第7章-合成高分子材料

1、7.1 概述 7.1.1 高分子化合物的结构与性能 7.1.2 高分子化合物的分类 7.2 建筑塑料 7.2.1 塑料的特点 7.2.2 塑料的组成 7.2.3 建筑工程中常用的塑料制品 7.3 建筑涂料 7.3.1 涂料的组成 7.3.2 常用建筑涂料 7.4 胶粘剂 7.4.1 胶粘剂的基本组成 7.4.2 常用建筑胶粘剂 7.4.3 胶粘剂的选用原则,第 7 章合成高分子材料,高分子材料在建筑上的应用,应用于非结构材料： 装饰板材； 各种管材和异性材，水管、门窗框等； 建筑防水材料，屋顶膜； 建筑涂料； 建筑保温、隔声材料； 应用于结构材料： 桥梁，如人行天桥等； 轻结构建筑物，玻璃钢、

2、聚合物混凝土等； 混凝土的增强筋等。,9.1 概 述 1、定义 高分子材料是以高分子化合物为基材的一大类材料的总称。 高分子化合物又称高分子聚合物（简称高聚物），其最大特点是分子量巨大，一般为104106. 2、高分子化合物的组成： 高聚物是由一种或几种小分子化合物（单体），通过聚合反应，以共价键连接的分子量很大的化合物。它是生产塑料、涂料、胶粘剂、高分子防水材料的主要原料。 化学组成：合成高分子主要由碳、氢元素组成，同时也含有少量杂原子，如：氧、氮、硫、磷、硅、钛等。 单体组成：烃、羧酸、酯、醚等有机化合物及其衍生物。,按高分子主链组成，聚合物的分类,碳链聚合物主链上只含碳元素，如聚乙烯、聚

3、氯乙稀、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、丁苯橡胶、氯丁橡胶等。 杂链聚合物主链上除碳元素外，还含有O、N、P、S等元素，如聚酯树脂、环氧树脂等。 元素聚合物主链上没有碳元素，而有Si、Al、O、S、P、N、Ti等元素，如有机硅树脂、聚钛氧烷树脂、聚氯磷氰等。,几个基本概念,单体用来合成聚合物的简单低分子化合物 如：聚乙烯-CH2-CH2-n 的单体为 CH2CH2 链节大分子链的基本结构单元， -CH2-CH2- 聚合度大分子链中链节的重复次数n,7.1.1 高分子化合物的结构与性能,聚合物(polymer) 一、聚合物的分子结构 聚合物虽分子量很大，但化学组成比较简单，主要由碳原子与其它原子形成简单的

4、结构单元，然后以重复的方式连接起来，形成链状或空间网状结构。 聚合物按其链节在空间排列的几何形状，分为线型和体型两种结构形式：,1、线型聚合物各链节连接成一长链，或带有支链。见图（a）、（b）。 特点：链与链之间连接较弱，因此加热可熔化，并能溶于适当的溶剂中。热塑性聚合物属于这一类。 2、体型聚合物是线型大分子间相互交连，形成三维网状的聚合物。见图（c）。 特点：加热时不软化，也不能流动，不溶于有机溶剂，最多只能溶脹，但在高温下会发生降解。热固性聚合物属于这一类。,线型结构,支链型结构,体型结构,非晶态聚集态结构,晶态聚集态结构,二、聚合物性能与结构的关系,线型和支链型聚合物具有热塑性，受热熔

5、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、耐热性较差； 体型聚合物具有热固性，它们不溶不熔，强度、硬度、脆性较高，耐热性好等。 聚合物的结晶度越大，密度、强度、硬度、弹性模量、耐热性提高，而塑性、韧性、溶解度降低。,三、聚合物的反应类型（中学化学内容） 由低分子单体合成聚合物的反应称为聚合反应。聚合反应分为加聚反应和缩聚反应。 1、加聚反应由单体相互加成而聚合起来的反应。其产物叫加聚物。加聚反应不产生副产物，加聚物的化学组成与单体基本相同。 加聚物一般多在其原料单体前冠以“聚”字，如：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。 分子结构：线型（大部分） 2、缩聚反应由两种或两种以

