第九章高分子建筑材料

1、第九章 高分子建筑材料高分子建筑材料是以聚合物為基礎(chǔ)、配以適當?shù)闹鷦┲婆涠傻摹⒍鄶?shù)以產(chǎn)品的形式在建筑現(xiàn)場使用的材料。其主要形式有塑料制品、橡膠制品、涂料、粘結(jié)劑和密封劑、玻璃鋼、防水材料、裝飾材料等。因此，高分子建筑材料是一類產(chǎn)品形式多樣、性能范圍很寬(從柔軟的橡膠狀到堅硬的結(jié)構(gòu)材料)、適用面很廣的建筑材料。建筑物通過使用高分子材料，可以獲得更好的使用性能、裝飾性能和耐久性能，可以達到更好的節(jié)能效果。 高分子建筑材料 第一節(jié) 高分子建筑材料的基本性能 第二節(jié) 高分子建筑材料和制品第一節(jié) 高分子建筑材料的基本性能一、什么是高分子？二、高分子材料的基本組成三、高分子材料的基本性能四、高分子材料的

2、分類五、建筑上常用的高分子材料六、高分子材料的建筑特性一、什么是高分子材料？一般把分子量低于1 000或1 500的化合物稱作低分子化合物；分子量在10 000以上的化合物稱作高分子化合物(簡稱高分子)；介于其間的是分子量中等的化合物。高分子一般又稱作聚合物(或高聚物)，兩詞往往相互混用。因為常用的高分子雖然分子量高達幾萬到幾百萬，但它們絕大多數(shù)是由分子結(jié)構(gòu)簡單、分子量很小的小分子(通常稱為單體)通過聚合反應(yīng)而生成的。一、什么是高分子材料？例如聚乙烯由乙烯(CH2=CH2，分子量為28)聚合而成，分子量在10 00035 000，而超高分子量聚乙烯的分子量可高達500 000。聚合反應(yīng)由低分子

3、單體合成聚合物的反應(yīng)。加聚反應(yīng)、縮聚反應(yīng)高分子材料的分類按產(chǎn)源分：天然高分子材料木材、天然橡膠、瀝青等合成高分子材料塑料、橡膠、化學纖維高分子材料的分類按加熱時的性質(zhì)分熱塑性聚合物熱固性聚合物受熱時的特點受熱時軟化，冷卻后固化。此過程可以反復(fù)進行。成型前分子量較低，經(jīng)加工后固化成型為制品，再受熱則制品破壞。此過程不可逆。性能差異密度、熔點較低；耐熱性較差；剛度??；但抗沖擊韌性較好。密度。熔點較高；耐熱性較好；剛度大；但質(zhì)地硬脆。二、高分子材料的基本組成1聚合物 聚合物，或稱之為樹脂，是高分子材料中最主要的成分，起著膠結(jié)劑的作用，它可將其他添加劑膠結(jié)在一起組成一種性能穩(wěn)定的材料整體。在多組分塑料

4、中，合成樹脂往往要占到30以上。2、穩(wěn)定劑聚合物在加工成型及其制品的使用過程中，由于受熱、光、氧的作用，會過早地發(fā)生降解、交聯(lián)等現(xiàn)象，造成顏色變深、性能降低。加入穩(wěn)定劑可起到提高塑料制品質(zhì)量、延長使用壽命的作用。例如，抗氧劑 、光穩(wěn)定劑 、熱穩(wěn)定劑 。3增塑劑 增塑劑一般是高沸點的液體或低熔點的固體有機化合物，可提高聚合物在高溫加工條件下的可塑性，增加塑料制品在使用條件下的彈性和韌性，改善塑料的低溫脆性。增塑劑主要用于聚氯乙烯，可以將聚氯乙烯加工成半硬質(zhì)到柔軟的制品，例如塑料地板和聚氯乙烯防水卷材等。4. 填充劑和增強劑5. 固化劑和固化促進劑6. 發(fā)泡劑和發(fā)泡促進劑7. 阻燃劑8. 著色劑9

5、. 抗靜電劑10. 其他助劑三、高分子材料的基本性能1. 聚合物結(jié)構(gòu)高分子材料是以聚合物為主要成分的材料，而聚合物是以結(jié)構(gòu)簡單的小分子通過化學 鍵重復(fù)連接而成的。隨著重復(fù)結(jié)構(gòu)單元增多，分子量逐漸增大超過某一臨界值，材料將表現(xiàn) 出與其基本結(jié)構(gòu)相同的小分子材料完全不同的性能，體現(xiàn)了量變到質(zhì)變基本規(guī)律。 2聚合物的基本性能 (1) 聚合物的物理狀態(tài)在室溫下，一般凝聚成固體，隨分子結(jié)構(gòu)和排列規(guī)整性不同，可能成為結(jié)晶聚合物或無定型聚合物。 沒有明顯的熔點，而只有一熔融范圍。 (2)聚合物的力學性能 聚合物力學性能的最大特點是高彈性和粘彈性。 高彈性是聚合物大分子長鏈的柔性和分子鏈的纏結(jié)在性能上的表現(xiàn)。其

