高分子材料课件

建筑塑料,学习要点,了解有关高分子材料的一些基本概念，如单体、大分子链、聚合度、聚合反应、玻璃化温度等。掌握塑料的基本组成，塑料的基本性质。了解常用塑料、泡沫塑料与蜂窝制品、玻璃纤维增强塑料的品种、主要性质及其应用。了解胶粘剂的分类、基本性质要求和粘结理论，掌握常用胶粘剂的品种、基本性质和选用原则。,建筑塑料的组成和特点塑料是以合成的或天然的高分子有机化合物为主要原料，在一定条件下塑化成形，且在常温下保持产品形状不变的材料。,高分子化合物组成与分子量,高分子化合物（聚合物）是由一种或几种小分子化合物（单体），通过聚合反应，以共价键连接若干个重复结构单元成形的分子量很大的化合物。1、化学组成：合成高分子主要由碳、氢元素组成，同时也含有少量杂原子，如：氧、氮、硫、磷、硅、钛等。2、单体组成：烃、羧酸、酯、醚等有机化合物及其衍生物。,聚合物大分子链的结构,1、线型结构：主链是线状长链大分子；2、支链型结构：主链大分子上带有一些长度不等的支链；3、体型结构：分子链相互交联成一个体型网状大分子。,高分子化合物的分类与命名,1、分类按合成材料：塑料、合成橡胶、合成纤维等按分子结构：线型、支链型和体型按反应类别：加聚物和缩聚物2、命名根据单体命名、商品名命名,线型结构,支链型结构,体型结构,非晶态聚集态结构,晶态聚集态结构,聚合物性能与结构的关系,1、线型和支链型高分子组成的聚合物具有热塑性，受热熔化，也能溶于特定的溶剂中形成溶液，强度较低、弹性模量较小、变形较大、耐热性差；而且支链型聚合物的溶解度比线型聚合物大，密度、熔点、强度则较低。,2、体型高分组成的聚合物具有热固性，它们不溶不熔，强度、硬度、脆性较高，耐热性好等。3、聚合物的结晶度越大，密度、强度、硬度、弹性模量、耐热性提高，塑性、韧性、吸湿性、溶解度降低。,高分子化合物的老化与防护,高分子化合物的老化是个复杂的化学变化过程。目前防老化有三种方法：高聚物结构改性添加助剂表面处理,合成高分子材料在建筑上的应用,应用于非结构材料：装饰板材；各种管材和异性材，水管、门窗框等；建筑防水材料，屋顶膜；建筑涂料；建筑保温、隔声材料；,应用于结构材料：桥梁，如人行天桥等；轻结构建筑物，玻璃钢、聚合物混凝土等；混凝土的增强筋等。,塑料,塑料是指以树脂（或在加工过程中用单体直接聚合）为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂，着色剂等添加剂为辅助成分，在加工过程中能流动成型的高分子材料。,（一）塑料的基本组成,1、树脂是塑料的主要组分，不仅起着胶结其他组分的作用，而且决定了塑料的类型、性能、用途和成本等。2、填料化学性质不活泼得分状、片装或纤维状的固体物质，可改善或提高塑料的强度、硬度、耐热性等性能；减低成本，其掺量为30%70%。,3、增塑剂分子量小、熔点低和难挥发的有机化合物，可提高塑料的柔软性和可塑性、降低玻璃化温度和粘流温度。4、其他助剂：包括着色剂、抗老剂、稳定剂、固化剂、润滑剂等。,塑料的主要特性,塑料密度小，质轻，比强度高；良好的耐冲击性和耐磨耗性；化学稳定性好，不会锈蚀，耐水防水；电绝缘性好，导热性低；优良的装饰性，着色性好成型加工性良好，生产能耗低；,大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧；尺寸稳定性差，容易变形；多数塑料耐低温性差，低温下变脆；容易受光、热等老化。