合成高分子材料

關(guān)于合成高分子材料第一頁，共四十八頁，2022年，8月28日高分子材料在建筑上的應(yīng)用應(yīng)用于非結(jié)構(gòu)材料：裝飾板材；各種管材和異性材，水管、門窗框等；建筑防水材料，屋頂膜；建筑涂料；建筑保溫、隔聲材料；應(yīng)用于結(jié)構(gòu)材料：橋梁，如人行天橋等；輕結(jié)構(gòu)建筑物，玻璃鋼、聚合物混凝土等；混凝土的增強(qiáng)筋等。第二頁，共四十八頁，2022年，8月28日9.1概述1、定義

高分子材料是以高分子化合物為基材的一大類材料的總稱。高分子化合物又稱高分子聚合物（簡稱高聚物），其最大特點(diǎn)是分子量巨大，一般為104～106.2、高分子化合物的組成：

高聚物是由一種或幾種小分子化合物（單體），通過聚合反應(yīng)，以共價(jià)鍵連接的分子量很大的化合物。它是生產(chǎn)塑料、涂料、膠粘劑、高分子防水材料的主要原料?；瘜W(xué)組成：合成高分子主要由碳、氫元素組成，同時(shí)也含有少量雜原子，如：氧、氮、硫、磷、硅、鈦等。單體組成：烴、羧酸、酯、醚等有機(jī)化合物及其衍生物。第三頁，共四十八頁，2022年，8月28日按高分子主鏈組成，聚合物的分類碳鏈聚合物——主鏈上只含碳元素，如聚乙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、丁苯橡膠、氯丁橡膠等。雜鏈聚合物——主鏈上除碳元素外，還含有O、N、P、S等元素，如聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂等。元素聚合物——主鏈上沒有碳元素，而有Si、Al、O、S、P、N、Ti等元素，如有機(jī)硅樹脂、聚鈦氧烷樹脂、聚氯磷氰等。第四頁，共四十八頁，2022年，8月28日幾個(gè)基本概念單體——用來合成聚合物的簡單低分子化合物如：聚乙烯-[-CH2-CH2-]-n

的單體為CH2＝CH2鏈節(jié)——大分子鏈的基本結(jié)構(gòu)單元，-[-CH2-CH2-]-聚合度——大分子鏈中鏈節(jié)的重復(fù)次數(shù)n第五頁，共四十八頁，2022年，8月28日7.1.1高分子化合物的結(jié)構(gòu)與性能聚合物(polymer)一、聚合物的分子結(jié)構(gòu)聚合物雖分子量很大，但化學(xué)組成比較簡單，主要由碳原子與其它原子形成簡單的結(jié)構(gòu)單元，然后以重復(fù)的方式連接起來，形成鏈狀或空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。聚合物按其鏈節(jié)在空間排列的幾何形狀，分為線型和體型兩種結(jié)構(gòu)形式：第六頁，共四十八頁，2022年，8月28日1、線型聚合物——各鏈節(jié)連接成一長鏈，或帶有支鏈。見圖（a）、（b）。特點(diǎn)：鏈與鏈之間連接較弱，因此加熱可熔化，并能溶于適當(dāng)?shù)娜軇┲小崴苄跃酆衔飳儆谶@一類。2、體型聚合物——是線型大分子間相互交連，形成三維網(wǎng)狀的聚合物。見圖（c）。特點(diǎn)：加熱時(shí)不軟化，也不能流動(dòng)，不溶于有機(jī)溶劑，最多只能溶脹，但在高溫下會(huì)發(fā)生降解。熱固性聚合物屬于這一類。第七頁，共四十八頁，2022年，8月28日線型結(jié)構(gòu)支鏈型結(jié)構(gòu)體型結(jié)構(gòu)非晶態(tài)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)晶態(tài)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)第八頁，共四十八頁，2022年，8月28日二、聚合物性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系

