第九章、高分子建筑材料课件

第九章高分子建筑材料，第一节高分子材料的基本知识，第二节高分子建筑材料和产品，建筑工程使用的有机材料主要是木材、沥青材料、合成高分子材料。 合成高分子材料有塑料、橡胶、化学纤维三种(其中塑料占3/4 )。 根据塑料、橡胶诱导粘合剂、涂料。 合成高分子材料基本成分是合成高分子化合物. 到21世纪初，合成高分子材料占建筑材料用量的25%以上，主要用于建筑材料和产品的制作，传统建筑材料的改良。 合成高分子建筑材料除了使用少量的结构材料代替钢材和木材之外，大部分都用作非结构材料和装饰材料。 小资料：纺织中使用的合成纤维，在我国为聚酯(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、尼龙(尼龙-6)、丙烯酸(聚丙烯眼)、氯(聚氯乙烯)、维尼纶(聚乙烯醇缩甲醛)。 第一节高分子材料的基本知识，第一、高分子化合物的基本知识，在有机化合物中，一般将分子量为数十、数百的化合物称为低分子化合物，将分子量为104以上的化合物称为高分子化合物(有时将分子量为103以上的化合物称为高分子化合物)。 常见的高分子有机化合物有合成树脂、天然树脂、纤维素酯或醚、沥青等。 高分子化合物分为天然高分子化合物(粮食、棉布、木材、天然橡胶等)、合成高分子化合物(简称高分子化合物或聚合物或合成树脂)两种。 后者的发展很快。 高分子化合物是单体(不饱和的低分子化合物)聚合而成的。 常用的聚合方法有加聚、缩聚两种。 加成聚合是通过加热或催化使单体分子相互连结而成为高分子化合物，在反应过程中不产生副产物，生成的高分子化合物具有与单体完全相同的组成。 加成聚合反应生成的高分子化合物称为聚合树脂，线状结构，大部分为热塑性树脂，将一种单体加成聚合物称为均聚物，以“聚合”单体名命名，将两种以上的单体加成聚合物称为共聚物，以单体名命名为“共聚物”。 建筑常用的有聚乙烯(PE )、聚丙烯(PP )、聚氯乙烯(PVC )、聚苯乙烯(PS )、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA )、聚四氟乙烯、丁苯橡胶等。 缩聚是在加热和催化剂的作用下单体分子相互结合形成高分子化合物的同时，水、氨、醇等副产物(低分子化合物)析出，生成的高分子化合物的组成与原始单体完全不同。 缩聚反应生成的高分子化合物被称为缩合树脂，大多为体型结构，为热固性树脂，一般以单体名“树脂”命名。 建筑中常用的有酚醛树脂(PF )、脲醛树脂(UF )、环氧树脂(EP )、不饱和聚酯树脂(UP )、三聚氰胺甲醛树脂、硅树脂(SI )等。 根据分子链的形态，高分子化合物可分为线状结构、支链型结构、网型结构、体型结构。 一般来说，线状结构树脂：强度低、弹性模量小、变形大、耐热性差、耐腐蚀性差、可溶、呈热塑性的体型结构树脂：强度高、弹性模量大、变形小、硬、无塑性、耐热性高、耐腐蚀性高、不溶、呈热固性。 加成聚合物多为线状、支链型结构，缩聚物有线状、支链型、网状、体型结构(酚醛树脂等)。 根据加热时的性能，高分子化合物可以分为热塑性、热固性。 热塑性高分子化合物为线状、支链型结构，热固性高分子化合物为体型结构. 根据物质的凝聚态结构，高分子化合物可分为结晶性、非结晶性。 