,塑料的分类,1按使用特性分类通用塑料指产量大、用途广、成型性好、价格低的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、酚醛等。工程塑料指能承受一定外力作用，具有良好的机械性能和耐高、低温性能，尺寸稳定性较好，可以用作工程结构的塑料，如聚酰胺、聚砜等。,特种塑料指具有特种功能，可用于特殊应用领域的塑料。如氟塑料和有机硅具有突出的耐高温、自润滑等特殊功能。增强塑料和泡沫塑料具有高强度、高缓冲性等特殊性能。,按理化特性分类,热固性塑料指在受热或其他条件下能通过交联反应而固化，具有再次受热不溶不熔特性的塑料，如酚醛塑料、环氧塑料、聚酯树脂等。又分烃类、含极性基因的乙烯基类、工程类、纤维素类等多种类型。,热塑性塑料指在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料，如聚乙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等。又分甲醛交联型和其他交联型两种类型。,常用的建筑塑料,1、热塑性塑料聚乙烯(PE)分低密度、中密度高密度三种。密度较小、化学稳定性、耐水性和耐寒性良好、耐热性差、易燃烧和光老化。建材制品有各种管道、防水膜等。,聚丙烯(PP)刚性较大、耐热性好(加热到120不变形)。强度、弹性模量、硬度都高、对高频电的绝缘性能好。建材制品有各种给水管道、防水膜等。,聚氯乙烯(PVC)常见有软、硬质聚氯乙烯二种，抗拉强度、刚度、硬度较大，有良好的耐水性、耐油性、耐化学药品侵蚀性和阻燃性。建材制品有各种给水管道、防水材料、门窗框等。,聚四氟乙烯塑料俗称塑料王，具有非常优良的耐高、低温性能，可在-180260范围内长期使用,几乎耐所有化学药品,摩擦系数极低,仅为0.04。它对其他物质不粘附，不吸水，电性能优良，良好的耐水、耐老化性能。缺点是强度低。,聚酰胺塑料俗称尼龙,具有突出的耐磨性和自润滑性，冲击韧性好，强度高，耐蚀性和成型性好，缺点是耐热性差、工作温度不能超过100,导热性差,吸水性高。主要用于制作纤维。,聚甲基丙烯酸甲脂俗称有机玻璃透光率达92%,比重只是无机玻璃的一半。强度、冲击韧性都优于无机玻璃，抗稀酸、稀碱、润滑油和碱氢燃料的作用，在自然条件下老化发展缓慢。缺点是硬度低，易擦伤，用作装饰板材。,塑料排水管,塑料给水管,塑料管,塑料粒料,塑料管挤出成型,塑料窗异性材截面,塑料窗异性材截面,塑料窗,塑料门异性材,塑料门,塑料地板,2、热固性塑料,酚醛塑料(PF)由于制备条件不同，有热塑性和热固性二类。它们耐磨性好，绝缘性、耐热性、耐蚀性也都很好。缺点是性脆，不耐碱。用于制作电工器材（如插头、开关等），装饰材料、隔声隔热材料等。热塑性酚醛树脂还可配制油漆、胶粘剂、涂料和防腐蚀用胶泥等。,环氧塑料(EP)是环氧树脂加固化剂、填料和增强材料后形成的热固性塑料，常用固化剂有胺类和酸酐类化合物。它们强度较高，韧性较好，尺寸稳定性高，耐久性好，耐热、耐寒，具有优良的电绝缘性能。