6、彈性變形大，可高達1 000，而一般金屬材料的彈性變形不超過1。高彈態(tài)聚合物的模量小，只有105106 MPa，而一般金屬材料的模量高達10101011 MPa。聚合物的粘彈性是指聚合物材料不但具有彈性材料的一般特性，同時還具有粘性流體的一些特征。聚合物的粘彈性表現(xiàn)在它有突出的力學松弛現(xiàn)象，如應(yīng)力松弛、蠕變、動態(tài)力學損耗行為等。正是聚合物分子運動的松弛本質(zhì)及其隨溫度的變化才造成了聚合物具有獨特的力學狀態(tài)。因此，描述聚合物的力學行為時，必須同時考慮應(yīng)力、應(yīng)變、時間和溫度4個參數(shù)。拉伸應(yīng)力一應(yīng)變試驗是評價材料力學行為的重要手段。由于聚合物材料品種繁多，它們的應(yīng)力一應(yīng)變曲線表現(xiàn)各異。如果按照拉伸過程

7、中屈服點的表現(xiàn)、伸長率大小及其斷裂情況，大致可以分為5種類型。它們是：軟而弱，硬而脆，硬而強，軟而韌，硬而韌，見圖93。 (3)聚合物材料的耐熱性能與無機材料相比，聚合物耐熱性一般較差。耐熱性包括兩方面，一是保持使用性能的最高溫度，二是分解(化學結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的)溫度。 (4)聚合物材料的耐腐蝕性能與無機材料相比，聚合物材料的耐腐蝕性能很好。 (5) 聚合物材料的耐老化性能 聚合物材料受外界條件影響，性能逐漸變壞、質(zhì)量下降的過程為老化。光、熱、力、氧、臭氧以及其他化學介質(zhì)在一定條件下將引起聚合物化學結(jié)構(gòu)的破壞，導(dǎo)致聚合物的降解，表現(xiàn)為聚合物材料變軟發(fā)粘，強度降低，或者變硬發(fā)脆，失去彈性。實際上，

8、許多建筑塑料制品(如門窗和管材)的使用壽命完全可以和其他材料相比，其耐久性甚至高于傳統(tǒng)材料，在德國，最早使用的塑料門窗已經(jīng)超過了50年。四、高分子材料的分類合成樹脂(塑料)、合成橡膠和合成纖維通稱為三大合成材料。這是根據(jù)高分子材料的用途來對它們進行分類的。塑料通常指常溫下表現(xiàn)為堅硬的高分子材料，橡膠指常溫下表現(xiàn)為軟而有彈性的高分子材料，而合成纖維顯然是指以纖維形態(tài)應(yīng)用的高分子材料。四、高分子材料的分類作為聚合物材料，它們?nèi)咧畣柕膮^(qū)分并不是明顯的。許多聚合物，既可以作為塑料，也能作為纖維使用，例如聚丙烯(丙綸)、聚酯(滌綸)、聚酰胺(尼龍)等等。同一種聚合物，由于使用助劑不同，既可以做成橡膠一

9、樣有很好彈性的材料，又可以做成像塑料一樣堅硬的材料，例如聚氯乙烯(PVC)，是門窗和管材的主要原料，也常常用于制造柔軟的防水卷材。除了上述三類，高分子還常用作涂料和粘結(jié)劑。五、建筑上常用的高分子材料1. 熱塑性塑料（1）聚氯乙烯-PVC（2）聚烯烴-聚乙烯、聚丙烯、（3）苯乙烯類聚合物-聚苯乙烯、ABS塑料（4）丙烯酸酯類和甲基丙烯酸酯類聚合物（5）聚醋酸乙烯酯及其共聚物和衍生物（6）聚碳酸酯（7）聚酰胺（尼龍）高分子材料的分類按產(chǎn)源分：按加熱時的性質(zhì)分熱塑性聚合物熱固性聚合物受熱時的特點受熱時軟化，冷卻后固化。此過程可以反復(fù)進行。成型前分子量較低，經(jīng)加工后固化成型為制品，再受熱則制品破壞。此