6、上带有官能团的单体相互作用，同时产生低分子量的副产物的反应。其产物称为缩聚物。缩聚物常取其单体的简名，后面加上“树脂”二字来命名，如：酚醛树脂、脲醛树脂等。 分子结构：线型或体型。,四、聚合物的分类 按聚合物的热行为分为： 1、热塑性聚合物（树脂）指受热软化、冷却后硬化，这一过程可反复进行的聚合物。由此制成的塑料称为热塑性塑料。 分子结构：线型，包括全部加聚物和部分缩聚物。 2、热固性聚合物（树脂）指在加工时经加热软化塑造成型后，不再因受热而软化的聚合物（即只能塑制一次）。由此制成的塑料称为热固性塑料。 分子结构：体型，包括大部分缩聚物。,7.1.2 高分子化合物的分类,高分子种类繁多，根据其

7、组成和性能的关系，通常分为三大类。 1树脂 2橡胶 3共聚物,树脂即塑料，是具有可塑性的高聚物材料。在一定温度和压力下受到外力作用时可产生变形，而外力除去后仍能保持受力时的形状。树脂按其能否进行二次加工，又分为热塑性树脂（线型结构聚合物）和热固性树脂（体型结构聚合物）。,橡胶是在常温下具有显著高弹性的高聚物材料。在外力作用下可产生较大的变形，外力卸掉后又恢复原状。按其产源又可分为天然橡胶和合成橡胶两类。,共聚物也称为热塑性弹性体或热塑性橡胶，兼具树脂和橡胶的特点，具有非常好的工程性质。,7.2 建筑塑料 塑料(plastic)是以合成树脂（聚合物）为主要成分，加入各种添加剂（增塑剂、填充剂、稳

8、定剂、着色剂等），在一定的温度和压力下塑制而成制成的高分子材料。 在塑料中聚合物起胶结作用，添加剂起改性作用。 塑料已成为继砼、钢材、木材之后的第四大建筑材料，有着广阔的发展前途。 塑 料 粒 料,7.2.1 塑料的特点,1、表观密度小 ： 0.8-2.2g/cm3，比砼、钢材等材料轻，与木材相近； 2、比强度高：是砼的5-10倍，接近或超过钢材，是一种优良的轻质高强材料； 3、耐化学腐蚀性好：抗酸、碱、盐的腐蚀性高； 4、抗振、吸声、保温性好：=0.02-0.8w/m.k，为金属的1/500，砼的1/40，砖的1/20，泡沫塑料是理想的绝热材料和吸声材料； 5、耐水性、耐水蒸汽性好：W1%

9、6、装饰性好； 7、电绝缘性好。,缺点： 1、弹性模量小，刚度差：约为钢材的1/10-1/20，用作结构承重材料应慎重； 2、易老化：在使用条件（如阳光、氧气、热等）作用下，塑料中的聚合物的结构和组成发生变化，致使其性质恶化的现象。加入防老化剂可改进，使用寿命可大大延长。 3、易燃及毒性：部分塑料易燃且产生有毒烟雾。但也可通过改进配方制成自熄和难燃甚至不燃的产品（受热时能分解放出含有较多卤素和氮的气体的有机材料，具有自熄性），但其防火性仍比无机材料差。使用时应予注意，并采取必要的措施。 4、耐热性低：热变形温度一般在60-120，使用温度过高会促进老化，甚至分解。应注意使用温度的限制。 总之，

10、塑料的优点大于缺点，并且许多缺点可以采取措施改进。它将在诸多方面逐渐代替木材、水泥及钢材。,塑料管与镀锌铁管优缺点比较 如图所示，请观察使用两年后的塑料管和镀锌铁管的照片，对其优缺点予以比较。 从下图可见，镀锌铁管已生锈，产生污垢。塑料管内壁光滑如新，水的流动摩擦阻力很小，而且不会生锈，所以用塑料管作为上水管，不仅可以减少输水的水头损失，减少能耗，而且没有管内的锈蚀和污垢产生，使水的卫生标准提高。,常用建筑塑料 一、热塑性塑料 基本组分：线型聚合物 性能：优点塑性好，加工成型方便 缺点耐热性、刚性差（热变形温度60-120） 1、聚氯乙烯（PVC） 建筑上应用最多，它是由氯乙烯单体聚合而成。其

