第8章-工程聚合物課件

1、第八章 工程聚合物本章介紹工程聚合物材料的基本概念和常用的工程聚合物（塑料、合成橡膠、合成纖維和膠結(jié)劑等）。1一、聚合物定義及命名1聚合物定義所謂聚合物是通過聚合的方式將成千上萬的小分子連接而成的一類物質(zhì)。由于這類物質(zhì)聚合成的分子量很大，所以又稱為高分子化合物或高聚物。聚合物可分成天然聚合物和合成聚合物兩大類型。如自然界有淀粉、蛋白質(zhì)、纖維和橡膠等聚合物，但工程中所使用的聚合物往往是指人工合成的聚合物，常見的有聚乙烯、聚苯乙烯、丁苯橡膠等。 盡管聚合物的分子量很大，但其化學(xué)結(jié)構(gòu)卻比較簡單，大多是由一種或幾種小分子物質(zhì)聚合而成，所以聚合物分子結(jié)構(gòu)是這小分子物質(zhì)結(jié)構(gòu)的重復(fù)組合。如常見的日用工程塑料

2、聚氯乙烯是由單個(gè)氯乙烯分子聚合在一起形成。第一節(jié) 聚合物的基本概念2一、聚合物定義及命名1聚合物定義所謂聚合物是通過聚合的方式將成千上萬的小分子連接而成的一類物質(zhì)。由于這類物質(zhì)聚合成的分子量很大，所以又稱為高分子化合物或高聚物。聚合物可分成天然聚合物和合成聚合物兩大類型。如自然界有淀粉、蛋白質(zhì)、纖維和橡膠等聚合物，但工程中所使用的聚合物往往是指人工合成的聚合物，常見的有聚乙烯、聚苯乙烯、丁苯橡膠等。 盡管聚合物的分子量很大，但其化學(xué)結(jié)構(gòu)卻比較簡單，大多是由一種或幾種小分子物質(zhì)聚合而成，所以聚合物分子結(jié)構(gòu)是這小分子物質(zhì)結(jié)構(gòu)的重復(fù)組合。如常見的日用工程塑料聚氯乙烯是由單個(gè)氯乙烯分子聚合在一起形成。

3、第一節(jié) 聚合物的基本概念32聚合物材料的命名（1）根據(jù)單體名稱命名：如聚合物由一種單體聚合而成，在構(gòu)成聚合物的單體前加“聚”字，如聚乙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯等；如聚合物由兩種或兩種以上單體聚合而成，則將單體名稱的縮寫放在前面，在其后根據(jù)用途加上“樹脂”、“橡膠”等名稱。如酚醛樹脂（由苯酚和甲醛聚合而成）、丁苯橡膠（由丁二烯和苯乙烯聚合而成）。（2）習(xí)慣命名和商品命名：在很多情況下，聚合物常常采用習(xí)慣的方式或采用商品名稱進(jìn)行命名，如由己二酸類和己二胺聚合成的己二酰己二胺，常習(xí)慣稱作聚酰胺66，或采用商品名稱尼龍66。另外類似的還有有機(jī)玻璃、環(huán)氧樹脂等。另外，為簡化起見，聚合物在使用或文獻(xiàn)中常采用

4、英文縮寫字母來表示，如聚乙烯表示為PE、聚氯乙稀表示為PVC等。 4二、聚合物的合成與結(jié)構(gòu)1聚合物合成反應(yīng)（1）加聚反應(yīng)：由帶有雙鍵的不飽和小分子物質(zhì)通過加成反應(yīng)合成聚合物，其中根據(jù)聚合時(shí)的參與反應(yīng)的單體數(shù)目又分為均聚和共聚兩種。均聚合反應(yīng)由一種單體進(jìn)行聚合的過程，如由乙烯的均聚合過程得到聚乙烯：共聚合反應(yīng)由兩種或兩種以上單體共同聚合的過程，如由丁二烯和苯乙烯共聚合得到的嵌段聚合物，簡稱為SBS，是一種熱塑性橡膠，其結(jié)構(gòu)式如下： 5（2）縮聚反應(yīng)：由帶有兩個(gè)或兩個(gè)以上官能團(tuán)的單體物質(zhì)，通過自身或相互之間反復(fù)縮合反應(yīng)生成聚合物，同時(shí)還析出諸如水、氨、醇、氯化氫等低分子副產(chǎn)物。過程如下列方程所示。

5、62聚合物結(jié)構(gòu)特征聚合物具有一些特殊的性質(zhì)，如高彈性、較好的耐候性以及良好的變形性等，之所以具有這些特性，關(guān)鍵在于聚合物具有特殊的結(jié)構(gòu)特征。聚合物在合成過程中，除了形成一維的線型鏈之外，在一定條件下還可形成帶有支鏈的結(jié)構(gòu)，甚至還能在鏈與鏈之間通過交聯(lián)形成三維的交聯(lián)結(jié)構(gòu)。對(duì)于線型或支鏈型聚合物，具有可塑化、熔融的特點(diǎn)，并能溶解于適當(dāng)?shù)娜軇?；但交?lián)型的聚合物就無法溶解，也不能熔融。所以前者呈現(xiàn)出較低的硬度、熔點(diǎn)及抗拉強(qiáng)度，但斷裂伸長率較高；而后者具有較高剛性和良好的尺寸穩(wěn)定性。由于聚合物的分子鏈很長，通常長鏈呈現(xiàn)卷曲狀，在外力作用下分子鏈伸展開來，外力停止又重新收縮恢復(fù)卷曲狀，從而表現(xiàn)出極好的彈性

