土木工程材料 建筑材料第十六讲

第八章

合成高分子材料

合成高分子材料主要包括合成树脂、合成橡胶和合成纤维三大类。合成树脂主要用于制备建筑塑料、建筑涂料和胶粘剂等，是用量最大的合成高分子材料。合成橡胶主要用于防水密封材料、桥梁支座和沥青改性材料等，用量仅次于合成树脂。合成纤维主要用于土工织物、纤维增强水泥、纤维增强塑料和膜结构用膜材料等，用量也在不断增加。1§8.1高分子化合物的概述§8.1.1基本知识一、基本概念高分子化合物又称高聚物或聚合物，其分子量很大，一般为104～106。其分子往往由许多相同的、简单的结构单元，通过共价键重复连接而成。其中每个单元称为“链节”，结构单元的重复数量称为“聚合度”。2二、聚合物的分类按聚合物的来源：天然聚合物和合成聚合物；按分子结构：线型聚合物和体型聚合物；按聚合物受热的行为：热塑性聚合物和热固性聚合物；按主链元素：碳链高分子（主链只含碳元素）、杂链高分子（主链含碳、氧、氮、磷等元素）、元素有机高分子（主链不含碳元素）和无机高分子（主链不含有机元素）。3三、聚合物的命名天然聚合物用专有名称，如纤维素、淀粉、蛋白质等；合成聚合物在单体名称前加上“聚”字，例如聚氯乙烯、聚苯乙烯等；也可在原料名称后加“树脂”、“橡胶”、“纤维”等来命名.4四、聚合反应由低分子单体合成聚合物的反应叫做聚合反应。聚合反应按单体和聚合物在组成和结构上发生的变化，分为加聚反应和缩聚反应两大类。加聚反应：以单体通过加成的方式，聚合形成聚合物的反应。缩聚反应：含有两个以上官能团的单体，通过官能团间的反应生成聚合物的反应。缩聚反应聚合物分子链增长过程是逐步反应，同时伴有低分子副产物如水、氨、甲醇等的生成。5§8.1.2聚合物的结构与性质一、聚合物的分子结构分为为线型聚合物和体型聚合物。（一）线型聚合物定义：线型聚合物的大分子链排列成线状主链（如图8－1a），有时带有支链（如图8－1b），且线状大分子间以分子间力结合在一起。具有线型结构的聚合物包括全部加聚树脂和部分缩聚树脂。特性：具有线型结构的树脂，强度较低，弹性模量较小，变形较大，耐热、耐腐蚀性较差，且可溶可熔。支链型聚合物因分子排列较松，分子间作用力较弱，因而密度、熔点及强度等低干线型聚合物。线型聚合物树脂均为热塑性树脂。6（二）体型聚合物定义：线型大分子通过化学键交联作用而形成的三维网状结构，又称网状或体型结构（如图8～1c），部分缩合树脂具有体型结构（交联或固化前也为线型或支链型分子）。特性：缩合树脂的强度高，弹性模量较大，变形较小，较硬脆，且塑性小，耐热性、耐腐蚀性较好，不溶不熔。体型聚合物树脂均为热固性树脂。7二、聚合物的聚集态结构定义：聚集态结构就是指分子链间的排列、堆砌方式和规律。可分为晶态结构、非晶态结构、取向态结构和织态结构等聚集状态。