線型和支鏈型聚合物——具有熱塑性，受熱熔化，也能溶于特定的溶劑中形成溶液，強(qiáng)度較低、彈性模量較小、變形較大、耐熱性較差；體型聚合物——具有熱固性，它們不溶不熔，強(qiáng)度、硬度、脆性較高，耐熱性好等。聚合物的結(jié)晶度越大，密度、強(qiáng)度、硬度、彈性模量、耐熱性提高，而塑性、韌性、溶解度降低。第九頁，共四十八頁，2022年，8月28日三、聚合物的反應(yīng)類型（中學(xué)化學(xué)內(nèi)容）由低分子單體合成聚合物的反應(yīng)稱為聚合反應(yīng)。聚合反應(yīng)分為加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)。1、加聚反應(yīng)——由單體相互加成而聚合起來的反應(yīng)。其產(chǎn)物叫加聚物。加聚反應(yīng)不產(chǎn)生副產(chǎn)物，加聚物的化學(xué)組成與單體基本相同。加聚物一般多在其原料單體前冠以“聚”字，如：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。分子結(jié)構(gòu)：線型（大部分）2、縮聚反應(yīng)——由兩種或兩種以上帶有官能團(tuán)的單體相互作用，同時(shí)產(chǎn)生低分子量的副產(chǎn)物的反應(yīng)。其產(chǎn)物稱為縮聚物?？s聚物常取其單體的簡名，后面加上“樹脂”二字來命名，如：酚醛樹脂、脲醛樹脂等。分子結(jié)構(gòu)：線型或體型。第十頁，共四十八頁，2022年，8月28日四、聚合物的分類按聚合物的熱行為分為：1、熱塑性聚合物（樹脂）——指受熱軟化、冷卻后硬化，這一過程可反復(fù)進(jìn)行的聚合物。由此制成的塑料稱為熱塑性塑料。分子結(jié)構(gòu)：線型，包括全部加聚物和部分縮聚物。2、熱固性聚合物（樹脂）——指在加工時(shí)經(jīng)加熱軟化塑造成型后，不再因受熱而軟化的聚合物（即只能塑制一次）。由此制成的塑料稱為熱固性塑料。分子結(jié)構(gòu)：體型，包括大部分縮聚物。第十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日7.1.2高分子化合物的分類高分子種類繁多，根據(jù)其組成和性能的關(guān)系，通常分為三大類。1．樹脂2．橡膠3．共聚物樹脂即塑料，是具有可塑性的高聚物材料。在一定溫度和壓力下受到外力作用時(shí)可產(chǎn)生變形，而外力除去后仍能保持受力時(shí)的形狀。樹脂按其能否進(jìn)行二次加工，又分為熱塑性樹脂（線型結(jié)構(gòu)聚合物）和熱固性樹脂（體型結(jié)構(gòu)聚合物）。橡膠是在常溫下具有顯著高彈性的高聚物材料。在外力作用下可產(chǎn)生較大的變形，外力卸掉后又恢復(fù)原狀。按其產(chǎn)源又可分為天然橡膠和合成橡膠兩類。共聚物也稱為熱塑性彈性體或熱塑性橡膠，兼具樹脂和橡膠的特點(diǎn)，具有非常好的工程性質(zhì)。第十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日7.2建筑塑料塑料(plastic)是以合成樹脂（聚合物）為主要成分，加入各種添加劑（增塑劑、填充劑、穩(wěn)定劑、著色劑等），在一定的溫度和壓力下塑制而成制成的高分子材料。在塑料中聚合物起膠結(jié)作用，添加劑起改性作用。塑料已成為繼砼、鋼材、木材之后的第四大建筑材料，有著廣闊的發(fā)展前途。塑料粒料第十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日7.2.1塑料的特點(diǎn)1、表觀密度?。?/p>