11、化学稳定性好，抗老化性能好，但耐热性差，通常的使用温度为60-80度以下。根据增塑剂的掺量不同，可制得软、硬两种聚氯乙烯塑料。 硬质PVC强度高、耐腐蚀、抗风化性好。 用途室内外建筑制品。 2、聚乙烯（PE） 分为高密度聚乙烯与低密度聚乙烯，二者性质差异大。 特性：耐溶性好，化学稳定性好；易燃、易老化 用途：防水材料、给排水管等。 3、聚丙烯（PP） 特性：密度小，强度比聚乙烯高，耐热性好，耐低温性差，易老化。 用途：管材、容器、建筑另件、耐腐蚀衬板。 4、聚苯乙烯（PS） 特点：透明度高，其透光性仅次于有机玻璃；密度低，绝热性高；缺点是抗冲击性能差，脆性大和耐热性低。 用途：主要用于泡沫绝热

12、材料。,二、热固性塑料 基本组分：体型聚合物 性能：优点耐热性好，刚度大（热变形温度150左右） 缺点质地硬而脆，缺乏弹性与塑性 1、酚醛塑料 特点：强度高、刚度大、耐光、耐热、耐腐蚀、电绝缘性好。 用途：电工器材、压层板、玻璃钢、防水涂料等。 2、聚脂树脂（UP） 特点：强度高，加工方便。 用途：玻璃钢、涂料及聚脂装饰板等。 3、环氧树脂（EP） 特点：粘结力强 用途：玻璃钢、粘合剂。 4、有机硅（SI）塑料 特点：耐水、绝缘、耐高温（250） 用途：耐热高级绝缘材料， 优良的防水密封材料。,7.2.3 建筑工程中常用的塑料制品 1塑料门窗 塑钢门窗一般采用PVC塑料 ; 塑钢门窗有良好的隔

13、热性、气密性，有明显的节能效果，而且不必用油漆维修。 塑料窗异型材截面,塑料窗异型材截面,塑料门异型材,塑 料 门,2塑料管材,特点： （1）质量轻，施工安装和维修方便。 （2）表面光滑，不生锈，不结垢，流体阻力小。 （3）强度高，韧性好，耐腐蚀，使用寿命长。 （4）品种多样，可满足各行业的使用要求。 品种： 硬质聚氯乙烯（PVC）管; 聚乙烯（PE）管; 聚丙烯（PP）管; 聚丁烯（PB）管; ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）管; 玻璃钢（FRP）管; 铝塑管等。,各种管材的特点与应用,聚乙烯（PE）管比强度高，韧性和耐低温性能好，可用作城市燃气管道、给排水管等。 聚丙烯（PP）管具有

14、坚硬、耐磨、防腐等优点，但也存在低温脆性大的缺点。常用作农田灌溉、污水处理、废液排放等。 聚丁烯（PB）管具有耐磨、耐高温、抗菌等性能，可用于供水管、热水管，使用寿命可达50年。 ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物）管具有质轻、韧性好、耐冲击等特点，常用作卫生洁具下水管、输气管、排污管、电导线管。 土木工程中以聚氯乙烯（PVC）管材用量最大。主要用于民用住宅室内供水系统，非压力管道主要用于排水排污系统。压力管要求液压密封试验在1.5MPa静压下无渗漏现象；非压力管要求在0.2MPa静压下无渗漏现象。硬质PVC管使用温度为050C，不能输送热水和蒸汽。,塑 料 排 水 管,塑 料 给 水 管,塑

