوکسی هستند. این کفپوش‌ها را می‌توان در ضخامت 5 تا 12 میلی‌متر روی بتن اعمال کرد، درحالی‌که کمترین استحکام فشاری آن‌ها N/mm2 25 است. آن‌ها را همچنین می‌توان روی پوشش‌های ماسه-سیمان اصلاح‌شده با پلیمر نیز اعمال کرد. پیش عمل‌آوری سطح برای اطمینان از چسبندگی ضروری است. خصوصیات برجستهٔ کفپوشهای پلی یورتانی به‌صورت زیر است:
- مقاومت در برابر شوک‌های حرارتی
- مقاومت بالا در مقابل سایش و ضربه
- مقاومت در برابر لغزندگی حتی در وضعیت مرطوب
- مناسب برای استفاده در شرایط مرطوب
- تمیز شدن آسان و ممانعت از ورود آلودگی و میکروب
- مقاومت شیمیایی عالی
کفپوشهای اپوکسی
کفپوشهای بتنی همهٔ خواصی را که در برخی کاربردها لازم است را ارائه نمی‌دهند، به‌عنوان‌مثال این کفپوش‌ها خواص بحرانی را مانند استحکام بالا، مقاومت سایشی و مقاومت شیمیایی که برای یک کف‌پوش مطلوب صنعتی ضروری است را در بر نمی‌گیرند. کفپوشهای اپوکسی به شکل‌های زیر بسیار استفاده می‌شوند.
کفپوشهای اپوکسی شامل بخش اصلی، عامل پخت کننده و پرکننده در اجزای جدا از هم اند. این اجزا قبل از اعمال و در محل اجرا با یکدیگر مخلوط می‌شوند. ترکیب روی زمینه‌های بتنی، چوبی یا فلزی مالیده می‌شود. خواص مهم این کفپوش‌ها به صورت زیر است:
- اتصال خوب
- مقاومت در برابر ضربه بالا
- مقاومت سایشی عالی
- استحکام فیزیکی بالا
- مقاومت شیمیایی عالی
در و پنجره‌های پلیمری
در و پنجره‌ها روشنایی، گرما، هوای تازه و زیبایی را به خانه می‌آورند و با محیط خارج ارتباط برقرار می‌کنند. به رغم این محاسن، پنجره‌ها یکی از عوامل مهم اتلاف حرارتی در ساختمان‌ها هستند. با توجه به این که 30% اتلاف انرژی ساختمان از طریق پنجره‌هاست، استفاده از شیشه‌های عایق ضروری به نظر می‌رسد. در گذشته نه چندان دور برای کاهش اتلاف حرارتی ساختمان‌ها به‌جای استفاده از پنجره‌هایی با یک‌لایه شیشه از پنجره‌هایی با دو یا چندلایه شیشه استفاده می‌شد. حتی گاهی لایه‌های پلیمری در بین شیشه‌ها نیز به کار می‌رفت.
در و پنجره‌های پلی وینیل کلراید (PVC)
امروزه بیش از 60 درصد کل 30 میلیارد پوند PVC تولیدشده در صنعت ساختمان استفاده می‌شود که این مقدار بیش از نیمی از سهم کل پلیمرها در این صنعت است. ساخت در و پنجره‌های PVC در سال 1960 در اروپا آغاز شد. با پیشرفت فناوری و افزایش هزینه تولید در و پنجره‌های چوبی، آهنی و آلومینیوم، استفاده از در و پنجره‌های PVC افزایش‌یافته است؛ سهولت ایجاد تنوع در طرح و رنگ، استقامت فیزیکی در برابر شرایط جوی و همچنین قابلیت بازیافت PVC موجب تحول صنعت در و پنجره شده‌اند. استفاده از شیشه‌های دوجداره، عایق بودن در مقابل صدا و حرارت را در پنجره‌های PVC افزایش داده است.
- پلاستیک‌های رایج در ساخت شیشه و نورگیر
- ورق‌های شفاف آکریلیکی
- ورق‌های شفاف پلی کربناتی
- ورق‌های کامپوزیت پلی استر تقویت‌شده با الیاف شیشه برای کاربردهای گذردهی نور
- ورق‌های پلی وینیل کلراید شفاف
بتن- پلیمرها
سال‌ها است که از بتن به‌عنوان یک مادهٔ ساختمانی مهم باقابلیت تحمل فشارهای بالا برای ساخت‌وساز انواع سازه‌ها استفاده می‌شود. بهبود خواص بتن سخت شده با افزودن پلیمر به پنج دهه قبل برمی‌گردد. مزایای حاصل از کاربرد پلیمرها در بتن توجه جهانیان و مجامع بین‌الملل را در بسیاری از کنفرانس‌ها و سیمنارها برانگیخته است.
بتن پلیمری
بتن پلیمری به دسته‌ای از مواد مرکب با خواص ویژه و منحصربه‌فرد گفته می‌شود که از اختلاط چسباننده‌های پلیمری با سنگدانه‌ها تهیه می‌شوند و شامل سیمان هیدراته نیستند. در این مواد می‌توان از سیمان به‌عنوان یک مادهٔ سنگی و یا پرکننده استفاده کرد. در بتن‌های پلیمری از سنگدانه‌های ویژه با دانه‌بندی مشخص به‌عنوان پرکننده استفاده می‌شود و پلیمر در این نوع بتن، نقش سیمان را در بتن‌های معمول دارد و سنگدانه را به یکدیگر می‌چسباند. ازجمله پلیمرهای مصرفی در بتن پلیمری می‌توان به اپوکسی‌ها، پلی‌استرها، پلی متیل متاکریلات‌ها و پلی یورتان‌ها اشاره کرد. با استفاده از این پلیمرها و یا ترکیبی از آن‌ها می‌توان خواص ویژه‌ای را در بتن پلیمری ایجاد کرد.