晶态结构：聚合物的结晶为部分结晶，即在结晶聚合物中存在“晶区”和“非晶区”，且大分子链可以同时跨越几个晶区和非晶区。晶区所占的百分比称为结晶度。结晶度越高，则聚合物的密度、弹性模量、强度、耐热性、折光系数等越高，而冲击韧性、粘附力、断裂伸长率、溶解度等越低。晶态聚合物一般为不透明或半透明状，非晶态聚合物则一般为透明状。体型聚合物只有非晶态结构。8取向态结构：指聚合物在一维或二维方向的有序排列结构。取向在工业生产中得到了广泛应用。例如，在合成纤维生产中，采用热牵引工艺，使分子链取向，可提高纤维的强度和弹性模量。聚乙烯纤维未取向时的抗拉强度约为60～80MPa，而取向后的强度可达800MPa。织态结构：指将两种或两种以上的聚合物或不同分子量的同种聚合物混合而得到的材料结构，属非均相体系结构。由一个分散相和一个连续相组成的两相共混物应用最多。9三、聚合物的物理状态和特点聚合物的物理状态可根据温度－变形曲线划分，线型非晶态聚合物分为玻璃态、高弹态和粘流态三种物理状态。玻璃化转变温度（Tg）：温度升高到Tg以上后，分子动能增加，分子链段能运动，但大分子链的运动仍被冻结，聚合物弹性模量较小，在外力作用下，产生较大的变形，且变形是可恢复的，这种状态称为高弹态。玻璃化转变粘流温度（Tf）：当温度升高Tf到以上后，分子动能增加到链段和整个大分子链都可以运动，聚合物成为可以流动的粘稠液体，此时，聚合物在外力作用下，分子间相互滑动，产生粘性流动，外力除去后保持变形，变形不可逆。1011四、聚合物的老化定义：在使用过程中，聚合物会由于光、热、空气（氧和臭氧）等的作用而发生结构或组成的变化，从而出现各种性能劣化现象，如出现变色、变硬、龟裂、发粘、发软、变形、斑点、机械强度降低等，称为聚合物的老化。分类：聚合物的老化分为热老化和光老化两类。12§8.1呀.3寇常瞒用的算聚合泰物一、酬合成现树脂（一副）热续塑性欠树脂1.螺聚乙大烯(PE乌)定义：聚窑乙烯戏（PE麻）是由恨乙烯摊单体哥聚合宿而成啦的，箭根据啄聚合棒反应拼时采痰用的像引发夏剂、鞋聚合浴条件良的不佣同可荷得到腰性质独不同线的产脆品。分类削：高压称聚乙缓烯和宋低压崭聚乙认烯。正超高爹分子枯量聚讨乙烯纪（UH场MW乌PE怠）和线浪性低诞密度跃聚乙似烯（LL闪DP浴E）蝴。性质殊：聚乙卷烯塑冰料无您臭、珠无毒掉，原烧料来井源丰甚富，杆价格凳较低蜜，且查具有候优异扩的耐笼低温示性（吸最低葬使用联温度岂可达俩－7蒸0℃封～－切10要0℃因）、竹化学型稳定峰性、肾电绝杂缘性网和加饼工性毅能。用途跨：在建惜筑中殃，聚老乙烯棚主要捐用于眉生产晋防水肢材料慌（薄隶膜、惠卷材泽等）葡、给也排水逼管材赶（冷固水）遵、电全绝缘咽材料荣、水育箱和辞卫生洋洁具捐等。132.催聚氯品乙烯漠(PV童C)定义脚：氯乙显烯通赢过自研由基明聚合蹲，用示悬浮氧法、羽乳液鸭法或调本体它法制宜成白蒸色粉拢未或匆糊状弹的树贪脂。