第九章高分子建筑材料.ppt

第九章高分子建筑材料 高分子建筑材料是以聚合物为基础 配以适当的助剂制配而成的 多数以产品的形式在建筑现场使用的材料 其主要形式有塑料制品 橡胶制品 涂料 粘结剂和密封剂 玻璃钢 防水材料 装饰材料等 因此 高分子建筑材料是一类产品形式多样 性能范围很宽 从柔软的橡胶状到坚硬的结构材料 适用面很广的建筑材料 建筑物通过使用高分子材料 可以获得更好的使用性能 装饰性能和耐久性能 可以达到更好的节能效果 高分子建筑材料 第一节高分子建筑材料的基本性能第二节高分子建筑材料和制品 第一节高分子建筑材料的基本性能 一 什么是高分子 二 高分子材料的基本组成三 高分子材料的基本性能四 高分子材料的分类五 建筑上常用的高分子材料六 高分子材料的建筑特性 一 什么是高分子材料 一般把分子量低于1000或1500的化合物称作低分子化合物 分子量在10000以上的化合物称作高分子化合物 简称高分子 介于其间的是分子量中等的化合物 高分子一般又称作聚合物 或高聚物 两词往往相互混用 因为常用的高分子虽然分子量高达几万到几百万 但它们绝大多数是由分子结构简单 分子量很小的小分子 通常称为单体 通过聚合反应而生成的 一 什么是高分子材料 例如聚乙烯由乙烯 CH2 CH2 分子量为28 聚合而成 分子量在10000 35000 而超高分子量聚乙烯的分子量可高达500000 聚合反应 由低分子单体合成聚合物的反应 加聚反应 缩聚反应 高分子材料的分类 按产源分 高分子材料的分类 按加热时的性质分 二 高分子材料的基本组成 1 聚合物聚合物 或称之为树脂 是高分子材料中最主要的成分 起着胶结剂的作用 它可将其他添加剂胶结在一起组成一种性能稳定的材料整体 在多组分塑料中 合成树脂往往要占到30 以上 2 稳定剂聚合物在加工成型及其制品的使用过程中 由于受热 光 氧的作用 会过早地发生降解 交联等现象 造成颜色变深 性能降低 加入稳定剂可起到提高塑料制品质量 延长使用寿命的作用 例如 抗氧剂 光稳定剂 热稳定剂 3 增塑剂增塑剂一般是高沸点的液体或低熔点的固体有机化合物 可提高聚合物在高温加工条件下的可塑性 增加塑料制品在使用条件下的弹性和韧性 改善塑料的低温脆性 增塑剂主要用于聚氯乙烯 可以将聚氯乙烯加工成半硬质到柔软的制品 例如塑料地板和聚氯乙烯防水卷材等 4 填充剂和增强剂5 固化剂和固化促进剂6 发泡剂和发泡促进剂7 阻燃剂8 着色剂9 抗静电剂10 其他助剂 三 高分子材料的基本性能 1 聚合物结构高分子材料是以聚合物为主要成分的材料 而聚合物是以结构简单的小分子通过化学键重复连接而成的 随着重复结构单元增多 分子量逐渐增大超过某一临界值 材料将表现出与其基本结构相同的小分子材料完全不同的性能 体现了量变到质变基本规律 2 聚合物的基本性能 1 聚合物的物理状态在室温下 一般凝聚成固体 随分子结构和排列规整性不同 可能成为结晶聚合物或无定型聚合物 没有明显的熔点 而只有一熔融范围 2 聚合物的力学性能聚合物力学性能的最大特点是高弹性和粘弹性 高弹性是聚合物大分子长链的柔性和分子链的缠结在性能上的表现 其弹性变形大 可高达1000 而一般金属材料的弹性变形不超过1 高弹态聚合物的模量小 只有105 106MPa 而一般金属材料的模量高达1010 1011MPa 聚合物的粘弹性是指聚合物材料不但具有弹性材料的一般特性 同时还具有粘性流体的一些特征 聚合物的粘弹性表现在它有突出的力学松弛现象 如应力松弛 蠕变 动态力学损耗行为等 正是聚合物分子运动的松弛本质及其随温度的变化才造成了聚合物具有独特的力学状态 因此 