بتن‌های سیمان پلیمری
بتن‌های سیمان پلیمری مخلوطی از بتن سیمان پرتلند معمولی است که در آن‌یک پلیمر محلول در آب یا امولسیون (لاتکس) در حین فرآیند اختلاط اضافه‌شده است. هنگام عمل‌آوری بتن، شبکه‌ای پیوسته از پلیمر در سرتاسر ساختار بتن تشکیل می‌شود. این فناوری ارزان‌ترین فناوری در بین شاخه‌های بتن-پلیمر است. با توجه به آزمایش‌ها و مطالعات، طول عمر مفید آن 2 تا 5 برابر بتن معمولی است. شاخص‌های کارآمدی (شاخص‌های فیزیکی و مکانیکی و شاخص شیمیایی) این مواد پیشرفت کرده‌اند و لذا به‌عنوان یک ماده تعمیراتی برای پوشش لوله‌ها و لکه‌گیری بسیار به کار می‌روند. استحکام خمشی، کششی و مقاومت ضربه‌پذیری بتن‌های سیمان پلیمری (به‌خصوص در ترکیب با کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف پلیمری) از بتن معمولی بسیار بالاتر است. در صورت استفاده از بتن‌های سیمان پلیمری، خستگی و اتلاف محصولات بتن تقویت‌شده با کامپوزیت‌های پلیمری نیز افزایش می‌یابد.
لوله‌های پلیمری
امروزه با پیشرفت فناوری و افزایش کاربرد مواد پلیمری، استفاده از لوله‌های پلیمری به‌جای لوله‌های فلزی افزایش چشمگیری داشته است. لوله‌های پلیمری به‌عنوان لوله‌های فاضلاب، لوله آب گرم و سرد، لوله‌های تحت‌فشار، لوله‌های گازرسانی، لوله‌های حامل سیم و کابل و ... کاربرد دارند. با توجه به خواص فیزیکی و مکانیکی مواد پلیمری و هزینه‌های کم تولید، نصب و حمل‌ونقل این مواد، امروزه لوله‌های پلیمری بهترین گزینه برای استفاده در صنایع ساختمان‌سازی هستند.
پلیمری در مقایسه با لوله‌های سنتی مزایا و معایبی دارند. مزایای آن‌ها را می‌توان مقاومت در برابر خوردگی، استفاده ساده‌تر، افت کمتر فشار، انعطاف‌پذیری و بسیاری عوامل دیگر دانست. لوله‌های پلیمری از دیگر لوله‌ها سبک‌تر بوده و نیاز به تجهیزات سنگین ندارند. به‌عنوان‌مثال بردین، اتصال و نصب این لوله‌ها ساده‌تر از لوله‌های فلزی است. همچنین اکثر لوله‌های گرمانرم پلیمری انعطاف‌پذیری خوبی نسبت به لوله‌های دیگر دارند. این لوله‌ها قادرند پستی‌وبلندی‌های زمین را با اتصالات کمتری طی کنند.
محدودیت اصلی لوله‌های پلیمری گرمانرم، مقاومت و سفتی نسبتاً پایین و حساسیت به دمای بالای آن‌هاست. به دلیل این محدودیت‌ها کاربرد لوله‌های گرمانرم پلیمری اساساً به مواردی که فشار و دما کم است محدود می‌شود.
این عیب بزرگ لوله‌های پلیمری با تمهیدات جدید مانند اضافه کردن لایه‌های فلزی مانند آلومینیوم، استفاده از خم‌های U شکل در نصب و یا تغییر ساختار لوله‌های پلیمری (مانند شبکه‌ای کردن پلیمر سازنده لوله) برطرف شده است.
انواع لوله‌های پلیمری
- لوله‌های پلی‌اتیلن
- لوله‌های پلی‌اتیلن شبکه‌ای شده (XPE)
- لوله‌های تلفیقی
به دلیل محدودیت لوله‌های پلیمری در انتقال حرارت و یا تحمل فشار و دمای بالا، در سال 1965 در کشور سوئیس تلفیقی از فلز و پلیمر جایگزین لوله‌های پلیمری شد. درنهایت در سال 1983 تلفیق لوله‌های پلی‌اتیلن شبکه‌ای شده با لایه آلومینیوم در کشور آمریکا به کار رفت. این صنعت عمدتاً در تأسیسات آب‌رسانی، بهداشتی، حرارتی و برودتی کاربرد خود را پیدا و استانداردهای خود را دریافت کرده است.
- لوله و اتصالات تحت‌فشار
- لوله‌های پلی‌پروپیلن
- لوله‌های پلی وینیل کلراید
- لوله و اتصالات تحت‌فشار
- لوله و اتصالات بدون فشار
- لوله و اتصالات فاضلاب
- لوله‌های پلی بوتیلن
- لوله‌های آکریلونیتریل-بوتادین-استایرن (ABS)
- لوله‌های کامپوزیتی پلیمری تقویت‌شده با الیاف شیشه