Введение

Вещество, удерживающее или связывающее другие материалы вместе.
Связующее вещество – это любой материал или субстанция, которая удерживает или связывает другие материалы вместе, формируя сплоченное целое механическим, химическим путем, посредством адгезии или когезии. В более узком смысле, связующие вещества – это жидкие или тестообразные субстанции, которые затвердевают в результате химического или физического процесса и связывают волокна, наполнитель в виде порошка и другие добавленные частицы. Примеры включают клей, адгезив и загуститель. Примерами механических связующих веществ являются связующие камни в каменной кладке и обвязочные балки в деревянных каркасах.

Классификация

Связующие вещества классифицируются в общем виде на органические (битумы, животные и растительные клеи, полимеры) и неорганические (известь, цемент, гипс, жидкое стекло и т. д.). В зависимости от природы основного материала они могут быть металлическими, керамическими или полимерными. Например, в соединении WC Co (карбид вольфрама, используемый в режущем инструменте) Co выступает в качестве связующего для частиц WC. По химической стойкости связующие вещества классифицируются по области применения: негидравлические (гипс, воздушные цементы, оксид магния, гашеная известь), гидравлические (римский цемент, портландцемент, гидравлическая известь), кислотостойкие (силикат фтора, кварцевый цемент) и автоклавируемые (твердеющие при 170–300 °С, то есть при давлении 8–16 атмосфер, например, материалы на основе CaSiO3).

Физические свойства

Некоторые материалы, классифицируемые как вяжущие, например цемент, обладают высокой прочностью на сжатие, но низкой прочностью на растяжение и требуют армирования волокнистыми материалами или арматурой при воздействии растягивающих и срезающих усилий. Другие вяжущие, такие как смолы, могут быть прочными и, возможно, эластичными, но не способны воспринимать ни сжимающие, ни растягивающие нагрузки. Прочность на растяжение значительно повышается в композиционных материалах, состоящих из смолы в качестве матрицы и волокна в качестве армирующего элемента. Прочность на сжатие можно увеличить добавлением наполнителя.

Применение

Связующие вещества соединяют пигменты и иногда наполнители для формирования красок, пастелей и других материалов, используемых в художественном и техническом творчестве. К таким материалам относятся воск, льняное масло, натуральные камеди, такие как гуммиарабик или гуммитрагакант, метилцеллюлоза или белки, например, яичный белок или казеин. Традиционно клей изготавливают путем вываривания копыт, костей или кожи животных с последующим смешиванием полученного твердого желатинообразного остатка с водой. Связующие вещества на основе натуральных камедей получают из веществ, извлеченных из растений. Для литья или формования скульптур и рельефов к жидким связующим добавляют большее количество сухого вещества. В кулинарии различные съедобные загустители используются в качестве связующих. Некоторые из них, например, крахмал тапиоки, лактоза, сахароза, микрокристаллическая целлюлоза, поливинилпирролидон и различные крахмалы, также применяются в фармакологии для производства таблеток. В качестве связующих для таблеток используют порошок лактозы, порошок сахарозы, крахмал тапиоки (маниоковый крахмал) и микрокристаллическую целлюлозу. В строительстве бетон использует цемент в качестве связующего. Асфальтовое покрытие использует битум в качестве связующего. Традиционно солому и натуральные волокна используют для укрепления глины в конструкциях типа «ваттл и даб» и в строительном материале «коб», который в противном случае стал бы хрупким после высыхания. Песок добавляют для повышения прочности на сжатие, твердости и уменьшения усадки. Связующие свойства глины широко используются для изготовления формованных изделий (например, горшков и ваз) или для соединения твердых элементов (например, кирпичей). В композитных материалах часто применяют эпоксидные, полиэфирные или фенольные смолы. В углепластике, армированном углеродом, пластиковая или каменноугольная смола используется в качестве источника углерода, выделяемого при пиролизе. Транзит, гипертуфа, бумажный бетон и питобетон используют цемент в качестве связующего. Во взрывчатых веществах воск или полимеры, такие как полиизобутилен или стирол-бутадиеновый каучук, часто используются в качестве связующих для пластиковых взрывчатых веществ. Для взрывчатых веществ с полимерной связкой применяют различные синтетические полимеры. В ракетном топливе сополимер полибутадиена и акрилонитрила использовался в 1960-70-х годах в больших твердотопливных ускорителях ракет. Органические связующие, предназначенные для разложения при нагревании в процессе обжига, используются при спекании.

История

В античном мире художники использовали такие материалы, как яйцо, воск, мёд, известь, казеин, льняное масло или битум в качестве связующих веществ для смешивания с пигментом, чтобы скреплять частицы пигмента и формировать краску. Темпера на яичном желтке была особенно популярна в Европе от Средних веков до начала XVI века. Однако с тех пор маслом стало предпочтительное связующее для красок.