《建筑材料与检测技术》-第11章

高分子建筑材料是以高分子化合物为基础组成的材料，建筑工程中涉及的高分子建筑材料主要有塑料、黏合剂、涂料、橡胶和化学纤维等。高分子建筑材料质量轻、韧性高耐腐蚀性好、功能多、易加工成型、具有一定的装饰性等。因此，成为现代建筑领域广泛采用的新材料。11.1概述返回11.2.1塑料的组成建筑塑料是以天然或合成树脂为主要成分，配以一定量的辅助剂，如填料、增塑剂、稳定剂、着色剂等，经加工塑化成型后的产品总称。合成树脂是受热时可软化(或融化)，在外力作用下具有流动性，常温下呈玻璃态的高分子聚合物，它在塑料中起胶结作用，并决定塑料的力学性质及其受热后的行为。根据所用合成树脂品种的不同，塑料有热塑性塑料和热固性塑料两类。工程中常取树脂的名称作为塑料的名称。添加剂对塑料的性质有重要影响，它可赋予塑料以树脂所没有的新特性，正确地加入添加剂可极大地扩大塑料的适用范围。添加剂的主要种类及作用如下：(1)填料。它可提高塑料的强度、硬度及耐热性，并降低塑料的成本，常用的有：木粉、滑石粉、石墨、玻璃纤维等。11.2建筑塑料下一页返回塑料中填充料的掺率为40%～70%。(2)增塑剂(也称增韧剂)。它可提高塑料的韧性和柔性，常用的为液态或低熔点固体并能预树脂相互混溶的有机化合物，如邻苯二甲酸酯类、磷酸酯类及氧化石蜡等。(3)固化剂(也称硬化剂)。它能使树脂由线型交联成体型分子，从而使塑料制品具有热固性。固化剂的成分随树脂品种不同而异，一般可分两种情况：①采用能与高分子官能团起反应的低分子物质作固化剂，例如，环氧树脂常用多元胺类或多元酸(酐)类作固化剂，聚酯树脂常用过氧化物作固化剂；②采用能与高分子官能团起反应的高分子化合物作固化剂，例如，用聚酞胺树脂作环氧树脂的固化剂。(4)稳定剂(也称防老剂)。由抗氧化剂和紫外线吸收剂两部分组成，常用的抗氧化剂有烷基酚及芳香胺类等，常用的紫外线吸收剂有炭黑及水杨酸脂等。11.2建筑塑料上一页下一页返回(5)润滑剂。为了防止塑料在成型过程中粘在模具或其他设备上，常加入少量润滑剂，常用的润滑剂为硬脂酸及其盐类。11.2.2塑料的性质1.密度低、比强度高塑料的密度一般在0.9g/cm3～2.2g/cm3，泡沫塑料的密度可以低到0.1g/m3以下，由于高分子材料自重轻对高层建筑有利。虽然高分子材料的绝对强度不高，但比强度(强度与密度之比值)却超过钢和铝。2.减振、隔热和吸声功能塑料密度小(如泡沫塑料)，可减少振动、降低噪声。高分子材料的导热性很低，一般导热率0.024～0.81W/mK，是良好的隔热保温材料。