缺点是稍有毒性。用于制备增强塑料、泡沫塑料、浇注塑料、粘结剂和涂料等。,聚酯塑料强度和表面耐磨性较高；可在100C下长期使用；添加增塑剂可以大幅度提高其韧性；有较好的耐水性，但耐碱和溶剂的性能较差，不耐氧化性介质，固化过程中有较大收缩变形。主要用于玻璃钢和树脂混凝土，可以制造很多种建材制品，如波形瓦、管材、人造石材等。,有机硅塑料（SI）具有优良的耐高温（500600C）和防火性；良好的电绝缘性和憎水性；耐腐蚀能力很强；粘结强度高，可用于粘结金属材料和非金属材料；但其机械强度较低。主要有硅油、硅树脂及其硅塑料和硅橡胶。可制成耐热、耐水、耐腐蚀及电绝缘性能均好的模压塑料、层压塑料和泡沫塑料制品，还可用作粘结剂、防水涂料、混凝土外加剂等。,3、增强塑料,组成：树脂，纸、短切纤维或纤维织物、片状材料等增强材料；填料和添加剂。常用树酯有环氧、酚醛、不饱和聚酯等。特点：机械强度高，稳定性好，各向异性，成形工艺多样。用途：轻质结构材料、屋顶膜、装饰材料和电绝缘材料，混凝土的增强筋和修补材料等。结构工程中，应用较多的是玻璃纤维（GRP，俗称玻璃钢）或碳纤维增强塑料。,玻璃纤维、芳纶纤维与碳纤维的FRP制品,玻璃纤维、芳纶纤维与碳纤维制品,纤维增强塑料及其应用,1）纤维增强聚合物作为预应力束，代替钢材：其中纤维包括玻璃纤维、芳纶纤维或碳纤维；其抗拉强度高、徐变小、弹性模量适中、抗腐蚀性能好；2）纤维增强聚合物作为加固材料：用碳纤维薄片代替钢板，放置在需要加固的部位并涂刷聚合物粘结成整体。,纤维增强塑料棒作为混凝土的配筋+,Fiberreinforcedpolymerasstructuralreinforcement,纤维增强材料作为桥面板配筋,纤维增强材料作为桥面板配筋,纤维增强材料储油设施,纤维增强树脂用于受损钢筋混凝土结构修补加固,酚醛泡沫优良的防火隔热性能,酚醛泡沫塑料制品,蜂窝塑料板材,石板面蜂窝塑料夹层板,第三节橡胶,橡胶是一种在较低温度下处于高弹态的高分子材料。特性：能产生很大的弹性变形、极高的可绕性、耐磨性、绝缘性、不透水性和不透气性等。种类：天然橡胶、合成橡胶、再生橡胶。,1、天然橡胶（1）组成：异戊二烯的聚合物，采自橡胶植物的浆汁。（2）性能：密度为0.910.93，没有确定熔点、在130140C下软化，弹性很大，伸长率1200%，电绝缘性好，经硫化后，其强度、变形能力、耐久性均提高，可塑性下降。（3）用途：胶粘剂、橡胶基防水材料、橡胶垫块等。,2、合成橡胶,（1）丁苯橡胶（SBR）丁二烯与苯乙烯的共聚物，浅黄褐色的弹性体，密度为0.910.97g/cm3，具有优良的电绝缘性，其弹性、耐磨性和抗老化性均优于天然橡胶，溶解性与天然橡胶相似，但耐热性、耐寒性、耐挠曲性和可塑性不如天然橡胶，脆化温度为50C，最高使用温度为80100C。,（2）丁腈橡胶（NBR）丁二烯和丙烯腈的共聚物，为淡黄色的弹性体，密度随丙烯腈含量的增加而增大。耐热性、耐油性比天然橡胶好，抗臭氧能力强。但耐寒性不如天然橡胶和丁苯橡胶，且本较高。丁腈橡胶是一种耐油橡胶，可用来制造输油胶管、油料容器的衬里和密封胶垫，减震零件等。,（3）氯丁橡胶（CR）氯丁二烯的均聚物，为黑色或琥珀色的弹性体，密度为1.23g/cm3。