10、過程不可逆。性能差異密度、熔點較低；耐熱性較差；剛度??；但抗沖擊韌性較好。密度。熔點較高；耐熱性較好；剛度大；但質(zhì)地硬脆。天然高分子材料木材、天然橡膠、瀝青等合成高分子材料塑料、橡膠、化學纖維五、建筑上常用的高分子材料2. 熱固性塑料（1）不飽和聚酯（2）環(huán)氧樹脂（3）聚氨酯（4）氨基塑料（5）有機硅樹脂五、建筑上常用的高分子材料3. 天然高分子衍生物水溶性纖維素衍生物和淀粉衍生物在建筑材料領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。這些高分子在干混砂漿領(lǐng)域幾乎成為必不可少的添加劑，它們主要用于改善砂漿的工作特性，顯著的緩凝作用，同時也能提高砂漿的粘結(jié)性能，并影響砂漿的耐水性能。主要水溶性纖維素醚的品種見表9

11、2。 六、高分子材料的建筑特性1. 密度小，比強度高；2. 加工性能優(yōu)良3. 裝飾性好4. 耐腐蝕性好5. 電絕緣性能好6. 減震、吸聲和隔熱性好7. 耐水性和耐水蒸汽性好8. 易燃燒高分子材料的主要性能及指標（別的教材總結(jié)的）一、物理力學性能1.密度較小2.比強度高（為輕質(zhì)高強材料）3.導(dǎo)熱性?。ū馗魺嵝阅芎茫?.電絕緣性能好。二、物理、化學性能1.會老化2.耐腐蝕性能較強3.具有可燃性，且在燃燒過程中會釋放有毒氣體第二節(jié)第二節(jié) 高分子建筑材料和制品高分子建筑材料和制品一、高分子建筑材料和制品的分類 通常，把高分子材料分成塑料、橡膠和纖維三大類。算上涂料和粘結(jié)劑，應(yīng)該有四大類。 所有四種類

12、型的材料，在建筑與土木工程領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。 例如塑料建材有塑料管、塑料門窗、防水材料、隔熱保溫材料、裝飾裝修材料等； 橡膠用于防水、止水帶； 纖維用于土工織物； 涂料作為內(nèi)外墻建筑涂料、防水涂料； 粘結(jié)劑如幕墻玻璃的密封膠、其他建筑密封材料等。 因此，高分子建筑材料和制品種類繁多，幾乎在建筑物的每個部位都可用上高分子材料，要將其制品進行分類也是很不容易的。 表94按制品的形態(tài)將高分子建筑材料和制品分成11個大類。二、建筑塑料塑料的組成塑料的主要特點常用建筑塑料常用建筑塑料制品1、塑料的基本組成組成含量主要作用合成樹脂3060起膠粘劑作用填料4070可提高塑料的強度、硬度、耐熱性、耐老化

13、性、抗沖擊性等增塑劑提高塑料加工時的可塑性、流動性，以及塑料制品的彈性和柔軟性固化劑用于熱固性樹脂中著色劑染料、顏料使塑料制品具有鮮艷的色彩和光澤其他助劑改善和調(diào)節(jié)塑料的其他性能2、塑料的特點優(yōu)點輕質(zhì)高強加工性能好導(dǎo)熱系數(shù)小，絕熱性好裝飾性優(yōu)異多功能經(jīng)濟缺點耐熱性差、易燃易老化熱膨脹性大剛度小3、常用建筑塑料名稱代號主要特性主要用途聚乙烯PE若軟性好，耐低溫性能好，加工性能好；剛度差，耐熱性能差，耐老化性能差。防水材料、給排水管、絕緣材料聚氯乙稀PVC耐化學腐蝕和電絕緣性能優(yōu)良，難燃；但耐熱性能較差，高溫時易降解是建筑中應(yīng)用最多的塑料聚苯乙烯PS電絕緣性能好，耐輻射，加工性好；但脆性大，耐沖擊

14、和耐熱性能差。主要以泡沫塑料的形式作為隔熱材料聚丙烯PP管材、衛(wèi)生潔具、模板等ABS塑料建筑五金、各種管材、模板、異型管酚醛樹脂PF電絕緣性能和力學性能良好。堅固耐用、尺寸穩(wěn)定、不易變形生產(chǎn)各種層壓板、玻璃鋼制品、涂料4、常用的建筑塑料制品水暖工程材料 給排水管、各種管件；衛(wèi)生潔具防水工程材料 防水卷材、防水涂料、密封材料、止水帶隔熱材料泡沫塑料、現(xiàn)場發(fā)泡的泡沫塑料裝飾材料塑料地板、地毯、壁紙、建筑涂料、塑料門窗、塑料吊頂、塑料隔斷等建筑塑料制品實例四、土工合成材料土工合成材料是近幾十年發(fā)展起來的一種新型巖土工程材料。ASTM IN439-02將土工合成材料定義如下：“由聚合材料制成的一種平面