3.可加工性塑料成型温度、压力容易控制，适合不同规模的机械化生产。11.2建筑塑料上一页下一页返回其可塑性强，可制成各种形状的产品。高分子材料生产能耗小(钢材的1/5～1/2；铝材的1/10～1/3)、原料来源广、因而材料成本低。4.电绝缘性塑料是较好的绝缘材料，广泛用于电线、电缆、控制开关、电器设备等。5.装饰效果塑料成型加工方便、工序简单，可以通过电镀、烫金、印刷和压花等方法制备出各种质感和颜色的产品，具有灵活、丰富的装饰性。6.塑料的缺点塑料的热膨胀系数大、弹性模量低、易老化、易燃，燃烧时同时会产生有毒烟雾。这些都是高分子材料的一些弱点，通过对基材和添加剂的改性，高分子材料性能将不断得到改善。11.2建筑塑料上一页下一页返回11.2.3常用树脂和塑料树脂是塑料中的基本成分，占30%～60%，仅有少数的塑料完全由树脂所组成，如有机玻璃，合成树脂可分为热塑性树脂和热固性树脂两类。典型的热塑性树脂有聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚氯乙烯(PVC)，聚苯乙烯(PS)等；典型的热固性树脂有酚醛树脂(PF)、环氧树脂(EP)，脉醛树脂(UF)、三聚氰胺树脂(MF)、有机硅树脂(SI)等。工程中常用的塑料有如下：1.聚乙烯(PolyEthylene，PE)塑料聚乙烯高分子材料目前使用量最大，它主要制备成板材、管材、薄膜和容器，广泛用于工业、农业和口常生活。按合成时压力、温度的不同，聚乙烯分为高压法聚乙烯和低压法聚乙烯。高压法聚乙烯其结构上含有较多的支链，其密度、结晶度较低(55%～65%)、质软透明，伸长率、冲击强度和低温韧性较好，也称为低密度聚乙烯。11.2建筑塑料上一页下一页返回低压聚乙烯其大分子上支链少、结晶度高(80%～90%)、密度高，其质坚韧，机械强度好，也称为高密度聚乙烯。高密聚乙烯建筑塑料制品有：给排水管、燃气管、大口径双型波纹管、绝缘材料、防水防潮薄膜、卫生洁具、中空制品、钙塑泡沫装饰板等。2.聚氯乙烯(PolyvinylChloride，PVC)塑料聚氯乙烯是多组分塑料，加入30%～50%增塑剂时形成软质PVC制品，若加人了稳定剂和外润滑剂则形成硬质PVC。硬质PVC力学强度较大，有良好的耐老化和抗腐蚀性能，但使用温度较低。软质PVC质地柔软，它的性能决定于加入增塑剂的品种、数量及其他助剂的情况。改性的氯化聚氯乙烯(CPVC)，其性能与PVC相近，但耐热性、耐老化、耐腐蚀性有所提高。另外氯乙烯还能分别与乙烯、丙烯、丁二烯、酯酸乙烯进行共聚改性，特别是引人了酯酸乙烯，使PVC塑性加大，改善了其加工性能，并减少了增塑剂的用量。

11.2建筑塑料上一页下一页返回软质PVC可挤压或注射成板片、型材、薄膜、管道、地板砖、壁纸等。还可以将PVC树脂磨细成粉悬浮在液态增塑剂中，制成低黏度的增塑溶胶，喷塑或涂于金属构件、建筑物表面作为防腐、防渗材料。软质PVC制成的密封带，其抗腐蚀能力优于金属止水带。硬质PVC力学强度高，是建筑上常用的塑料建材。它适于制作排水管道、外墙覆面板、天窗、建筑配件等。塑料管道质轻、耐腐蚀、不生锈、不结垢、安装维修简便。3.聚苯乙烯(Polystyrene，PS)塑料聚苯乙烯分为通用级、抗冲级、耐热级等。聚苯乙烯由于苯环的空间位阻，大分子链段的内旋转和柔顺性受到影响，基团相互作用小，故耐热性差、质硬而脆、耐磨性不好。由于PS具有透明、价廉、刚性大、电绝缘性好、印刷性能好、加工性好等优点，在建筑中适应于生产管材、薄板、卫生洁具及与门窗配套的小五金等。11.2建筑塑料上一页下一页返回为了克服PS脆性大、耐热性差的缺点，开发了一系列改性PS，其中主要有ABS、MBS、AAS、ACS、AS等。例如ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体组成的热塑性塑料。具有质硬、刚性大、冲击强度高、耐磨性好、电绝缘性高、有一定的化学稳定性，使用温度-40～100℃，应用广泛等特点。AAS是丙烯腈、丙烯酸酯、苯乙烯的三元共聚物，由于不含双键的丙烯酸酯代替了丁二烯，因此AAS的耐候性比ABS高8～10倍。高抗冲聚苯乙烯(HIPS)，其中加入了合成橡胶，其抗冲强度、拉伸强度都有很大提高。4.聚丙烯(Polypropylene，PP)塑料

PP是目前发展速度最快的塑料品种，其产量居第四位。用于生产管道、容器、建筑零件、耐腐蚀板，薄膜、纤维等。它是丙烯单体在催化剂(TiCl3)作用下聚合，经干燥后处理制成不同结构的PP粉末。通过添加防老剂，能够改善PP的耐热、耐光老化、耐疲劳性能，提高PP的弹性模量和强度。11.2建筑塑料上一页下一页返回采用共聚和共混的技术，能改善聚丙烯的低温脆性。加入韧性高的聚酞胺或橡胶，可以提高PP的低温冲击强度。