非晶质线状高分子化合物在温度从低到高的范围内，有3种力学性能不同的状态。 玻璃化转变温度低于室温的叫橡胶，高于室温的叫塑料。 可以在粘性流温度以上形成高分子化合物.体型高分子化合物一般只有玻璃态。 二、塑料的基本知识，塑料是以合成树脂为主要成分，加入一定的添加剂，加工成型而成的有机合成材料。 塑料从1950年代开始用于建筑，现在已经成为继混凝土、钢材、木材之后的第四重要建筑材料。 世界上用于建筑的塑料占所有建筑材料用量的11%，占塑料总产量的25%以上。 建筑塑料主要用于装饰板材、保温材料、涂料、管道、门窗、防水和防腐材料等，玻璃纤维增强塑料用于结构材料。 1 .塑料的组成，(1)合成树脂、合成树脂是塑料的基本成分，起粘合剂的作用，占塑料重量的40%100%，决定了塑料的主要性质和成本。 (2)添加剂是为了改善塑料性能而添加的，统称为添加剂(填料以外也称为助剂)。 a .填料：有助于降低成本、提高强度、硬度、尺寸稳定性、耐热性。 常用：木粉、滑石、硅藻土、石灰石粉、铝粉、炭黑、石棉、玻璃纤维等，配合量为40%70% . b .增塑剂：提高加工时塑性的作用，调节塑料的机械性能(强度、韧性、柔软性、耐寒性等)的作用。 c .稳定剂：具有改善塑料加工、使用中对热、光、氧耐久性的作用。 d .其他：润滑剂、固化剂、发泡剂、阻燃剂、着色剂、抗静电剂、稀释剂等。 决定塑料性能的主要成分是树脂，树脂的性质取决于其成分(单体)和分子结构状况(线型、体型)。 老化是指在高分子材料长期使用中，由于机械力、空气中的氧、光、热等作用，强度降低、软化、发黏、变脆、失去弹力、变色的现象。 老化的原因是高分子链的连锁反应(线状结构转变为体型结构，材料变硬、变脆、失去弹性)。 )或分解反应(高分子链断裂，长链变短，分子量变小，材料粘在一起，变软，强度降低。 中所述情节，对概念设计中的量体体积进行分析。 2 .塑料的特性，(1)加工性能优异，能够通过多种加工技术(挤出、压铸、发泡)成形为多种形状(薄膜、薄板、管、异型材料等)的产品，产品容易切断、焊接。 改变塑料的组成配方和生产技术，可以根据需要调节产品的硬度、密度、表观密度、色调等，制作出强度超过钢材的碳纤维复合材料、耐力、轻量、隔音、保温性能的复合板材、柔软、弹性密封、防水材料等具有特殊性能的工程材料。 (2)质量轻，塑料密度一般为0.82.2g/cm3，平均值(1.45g/cm3)接近木材，为钢的1/5、混凝土的1/3、铝的1/2。 比强度接近或超过钢材，远远超过混凝土，是重量轻、强度高的材料。 (3)装饰性好，塑料制品可着色、印刷、压花、烫金、镀层，表现出良好的质感和装饰效果。 (4)耐水性、耐药品性优越：适用于防潮、防水工程、化工建筑。 (5)绝热性、电绝缘性好：塑料的热传导率一般为0.0240.81W/(m.K )，金属的1/1500，混凝土的1/40。 (6)耐热、耐燃烧、耐老化性差；(7)弹性模量(刚性)小(仅钢材的1/101/20 )；(8)经济性好：目前塑料成本高，但随着高分子工业的发展，成本下降的塑料生产的低功耗和优良使用性能带来综合效益。 小资料：塑料生产能量为玻璃的50%、钢材的16%、铝材的8%、第二节高分子建筑材料和产品，一、常用建筑塑料、一.热塑性塑料、(一)聚氯乙烯(PVC )聚氯乙烯是乙炔和氯化氢合成氯乙烯单体并聚合而成的聚氯乙烯是建筑中使用最多的塑料，有硬质、半硬质、软质、发泡制品。 