新型建筑塑料

新型建筑塑料化学建材是一类新兴的建筑材料，它主要包括建筑塑料、建筑涂料、建筑防水、密封材料、隔热保温、隔声材料、建筑胶粘剂、混凝土外加剂等，故建筑界有人称它是继水泥、钢材、木材之后的第四大建筑材料，其中尤其是建筑塑料所占比重最大。化学建材主要为高分子化合物

高分子化合物按分子链的形状分类高分子化合物的合成及命名加成聚合又叫加聚反应，是聚合物最主要的聚合方式之一，通常是在催化剂的存在下，含有双键的单体打开双键，相互连接而得到聚合物长链分子。在加聚反应过程中无副产物，由一种单体加聚而得的称为均聚物，如乙烯加聚得到聚乙烯，氯乙烯加聚得到聚氯乙烯等；缩聚聚合

缩聚又称缩聚反应，是含有活性官能团的单体经缩合反应相互连接而得到高分子量的聚合物。缩聚反应过程中有副产物——小分子化合物产生，所以由缩聚反应制成的树脂其化学组成与单体不同。若参加缩聚反应的单体只有两个官能团，则只能生成直链聚合物，如聚对苯二甲酸乙二醇脂（PET）；若参加缩聚反应的单体有两个以上的官能团，则聚合后就会生成不溶、不熔的三维网状聚合物，也称为热固性树脂。缩聚反应生成物的树脂称为缩合树脂，其命名一般是在原料名称后加上“树脂”两字，如环氧树脂、聚酯树脂等。1、塑料：以合成树脂或天然树脂为基础原料，加入（或不加）各种塑料助剂，增强材料和填料，在一定温度和压力下，加工塑制成形，或交联固化成形，得到的固体材料或制品。一、塑料定义、性能建筑塑料是继钢材，木材，水泥之后当带新兴的第四带新型建筑材料。（1）生产单位体积聚氯乙烯能耗分别为钢材和铝材的1/4~1/8。（2）塑料给排水管提高供水能力20%左右。2、建筑塑料的特性A、质量轻塑料的密度为1～2g/cm3，为钢材的1/8～１/４，可大大减轻建筑物的自重，对高层建筑更具特殊意。B、比强度高比强度是强度与表观密度之比。塑料的强度较高，而表观密度低，其比强度远超过传统的土木工程材料，是一种优质的轻质高强材料。C、可塑性好具有优良的加工性能塑料可按需要调节制品硬度、密度、色泽、用多种加工工艺塑制成不同形状的产品，适应建筑上不同用途的需要。D、耐腐蚀性好其化学稳定性良好，是憎水性材料，对弱酸弱碱的抵抗性强。E、耐水性好塑料具有较高的耐水性。F、热性能塑料的耐热性一般都不好，软化温度为100-200℃。塑料的热膨胀系数高，是传统材料的3～4倍

G、老化在阳光、氧、热等条件作用下，塑料中聚合物的组成和结构发生变化，致使塑料性质恶化，这种现象称为老化。塑料存在老化问题，但通过一定措施，塑料制品的使用寿命可以和其他材料媲美，有的甚至能高于传统材料。H、可燃性塑料大多可燃，且在燃烧时会产生大量有毒的烟雾。这是它作为土木工程材料的一个弱点。目前正在研究具有自熄性、难燃甚至准不燃的塑料。二、塑料的组成合成树脂是有机高分子化合物，它是由低分子量的有机化合物(又称单体)经加聚反应或缩聚反应而制得。合成树脂在塑料中起胶粘作用，通过它把其他成分牢牢胶结在一起，使其具有加工成型性能。1、合成树脂(1)加聚合成树脂许多烯类及其衍生物单体在一定反应条件下，其中不饱和键(如双键)有一个断开，相互聚合成链状高分子物质。加聚反应所得的高聚物一般为线型分子。建筑塑料常用的加聚合成树脂有聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等(2)缩聚合成树脂在一定反应条件下，由两种或两种以上单体，通过缩合反应形成高分子化合物。如缩聚酚醛树脂是由苯酚和甲醛两种单体缩聚而成。缩聚反应所得的高聚物可以是线型的，可以是体型的(三度空间许多分子交联)。建筑塑料常用的缩聚树脂有酚醛树脂(PF)、脲醛树脂(DF)、环氧树脂(EP)及聚酯树脂等。填充料按其化学组成不同分有机填充料(如木粉、棉布、纸屑)和无机填充料(如石棉、云母、滑石粉、石墨、玻璃纤维)。按形状可分粉状和纤维状。不同填料不仅可以提高塑料强度和硬度，增加化学稳定性，而且由于填充料价格低于合成树脂，因而可以节约树脂、降低成本。一般填充料掺量可达40%~70%。2、填充料(1)增塑剂增塑剂能增加塑料的可塑性，减少脆性，使其便于加工，并能使制品具有柔软性。对增塑剂的要求是：应能与合成树脂均匀混合在一起，并具有足够的耐光、耐大气、耐水稳定性。

