合成高分子材料

合成高分子材料第一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五幾個基本概念單體：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；分子量的多分散性：聚合物是由大量的大分子鏈組成的。各個大分子鏈的鏈節(jié)數(shù)不同，大分子鏈的長短不同、分子量也不同，聚合物中大分子鏈的分子量不等的現(xiàn)象稱為分子量的多分散性第二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五7.1合成高分子材料的分子特征及性能特點7.1.1合成高分子材料的分子特征高分子化合物按其鏈節(jié)在空間排列的幾何形狀，可分為線性聚合物和體型聚合物兩類。（1）線型聚合物線型聚合物各鏈節(jié)連接成一個長鏈，或帶有支鏈。這種聚合物可以溶解在一定溶劑中，可以軟化，甚至熔化。舉例：線型－聚苯乙烯（PS）；高密度聚乙烯（HDPE）。支鏈型－低密度聚乙烯等。第三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五（2）體型聚合物體型聚合是線型大分子間相互交聯(lián)，形成網(wǎng)狀的三維聚合物。這種聚合物制備成型后再加熱時不軟化，也不能流動。舉例：酚醛樹脂，環(huán)氧樹脂，脲醛樹脂，不飽和聚酯。第四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五7.1.2合成高分子材料的性能特點高分子材料之所以能在建筑中得到如此廣泛的應(yīng)用，是由于它與其他建筑材料相比，其性能具有七方面的優(yōu)點和三方面的缺點。①優(yōu)良的加工性能。如塑料可以采用比較簡便的方法加工成多種形狀的產(chǎn)品。

②質(zhì)輕。如大多塑料密度在0.9～2.2g/m3之間，平均為1.45g/cm3，約為鋼的1/5。

③導熱系數(shù)小。如泡沫塑料的導熱系數(shù)只有0.02～0.046W/（m·K），約為金屬的1/1500，混凝土的1/40，磚的1/20，是理想的絕熱材料。

第五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五④化學穩(wěn)定性較好。一般塑料對酸、堿、鹽及油脂均有較好的耐腐蝕能力。其中最為穩(wěn)定的聚四氟乙烯，僅能與熔融的堿金屬反應(yīng)，與其它化學物品均不起作用。⑤電絕緣性好。

⑥功能的可設(shè)計性強?？赏ㄟ^改變組成配方與生產(chǎn)工藝，在相當大的范圍內(nèi)制成具有各種特殊性能的工程材料。如強度超過鋼材的碳纖維復(fù)合材料、密封、防水材料等。

⑦出色的裝飾性能。如各種塑料制品不僅可以著色，而且色彩鮮艷耐久，并可通過照相制板印刷，模仿天然材料的紋理（如木紋、花崗石、大理石紋等），達到以假亂真的程度。裝飾涂料可根據(jù)需要調(diào)成任何顏色，甚至多彩。第六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五2.合成高分子材料的性能缺點（1）易老化老化是指高分子化合物在陽光、空氣、熱以及環(huán)境介質(zhì)中的酸、堿、鹽等作用下，分子組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，致使其性質(zhì)變化，如失去彈性、出現(xiàn)裂紋、變硬、脆或變軟、發(fā)粘失去原有的使用功能的現(xiàn)象。塑料、有機涂料和有機膠粘劑都會出現(xiàn)老化。目前采用的防老化措施主要有改變聚合物的結(jié)構(gòu)，加入各種防老化劑的化學方法和涂防護層的物理方法第七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五（3）耐熱性差

高分子材料的耐熱性能普通較差，如使用溫度偏高會促進其老化，甚至分解；塑料受熱會發(fā)生變形，在使用中要注意其使用溫度的限制。（2）可燃性及毒性高分子材料一般屬于可燃的材料，但可燃性受其組成和結(jié)構(gòu)的影響有很大差別。如聚苯乙烯遇火會很快燃燒起來，聚氯乙烯則有自熄性，離開火焰會自動熄滅。部分高分子材料燃燒時發(fā)煙，產(chǎn)生有毒氣體。一般可通過改進配方制成自熄和難燃甚至不燃的產(chǎn)品。不過其防火性仍比無機材料差，在工程應(yīng)用中應(yīng)予以注意。第八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五

