建筑材料-第12章 合成高分子材料

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料第十二章

合成高分子材料高分子材料聚合物高分子化合物，又称高聚物或聚合物，分子量庞大，由重复连接的结构单元构成，分为“分子链”、“链节”和“聚合度”，后者决定了聚合物的分子量。聚合反应合成树脂聚合树脂与助剂高分子材料概述合成高分子化合物由单体聚合而成，常用方法有加成聚合和缩合聚合；加成聚合不产生副产物，而缩合聚合则生成副产物如水、氨、醇等。加成聚合生成聚合树脂，如聚乙烯、聚氯乙烯等；缩合反应生成缩合树脂，如酚醛树脂、环氧树脂等。高分子材料形成时需加入助剂以改进性能。加聚树脂由含不饱和键的单体加聚而成，无副产品，化学组成与单体相似；缩聚树脂则由多种单体缩合而成，有副产品，化学组成与单体不同。加聚与缩聚树脂分类热塑性树脂具有反复加热软化的特性，多为线型聚合物；热固性树脂则在加热成型后不可逆转，多为体型聚合物，如苯酚甲醛树脂等。热塑性与热固性树脂高分子材料概述高分子化合物结构高分子化合物，又称高聚物或聚合物，其分子量庞大，通常由众多简单的结构单元通过共价键重复连接所构成，如图12.1形象地展示了聚氯乙烯分子的这一特性。高分子材料聚合物的概念分子链与链节在结构上，这种长链分子被称为“分子链”，而每个重复的结构单元则被称为“链节”。同一结构单元的重复次数n则称为“聚合度”，其范围可从几百到几千。聚合物的分子量聚合物的分子量是一个关键参数，它等于重复结构单元的分子量与其聚合度n的乘积，这一特性使得高分子化合物在性能上展现出多样化的特点。加成聚合加成聚合是单体在加热或催化剂作用下发生连锁反应，双键打开并连接成高聚物，无副产物。常用聚合树脂包括聚乙烯、聚氯乙烯等，土木工程中广泛使用。缩合聚合缩合聚合是单体在加热和催化剂作用下逐步结合成高聚物，并产生副产物如水、氨、醇等。土木工程中常用的缩合树脂包括酚醛树脂、脲醛树脂等，需加入助剂以改善性能。合成高分子聚合物的制备按聚合反应类型分类加聚树脂是由不饱和键单体经加聚反应制得，无副产物，化学组成与单体相似；而缩聚树脂则由多种官能团单体缩合而成，有副产物，化学组成与单体不同。按聚合物的热行为分类热塑性树脂具有受热软化、冷却硬化且可反复改变状态的特点，其分子结构多为线型；而热固性树脂则在加热成型后不可逆转地硬化，分子结构为体型。高分子材料聚合物的分类合成树脂聚氯乙烯聚氯乙烯是建筑材料常用的聚合物，无色半透明而坚硬，添加增塑剂和添加剂可制得不同软硬和透明度的制品，机械强度高，化学稳定，但耐热性差，使用温度范围一般为—15~55℃。聚苯乙烯聚苯乙烯为无色透明树脂，易于着色、加工，耐水、耐光、耐腐蚀，绝热性好但其性脆，耐热性差(不超过80℃)，且易燃，在建筑中主要用于制作泡沫塑料，用于隔热保温及涂料、防水薄膜生产。聚乙烯高压聚乙烯柔软，低密度；低压聚乙烯坚硬，高密度。化学稳定、耐低温，强度高，吸水透水低，无毒易加工，但耐热差，易燃烧。用于防水、给排水、电绝缘、水箱及卫生洁具等。0302聚丙烯聚丙烯为白色蜡状体，密度小(0.90~0.91g/cm³)，耐热性好(110~120℃)，抗拉强度高，刚度硬度均佳，耐磨但耐低温差，易燃烧，常用于制作管材、板材等建筑小五金件。合成树脂聚醋酸乙烯酯聚醋酸乙烯酯耐水性差但黏结性好，在建筑上用于胶黏剂、涂料、油灰等制作。其树脂聚甲基丙烯酸甲酯弹性、韧性、耐低温佳，透光性高，用于有机玻璃及建筑采光围护结构。丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物ABS树脂为丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚物，具PS加工性、丁二烯弹性和丙烯腈化学稳定性，高冲击韧性，耐热性优于PS，用于压有花纹图案的塑料装饰板和管材等。合成树脂苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物SBS树脂为苯乙烯与丁二烯三嵌段共聚物，高弹性、高抗拉、高伸长率、高耐磨，透明且属于热塑性弹性体，在建筑上主要用于沥青的改性。酚醛树脂酚醛树脂耐热、耐湿、耐化学侵蚀，电绝缘佳，但硬而脆，装饰性差，常用于电器制品及建筑层压板、玻璃纤维增强材料、防水涂料和木结构用胶。脲醛树脂脲醛树脂价格低，性能似酚醛但耐热耐水性差。着色性强，黏结强度高，固化后坚固光洁。用于木丝板、胶合板生产，发泡后得硬泡沫塑料，改性后制涂料、胶黏剂。不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂透光率高，化学稳定，机械强度高，抗老化耐热好，固化时收缩大(7%~8%)。广泛用于涂料、玻璃纤维增强塑料及聚合物混凝土的胶结料中。环氧树脂环氧树脂线型聚合后交联成网状结构，化学稳定(耐碱突出)，黏结性好，电绝缘佳，耐磨且固化收缩小。广泛用于涂料、胶黏剂及建筑聚合物混凝土和混凝土结构修补。有机硅树脂有机硅树脂耐热(400~500℃)、耐寒且化学稳定，防水抗老且绝缘佳。与硅酸盐结合紧密，用于层压塑料和防水材料，特别是硅酮在建筑上发展迅速，广泛用于涂料、胶黏剂等。合成树脂橡胶的概念橡胶是室温下高弹高分子材料，保持优异弹性，变形量大且完全恢复；还具有良好的抗拉强度等性能；在建筑中广泛用作防水卷材及密封材料等。橡胶的分类橡胶按来源分天然、合成及再生；天然橡胶性能优但价格高；合成橡胶以石油等为原料制成单体后人工合成；再生橡胶则是废旧橡胶经处理获得一定塑性。氯丁橡胶氯丁橡胶是由氯丁二烯单体聚合而成的弹性体浅黄色或棕褐色；来源广泛，抗拉强度较高，透气耐磨好，硫化后不易老化，耐油热臭氧等腐蚀强，黏结力强。三元乙丙橡胶三元乙丙橡胶是由乙烯、丙烯、二烯炔共聚而成，耐候性好，耐热、低温、撕裂、化学腐蚀及电绝缘性强，密度小(0.86~0.87g/cm³)适用于多种橡胶制品。合成橡胶01020304聚合物浸渍混凝土以干燥硬化混凝土为基材，浸入有机单体后通过加热或辐射引发聚合，有效改善混凝土孔结构，提升其物理力学性能。聚合物浸渍混凝土聚合物浸渍混凝土抗压、抗拉、抗弯强度及弹性模量显著提升，抗冲击强度增强，徐变减少，抗冻、耐酸碱性能大幅改善；但耐热性较差，高温易分解。聚合物浸渍混凝土性能聚合物浸渍混凝土聚合物混凝土技术性能的特点掺加聚合物后，混凝土的抗压、抗拉和抗弯强度均得到提高，尤其是抗弯、抗拉强度提高更为明显；掺加聚合物混凝土的脆性降低，柔韧性增加，抗冲击能力有明显提高。聚合物混凝土的耐久性聚合物在混凝土中能起到阻水和填充孔隙的作用，聚合物混凝土具有优异的耐久性，显著提高混凝土的耐水性、抗冻性和耐久性。聚合物混凝土定义聚合物混凝土是一种以聚合物（或单体）和水泥共同作为胶结材料的新型混凝土，其生产工艺与聚合物浸渍混凝土不同，更简便，且便于现场使用。0302聚合物胶结混凝土聚合物胶结混凝土，又称树脂混凝土，是一种完全以聚合物为胶结材料的混凝土，其特性主要由所使用的聚合物决定，常用于特殊土木工程结构。聚合物混凝土特点表观密度小（2000~2200kg/m³），力学强度高，结构密实，能显著提高混凝土的抗渗性、抗冻性和耐久性；聚合物混凝土除应用于特殊工程外，还常用于修补工程。