耐老化、耐臭氧、耐候性、耐油性、耐化学腐蚀性均比天然橡胶好。耐燃性好，粘结能力较高，脆化温度为3555C，热分解温度为230260C，最高使用温度为120150C。可制造各种橡胶制品、胶粘剂和防水材料等。,(4）丁基橡胶（也称异丁橡胶IIR）异丁烯与少量异戊二烯的共聚物。它为无色的弹性体，密度约为0.92g/cm3，透气性较低。它是耐化学腐蚀、耐老化、不透气性和电绝缘性最好的橡胶，且耐热性好，吸水率小，抗撕裂性能好，耐寒性好，脆化温度为79C，最高使用温度为150C。但在常温下弹性小（只有天然橡胶的1/4），粘性较差。可用于制造不透气的气囊、电气绝缘制品、化工设备的衬里和建筑防水材料等。,（5）三元乙丙橡胶（EPDM）乙丙橡胶是以乙烯、丙烯在溶液状态下共聚的无定形聚合物。密度为0.85g/cm3左右，是最轻的橡胶。电绝缘性和耐化学腐蚀性好，耐光、热、氧、臭氧的老化性能优异，能在150C下长期使用，最高使用温度为200C。冲击弹性好，尤其是在低温下弹性保持较好，在57C下变硬，77C下变脆。在建筑上，乙丙橡胶可用于制造屋顶胶板、窗户密封条和防水卷材等。,3、再生橡胶再生胶是以废旧橡胶制品和橡胶工业生产的边角废料为原料，经再生处理而得到的具有一定橡胶性能的弹性体高分子材料。,橡胶在土木工程中的应用,高分子材料废弃物越来越多，废橡胶制品如轮胎更是日益增多，废橡胶是除废旧塑料外居第二位的废旧高分子材料1。我国已成为世界上橡胶制品生产大国及消费大国，也将成为最大的废旧橡胶产生国；每年生产的废旧橡胶复合材料近500万吨，其中废旧轮胎所占比例超过50%。,橡胶隔震垫,橡胶隔震垫,建筑物伸缩缝用橡胶止水带合密封条,1)热能利用（水泥厂）、回收利用、原状（或改造）利用以及掩埋或堆放等。2)废旧橡胶颗粒广泛应用于土木工程当中，如橡胶改性沥青混凝土，这种沥青混凝土具有良好的技术经济效应3)在交通或是土方工程中，废旧橡胶还可作为轻骨料填料，制成可自流平和自密实的建筑材料。,废旧橡胶的利用形式,废旧橡胶材料的性能特点1变形性好高变形材料2耐冲击性强3表现为延性、塑性4吸声，防噪音等,废旧橡胶颗粒改性水泥混凝土的工程应用前景,1）高速公路路面新材料,2）新型铁道工程建设制品将废轮胎胶粉、砂石、水泥混合,用模具压制成铁路枕木,这种材料制作的铁路枕木具有重量轻、抗冲击和耐腐蚀等优点,还能减少火车行驶噪声和震动。我国将建成十多万公里铁路线，平交道口多如繁星,用橡胶改性混凝土铺面板代替传统的水泥混凝土预应力轨枕、平交道口铺面板和桥面板等,将产生显著的技术经济效益。,3、高分子纤维材料,聚丙烯纤维,纺纶纤维（kevlar),密度小模量高韧性好，延伸率大比拉强度高,玻璃纤维、芳纶纤维与碳纤维制品,第四节高分子防水材料,是以聚合物为主要成分，掺加各种添加剂和填料制成的主要应用于防水工程的土木工程材料,一、分类橡胶类、塑料类和橡塑共混防水材料固态防水卷材和液态防水涂料,二、高分子防水卷材,以合成橡胶、合成树脂或其共混体为基料，加入适量助剂和填充剂，采用橡胶或塑料的加工工艺制成的可卷片状防水材料。