聚氯乙烯阻燃，具有自灭火性，可溶于环己酮、四氢呋喃。 由于对光、热的不稳定性、强度低，聚氯乙烯树脂不能单独使用，但一般加入其他助剂。耐热温度5070(硬质)、6580(软质)。 硬质聚氯乙烯产品强度高，具有优异的抗风化能力，适用于天沟、落水管、外墙霸屏、天窗材料、给排水管，熔粘容易，产量大，价格低，使用温度低。 加入发泡剂的话会变成发泡塑料。 软聚氯乙烯可挤压成板片、型材，成为地板材料、内饰材料(塑料地板、门窗、壁纸)、防水材料、止水软管等。 (2)聚乙烯(PE )聚乙烯是由乙烯单体聚合而成，是产量最大、用途最广的热塑性树脂。 聚合方法分为高压聚乙烯、低压聚乙烯、中压聚乙烯3种。 聚乙烯耐低温(-70)，耐化学性、耐水性好，电绝缘性突出，强度不高，易燃，质地柔软，吸收油类会引起膨胀、变色、破裂。 最高使用温度为100。 聚乙烯可以是防水材料、涂料、绝缘材料等。 聚乙烯塑料在建筑上经常制作排水管、水箱、薄膜。 (3)聚丙烯(PP )聚丙烯是结晶性高分子. 聚丙烯的密度最低(0.900.91g/m3)，易燃，无耐磨性，常温下无溶剂。 耐热温度为100120。 聚丙烯常用于管材、卫生用具、薄膜、纤维、地毯等生产。 (4)聚苯乙烯(PS )聚苯乙烯透明性好，廉价，加工和染色容易，易燃，脆，耐候性差，可溶于苯、甲苯、乙苯等芳香族溶剂中。 耐热温度为6595。 聚苯乙烯主要用于生产泡沫塑料、照明器具、涂料等。 商品聚苯乙烯分为耐冲击型、工业型、日用型、颗粒型。 (5)ABS塑料(丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物) ABS是一种性能优良的工程塑料：聚丙烯眼睛具有良好的化学稳定性和表面硬度，聚丁二烯具有良好的韧性和耐低温性能，聚苯乙烯具有良好的加工性能。 ABS用于建筑五金、浮雕装饰板、管材生产。 (6)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，有机玻璃)聚甲基丙烯酸甲酯是丙酮、氰化物、甲醇反应生成的甲基丙烯酸甲酯单体加成聚合物。 PMMA是透光性最好的塑料，质量轻，韧性强，有弹性，耐水性和耐热性高，价格高，耐磨性差。 耐热温度为6590。 PMMMA可以制作板材(平板、瓦楞纸、珍珠玻璃)、管材，用玻璃纤维加强可以制作洗脸盆、浴盆，PMMMA水性乳液可以浸渍木材、水泥制品。 (7)聚酰胺(PA、尼龙)尼龙是将氨基酸缩聚而成的。 尼龙耐磨性突出，机械性能好，冲击韧性好，耐油性好，消音性好，耐热温度为130150，阻燃，可作为自来水部件、涂料使用。 2、热固性塑料、(1)酚醛树脂(PF )酚醛树脂通常是苯酚和甲醛缩聚物。 酚醛树脂在建筑上主要用于层压板、玻璃钢制品、胶粘剂等生产。 未热固化的酚醛树脂经过精细磨削后，可以将木粉、颜料和“电木粉”调制成各种电器材料。 (2)不饱和聚酯树脂(UP )不饱和聚酯树脂耐腐蚀、成型工艺好，可在室温下固化，固化时收缩大。 耐热温度120。 不饱和聚酯树脂可用于玻璃钢、涂料、装饰板、人造大理石、管道等生产。 (3)环氧树脂(EP )环氧树脂的品种编号较多，其分类参照化工部标准HG2-742-72，其中生产最快、应用最广的是双酚a型环氧树脂(其产量为环氧树脂的80%90% )，其编号主要为E-51、E-44 中所述情节，对概念设计中的量体体积进行分析。 