性质研：有良棵好的鸽耐化瓦学腐膛蚀性截，但禁质脆樱而硬塘，较肿少弹厕性。销通过蜻添加絮增塑员剂可谋以改眠善PV郑C的柔膨韧性衔。用途墓：硬质拳聚氯奔乙烯毁主要织用作该天沟榨、落达水管臂、外齿墙覆翁面板讽、天思窗及法给排士水管尽。软芝质聚医氯乙众烯常蜜加工仗为片姨材、公板材低、型基材等勾，如葡卷材现地板唉、块灿状地绞板、凑壁纸妙、防振水卷经材和盈止水浆带等滑。在PV向C中混熊入大需量的仔碳酸踏钙制险成钙症塑料碰可以景提高州塑料制的硬还度、怨降低绣成本邻，用膨于代陶替钢旧材和让木材爽制作搂塑料熔门窗巡寿、楼栋梯扶毫手、魂地板府、天朗花板抓和电逃线套鹅管等逐，将PV屡C轻度浴发泡山可以两制成胳塑料岸地毯值和塑股料壁放纸等屯。143.须聚苯滑乙烯耀(PS班)定义热：聚苯熟乙烯犬（PS叮）的均吓聚物无是由傍苯乙脸烯单放体聚愿合而贱得。性质企：质地绸坚硬红，化病学性议能和雕电绝今缘性宪能优失良，卷易于滑成型焰出各驾类色奔彩鲜武艳、染表面螺光洁幻玉的制疮品。下但PS耐热饿性差饭、质亩脆。用途娃：改性胖后可念以用舱于建廊筑中造聚苯网乙烯辱主要婆用于锅制作顿泡沫秃塑料铃，其堆隔热粉保温捏性能纹优异芬。此呆外，赴聚苯坑乙烯钻也常来用于疮涂料赶和防粪水薄抗膜的贱生产扎。AB顽S树脂置主要继用于趴生产竞塑料侦装饰巩板和址管材候等。黑还有醋常用侵的安土居板绣。154.姥聚丙溪烯(PP路)5.聚甲率基丙徐烯酸街甲酯务（PM慕MA匙）聚甲究基丙步烯酸根甲酯恐（PM甜MA怎）是透天明、投无毒虾无味帐的无细定形研热塑可性树付脂，仍其最贩大优滩点是啦具有睛优异浴的光垫学性恰能，夜对可乔见光组的透捡过率西可达夹92走％，阵对紫彻外线而的透妹过率溜达7矛3.圣5％卵，均功优于错普通春无机均硅酸盐玻款璃，究并具夏有较翻好的动耐气化候老园化性刮，质熔轻（跃约为林无机帜玻璃傅的1烈/2意），愧抗冲邪击强悉度较监高。在建抖筑中打，聚笛甲基有丙烯晚酸甲己酯主毕要用迹作采乎光天毁窗、讽防震仰玻璃绘、室朝内装壮饰等芹，以彻适当学方式书对其钩增强醒后，使也可微用于夜制作僵透明龄管材唯及其虫他建茧筑制惠品。16（二劣）热鞋固性耻树脂1.惊酚醛醋树脂粘（PF拾）定义爽：酚醛构树脂险是酚枣类和梯醛类软化合占物经骗缩聚广反应胁而得该的树概脂的棍统称糖，其嫁中应呈用较额多的绿是苯佛酚－输甲醛子缩聚衫物（PF非）。当所康用催凤化剂懂的酸摘碱性援以及设苯酚真／甲虑醛比赏例不赢同时商，可税以生左成热自塑性换或热参固性锐酚醛刃树脂崭，两柱者能脆相互瞒转化屑。特点葱：有较喘好的再电性培能，腐密度淹低，避强度电较高启，具核有很绝高的介热强肾度等拿，但惰质脆沟，抗月冲击翠性能仿差。用途筛：主煤要用件于制秋造各英种层脑压板榆和玻毛璃纤线维增巧强塑升料，违以及厘防水君涂料戏、木解结构葛用胶鱼等。172.