，比砼、鋼材等材料輕，與木材相近；2、比強(qiáng)度高：是砼的5-10倍，接近或超過鋼材，是一種優(yōu)良的輕質(zhì)高強(qiáng)材料；3、耐化學(xué)腐蝕性好：抗酸、堿、鹽的腐蝕性高；4、抗振、吸聲、保溫性好：，為金屬的1/500，砼的1/40，磚的1/20，泡沫塑料是理想的絕熱材料和吸聲材料；5、耐水性、耐水蒸汽性好：W＜1%6、裝飾性好；7、電絕緣性好。第十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日缺點(diǎn)：1、彈性模量小，剛度差：約為鋼材的1/10-1/20，用作結(jié)構(gòu)承重材料應(yīng)慎重；2、易老化：在使用條件（如陽光、氧氣、熱等）作用下，塑料中的聚合物的結(jié)構(gòu)和組成發(fā)生變化，致使其性質(zhì)惡化的現(xiàn)象。加入防老化劑可改進(jìn)，使用壽命可大大延長。3、易燃及毒性：部分塑料易燃且產(chǎn)生有毒煙霧。但也可通過改進(jìn)配方制成自熄和難燃甚至不燃的產(chǎn)品（受熱時(shí)能分解放出含有較多鹵素和氮的氣體的有機(jī)材料，具有自熄性），但其防火性仍比無機(jī)材料差?！褂脮r(shí)應(yīng)予注意，并采取必要的措施。4、耐熱性低：熱變形溫度一般在60-120℃，使用溫度過高會(huì)促進(jìn)老化，甚至分解。——應(yīng)注意使用溫度的限制?？傊?，塑料的優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)，并且許多缺點(diǎn)可以采取措施改進(jìn)。它將在諸多方面逐漸代替木材、水泥及鋼材。第十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日塑料管與鍍鋅鐵管優(yōu)缺點(diǎn)比較如圖所示，請觀察使用兩年后的塑料管和鍍鋅鐵管的照片，對其優(yōu)缺點(diǎn)予以比較。從下圖可見，鍍鋅鐵管已生銹，產(chǎn)生污垢。塑料管內(nèi)壁光滑如新，水的流動(dòng)摩擦阻力很小，而且不會(huì)生銹，所以用塑料管作為上水管，不僅可以減少輸水的水頭損失，減少能耗，而且沒有管內(nèi)的銹蝕和污垢產(chǎn)生，使水的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)提高。第十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日

常用建筑塑料一、熱塑性塑料基本組分：線型聚合物性能：優(yōu)點(diǎn)—塑性好，加工成型方便缺點(diǎn)—耐熱性、剛性差（熱變形溫度60-120℃）

1、聚氯乙烯（PVC）建筑上應(yīng)用最多，它是由氯乙烯單體聚合而成。其化學(xué)穩(wěn)定性好，抗老化性能好，但耐熱性差，通常的使用溫度為60-80度以下。根據(jù)增塑劑的摻量不同，可制得軟、硬兩種聚氯乙烯塑料。硬質(zhì)PVC——強(qiáng)度高、耐腐蝕、抗風(fēng)化性好。用途——室內(nèi)外建筑制品。

2、聚乙烯（PE）分為高密度聚乙烯與低密度聚乙烯，二者性質(zhì)差異大。特性：耐溶性好，化學(xué)穩(wěn)定性好；易燃、易老化用途：防水材料、給排水管等。

3、聚丙烯（PP）特性：密度小，強(qiáng)度比聚乙烯高，耐熱性好，耐低溫性差，易老化。用途：管材、容器、建筑另件、耐腐蝕襯板。

4、聚苯乙烯（PS）特點(diǎn)：透明度高，其透光性僅次于有機(jī)玻璃；密度低，絕熱性高；缺點(diǎn)是抗沖擊性能差，脆性大和耐熱性低。用途：主要用于泡沫絕熱材料。第十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日二、熱固性塑料基本組分：體型聚合物性能：優(yōu)點(diǎn)——耐熱性好，剛度大（熱變形溫度150℃左右）缺點(diǎn)——質(zhì)地硬而脆，缺乏彈性與塑性1、酚醛塑料特點(diǎn)：強(qiáng)度高、剛度大、耐光、耐熱、耐腐蝕、電絕緣性好。用途：電工器材、壓層板、玻璃鋼、防水涂料等。2、聚脂樹脂（UP）特點(diǎn)：強(qiáng)度高，加工方便。用途：玻璃鋼、涂料及聚脂裝飾板等。