描述聚合物的力学行为时 必须同时考虑应力 应变 时间和温度4个参数 拉伸应力一应变试验是评价材料力学行为的重要手段 由于聚合物材料品种繁多 它们的应力一应变曲线表现各异 如果按照拉伸过程中屈服点的表现 伸长率大小及其断裂情况 大致可以分为5种类型 它们是 软而弱 硬而脆 硬而强 软而韧 硬而韧 见图9 3 3 聚合物材料的耐热性能与无机材料相比 聚合物耐热性一般较差 耐热性包括两方面 一是保持使用性能的最高温度 二是分解 化学结构发生破坏的 温度 4 聚合物材料的耐腐蚀性能与无机材料相比 聚合物材料的耐腐蚀性能很好 5 聚合物材料的耐老化性能聚合物材料受外界条件影响 性能逐渐变坏 质量下降的过程为老化 光 热 力 氧 臭氧以及其他化学介质在一定条件下将引起聚合物化学结构的破坏 导致聚合物的降解 表现为聚合物材料变软发粘 强度降低 或者变硬发脆 失去弹性 实际上 许多建筑塑料制品 如门窗和管材 的使用寿命完全可以和其他材料相比 其耐久性甚至高于传统材料 在德国 最早使用的塑料门窗已经超过了50年 四 高分子材料的分类 合成树脂 塑料 合成橡胶和合成纤维通称为三大合成材料 这是根据高分子材料的用途来对它们进行分类的 塑料通常指常温下表现为坚硬的高分子材料 橡胶指常温下表现为软而有弹性的高分子材料 而合成纤维显然是指以纤维形态应用的高分子材料 四 高分子材料的分类 作为聚合物材料 它们三者之问的区分并不是明显的 许多聚合物 既可以作为塑料 也能作为纤维使用 例如聚丙烯 丙纶 聚酯 涤纶 聚酰胺 尼龙 等等 同一种聚合物 由于使用助剂不同 既可以做成橡胶一样有很好弹性的材料 又可以做成像塑料一样坚硬的材料 例如聚氯乙烯 PVC 是门窗和管材的主要原料 也常常用于制造柔软的防水卷材 除了上述三类 高分子还常用作涂料和粘结剂 五 建筑上常用的高分子材料 1 热塑性塑料 1 聚氯乙烯 PVC 2 聚烯烃 聚乙烯 聚丙烯 3 苯乙烯类聚合物 聚苯乙烯 ABS塑料 4 丙烯酸酯类和甲基丙烯酸酯类聚合物 5 聚醋酸乙烯酯及其共聚物和衍生物 6 聚碳酸酯 7 聚酰胺 尼龙 高分子材料的分类 按产源分 按加热时的性质分 五 建筑上常用的高分子材料 2 热固性塑料 1 不饱和聚酯 2 环氧树脂 3 聚氨酯 4 氨基塑料 5 有机硅树脂 五 建筑上常用的高分子材料 3 天然高分子衍生物水溶性纤维素衍生物和淀粉衍生物在建筑材料领域获得了越来越广泛的应用 这些高分子在干混砂浆领域几乎成为必不可少的添加剂 它们主要用于改善砂浆的工作特性 显著的缓凝作用 同时也能提高砂浆的粘结性能 并影响砂浆的耐水性能 主要水溶性纤维素醚的品种见表9 2 六 高分子材料的建筑特性 1 密度小 比强度高 2 加工性能优良3 装饰性好4 耐腐蚀性好5 电绝缘性能好6 减震 吸声和隔热性好7 耐水性和耐水蒸汽性好8 易燃烧 高分子材料的主要性能及指标 别的教材总结的 一 物理力学性能1 密度较小2 比强度高 为轻质高强材料 3 导热性小 保温隔热性能好 4 电绝缘性能好 二 物理 化学性能1 会老化2 耐腐蚀性能较强3 具有可燃性 且在燃烧过程中会释放有毒气体 第二节高分子建筑材料和制品 一 高分子建筑材料和制品的分类 通常 把高分子材料分成塑料 橡胶和纤维三大类 算上涂料和粘结剂 应该有四大类 所有四种类型的材料 在建筑与土木工程领域都获得了广泛的应用 例如塑料建材有塑料管 塑料门窗 防水材料 隔热保温材料 装饰装修材料等 橡胶用于防水 止水带 纤维用于土工织物 涂料作为内外墙建筑涂料 防水涂料 粘结剂如幕墙玻璃的密封胶 其他建筑密封材料等 因此 高分子建筑材料和制品种类繁多 