常用的增塑剂有邻苯二甲酸酯类、磷酸酯类、樟脑和二苯甲酮等。3、添加剂(2)稳定剂稳定剂可以增强塑料的抗老化能力。稳定剂应能耐水、耐油、耐化学药品并与树脂相溶。常用的稳定剂有硬脂酸盐、铅化合物、环氧化合物(3)润滑剂塑料在加工成型时，加入润滑剂，可以防止粘模，并使塑料制品光滑。常用的润滑剂有油酸、硬脂酸、硬脂酸的钙盐和镁盐。塑料中润滑剂一般用量为0.5%~1.5%(4)着色剂为使塑料具有各种颜色，可掺有机染料或无机染料。对着色剂的要求是：色泽鲜明、着色力强、分散性好、与塑料结合牢靠、不起化学反应、不变色。常用的颜料有酞菁蓝、联苯胺黄、甲苯胺红和苯胺黑等。(5)其他添加剂为了满足塑料某些特殊要求还需加入的各种助剂。如加入异氰酸酯发泡剂，可制成泡沫塑料；加入适量的银、铜等金属微粒，可得导电塑料；在组分中加进一些磁铁末，可制成磁性塑料；加入阻燃剂三水合氧化铝可降低塑料制品的燃烧速度，并具有自熄性。1、热塑性塑料热塑性塑料加热呈现软化，逐渐熔融，冷却后又凝结硬化，这一过程能多次重复进行。因此热塑性塑料制品可以再生利用。常用的热塑性塑料由聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚丙烯等树脂制成。三、塑料的分类热固性塑料一经固化成型，受热也不会变软改变形状，所以只能塑制一次。属于这类塑料的有酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯、聚硅醚树脂等制成的塑料。2、热固性塑料四、常用的建筑塑料

PVC是聚氯乙烯树脂加某些增塑剂、润滑剂、填料、着色剂等塑制或压铸而成。(1)硬质聚氯乙烯塑料(硬PVC)硬质PVC表观密度为1.38~1.43g/cm3，机械强度高，介电性能优良，耐酸碱性特强，化学稳定性、耐油性及抗老化性也较好。1、聚氯乙烯塑料（PVC）缺点是抗冲击性较差，使用温度低(60℃以下)，线膨胀系数大，成型加工性不好。(2)软质聚氯乙烯塑料(软PVC)软质PVC材质较软，耐摩擦、耐挠曲，具有一定弹性，吸水性低，冲击韧性较硬质PVC低，易于加工成型。耐寒性、大气稳定性、化学稳定性好，破断时伸长率较高。缺点是抗拉强度、抗弯强度较低，使用温度低(在-15~55℃之间)。聚乙烯塑料表观密度较小，有良好的耐低温性(-70℃)和耐化学腐蚀性，有突出的电绝缘性和耐辐射性，同时耐磨性、耐水性均较好。其缺点是机械强度不高，质较软；线型收缩率大；易燃，燃烧时火焰呈蓝色，并且熔融滴落，导致火焰蔓延，因此通常须加阻燃剂改善其耐燃性。聚乙烯塑料主要用于化工耐腐蚀管道，用于配制多种涂料，也可作防水、防潮材料。2、聚乙烯塑料（PE）聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)系由甲基丙烯酸甲酯单体加入引发剂、增塑剂聚合而成，密度1.18~1.19g/cm3。聚甲基丙烯酸甲酯塑料质轻，机械强度高，不易破碎，耐水性及电绝缘性良好；但耐磨性差，表面易发毛，光泽难以保持，易燃烧，易溶于有机溶剂。建筑工程中它可制成板材、管材、穹形天窗、浴缸和室内隔断等。3、聚甲基丙烯酸甲酯塑料（有机玻璃）

