土木工程材料：第10章 合成高分子材料

第10章合成高分子材料一.基本知识

1.什么是合成高分子材料人工合成的高分子化合物（聚合物、或高聚物）组成的材料。包括：合成树脂、..橡胶、..纤维三大类。

特点：简单分子为结构单元，以重复的方式相互连接，形成链状或空间网状结构的物质。分子量达到数百、数千或更大。加聚树脂：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯

2）缩聚树脂缩合聚合反应简称缩聚反应，是指单体之间相互作用生成高分子，同时还生成小分子的聚合反应。2.聚合物的分类

按化学反应分为：

1）加聚树脂加成聚合反应简称加聚反应，是指以不饱和烃或含不饱和键的物质为单体，通过不饱和键的加成，聚合成高聚物的反应。缩聚树脂如：酚醛树脂、脲醛树脂等。

根据聚合物的热行为分为：

1）热塑性树脂特点：受热软化，冷却硬化，包括所有的加聚物和部分缩聚物。

2）热固性树脂特点：受热不软化。包括大部分的缩聚物。二.聚合物结构与性质

1.分子链形状线型结构支链型结构体型结构

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、耐热性交差；线性结构的树脂可反复软化，冷却硬化──热塑性。体型高分组成的聚合物具有热固性，不溶不熔，强度、硬度、脆性较高，耐热性好等。分子链的变化（老化)

1）分子交联分子由线型变成体型结果：失去弹性、变硬、变脆、龟裂等。

2）降解分子链断裂结果：失去刚性，变软，发粘

影响因素：光、热、空气2.高聚物的结晶

高聚物分子规则排列的过程—结晶。非晶态聚集态结构晶态聚集态结构

注：高聚物分子量大，难以形成大范围的规则排列，所以高聚物的结晶实为部分结晶。结晶区所占的比例—结晶度

结晶度↑—密度↑强度↑硬度↑透明度↑；韧性↓溶解度↓3.高聚物的取向

高聚物的取向：分子链、链段、晶片、晶带沿特定方向的排列

高分子材料取向后，抗拉强度大幅度提高，延伸率明显降低。4.高聚物温度作用下的变形

高聚物在不同温度条件下的三种状态玻璃态

无定性的硬脆状态，变形较小，强度和硬度较高；高弹态

聚合物变得很柔软而富有弹性，能产生较大的弹性变形和塑性变形，强度相对较低。粘流态

聚合物变为可以定向流动的粘稠液体

注：1

玻璃态与高弹态的转变温度为玻璃化温度Tg；

Tg低于室温—橡胶；Tg高于室温—塑料；注：2

高弹态与粘流态的转变温度为粘流温度Tf。三、常用合成树脂

1.热塑性树脂聚乙烯(polyethlene,PE)

聚氯乙烯(polyvinylchoridePVC)

聚丙烯（polypropylenePP）

聚苯乙烯(polystyrenePS)EPS

氯化聚乙烯(chlorinatedpolyethylenePE-C)

聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene，teflon）苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS2.热固性树脂酚醛树脂、脲醛树脂、不饱和聚脂树脂、环氧树脂、聚氨基甲酸酯（聚氨脂）四、合成橡胶

防震、防水卷材及密封材料五、合成纤维

聚丙烯纤维等。§10.2建筑塑料一、建筑塑料的组成

1.合成树脂常用树脂：聚乙烯、聚氯乙烯、ABS(丙烯腈、丁二烯、聚苯乙烯共聚物)、聚苯乙烯、酚醛树脂、脲醛树脂、不饱和树脂、环氧树脂等。含量：30─60％

2.填充料常用填料：木粉、石粉、碳黑、纤维等。含量：40─70％作用：降低成本、提高强度、硬度、耐热性，防火等。

3.增塑剂作用：降低树脂的粘流态温度。提高材料可塑性，和成品的韧性常用材料：邻苯二甲酸二丁酯等。

4.固化剂线型高聚物交联成体型高聚物，使树脂具有热固性。如：环氧树脂所用的胺类物质。

5.着色剂有机或无机颜料

6.稳定剂：延缓老化二、建筑塑料的性能

1.物理性质密度：1.0─2.0；金属材料的1/4─1/8孔隙率可控；吸水率小；耐热性较低（100─200℃）；导热系数小：0.12─0.8；温度膨胀系数大。

2.化学性能耐酸碱腐蚀，热塑性塑料可溶于有机溶剂。在光、热空气作用下老化。

3.力学性能强度高，可达200─300MPa；比强度高，传统材料的5─15倍弹性模量低，钢材的1/10徐变

4.其它性能加工性能优良；装饰性好。

三、常用建筑塑料制品

1.塑料板材、块材与管材

1）塑料贴面装饰板面层：三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯树脂浸渍的花纹纸基层：胶合板、木工板、中密度板等。特点：色彩丰富，表面硬度大，耐水，耐热