环氧树脂有很强的粘结力，可在室温下硬化，硬化时收缩小。 化学稳定性、耐热性、机械强度高、吸水率低。 环氧树脂可用于玻璃钢、粘合剂、涂料等的制造。 环氧树脂具有许多优异的性能，在工艺中广泛应用，产品有粘合剂、密封材料、涂料、复合层压材料、灌封材料、浸渍材料等。 建筑中使用最广泛的是环氧树脂粘合剂(通称万能粘合剂)，用于构造修补。(4)氨基塑料氨基塑料包括尿素塑料(UF )、三聚氰胺塑料(MF )。 尿素树脂是尿素和甲醛缩聚物，耐热温度为78。 低分子量时呈液态，常用作粘合剂、涂料的高分子量为白色固体，加工后的塑料商品称为电球，经过可以制作装饰品、电绝缘材料的发泡处理，制造闭孔型硬质氨基塑料，填充保温绝热吸音材料。 三聚氰胺树脂是三聚氰胺和甲醛缩聚而成的。 呈低分子量且未固化淡色或无色的浆料，高分子量的为白色或淡色的固体。 三聚氰胺树脂可用于装饰层压板、涂料和胶粘剂的制备。 MF加入亚硫酸钠聚合后，可作为阴离子型高效表面活性剂，混凝土可作为高效减水剂，价格高。 (5)聚氨酯(PU )聚氨酯可以是单组分或双组分涂料、粘合剂、弹性体、硬质塑料、发泡塑料(硬质、软质)。 聚氨酯性能优良，生产工艺简便，常温聚合，可发泡。 聚氨酯可用于生产泡沫塑料、涂料、粘合剂、防水材料等。 (6)硅树脂(SI )硅树脂具有良好的流动性，施工方便。 硅酮防水、耐水、耐候、耐高温(250)、耐寒、耐腐蚀、电绝缘性好。 硅酮可用于高级绝缘材料、防水材料的制作。 3、树脂类复合材料、(1)玻璃钢(GRP )玻璃纤维增强塑料、通称玻璃钢，具有轻量、高强度的特点，是合成高分子化合物作为结构材料的主要代表。 玻璃钢是用合成树脂粘接玻璃纤维或玻璃布而成的，一般经常使用酚醛树脂、聚酯树脂、环氧树脂等热固性树脂，其中聚酯树脂由于化学稳定性好、价格低而被使用最多。 玻璃钢的密度为1.52.0g/cm3，拉伸强度接近或超过碳钢，但刚性比金属差，层间剪切强度低，耐老化性能不充分。 玻璃钢广泛应用于航空、高压容器、军用及民用产品。 在建筑工程中，可用于采光材料、围栏材料、装饰材料，如瓦楞板形屋顶板、整体采光罩、浮雕、浴缸、配管等。 复合材料综合各成分的优良特性，改善材料某些方面的性能。 复合材料类型为纤维复合材料、层叠复合材料、粒子复合材料. (2)蜂窝状塑料以塑料板、金属薄板、胶合板为面板，中间是具有格子(多为六边形蜂窝状)的夹层(树脂浸渍和固化的玻璃布或纸)，用氨基树脂或环氧树脂紧贴在2块面板之间，重量轻，压坏和耐弯曲性优异的隔壁面板、门面板、地板、家具等(3)用玻璃纤维或尼龙纤维网加强塑料薄膜制成的塑料薄膜，比较坚韧，可用于半永久性或可拆除的大跨度膨胀结构仓库或房屋建设。 (4)在钙塑料树脂中加入大量碳酸钙、亚硫酸钙等钙盐填充材料和必要的添加剂，加工成形的复合材料称为钙塑料。 钙塑料材料尺寸稳定，阻燃，锯、钉、印刷、粘接等加工方便，可制作板材、管材、中空异型材等内装、保温、防水材料和用品，在建筑上广泛应用于天花板、吸音板和墙面内装。 (5)树脂混凝土是以合成树脂为凝胶化材料，加入固化剂、粉体、粗骨料调制而成的。 请参阅特殊混凝土部分的内容。 2、常用建筑塑料制品，(1)塑料壁纸塑料壁纸分为普通壁纸