尼龙PA是某些氨基酸的缩聚物，或是二元酸与二元胺的缩聚物。常用的品种有尼龙6、尼龙66、尼龙610及尼龙1010等。它们都是线型结构的高聚物。尼龙塑料突出的性能是摩擦系数小，抗拉伸，耐磨性、耐油性良好。缺点是热膨胀大，吸水性高，对强酸、强碱、酚类等抗蚀力低。

4、聚酰胺塑料（锦纶或尼龙PA）5、酚醛塑料酚醛塑料是酚醛树脂加填料制成的。酚醛树脂俗称电木胶，以这种树脂为主要原料的压塑粉称电木粉。酚醛树脂含有极性羟基，故它在熔融或溶解状态下，对纤维材料胶合能力很强。以纸、棉布、木片、玻璃布等为填料可以制成强度很高的层压塑料。酚醛塑料常用的填料有纸浆、木粉、玻纤和石棉等，填料不同，酚醛塑料性能亦不同。环氧树脂是由二酚基丙烷(双酚A)及环氧氯丙烷在氢氧化钠催化作用下缩合而成。本身不会硬化，必须加入固化剂，经室温放置或加热处理后，才能成为不溶(熔)的固体。固化剂常用乙烯多胺邻苯二甲酸酐。环氧树脂突出的性能是与各种材料有很强的粘结力，能够牢固地粘结钢筋、混凝土、木材、陶瓷、玻璃和塑料等。经固化的环氧树脂具有良好的机械性能、电化性能、耐化学性能。6、环氧树脂（EP）（一）塑料门窗随着建筑塑料工业的发展，全塑料门窗、喷塑钢门窗和钢塑门窗将逐步取代木门窗、金属门窗，得到越来越广泛的应用。与其他门窗相比，塑料门窗具有耐水、耐腐蚀、气密性、水密性、绝热性、隔声性、耐燃性、尺寸稳定性、装饰性好，而且不需要粉刷油漆，维修保养方便，节能效果显著，节约木材、钢材、铝材等优点。五、常用的建筑塑料制品1、塑料门窗的定义以聚氯乙烯（PVC）树脂为主要原料，加上一定比例的稳定剂、着色剂、填充剂、紫外线吸收剂等，经挤出成型材，然后通过切割、焊接或螺接的方式制成门窗框扇，配装上密封胶条、毛条、五金件等，同时为增强型材的刚性，超过一定长度的型材空腔内需要填加钢衬（加强筋），这样制成的门窗，称之为塑料门窗。从人类告别洞穴时代，门窗就成为人们居住的房屋中最重要的组成部分。它给予人们自由与安全、空气和阳光。最原始、最悠久、最常用的门窗材料就是木材。历经千百年的实践，人们已经掌握用木材制作门窗的丰富经验和完善技术。但是，我们赖以生存的地球上的绿色森林资源正在不断减少，无法永远满足人类的需求。