15、料 管,塑料管挤出成型,3玻璃纤维增强塑料,以玻璃纤维布为增强材料，热固性树脂为胶结料而制成的一种复合材料。由于它的质量轻、比强度接近甚至高于合金钢，被称为“玻璃钢”。 特点：比强度高（为钢的4-5倍），缺点是刚度不如金属。 用途：轻质结构材料、屋顶膜、装饰材料和电绝缘材料，混凝土的增强筋和修补材料等。 （1）结构材料：如各种薄板、波形瓦等； （2）采光材料：如采光罩、透明屋面板等； （3）装饰材料：如装饰板等； （4）门窗材料：玻璃钢门窗； （5）供水及卫生洁具：如冷却塔、水箱、浴盆、盒子卫生间等。 结构工程中，应用较多的是玻璃纤维或碳纤维增强塑料。,玻璃纤维、芳纶纤维与碳纤维的FRP制品,

16、玻璃纤维、芳纶纤维与碳纤维制品,纤维增强塑料及其应用,纤维增强聚合物作为预应力束，代替钢材：其中纤维包括玻璃纤维、芳纶纤维或碳纤维；其抗拉强度高、徐变小、弹性模量适中、抗腐蚀性能好； 纤维增强聚合物作为加固材料：用碳纤维薄片代替钢板，放置在需要加固的部位并涂刷聚合物粘结成整体。,纤维增强塑料棒作为混凝土的配筋,纤维增强材料作为桥面板配筋,纤维增强材料作为桥面板配筋,纤维增强材料储油设施,纤维增强树脂 用于受损钢筋混凝土结构修补加固,7.3 建筑涂料 7.3.1 涂料的组成 1成膜基料 主要由油料或树脂组成，能牢固附着于被涂物体表面，且与基体材料很好粘结并形成完整薄膜的主要物质，是构成涂料的基础

17、，决定着涂料的基本性质。 2分散介质 即挥发性有机溶剂或水，主要作用是使成膜基料分散而形成一定粘度的粘稠液体。 3颜料和填料 颜料和填料也称体质颜料，它本身不能单独成膜，主要赋予涂膜色彩、质感，使涂膜具有一定的遮盖力，减少收缩，还能增加涂膜的机械性能，提高涂膜的抗老化性和耐候性能，因而也被称为次成膜物质。添加填料也能降低涂料成本。 此外，还根据涂料性能的需要加入各种辅助材料如催干剂、流平剂、防结皮剂、固化剂、增塑剂等。,7.3.2 常用建筑涂料 1. 内墙涂料 2外墙涂料 3地面涂料 4防火涂料,（1）水溶性内墙涂料 （2）合成树脂乳液内墙涂料（乳胶漆） （3）溶剂型内墙涂料 （4）内墙粉末涂

18、料 （5）多彩内墙涂料,（1）丙烯酸酯乳胶漆 （2）聚氨酯系列外墙涂料 （3）彩色砂壁状外墙涂料 （4）水乳型合成树脂乳液外墙涂料 （5）氟碳涂料,7.4 胶粘剂 胶粘剂(adhesive)是能将两种材料粘结在一起的物质. 它是土木工程中不可缺少的配套材料之一,应用广泛。 用途：防水工程、新旧砼接缝、装饰工程粘贴、结构补强加固。 胶粘剂组成 基本组成材料有粘结料、固化剂、填料和稀释剂等。通常还加入其它的添加剂，如增韧剂、抗老化剂、改性剂等。 胶粘剂的分类： 1、无机胶粘剂基料是无机盐，如硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐和硼酸盐等。品种有水玻璃、硅酸盐水泥、磷酸氧化铜、石膏等。 2、天然有机胶粘剂基料是天然化合物有淀粉、蛋白、天然树酯、天然橡胶、沥青等。品种有淀粉、骨胶、鱼胶、松香、生漆、天然橡胶溶液和沥青酯等。 3、合成有机胶粘剂基料是合成树脂、合成橡胶等。品种有聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、氯丁橡胶、丁腈橡胶、有机硅橡胶等。,常用建筑胶粘剂,1环氧树脂胶粘剂 2聚醋酸乙烯乳液胶粘剂 3氯丁橡胶胶粘剂 4改性酚醛树脂胶粘剂 注：原广泛使用的聚乙烯醇缩醛胶粘剂（107胶）已被淘汰，因为