5.聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)塑料PMMA是甲基丙烯酸甲酯单体聚合而成，透光率达90%～92%，俗称有机玻璃。高透明度的无定形热塑性PMMA，透光率比无机玻璃还高，抗冲击强度是无机玻璃的8～10倍，紫外线透过率73.5%，使用温度在-40～80℃。树脂中加入颜料、染料、稳定剂等，能够制成光洁漂亮的制品用作装饰材料；用定向拉伸改性PMMA，其抗冲强度可提高1.5倍左右；用玻纤增强PMMA，可浇注卫生洁具等。有机玻璃有良好的耐老化性，在热带气候下长期曝晒，其透明度和色泽变化很小，可制作采光天窗、护墙板和广告牌。将PMMA水乳液浸渍或涂刷在木材、水泥制品等多孔材料上，可以形成耐水的保护膜。若用甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸、甲基丙烯酸丙烯酯等交联共聚，可以提高PMMA产品的耐热性和表面硬度。

11.2建筑塑料上一页下一页返回6.聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)塑料分子主链中含有的线型高聚物为PC，根据R基的不同，可分为脂肪族、脂环族、芳香族PC。目前工程塑料中应用最多的是双酚A型PC，它具有高冲击韧性、良好的机械强度、优异的尺寸稳定性等。聚碳酸酯无毒、无味、无色透明(或淡黄透明)，透光率达90%、密度1.2～1.2g/cm3，折射率1.58(25℃时)，比有机玻璃高；其机械强度，特别是抗冲强度是目前工程塑料中最高的品种之一；PC弹性模量高，又具有优良的抗蠕变性是一种硬而韧的材料；PC耐热性能好，热变形温度为130～140℃，脆化温度-100℃，能长期在-60～110℃下应用；PC本身极性小，吸水性低，因此在低温下具有良好的电绝缘性；PC能耐酸、盐水溶液、油、醇，但不耐碱、酯、芳香烃，易溶于卤代烃；PC不易燃，具有自熄性，可制作室外亭、廊、屋顶等的采光装饰材料。

11.2建筑塑料上一页下一页返回7.酚醛树脂(Phenol-formaldehyderesins，PF)塑料酚醛树脂是酚类化合物和醛类化合物，经缩聚反应制备的热固性塑料。PF机械强度高、性能稳定、坚硬耐腐、耐热、耐燃、耐湿、耐大多数化学溶剂，电绝缘性良好，制品尺寸稳定、价格低廉。PF加入木粉制得的PF塑料通常称为“电木”；将各种片状填料(棉布、玻璃布、石棉布、纸等)浸以热固性PF，可多次叠加热压成各种层压板和玻璃纤维增强塑料；还能制作PF保温绝热材料、胶黏剂和聚合物混凝土等。应用于装饰、护墙板、隔热层、电气件等。8.环氧树脂(EPOXYresin，EP)塑料环氧树脂分子中含有环氧基、轻基、醚键等极性基团，因此对金属、玻璃、陶瓷、木材、织物、混凝土、玻璃钢等多种材料都有很强的黏结力，有“万能胶”之称，它是当前应用最广泛的胶种之一。EP固化后黏结力大、坚韧、收缩性小、耐水、耐化学腐蚀、电性能优良、易于改性、使用温度范围广、毒性低，但脆性较大，耐热性差。11.2建筑塑料上一页下一页返回EP主要用作黏合剂、玻璃纤维增强塑料、人造大理石、人造玛瑙等。9.聚氨酯(Polyurethane，PU)塑料大分子链上含有NH－CO链的高聚物，称为聚氨基甲酸酯，简称聚氨酯。有线型结构PU和体型结构PU之分。工业上线型PU多用于作热塑性弹性体和合成纤维，体型PU广泛用于泡沫塑料，涂料、胶黏剂和橡胶制品等。聚氨酯橡胶具有特别好的耐磨性、撕裂强度、耐臭氧、紫外线和耐油的特性。PU大量用于装饰、防渗漏、隔离、保温等，广泛用于油田、冷冻、化工、水利等。10.聚酯(Polyester，UP)树脂塑料大分子主链上含有酯结构的一类高聚物称为UP。UP由于分子间没有氢键和酯形成的链，其柔顺性高、拉伸、压缩量大，熔点低。而在主链上引人苯环，则大大加强了链的刚性。建筑工程上UP主要用来制作玻璃纤维增强塑料、装饰板、涂料、管道等。