用金属材料，如钢、铝合金、不锈钢制造门窗固然不失为一些理想的材料，但是它们在性能、价格、能耗和资源等方面不无缺憾。生产塑料门窗的能耗只有钢窗的26%，1吨聚氯乙烯树脂所制成的门窗相当于10m3原木所制成的木门窗，并且塑料门窗的外观平整，色泽鲜艳，经久不褪，装饰性好。其保温、隔热、隔声、耐潮湿、耐腐蚀等性能，均优于木门窗、金属门窗，外表面不需涂装，能在-40~70℃的环境温度下使用三十年以上。所以塑料门窗是理想的代钢、代木材料。2、塑料门窗的性能（1）力学性能塑料门窗的建筑力学性能指标比较多，其中最主要的是抗风压。抗风压主要是指在强风吹袭下，门窗为抵抗风压而产生弯曲变形的能力。由于改性硬聚氯乙烯的弹性模量较低（E=2500MPa），仅为木材的1/4。要想达到和木材相同的抗弯强度，只有通过加入钢质加强筋进行补强后才能满足使用要求。（2）耐候性能

塑料门窗的使用寿命虽然有欧洲已经使用40年的报道资料加以佐证，但聚氯乙烯的老化问题仍然是人们所担心的。国外研究资料表明，自然老化20年的聚氯乙烯窗材表面降解层的厚度为0.1~0.2mm；在外观上出现粉化变色的现象；力学强度有所降低，如冲击强度下降20％。国内的研究资料也证明了这一点。（3）保温性能聚氯乙烯的导热系数很低，通常具有冷暖空调的建筑物中，其室内能源的传导损失经由门窗部位泄露的占37~40％。而门窗的框材材质和玻璃是影响热量传导的重要因素。因此，隔热性的好坏应取决于门窗框材和玻璃的综合隔热效果。相同面积的塑料门窗比金属门窗的保温隔热效果要好，单玻塑料窗比单玻铝合金窗隔热能力高40％，双玻璃窗则超过50％。（4）密封性能气密性和水密性：指防止空气渗透与雨水渗漏。由于塑料门窗尺寸加工精度高，框扇搭接处设计精巧，缝隙处装有弹性密封条，所以防雨水渗漏、空气渗透都比较理想。隔声与防尘。由于型材的多腔室结构，加上密封性好，其隔音效果有所改善，但效果甚微。要想达到理想的隔音效果，最好采用隔音玻璃或双层玻璃。（5）腐蚀性能塑料门窗的材质有极好的化学稳定性和耐腐蚀性，不受任何酸、碱、药品、盐雾和雨水的侵蚀，也不会因潮湿或雨水的浸泡而溶胀变形。（6）燃烧性能材料的燃烧性能一般分为易燃、难燃和不燃。英国、美国、德国、法国以及我国均将硬聚氯乙稀定为1类或B1类材料，属难燃材料。硬聚氯乙稀骤燃温度为400℃，自燃温度为450℃，氧指数高达50。因此，它具有不自燃、不助燃，燃烧后能自熄的性能。防火的安全性比木门窗高得多。有人担心，聚氯乙烯燃烧时释放出氯化氢（HCl）会致人于死。试验证明，火灾中能致人于死的烟雾是高浓度的一氧化碳。氯化氢的浓度仅为一氧化碳浓度的1/100，不会致人于死。（7）热性能聚氯乙烯材料的线膨胀系数较大，为75×10-6mm/K。其热变形温度较低，维卡软化点只有80℃左右，因此不宜用于长期高温高热的工业环境。（8）装饰性能塑料门窗材质细腻，表面光洁，质感舒适；色泽柔和，浓淡相宜，无需油漆。可随意配合建筑物的外观调配颜色。门窗如有污渍，可用任何家用清洁剂清洗。

3、塑料门窗的分类按结构形式分类按材质不同分类1、按结构形式分类塑料窗按其结构形式分有固定窗、平开窗（包括内开窗、外开窗、滑轴平开窗）、推拉窗（包括上下推拉窗、左右推拉窗）、上旋窗、下旋窗、垂直滑动窗、垂直旋转窗等2、按材质不同分类（1）PVC塑料门窗（2）玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）门窗（3）工程塑料门窗（4）塑钢门窗（二）塑料管材与管件

1936年德国首先应用PVC管输送水、酸及排放污水，使金属管材一统天下的局面受到了严重的挑战。历史的实践证明，塑料管与传统的金属管相比，具有质量轻、能耗低、不生锈、不结垢等优点，已被人们公认为是目前建筑塑料中重要的品种之一，被大量用于建筑工程中。