售脲醛昼树脂袍（UF做）定义铁及特溜点：脲醛遗树脂迅是由满甲醛临和尿删素缩膨聚而息成的打聚合虎物，经它具剧有耐音燃、目耐电乓弧、材易着蒸色、纪表面添硬度劫高、哪而溶足剂、饭本身垫呈透鼓明状立等特赛点。琴因此沫，可择制成翅表面攀光洁汪、色寄彩鲜蜜明的侧玉状姜制品载（俗幅称“纤电玉耻”）事，但塞耐湿殃性差员，受武潮气饥和水炮的作渔用易剧发生架变形始或开殃裂，色而且辣耐热狐性较迷差。用途鞋：脲醛忘树脂专主要旨用于宁生产胁木丝透板、冤胶合井板、户层压搭板等胖。经灰发泡哭处理框后，不可制追得一协种硬块质泡无沫塑世料，暴用作朵填充饿性绝纤缘材它料。数经过烧改性采处理锋的脉尤醛树贝脂还贷可用劝于制伸造涂男料、提胶粘跟布等称。183.嗽不饱泼和聚掠脂树加脂（UP租）定义赔：不饱梨和聚滤酯树肤脂（UP轿）是指新分子计链主慎链上控含有私不饱博和键墙的聚框酯。特点永：多样扩化，冷硬质滤的、同有弹颠性的历、柔阅软的透、耐尿腐蚀质的、危耐气秤候老态化的刑或耐煮燃的荡，这帮些性露能上迷的变穿化形泻成了UP在应掘用上苗的多抱样化胀。用途损：用于饿制造雾涂料胞、玻态璃纤屿维增篇强塑毯料以悦及聚贸合物须混凝即土的穴胶结迷料中娱，可壁用于戴墙面绪、地她面装标饰，员制作送人造灵大理呢石，蜻具有例装饰唯性好淘、耐维磨等拳特点绘。194.毛环层氧树断脂（EP视）环氧俊树脂亿（EP名）是分盟子结顽构中文含有揭环氧煤基的根聚合拿物。很环氧蛛树脂尸的种榜类很桶多，占其中需用途圆最广宰的是叔环氧捏氯丙喷烷与麻双酚A缩聚过得到默的双跳酚A型环咏氧树疏脂，休这种做环氧侦树脂持是线万型结罩构，肾具有撑热塑甘性，虹应用纤时必丙须加妇入固魄化剂套，使建环氧杆树脂谈固化肢。固佩化剂这品种司很多揉，常英用的堪有胺臂类、拌酸酐蔽类等举。固蛇化后氧的环更氧树尽脂具状有强静度高缎、粘补结力萌强、劈燕收缩爆率小造、耐工水、逗耐化浆学腐谜蚀性卡和电欣绝绣宴性好愚等特耀点，走不耐戚高温免。环氧概树脂献主要踏用于巾结构祥胶粘贡剂、乓玻璃渴纤维鄙增强亲塑料剪、聚聪合物辱混凝掀土以究及防凭底涂厨料和香地坪件材料夫等。20二、蝇合成理橡胶定义乞:橡胶海是玻则璃化明转变程温度Tg较低街，在涛室温纹下具槐有高屑弹性逆的聚抵合物枪。特点肉：在-桂50俯～＋洋15仰0℃雄范围筐内，驻具有元极为镰优异事的弹居性，习在外瞒力作供用下只，变炼形量栏可以撞达到急百分颗之几望百，妈并且赌在外阻力取材消后梨，变示形可帝完全诞恢复属。此战外，脾橡胶惧还具迫有良毯好的舌抗拉厦强度番、耐箩疲劳盯强度院，良璃好的跟不透肿水性匆、不卷透气站性、组耐酸古碱腐恶蚀性飞和电磁绝缘济性等谢。由估于橡采胶良筋好的极综合膊性能业，在惧土木墙工程啊中，因广泛鉴用作桌防水含材料恭和密给封材魄料等着。分类觉:橡胶咽按来淘源分辟为天省然橡种胶和抹合成浅橡胶警。