,1、主要组成,聚合物：橡胶、合成树脂填料：轻质碳酸钙粉、滑石粉、炭黑粉添加剂：增塑剂、硫化剂、防老化剂织物增强层：玻纤布、聚酯纤维无纺布,2、基本性能1、尺寸规格：厚度、宽度、长度2、力学性能：抗拉强度、拉伸伸长率和抗撕裂强度3、低温柔性：在低温下（20度），放置1h，弯折4、抗渗性：在0.2MPa水压下保持24h不发生透水5、耐老化性：热老化、人工老化、臭氧老化,3、常用高分子防水卷材,三、高分子防水涂料以高分子材料为主体，在常温下呈无定形液态，经涂布能在结构物表面固化形成具有相当厚度、并有一定弹性的防水膜的一类防水材料,可形成无缝的完整防水膜层便于操作、施工简单、维修方便防水层自重小，适用于轻型屋面防水具有较好的延伸性、耐水性和耐候性粘结质量好，无需另加粘结剂防水膜的质量受施工条件的影响，必须分层施工上下覆盖等,防水涂料的特点：,1、分类溶剂型：通过溶剂挥发，高分子材料的大分子链接触、搭接等过程而结膜，涂料干燥快，结膜薄而致密；工艺简易；易燃、易爆、有毒，有污染性水乳型：通过水分蒸发而结膜；干燥较慢，不宜在低于5度的环境下施工；储存期短；操作简易、无毒、安全；不污染环境成本较低反应型：组分间发生化学反应而直接成膜；可一次结成厚膜；无收缩、致密；价格较高,2、性能涂膜的物理力学性能：拉伸强度、断裂伸长率、低温柔性、不透水性、耐老化性能固体含量：影响涂料的运输、施工以及涂膜厚度，要求不小于50%施工性能：涂膜干燥时间、最低成膜温度等粘结性能：涂料与基层的粘结能力，不小0.3MPa3、常用高分子涂料,四、高分子密封材料使各种构件的接缝成为连续的整体,密封材料应满足以下三个条件：优良的粘结性能、施工性能、抗下垂性良好的伸缩性具有耐候性、耐水性,1、分类定型和不定型两类定性：弹性和非弹性,2、常用高分子材料,第五节胶粘剂,能在两个物体表面间形成薄膜，并能将它们紧密粘结在一起的物质，又称为粘合剂、粘结剂等,一、组成,1.基料（粘料或胶料），具有较强粘合性能的材料，如合成树脂、合成橡胶等。它赋予胶粘剂粘结强度、耐久性及其它物理力学性能。2.溶剂溶解基料，调节胶粘剂的粘度，便于施工；降低基料分子的内聚力，利于胶粘剂对被粘物表面的渗透或浸润，提高粘结强度。,3、固化剂及促进剂使基料的分子链交联成体型结构，以增加胶粘剂分子间的作用力和内聚强度，以及胶粘剂与被粘物间的粘结力，促进剂可以促进固化反应或降低固化反应温度。4、增塑剂与增韧剂提高固化后胶粘剂层的柔韧性。5、填料活性或惰性矿物粉末降低收缩性，增加稠度和增大粘度，提高强度和耐热性。,二、胶粘剂的分类,（1）无机胶粘剂基料是无机盐，如硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐和硼酸盐等，胶粘剂品种有水玻璃、硅酸盐水泥、磷酸氧化铜、石膏等。（2）天然有机胶粘剂基料是天然化合物有淀粉、蛋白、天然树酯、天然橡胶、沥青等，胶粘剂品种有淀粉、骨胶、鱼胶、松香、生漆、天然橡胶溶液和沥青酯等。,（3）合成有机胶粘剂基料是合成树脂、合成橡胶等，胶粘剂品种有聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、氯丁橡胶、丁腈橡胶、有机硅橡胶等等。,三、胶粘剂的粘结理论,机械咬合理论胶粘剂渗入被粘物表面空隙中形成许多微小的咬合点，使胶粘剂层与被粘物牢固地咬合在一起。物理吸附理论胶粘剂分子与被粘物表面分子相互吸附，产生分子间次价键力（即范德华力）