1、塑料管的优点1）重量轻。以0.9cm壁厚，直径为10cm的水管为例，铸铁管为20~25kg/m，塑料管为3.5kg／m，塑料管的相对密度只有铸铁的l/7，铝的1/2，因此管道运输费用及施工时的劳动强度大大降低。2）耐腐蚀性能好。塑料管能耐多种酸碱等腐蚀性介质，不易锈蚀，作为给水管，不易发黄。据国外资料报道，硬聚氯乙烯管材寿命预测可长达50年。3）流动阻力小。塑料管内壁光滑，不易结垢或生苔，在同样的水压力下，塑料管内的流量比铸铁管中的高30％，且塑料排水管不易阻塞，疏通较容易。4）节能。塑料的加工成型温度较低，据统计，生产硬聚氯乙烯管材节能效果达50％以上；塑料管的保温效果大大高于金属管道，在输送热水管道方面保温效果良好。5）有装饰效果。铸铁管易生锈，常涂以黑色沥青涂料保护，与其他材料很不协调，塑料管却可以着色，外表光洁，起一定装饰作用。6）安装方便。铸铁管连接虽也可采用承插式，但做接头、密封比较繁琐；白铁管采用螺纹连接，要绞螺纹，密封也较繁复。而塑料管连接方便灵活，溶剂连接的承插式操作十分简单，橡胶密封圈连接也不必绞螺纹，安装速度快。2、塑料管的缺点1）耐热性差。除玻璃钢管材外，大多数塑料管，如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等都是热塑性塑料，使用时应避免高温，否则会造成管道变形、泄漏。2）热膨胀系数大。塑料的冷热收缩大，因此在管道系统设计时应考虑安装较多的伸缩接头，留有余地。3）抗冲击性能较低。有些塑料管如硬质聚氯乙烯的抗冲击性能不及金属管，受到撞击时容易破裂，使用时应避免冲击。基于上述优点，塑料管材在我国建筑业中应用越来越广。据预测，“十一五”期间，平均每年塑料管材用量将超过200万t。塑料管材产业的发展将以PE管材和PVC—U管材为重点，并大力发展其他新型管材。“十一五”期间塑料管材行业的发展目标：一是，主要产品要满足市场需求。产品品种齐全，质量显著提高，产业整体水平达到或接近国际先进水平；二是，2010年塑料管材在全国建筑和市政工程领域各类管材市场中占有率达到60％以上，其中在建筑给水管中占80％，在建筑排水管中占80％，在建筑雨水排水管中道占70％，在建筑电线穿线护套管中占90％，在城镇排水管中道占50％，在城镇燃气中占60％。3、硬聚氯乙烯排水管国内对PVC-U管材的推广应用起步较晚，1983年前只在沿海地区有少量采用。自国家加大推广塑料管材力度以来，发展迅速。据最新资料报道，我国PVC-U管材占整个塑料用管树的80％以上，是应用最为广泛的建筑塑料之一。国内一些城市PVC-U建筑排水管使用率达到90％以上，在城市供水管道中，已敷设PVC-U管道超过8000km，最大管径达630mm，在城市排水管道中使用率逐年提高，使用管径不断增大。性质线膨胀系数大耐腐蚀性好具有较好的抗拉强度不燃烧有毒含量应低于国家标准硬聚氯乙稀管材的应用