21（一诱）丁教基橡森胶（II宪R）定义观:丁基婚橡胶减是通足过异霜丁烯碑与异弄戊二珍烯聚耕合制背备的府结晶盆性非址极性席橡胶约。特点隙：丁基梦橡胶圈最独涨特的捐性能阵是气放密性己非常系好，胆水渗立透率骡极低岗，其乱耐热骑性、权耐气住候老洲化性叉能、浸耐臭她氧老略化性强能也跳很好延。但荒弹性孟较低钟、工斜艺性鞋能较并差、绪硫化蹲速度盏慢、黑粘着硬性和同耐油撤性等犯也较抖差。用途鲁：丁基桌橡胶稿主要失用作童防水韵卷材真和防傲水密贵封材墓料。22（二技）氯榆丁橡渔胶（CR巡寿）定义染:氯丁锄橡胶柏是通牢过氯革丁二馋烯聚气合制别备的轻结晶井性橡资胶，雕。氯娱丁橡抗胶是装所有帮合成员橡胶柔中密灶度最家大的名，其走相对驴密度雨约为若1.辩23舅～1冰.2乔5，熟呈浅买黄色静或棕功褐色乌。特点卖：其抗偏拉强服度较梅高，类透气虾性、集耐磨蜂性较脸好，晃不易洗老化防，耐程油、滩耐热就、难例燃、游耐臭修氧、阅耐酸鸦碱腐乔蚀性首好，甜粘结鲁力较笑强。魂其缺械点是避对浓贡硫酸惰和浓寸硝酸宅的抵莫抗力燥较差傲，电佩绝缘加性也圾较差巡寿。用途允：氯丁浇橡胶涝被广薪泛地坚用于霞胶粘亲剂、歇门窗东密封煤条、粱胶带膛等。23（三猜）乙隔丙橡求胶（EP织M）定义秧:乙丙咏橡胶灭是以派乙烯买、丙构烯为严主要纵单体纱原料冷共聚陵的无矮定形踏橡胶屿。根吓据是去否加镜入第典三单有体可刑分为逼二元插乙丙瞧橡胶繁和三农元乙退丙橡款胶两毕大类豆。三稿元乙掏丙橡袋胶生洲产和品使用皇较多辜。特点狐：有优涂异的湖耐老略化性沿能，丽是现搁有通捡用橡月胶中状耐老皇化性杯能最爽好的布，能哥长期描在阳饺光、叼潮湿跑、寒毒冷的脂自然更环境臣中使贯用；辆耐热理性能场好，禾可在佛12膛0℃底的环朋境中掩长期袖使用戴，最械高使旅用温漆度达瞒15狡0℃生，具娃有较轻好的虹低温崇性能祸，最蹲低极傻限使课用温蛇度可仔达-铅50傻℃或克更低层；具章有较送好的闹耐化千学腐脱蚀、奶耐热培水和驴水蒸田气性置能；发密度消是所少有橡仗胶中触最低手的，捡其缺再点是忧硫化齿速度占慢，趁自粘涝性与假互粘撒性较教差，丽耐燃该性、姻耐油歇性和逼气密保性差荣。用途傅：主要趴用于顾生产丈防水钢卷。24（四垄）丁加苯橡长胶（SB呢R）定义鸡:丁苯目橡胶薄是丁尚二烯股和苯睬乙烯窝的共洞聚物敏，通纺过调违节苯晃乙烯质的含薄量可刑以得响到不族同性薯能的读丁苯馅橡胶补，丁夕苯橡前胶（SB寸R）是产阿量和蔑消耗泪量最雹大的葡合成脚橡胶建。特点歼：纯丁苯贫橡胶县的强晒度低杯，须宿增强哭后才盏具有纸实际静使用得价值拿；其谜弹性餐、耐祝寒性雕较差肉，耐敲撕裂闹性和森粘着滩性能捷均较写天然叛橡胶预差。校但耐爬热性乐、耐众老化悼性、罪耐磨液性均共优于收天然信橡胶授。用途侨：主要秩用于复铺地撇材料沾和沥赌青改找性。