聚合物胶结混凝土塑料的分类热塑性树脂热塑性塑料加热软化，冷却硬化后，再经加热仍具可塑性，如聚乙烯、聚丙烯；热固性则反之。单组分与多组分单组分塑料含树脂，如有机玻璃；多组分塑料则含树脂、填充料、增塑剂等，建筑常用。填充料：填充料种类繁多，分粉状、纤维状、片状三类，作用在于增塑、增硬、耐热，并降低生产成本，常用有木粉、滑石粉、硅藻土等。01增塑剂：增塑剂可降低树脂的黏流态温度，使树脂具有较大可塑性，利于加工；同时降低塑料硬度和脆性，赋予其更好柔韧性。02稳定剂：为防止塑料制品在加工和使用中因热、光、氧作用而降解，常加入抗氧剂、光屏蔽剂、紫外光吸收剂及热稳定剂。03固化剂：固化剂又称硬化剂或熟化剂，使合成树脂的线型结构交联成体型结构，从而形成热固性树脂，不同树脂需对应不同固化剂。04着色剂：着色剂用于赋予塑料制品特定色彩和光泽，改善装饰性；常用的着色剂是一些有机和无机颜料，同时兼具填料和稳定剂的效能。05塑料的基本组成建筑塑料轻质高强，加工便捷，化学稳定，电绝缘佳，导热低，装饰性强，且功能可设计，适用于多种建筑领域。优点塑料易老化、耐热性差、可燃、刚度小且生产中可能残留有害物质，因此在某些应用中需谨慎使用。缺点塑料的特性装饰装修材料塑料壁纸是聚氯乙烯为主，加添加剂和颜料，基层为纸或中碱玻璃纤维布，经涂塑、印花等工艺制成的卷材，分单色、印花等多种，美观耐用，广泛用于室内墙面、顶棚装饰。建筑工程常用塑料隔热保温材料闭孔细胞结构，阻隔热传导，保温隔热，密度60~200kg/m³，导热系数0.035~0.052W/(m.K)，极限温-60~60℃，广泛用于建筑墙体、屋面、楼板隔热保温及装饰构件。塑料门窗主要是改性硬质聚氯乙烯(PVC)，加添加剂经混炼挤出制成，外观平整美观，耐腐蚀，保温隔声，易加工，使用寿命长，改性剂有ABS、CPE、MBS、EVA，提升加工性、稳定性等。塑料管材及管件建筑塑料管材制品应用广泛，成本低、轻质高强、耐腐蚀、寿命长、可回收，按用途分受压管无压管，原料分PVC、PE、PP等，品种有排水管、雨水管、给水管等。纤维增强塑料建筑工程常用塑料玻璃纤维增强塑料(GRP)，俗称玻璃钢，由合成树脂胶结玻璃纤维而成，强度高，耐腐蚀，但弹性模量小，主要优点是轻质高强，缺点是弹性模量小、变形大。0102胶黏剂的基本概念及其分类黏结与胶黏剂定义黏结现象是指通过中介物质连接两种固体材料的能力，而中介物质则被称为胶黏剂，其作用关键。胶黏剂分类方法多样胶黏剂的分类方法多种多样，常用的有按热行为、接头受力情况、固结温度和化学性质等分类。热行为与胶黏剂分类按热行为分，胶黏剂有热塑性胶黏剂和热固性胶黏剂；按黏结接头受力情况分，有结构型和非结构型。固化温度与胶黏剂按固结温度分，有低温、室温、高温硬化型胶黏剂；按化学性质分，有有机型和无机型胶黏剂。黏结强度因素分析胶黏剂的黏结强度取决于其与材料间的黏附力及胶黏剂本身的内聚力，两者共同作用确保连接牢固。黏附力与内聚力关系当黏附力大于内聚力时，黏结强度由内聚力决定；当内聚力较高时，黏结强度则受黏附力影响。黏附力来源多样机械黏结力通过渗入材料表面凹陷和孔隙实现锚固；物理吸附力包括范德华力和静电吸引力。化学键力某些胶黏剂与材料间能发生化学反应，形成化学键力，将两者紧密结合；不同胶黏剂和材料组合，黏附力来源不同。实际应用影响因素多除胶黏剂性质外，被黏物特性、表面处理、浸润程度、含水率、黏结层厚度及工艺均显著影响黏结强度。胶黏剂的黏结强度及其影响因素0102030405建筑工程常用胶黏剂非结构型胶黏剂非结构型胶黏剂多用于非结构性黏结；聚醋酸乙烯胶黏剂（