普通PVC排水管的噪音大于铸铁管，对于采用明装管道，这种情况则更为明显。目前解决该问题的两条途径是改变水流条件或是提高管材材质的隔音效果。为此，内壁设有导流螺旋凸起的螺旋管、芯层发泡管和空壁管、芯层发泡螺旋管、空壁螺旋管。水力学上，塑料管因内壁光滑、阻力小、水流速度大，其立管通水能力大于铸铁管的观点正受到挑战。相反，认为这些“优点”恰为不利因素，水流速度大使管内空气压差、压力波动加大，最终导致通水能力下降的观点已得到更多人的认同，不少理论推证、试验测定甚至于工程实例对此也提供了支持，并提出应采取“消能”措施或增加管内壁的粗糙度等方法来提高通水能力。PVC－U是难燃的，但难燃性的PVC-U管并不意味着可以防火。在目前，国内几种建筑塑料管道的工程设计、施工规程里有关给水管中众多聚烯烃类的可燃材料尚未提出防火要求，但对在高层建筑中应用的PVC排水管却有明确的规定。其中塑料排水管管径较大的，遇热熔融塌落易造成管井或楼板贯穿，使火焰和PVC分解产生的烟气上串导致火灾蔓延。为此设计规定，需在PVC-U管外每一层穿楼板处再加装相当长度的防火套管及阻火圈防火抑烟。但这将使工程投入加大。

PP-R管图4-7PB管图4-8HDPE管聚乙烯铝塑复合管（三）建筑膜材膜建筑因其简洁、优美的曲面造型和卓越的光学、力学、保温、耐火、防水、自洁等性能被誉为二十一世纪的建筑。膜结构工程是集建筑学、结构力学、精细化工、材料科学与计算机科学为一体的高科技工程，在发达国家应用已有50年的历史，发展势头强劲。而在我国，膜结构的理论和实践则是刚刚起步。1、膜结构特性（1）声学性能一般膜结构对于低于60Hz的低频几乎是透明的，对有特殊吸音要求的结构可以采用具有FABRASORB装置的膜结构，这种组合比玻璃具有更强的吸音效果。（2）保温性能

单层膜材料的保温性能与砖墙相同，优于玻璃。同其他材料的建筑一样，膜建筑内部也可以采用其他方式调节其内部温度。例如：内部加挂保温层，运用空调采暖设备等。（3）防火性能

如今广泛使用的膜材料能很好地满足对于防火的需求，具有卓越的阻燃和耐高温性能，达到法国、德国、美国、日本等多国标准。（4）力学性能中等强度的PVC膜：其厚度仅0.61mm，但它的拉伸强度相当于钢材的一半。中等强度的PTFE膜：其厚度仅0.8mm，但它的拉伸强度已达到钢材的水平。膜材的弹性模量较低，这有利于膜材形成复杂的曲面造型。（5）光学性能膜材料可滤除大部分紫外线，防止内部物品褪色。其对自然光的透射率可达25%，透射光在结构内部产生均匀的漫射光，无阴影，无眩光，具有良好的显色性，夜晚在周围环境光和内部照明的共同作用下，膜结构表面发出自然柔和的光辉，令人陶醉。（6）自洁性能

PTFE膜材和经过特殊表面处理的PVC膜材具有很好的自洁性能，雨水会在其表面聚成水珠流下，使膜材表面得到自然清洗。2、常见的建筑膜材（1）PTFE膜材PTFE膜材由聚四氟乙烯（PTFE）涂层和玻璃纤维基层复合而成，品质卓越，价格也较高。PTFE膜最大的特性就是耐久性、防火性与防污性高。

（2）ETFE膜材ETFE中文名称为乙烯-四氟乙烯共聚物，由ETFE生料加工形成的薄膜，厚度通常为0.05~0.25mm，密度约为1.75g/cm3。ETFE膜材抗剪切能力强，耐低温中击性能高，化学性能稳定，透光性极强，防污自洁性好。灰尘及污迹会被雨水冲刷除去，外表的人工清洗一般4年一次。ETFE建筑膜材价格在PTFE建筑膜材与加面层的PVC建筑膜材之间，使用寿命大于20年。（1）“水立方”外膜（2）“水立方”夜景（3）PVC膜材由聚氯乙烯（PVC）涂层和聚酯纤维基层复合而成，PVC膜材在材料及加工上都比PTFE膜便宜，且具有材质柔软，易施工的优点。但在强度、耐用年限、防火性等性能上较PTFE膜差。一般建筑用的膜材，是在PVC涂层材的表面处理上，涂以压克力树脂（acrylic），以改善防污性。但是，经