（五垄）硅杠橡胶叮（SR圣）（六）衔热塑增性弹河性体25三、肉合成吊纤维分类贫：纤维果可分伙为天庆然纤圣维（叫如羊浆毛、塑蚕丝双、棉锦花、歌麻等姻）和成化学少纤维挥两大题类，掀化学嫩纤维痰按其凝聚合昨物来料源又祥可分驶为人昼造纤执维和到合成贞纤维延两类筹，人勤造纤窗维是苦以天棉然聚江合物峰为原繁料经潮过化算学处松理后涂再加腹工制地成的眉，如贞粘胶叛纤维奖、醋摩酸纤渴维、参硝酸彻纤维池等；晃合成离纤维披是由叼合成接的聚馅合物拿制得翻的，庸有聚竿酯纤望维、冲聚酞木胺纤占维、芽聚丙虎烯睛疏纤维窜、聚摩丙烯犁纤维卫等品绑种。26（一霜）聚糕酯纤坝维（照的确缩慧良）定义：聚稼酯纤创维是像大分县子链亮中的酱各链学节与幼酯基花相连卷的聚怒合物牧纺制蚊而成概的合晌成纤伟维。特点亭：聚酯腐纤维怠弹性宁好、错强度岔大、仪模量放高、岸吸湿轧性低偷、耐梁热性悦、耐转磨性蒸、耐渔光老岛化性侄能好惜。用途珠：用于泡土工叠织物策。27（二扫）聚是酰胺载纤维笔（锦只纶）定义：聚来酰胺刘纤维探是分央子主垄链由衬酰胺霞键连而接起旦来的生一类蒸合成稠纤维口。特点着：耐磨扫性非呼常好猫，强狐度、修耐冲舟击性民、弹辆性、溉耐疲日劳性目也很顿好，母而且己密度净小；甘聚酰日胺纤沙维的路模量鹅低、熊耐光裹性、察耐热柄性、漠抗静活电性鼻、染处色性兼、吸悲湿性芝较差公。用途很：用于刘绳索产、化谎纤地棒毯等互。28（三膝）聚能丙烯素腈纤格维定义：聚扎丙烯罗腈纤颂维是粪采用泉丙烯启腈三态元单鱼体共句聚物畜纺成晶的纤约维，浑又称滑腈纶态。特点秋：弹性奔模量扬高、害耐光院性、包耐辐已射性驳、化沈学稳煎定性献、耐边热性杜好，寻但强例度较和低、蚀耐磨爆性、融抗疲歪劳性笔较差炒。用途约：腈纶白广泛蕉用于劲污水赢处理需和碳额纤维跪生产豆。（四合）聚计丙烯朝纤维懂（丙翻纶）（五阀）聚架乙烯塘醇纤敏维（秃维纶债）29§8.2离土纵木工杰程常类用的具合成矿高分颜子材弯料§8.2系.1侵建也筑塑爹料定义博：塑料帮是以敞合成当树脂艺为主因要成众分，费在一犯定条赔件（助温度嫌、压痰力等在）下炮，可精塑成夜一定截形状邮并在验常温迷下保取持其冷形状革的高害分子妖材料浙。特点：与传呼统的艇建筑瘦材料捕相比将，塑偿料具灾有质予轻、农比强订度高伪、化守学稳昆定性资好、糠导热渔系数忽小、下装饰午性和尸加工焦性能温好及僚耗能罚较低艰的特有点。星但塑拆料还岭有刚滚度小剩、易沸老化私、易糊燃、偿耐热较性差燥的缺斜点。用途匹：塑料格可作挑为结设构材史料和鸽功能坚材料防。作奋为结泡构材演料应差用的带主要康是纤乔维增贿强塑辆料。哨作为路功能抢材料沾可用示于隔凤热保恭温材折料、段装饰猾装修形材料坝等。30一、母塑料乡丰的基侍本组梨成（一细）填灾料用途召：粉状肉填料坐有助动于提坏高塑宿料的设热稳耍定性开，降佳低可氏燃性昌，而朝片状送和纤山维状榆填料驶，则奏可明台显提鹅高塑难料的鹊抗拉外强度亏、抗奸磨强厉度和陕大气呆稳定地性等葱。（二尘）增宋塑剂用途句：聚合俘物塑申性增宰加的慈