11.2建筑塑料上一页下一页返回11.脲醛树脂(Urea-formaldehyderesin，UF)塑料UF是氨基树脂的主要品种之一，它由尿素与甲醛缩聚反应而成。UF质坚硬、耐刮痕、无色透明、耐电弧、耐燃自熄、耐油、耐霉菌、无毒、着色性好，黏结强度高、价格低、表面光洁如玉，有“电玉”之称。可制成色泽鲜艳、外观美丽的装饰品、绝缘材料、建筑小五金；UF经发泡可制成泡沫塑料，是良好的保温、隔声材料；用玻璃丝、布、纸制成的脉醛层压板，可制作黏面板、建筑装饰板材等，它是木材工业应用最普遍的热固性胶黏剂。12.有机硅树脂(Siliconeresin，Si)有机硅即有机硅氧烷，它的主链由硅氧键构成，侧基为有机基团，聚有机硅氧烷含有无机主链和有机侧链(如：甲基、乙基、乙烯基、丙基和苯基等)，因此它既有一般天然无机物(如石英、石棉)的耐热性，又具有有机聚合物的韧性、弹性和可塑性。11.2建筑塑料上一页下一页返回有机硅树脂还具有优良的耐候性，可制成耐候、保色、保温涂料，有机硅涂料在很大的温度范围内黏度变化很小，具有良好的流动性，这给涂料施工带来很大的方便。硅树脂的水溶液可作为混凝土表面的防水涂料，增加混凝土的抗水、抗渗和抗冻能力。有机硅聚合物可分为液态(硅油)、半固态(硅脂)、弹性体(硅橡胶)和树脂状流体(硅树脂)多种形态。

13.玻璃纤维增强塑料(GlassfiberreinforcedPlastics，GRP)玻璃纤维增强塑料又称玻璃钢。玻璃钢是以不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等为基体，以玻璃纤维及其制品(玻璃布、带和毡等)为增强体制成的复合材料。由于基体的材料不同，玻璃钢有很多种类。