15、材料，與土壤、巖石、粘土或其他土工材料一起使用成為一個工程、結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的組成部分。”它以塑料、化纖、合成橡膠等為原料，制成各種類型的產(chǎn)品，置于土體內(nèi)部、表面和各層土體之間，起著加強和保護土體的作用，目前已在水利、公路、鐵路、工業(yè)與民用建筑、海港、采礦、軍工等工程的各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 1土工織物 土工織物屬于透水的土工合成材料，也叫土工布(指用于巖土工程和土木工程的、可滲透的聚合物材料。它可以是機織的、針織的或非織造的)。所用的原材料一般為丙綸、滌綸或其它合成纖維。 按制造工藝的不同分為以下三大類： 針織土工織物(knitted geotextile)：目前很少采用； 有紡織物(woven

16、 geotextile)或機織型土工織物：全稱為有紡?fù)凉た椢?，簡稱有紡織物，也叫機織布，產(chǎn)量占土工織物總產(chǎn)量的20左右； 無紡織物(no woven geotextile)或非織造型土工織物：全稱為無紡?fù)凉た椢?，簡稱無紡織物，也叫非織造布和不織布，產(chǎn)量占土工織物總產(chǎn)量的80以上。2土工膜土工膜是一種以高分子聚合物為基本原料的防水阻隔型材料。土工膜是最早獲得工程應(yīng)用的一種土工合成材料產(chǎn)品。 制造土工膜的合成聚合物可細分為二類：塑料類：主要有聚氯乙烯(PVC)，低密度聚乙烯(LDPE)，中密度聚乙烯(MDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)等。合成橡膠類：主要有丁基橡膠(IIR)，環(huán)氧丙烷橡膠(ECO

17、)，氯磺化聚乙烯(CSPE，也稱Hypalon)，乙烯一丙烯三元橡膠(EPDM)等。 3其他土工合成材料（1）土工網(wǎng)（2）土工格柵（3）土工格室（4）土工席墊（5）土工模袋五、粘合劑凡能在兩個物體表面之間形成薄膜并將它們緊密粘結(jié)在一起的材料稱為粘合劑。粘合劑又稱為粘結(jié)劑或膠粘劑。粘合劑是現(xiàn)代建筑材料的一個重要組成部分，許多建筑制品的安裝施工都涉及它們與基體材料的粘結(jié)問題。除此之外，混凝土裂縫和破損的修補等也常用到粘合劑，因此，粘接技術(shù)和粘接材料已越來越受到人們的重視。 1.粘合劑的組成和種類2. 粘接原理及影響因素（1）粘接的基本原理機械粘接理論物理吸附理論擴散理論化學鍵理論（2）影響粘接強度

18、的主要因素1）粘合劑的性質(zhì)2）被粘接材料的性質(zhì)3）粘接工藝及環(huán)境條件的影響3. 建筑中常用的粘合劑（1）聚醋酸乙烯乳膠（2）聚乙烯醇和聚乙烯縮醛粘合劑（3）環(huán)氧樹脂粘合劑（4）丙烯酸酯粘合劑（5）聚氨酯粘合劑（6）酚醛樹脂粘合劑（7）橡膠粘合劑（8）有機硅粘合劑建筑涂料涂料的組成涂料的功能涂料的分類有機建筑涂料無機建筑涂料涂料的組成主要成膜物質(zhì)將涂料中的其他組分粘結(jié)成為一體。具有獨立成膜能力，決定涂料的使用和所形成涂膜的主要技術(shù)性能。分為樹脂和油料兩類。次要成膜物質(zhì)是涂料中的各種顏料。使得涂膜著色，并賦予涂膜良好的遮蓋力，增加涂膜質(zhì)感，改善涂膜性能，降低涂料成本。溶劑（稀釋劑）有機溶劑水助劑改善涂料性能，提高涂膜質(zhì)量的輔助材料建筑涂料的功能裝飾保護其他功能建筑涂料的分類有機涂料無機涂料有機無機涂料外墻涂料內(nèi)墻涂料頂棚涂料地面涂料屋面防水涂料一、按主要成膜物質(zhì)分：二、按使用部位分：三、按分散介質(zhì)和主要成膜物質(zhì)的溶解情況分：溶劑型涂料水溶型涂料乳液型涂料有機建筑涂料溶劑型涂料水溶型涂料乳液型涂料溶劑型建筑涂料組成以合成樹脂或油脂為主要成膜物質(zhì)，以有機溶劑為 稀釋劑，再加入適量的顏料、填料及助劑，經(jīng)研磨而成的涂料。優(yōu)點涂