3、環(huán)氧樹脂（EP）特點(diǎn)：粘結(jié)力強(qiáng)用途：玻璃鋼、粘合劑。

4、有機(jī)硅（SI）塑料特點(diǎn)：耐水、絕緣、耐高溫（250℃）用途：耐熱高級絕緣材料，優(yōu)良的防水密封材料。第十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日7.2.3建筑工程中常用的塑料制品1．塑料門窗塑鋼門窗一般采用PVC塑料;塑鋼門窗有良好的隔熱性、氣密性，有明顯的節(jié)能效果，而且不必用油漆維修。塑料窗異型材截面第十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日塑料窗異型材截面第二十頁，共四十八頁，2022年，8月28日塑料門異型材第二十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日塑料門第二十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日2．塑料管材特點(diǎn)：（1）質(zhì)量輕，施工安裝和維修方便。（2）表面光滑，不生銹，不結(jié)垢，流體阻力小。（3）強(qiáng)度高，韌性好，耐腐蝕，使用壽命長。（4）品種多樣，可滿足各行業(yè)的使用要求。品種：硬質(zhì)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;玻璃鋼（FRP）管;鋁塑管等。第二十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日各種管材的特點(diǎn)與應(yīng)用聚乙烯（PE）管——比強(qiáng)度高，韌性和耐低溫性能好，可用作城市燃?xì)夤艿?、給排水管等。聚丙烯（PP）管——具有堅(jiān)硬、耐磨、防腐等優(yōu)點(diǎn)，但也存在低溫脆性大的缺點(diǎn)。常用作農(nóng)田灌溉、污水處理、廢液排放等。聚丁烯（PB）管——具有耐磨、耐高溫、抗菌等性能，可用于供水管、熱水管，使用壽命可達(dá)50年。ABS（丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物）管——具有質(zhì)輕、韌性好、耐沖擊等特點(diǎn)，常用作衛(wèi)生潔具下水管、輸氣管、排污管、電導(dǎo)線管。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內(nèi)供水系統(tǒng)，非壓力管道主要用于排水排污系統(tǒng)。壓力管要求液壓密封試驗(yàn)在1.5MPa靜壓下無滲漏現(xiàn)象；非壓力管要求在0.2MPa靜壓下無滲漏現(xiàn)象。硬質(zhì)PVC管使用溫度為0～50?C，不能輸送熱水和蒸汽。第二十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日塑料排水管第二十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日塑料給水管第二十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日塑料管第二十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日塑料管擠出成型第二十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日3．玻璃纖維增強(qiáng)塑料以玻璃纖維布為增強(qiáng)材料，熱固性樹脂為膠結(jié)料而制成的一種復(fù)合材料。由于它的質(zhì)量輕、比強(qiáng)度接近甚至高于合金鋼，被稱為“玻璃鋼”。特點(diǎn)：比強(qiáng)度高（為鋼的4-5倍），缺點(diǎn)是剛度不如金屬。用途：輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、屋頂膜、裝飾材料和電絕緣材料，混凝土的增強(qiáng)筋和修補(bǔ)材料等。（1）結(jié)構(gòu)材料：如各種薄板、波形瓦等；（2）采光材料：如采光罩、透明屋面板等；（3）裝飾材料：如裝飾板等；（4）門窗材料：玻璃鋼門窗；（5）供水及衛(wèi)生潔具：如冷卻塔、水箱、浴盆、盒子衛(wèi)生間等。結(jié)構(gòu)工程中，應(yīng)用較多的是玻璃纖維或碳纖維增強(qiáng)塑料。第二十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日玻璃纖維、芳綸纖維與碳纖維的FRP制品第三十頁，共四十八頁，2022年，8月28日玻璃纖維、芳綸纖維與碳纖維制品第三十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日纖維增強(qiáng)塑料及其應(yīng)用纖維增強(qiáng)聚合物作為預(yù)應(yīng)力束，代替鋼材：其中纖維包括玻璃纖維、芳綸纖維或碳纖維；其抗拉強(qiáng)度高、徐變小、彈性模量適中、抗腐蝕性能好；纖維增強(qiáng)聚合物作為加固材料：用碳纖維薄片代替鋼板，放置在需要加固的部位并涂刷聚合物粘結(jié)成整體。第三十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日纖維增強(qiáng)塑料棒作為混凝土的配筋第三十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日第三十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日纖維增強(qiáng)材料作為橋面板配筋第三十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日纖維增強(qiáng)材料作為橋面板配筋第三十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日第三十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日纖維增強(qiáng)材料儲(chǔ)油設(shè)施第三十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日第三十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日第四十頁，共四十八頁，2022年，8月28日纖維增強(qiáng)樹脂用于受損鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固第四十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日