2）有机玻璃聚甲基丙烯酸甲酯特点：高透明，耐热、耐候、耐腐蚀，硬度小

3）塑料地板块材料：PVC、重质碳酸钙、添加剂混炼、热压或延压而成。塑料排水管塑料管2.塑料卷材

1）塑料壁纸全塑壁纸、纸基壁纸、布基壁纸花纹：印花、压花品种繁多，色彩丰富，装饰性强，耐水，透气性差。

2）塑料卷材地板──地板革无基层卷材和有基层卷材有基层卷材的构成：基层──无纺布或玻璃纤维布中层──不透明印花PVC面层──透明的PVC

3.塑料门窗

材料：改性的硬质PVC，各种添加剂特点：美观，装饰性好，耐水，耐腐蚀，隔热、保温，气密性好等。

塑料窗异性材截面塑料窗异性材截面塑料门异性材塑料门4.绝热材料

1）聚苯乙烯泡沫塑料密度小（10─200kg/m3）,导热系数小（0.031─0.045W/m.K），使用温度-100─70℃。用于：墙体、屋面的保温隔热。

2）聚氯乙烯泡沫塑料体积密度小（60─200kg/m3），导热系数小（0.035─0.052W/m.K），使用温度-60─60℃应用：吸声、保温、隔热材料。

3）聚氨酯泡沫塑料体积密度小，导热系数小，使用温度-160─150℃.应用：可以现场发泡，常温固化。

5.玻璃纤维增强塑料GFRP以合成树脂与玻璃纤维复合而成。特点：质轻，高强，耐腐蚀

纤维增强材料作为桥面板配筋10.3防水材料

一、合成高分子防水卷材

1.热塑性树脂基防水卷材聚乙烯防水卷材、聚氯乙烯防水卷材、氯化聚乙烯防水卷材。树脂+软化剂、增塑剂、填料、抗氧化剂──混炼──延压应用：用于地下工程、屋面工程等。工业产品：

1）聚氯乙烯防水卷材

2）氯化聚乙烯防水卷材

3）聚乙烯防水卷材

10.3防水材料

2.橡胶基防水卷材橡胶+交联剂、软化剂、填料等─混炼──延压

1）三元乙丙橡胶防水卷材

2）氯化聚乙烯橡胶防水卷材

3）氯丁橡胶防水卷材

3.树脂-橡胶共混防水卷材氯化聚乙烯－橡胶共混防水卷材

聚乙烯－三元乙丙橡胶共混防水卷材

防水卷材的技术指标

1.拉伸强度

2.断裂延伸率

3.低温弯折性

4.不透水性三元乙丙橡胶防水卷材的施工2.防水涂料

以合成高分子材料为主要的成模物质。

1.聚氨酯防水涂料单组分聚氨酯涂料：以吸收空气中的水蒸汽完成交联。双组分聚氨酯涂料：预聚体和交联剂混合。性能：弹性好，延伸率大，耐低温、防水性好，主要用于地下工程。

2.丙烯酸酯防水涂料成分：丙烯酸酯树脂乳液＋附料性能：弹性较差，防水性好，耐低温。

§10.4建筑涂料

涂于建筑物表面，靠自身表面张力和重力作用，形成连续性涂膜。注：涂料与油漆功能：装饰功能、保护功能、标志功能、特殊功能一、建筑涂料的组成

1.基料即粘结剂，是含有特殊功能团的树脂或油类，经过物理或化学变化，能形成一层致密的连续的固体薄膜。它是涂料中的连续相，是最主要的成分，其一般为有机材料。常用基料：水玻璃、聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸乳液、酚醛乙－丙乳液，苯－丙乳液等。

2、颜料包括：着色颜料、体质颜料（填料）

特点：有色或无色的微细的粒状物，不溶于它所分散的介质中，其理化性质基本上不因分散介质而变化。一般是0.2-10um的无机或有机粉末。

颜料的作用：主要起遮盖和赋色作用。另有改善涂漆的理化性能、提高漆膜的机械强度、附着力、防腐性能、耐光性、流变性能和耐候性及其它特殊性能，降低成本。注：无机颜料——化学性质稳定，能耐高温耐晒、不易变色或褪色，遮盖力大，但色调少，色彩不如有机颜料鲜艳。有机颜料——颜色鲜艳、着色力强、品种多，耐久性稍差。概念：涂料溶剂是一些能溶解和分散成膜物质，在涂料涂装之际使涂料具有流动状态，有助于涂膜形成的、易挥发的液体，是液体涂料的重要组成成分。作用：溶解或稀释固体或高粘度的成膜物质，使其成为有适宜粘度的液体，便于施工。溶剂的其他作用（除溶解成膜物质外）：

①增加涂料贮存稳定性，防止凝胶；

②减少桶内涂料表面结皮；

③增加涂料对木材等表面的润湿性，提高涂层附着力；

④改善涂层流平性，形