6、特點(diǎn)。同時(shí)在較長的分子鏈之間通過分子間力相互影響，相互作用，可抵御較大的拉力作用。所以在受拉時(shí)，即使是分子鏈被拉斷，聚合物的分子鏈也難以滑脫。7第二節(jié) 常用的工程聚合物材料工程聚合物材料是以聚合物為主要原料加工而成的塑料、合成橡膠、合成纖維和膠結(jié)劑等，也被稱為高分子建材。一、塑料塑料是以合成樹脂為主要原料，加入填充劑、增塑劑、潤滑劑、顏料等添加劑，在一定溫度和壓力下制成的一種有機(jī)高分子材料。塑料是多功能材料，可以通過調(diào)整配合比參數(shù)及工藝條件制得不同性能的材料，具有較高的比強(qiáng)度和優(yōu)良的加工性能，因此在土建工程中也得到廣泛的應(yīng)用。二、合成橡膠合成橡膠是以生膠為原料，加入適當(dāng)?shù)呐浜蟿?jīng)硫化以后得到

7、的高分子彈性體。由石油、天然氣、煤、石灰石以及糧食等原料經(jīng)加工而取得的。常用原料如甲烷、丙烷、乙烯、丁烯、戊烯、苯和甲苯以及乙炔等。這些原料與水作用或脫水反應(yīng)就可成丁二烯，而丁二烯是很多合成橡膠的單體原料。8合成橡膠的特征是在較小的外力作用下，能產(chǎn)生大的變形，外力去除后能迅速恢復(fù)原狀，具有良好的伸縮性、儲(chǔ)能能力和耐磨、隔聲、絕緣等性能，是應(yīng)用廣泛的材料。生膠原料有天然橡膠和合成橡膠二大類，而天然橡膠遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要，而石化工業(yè)的迅速發(fā)展可生產(chǎn)大量的合成橡膠原料，因此人工 合成橡膠是主要原料來源，所制成的橡膠制品的性能因單體和制造工藝的不同而異，某些性能（如耐油、耐熱、耐磨等）甚至較天

8、然橡膠更優(yōu)。9三、合成纖維合成纖維是以有機(jī)高分子聚合物為原料，經(jīng)熔融或溶解后紡制成的纖維，如聚酰胺、聚酯纖維等，與纖維素纖維和蛋白質(zhì)纖維等人造纖維一樣均屬于有機(jī)化學(xué)纖維。而玻璃纖維、陶瓷纖維等則屬于無機(jī)化學(xué)纖維，自然界還有石棉等無機(jī)天然纖維及動(dòng)植物纖維等有機(jī)天然纖維。四、塑料-橡膠共聚物隨著聚合物工業(yè)的發(fā)展，橡膠預(yù)塑料的區(qū)別已不是很明顯，出現(xiàn)了許多兼具塑料和橡膠特性聚合物。10第三節(jié) 聚合物在道路工程中的應(yīng)用 隨著路用性能要求的不斷提高，對(duì)常用的筑路材料也有了更高的要求。在公路建設(shè)過程中使用聚合物或利用聚合物材料對(duì)現(xiàn)有路用材料進(jìn)行改性，是滿足這種需要的一個(gè)有效方法。一、聚合物改性瀝青由于道路石

9、油瀝青自身的原因，使得其在高溫抗變形能力、低溫的抗開裂性、與集料的粘附性和抗老化性上存在明顯的不足。在瀝青中摻入聚合物，利用聚合物特有性能對(duì)瀝青改性，可以有效地提高瀝青路用性能。目前常用的聚合物改性瀝青類型有熱塑彈性體改性瀝青、橡膠類改性瀝青和熱塑性樹脂改性瀝青等，其中以采用SBS熱塑彈性體聚合物進(jìn)行瀝青改性效果最為顯著。 11二、聚合物混凝土聚合物混凝土是在普通水泥混凝土技術(shù)中結(jié)合聚合物材料的應(yīng)用，從而改善原水泥混凝土技術(shù)性能的一種新型材料。其中根據(jù)混凝土和聚合物兩種材料相互間的結(jié)合方式不同，將這種新材料可分為：1聚合物浸漬混凝土（PIC）它是將硬化的混凝土加熱、干燥、抽取孔隙中的空氣，以有機(jī)單體（如甲基丙稀酸甲脂、丙稀腈等）浸漬，然后用加熱或輻射等方法使孔隙中的單體聚合而成。具有高強(qiáng)、耐蝕、抗?jié)B、耐磨等優(yōu)良性能。2聚合物水泥混凝土（PMC）是在拌和混凝土?xí)r摻如聚合物（如聚丙烯酸、乳膠等）或單體（如丙稀腈、苯乙烯等），通過聚合物與水泥水化產(chǎn)物相互穿透包裹，形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而改善混凝土的性能，具有粘結(jié)性能好，抗拉強(qiáng)度高、耐久性、耐磨性和耐蝕性高的特點(diǎn)。主要用于機(jī)場跑道、混凝土路面或橋梁面層等構(gòu)造物。123聚合物膠結(jié)混凝土（PC）這種混凝土完全采用聚合物（聚酯、聚甲基丙烯酸甲脂等）作為膠結(jié)材料的混凝土。這種混凝土由于充分利用聚合物的特性，使混凝