7.3建筑涂料

7.3.1涂料的組成

1．成膜基料主要由油料或樹脂組成，能牢固附著于被涂物體表面，且與基體材料很好粘結(jié)并形成完整薄膜的主要物質(zhì)，是構(gòu)成涂料的基礎(chǔ)，決定著涂料的基本性質(zhì)。

2．分散介質(zhì)即揮發(fā)性有機(jī)溶劑或水，主要作用是使成膜基料分散而形成一定粘度的粘稠液體。

3．顏料和填料顏料和填料也稱體質(zhì)顏料，它本身不能單獨(dú)成膜，主要賦予涂膜色彩、質(zhì)感，使涂膜具有一定的遮蓋力，減少收縮，還能增加涂膜的機(jī)械性能，提高涂膜的抗老化性和耐候性能，因而也被稱為次成膜物質(zhì)。添加填料也能降低涂料成本。此外，還根據(jù)涂料性能的需要加入各種輔助材料如催干劑、流平劑、防結(jié)皮劑、固化劑、增塑劑等。第四十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日7.3.2常用建筑涂料1.內(nèi)墻涂料2．外墻涂料3．地面涂料4．防火涂料（1）水溶性內(nèi)墻涂料（2）合成樹脂乳液內(nèi)墻涂料（乳膠漆）（3）溶劑型內(nèi)墻涂料（4）內(nèi)墻粉末涂料（5）多彩內(nèi)墻涂料（1）丙烯酸酯乳膠漆（2）聚氨酯系列外墻涂料（3）彩色砂壁狀外墻涂料（4）水乳型合成樹脂乳液外墻涂料（5）氟碳涂料第四十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日7.4膠粘劑膠粘劑(adhesive)是能將兩種材料粘結(jié)在一起的物質(zhì).它是土木工程中不可缺少的配套材料之一,應(yīng)用廣泛。用途：防水工程、新舊砼接縫、裝飾工程粘貼、結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固。膠粘劑組成基本組成材料有粘結(jié)料、固化劑、填料和稀釋劑等。通常還加入其它的添加劑，如增韌劑、抗老化劑、改性劑等。

膠粘劑的分類：

1、無機(jī)膠粘劑——基料是無機(jī)鹽，如硅酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽和硼酸鹽等。品種有水玻璃、硅酸鹽水泥、磷酸－氧化銅、石膏等。

2、天然有機(jī)膠粘劑——基料是天然化合物有淀粉、蛋白、天然樹酯、天然橡膠、瀝青等。品種有淀粉、骨膠、魚膠、松香、生漆、天然橡膠溶液和瀝青酯等。

3、合成有機(jī)膠粘劑——基料是合成樹脂、合成橡膠等。品種有聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、氯丁橡膠、丁腈橡膠、有機(jī)硅橡膠等。

第四十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日常用建筑膠粘劑

1．環(huán)氧樹脂膠粘劑2．聚醋酸乙烯乳液膠粘劑3．氯丁橡膠膠粘劑4