11.2建筑塑料上一页下一页返回玻璃钢的力学性能主要决定于玻璃纤维。聚合物将玻璃纤维黏结成整体，使力在纤维间传递载荷，并使载荷均衡。玻璃钢的拉伸、压缩、剪切、耐热性能与基体材料的性能、玻璃纤维在玻璃钢中的分布状态密切相关。玻璃钢具有成型性好、制作工艺简单、质轻强度高、透光性好、耐化学腐蚀性强、具有基材和加强材的双重特性、价格低。主要用作装饰材料、屋面及围护材料、防水材料、采光材料、排水管等。11.2建筑塑料上一页返回11.3.1胶载剂基本知识建筑技术和建筑工业化水平的不断提高，现代建筑的设计标准化、施工机械化、构件预制化，建筑材料质轻、高强、隔声和保温等功能的结合，使黏结剂成为现代建筑材料的重要组成部分。凡能在两个物体表面之间形成薄膜层，并将两个或两个以上同质或不同质的物体黏结在一起的材料称为黏结剂。黏结剂已成为新型建筑材料的一种，广泛地应用于施工、装饰、密封和结构黏结等领域。工程实践证明建筑黏结剂是实用、可靠的，它逐步取代传统的焊接、螺接、嵌接等连接方法，在建筑工程中发挥着重要作用。(l)黏结剂均匀涂覆在黏接面上，使应力分布均匀。耐疲劳性比铆接、螺接高几倍到十几倍。没有因焊缝产生的电化学腐蚀和脆性破坏。(2)能有效地应用于不同种类的金属和非金属之间的黏结。适用于不同吻合、薄型、微小、复杂物件的连接。11.3胶黏剂与嵌缝材料下一页返回(3)黏结材料对空气、水等环境介质有良好的密封性。黏结表面平滑，对于流线型工艺具有独特的意义。能满足防水堵漏、防腐、绝缘、保温和隔音的要求。(4)黏结工艺可极大提高工作效率和节约材料。据统计采用1吨黏结剂可节约5吨金属材料，节约5000～10000个人工。黏结工艺比较简单，对操作者的熟练程度要求不高。(5)黏结一般可在室温或中温下进行，节约能源，并且不影响材质强度。(6)选用功能性黏结剂，可赋于黏结缝以绝缘性、导电性、导磁性、快速固结等性能。(7)黏结剂的局限性：①黏结剂70%以上是合成高聚物，其耐老化、耐环境侵蚀性差。②黏结剂主要通过分子的作用来连接被黏物体，其黏结强度有限。11.3胶黏剂与嵌缝材料上一页下一页返回③黏结剂耐温范围不高，非结构胶使用温度-60～100℃；结构胶使用温度在-253～315℃；无机黏结剂虽可达到700～800℃，但它的综合性能较差。④黏结质量无损检测迄今还没有可靠的方法。11.3.2常用胶载剂和嵌缝材料建筑常用的黏结剂主要分热塑性和热固性树脂胶黏剂。如表11-1。1.聚乙烯醇及缩醛黏结剂聚乙烯醇及缩醛价格低、原料来源广；单组分胶液使用方便；可黏结柔软材料；无毒、不易燃、合成工艺简单、固体含量高；缺点是本身强度低，抗热性、抗蠕变性差。多用于建筑中墙板、瓷砖、纤维布和壁纸黏结；用于大白粉浆、石灰浆和多种腻子的胶黏剂；作为内外墙涂料，水泥地面涂料的基础及外墙饰面、墙体处理等。11.3胶黏剂与嵌缝材料上一页下一页返回低缩醛化的聚乙烯醇缩醛俗称107胶(或801胶)，它具有黏性强、耐水、耐油、耐磨、耐候性好。与水泥复合使用，可明显提高水泥材料的耐磨、抗冻、抗裂和防霉菌性。2.聚酯酸乙烯酯黏结剂聚酯酸乙烯酯及其共聚物在热塑性高分子黏结剂中占有很重要的地位。它操作安全、无毒、无火灾和爆炸危险，无环境污染、无腐蚀性；产品常温下干燥快，起始强度高；聚合物微粒较大，在多孔材料(如木材)黏结中，不易产生渗析、缺胶及透胶现象；胶液为单组分，使用方便；固化后的胶层无色透明、有韧性，不会污染被黏物表面。聚酯酸乙烯黏结剂的缺点：①耐湿性差，对温水的抵抗性极差。②耐热性差，使用温度不应低于5℃，也不应高于80℃。③低温性能差，乳液在冬季可能冻结。产品多用于胶接纤维素材料(如木材、纸制品等)，广泛应用于建筑、木工、包装等。11.3胶黏剂与嵌缝材料上一页下一页返回3.环氧树脂黏结剂环氧树脂黏结剂是一种性能优良、强度较高、应用较早的建筑黏结剂。对金属、木材、玻璃、硬塑料和混凝土都有很高的黏附力，故有“万能胶”之称，环氧树脂分子中含有较多的极性基团，具有很强的黏结力；胶层固化后收缩率小(一般为2%～3%)，尺寸稳定；电绝缘性优异，使用温度范围大(-60～150℃)；掺和性能好，易于改性；使用方便、工艺简单。环氧黏结剂的缺点：未改性的环氧树脂固化物质脆、剥离强度低；其稀释剂、固化剂对人体和环境有一定的危害性。影响环氧树脂黏结剂性能的主要因素，一是环氧树脂本身，二是固化剂。为了改变环氧树脂的缺点，可加入不同黏度的树脂，提高环氧胶的抗剥离强度、抗冲击强度；加入一些高分子化合物提高环氧胶的耐热性。固化剂的种类和加入量对环氧树脂固化物性影响很大。固化剂一般有有机胺类、酸酐类、咪唑类、双氰胺类等。11.3胶黏剂与嵌缝材料上一页下一页返回环氧树脂黏结剂广泛用于建筑构件的预制、室内外装修、公路桥梁维修、防渗工程封堵、军事设施加固补强和水利工程的抗磨补损等。4.聚氨酯黏结剂聚氨酯黏结剂含有极性强、化学活性大的基团，对多孔、表面光洁的材料具有优良的黏结力；配方可调性强，胶层从柔性到刚性都能调制适应不同材料黏结的需要；工艺简便，可加热或室温固化，加聚反应固化中没有副产品释出；有优异的耐低温性(-253℃下使用)、耐水、耐油、耐溶剂、耐化学品、耐臭氧、耐磨和防霉菌等性能。聚氨酯的缺点是耐热性差、具有一定的毒性。聚氨酯黏结剂可分为以下四类。①多异氰酸酯类，它是最早最简单的一种。目前的芳香族异氰酸酯，采用