几乎在建筑物的每个部位都可用上高分子材料 要将其制品进行分类也是很不容易的 表9 4按制品的形态将高分子建筑材料和制品分成11个大类 二 建筑塑料 塑料的组成塑料的主要特点常用建筑塑料常用建筑塑料制品 1 塑料的基本组成 2 塑料的特点 优点轻质高强加工性能好导热系数小 绝热性好装饰性优异多功能经济 缺点耐热性差 易燃易老化热膨胀性大刚度小 3 常用建筑塑料 4 常用的建筑塑料制品 建筑塑料制品实例 四 土工合成材料 土工合成材料是近几十年发展起来的一种新型岩土工程材料 ASTMIN439 02将土工合成材料定义如下 由聚合材料制成的一种平面材料 与土壤 岩石 粘土或其他土工材料一起使用成为一个工程 结构或系统的组成部分 它以塑料 化纤 合成橡胶等为原料 制成各种类型的产品 置于土体内部 表面和各层土体之间 起着加强和保护土体的作用 目前已在水利 公路 铁路 工业与民用建筑 海港 采矿 军工等工程的各个领域得到广泛的应用 1 土工织物 土工织物属于透水的土工合成材料 也叫土工布 指用于岩土工程和土木工程的 可渗透的聚合物材料 它可以是机织的 针织的或非织造的 所用的原材料一般为丙纶 涤纶或其它合成纤维 按制造工艺的不同分为以下三大类 针织土工织物 knittedgeotextile 目前很少采用 有纺织物 wovengeotextile 或机织型土工织物 全称为有纺土工织物 简称有纺织物 也叫机织布 产量占土工织物总产量的20 左右 无纺织物 nowovengeotextile 或非织造型土工织物 全称为无纺土工织物 简称无纺织物 也叫非织造布和不织布 产量占土工织物总产量的80 以上 2 土工膜 土工膜是一种以高分子聚合物为基本原料的防水阻隔型材料 土工膜是最早获得工程应用的一种土工合成材料产品 制造土工膜的合成聚合物可细分为二类 塑料类 主要有聚氯乙烯 PVC 低密度聚乙烯 LDPE 中密度聚乙烯 MDPE 高密度聚乙烯 HDPE 等 合成橡胶类 主要有丁基橡胶 IIR 环氧丙烷橡胶 ECO 氯磺化聚乙烯 CSPE 也称Hypalon 乙烯一丙烯三元橡胶 EPDM 等 3 其他土工合成材料 1 土工网 2 土工格栅 3 土工格室 4 土工席垫 5 土工模袋 五 粘合剂 凡能在两个物体表面之间形成薄膜并将它们紧密粘结在一起的材料称为粘合剂 粘合剂又称为粘结剂或胶粘剂 粘合剂是现代建筑材料的一个重要组成部分 许多建筑制品的安装施工都涉及它们与基体材料的粘结问题 除此之外 混凝土裂缝和破损的修补等也常用到粘合剂 因此 粘接技术和粘接材料已越来越受到人们的重视 1 粘合剂的组成和种类 2 粘接原理及影响因素 1 粘接的基本原理机械粘接理论物理吸附理论扩散理论化学键理论 2 影响粘接强度的主要因素1 粘合剂的性质2 被粘接材料的性质3 粘接工艺及环境条件的影响 3 建筑中常用的粘合剂 1 聚醋酸乙烯乳胶 2 聚乙烯醇和聚乙烯缩醛粘合剂 3 环氧树脂粘合剂 4 丙烯酸酯粘合剂 5 聚氨酯粘合剂 6 酚醛树脂粘合剂 7 橡胶粘合剂 8 有机硅粘合剂 建筑涂料 涂料的组成涂料的功能涂料的分类有机建筑涂料无机建筑涂料 涂料的组成 建筑涂料的功能 装饰保护其他功能 建筑涂料的分类 一 按主要成膜物质分 二 按使用部位分 三 按分散介质和主要成膜物质的溶解情况分 有机建筑涂料 溶剂型涂料水溶型涂料乳液型涂料 溶剂型建筑涂料 组成以合成树脂或油脂为主要成膜物质 以有机溶剂为稀释剂 再加入适量的颜料 填料及助剂 经研磨而成的涂料 优点涂膜细腻 光洁 坚韧 有较好的硬度 光泽 耐水性 耐候性 耐酸碱性能及气密性较好 缺点易燃 溶剂挥发时对人体有害 施