7.2.1建筑塑料塑料是以聚合物為基本材料，加入各種添加劑后，在一定溫度和壓力下混合、塑化、成型的材料或制品的總稱。1塑料的組成（1）合成樹脂

塑料的基本組成材料，起著膠結(jié)劑的作用，含量為30%-60%。塑料的主要性能決定于所采用的合成樹脂。（2）添加劑為改善塑料的性能而加入的物質(zhì)統(tǒng)稱為添加劑。如增塑劑、固化劑、著色劑、阻燃劑、穩(wěn)定劑等。7.2高分子材料在土木工程中的應(yīng)用第九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五1）填料填充料的作用：節(jié)約樹脂，降低成本，調(diào)節(jié)塑料的物理化學性能。含量40%-70%。常用的有機填充料有木粉、紙屑、廢棉、廢布等；常用的無機填充料有滑石粉、石墨粉石棉、玻璃纖維等。2）增塑劑

增塑劑一般為沸點較高、不易揮發(fā)、與樹脂有良好相溶性的低分子油狀物，不僅使塑料加工成型方便、而且可改善塑料的韌性和柔順性等機械性能。常用的增塑劑有鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯等。第十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五3）固化劑

主要作用是在聚合物中生成橫跨鍵、使線型高聚物交聯(lián)成體型高聚物，從而使樹脂具有熱固性，制得堅硬的塑料制品

4）著色劑

主要作用是可使塑料具有鮮艷的色彩和光澤。著色劑除滿足色彩要求外，還應(yīng)具有分散性好，附著力強，不與塑料成分發(fā)生化學反應(yīng)，不腿色等特性

5）阻燃劑

加入后能提高塑料的耐燃性和自熄性。常用的有氫氧化鋁，三氧化銻等

6)穩(wěn)定劑

防止和緩解高聚物的老化，延長塑料制品的使用壽命。第十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五7.2.2常用建筑塑料分類及性能P222表7-1常用塑料的種類有

聚氯乙烯（PVC）（軟、硬）聚乙烯（PE）聚丙烯（PP）聚苯乙烯（PS）

ABS塑料（改性聚苯乙烯塑料）酚醛有機硅第十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五

它是建筑中用量最大的一種塑料。硬質(zhì)聚氯乙烯的密度為1.38～1.43g/cm3，機械強度高，化學穩(wěn)定性好，使用溫度范圍一般在-15～+55℃之間，適宜制造塑料門窗、下水管、線槽等。

聚氯乙烯（PVC）聚乙烯塑料在建筑上主要用于給排水管、衛(wèi)生潔具。

聚乙烯（PE）

聚丙烯的密度在所有塑料中是最小的，約為0．90左右。聚丙烯常用來生產(chǎn)管材、衛(wèi)生潔具等建筑制品。

聚丙烯（PP）第十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五

聚苯乙烯（PS）

聚苯乙烯為無色透明類似玻璃的塑料。聚苯乙烯在建筑中主要用來生產(chǎn)泡沫隔熱材料、透光材料等制品。ABS塑料ABS塑料是改性聚苯乙烯塑料，以丙烯睛（A）、丁二烯（B）及苯乙烯（S）為基礎(chǔ)的三組分所組成。ABS塑料可制作壓有花紋圖案的塑料裝飾板等。第十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五（1）型材塑料在土木工程中常用于制作塑料地板、門窗、墻紙、管材和型材等。1）塑料地板塑料地板是建筑塑料制品之一，是發(fā)展最早的塑料類裝修材料。

塑料地板是指由高分子樹脂及其助劑通過適當?shù)墓に囁瞥傻钠瑺畹孛娓采w材料。對塑料地板可以按以下方式分類：

3塑料型材與管材第十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五2）塑料門窗塑料門窗有人稱它是繼木、鋼、鋁門窗之后的門窗第四代產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的木、鋼、鋁門窗相比，塑料門窗具有節(jié)能、節(jié)材、保護環(huán)境的功效。由于塑料門窗型材本身導熱性差和多腔結(jié)構(gòu)，因此具有顯著的節(jié)能效果，而且它的生產(chǎn)能耗比鋼、鋁低得多，又因為塑料門窗的應(yīng)用可節(jié)省大量的木、鋼、鋁材料，有利于環(huán)境的保護；此外塑料門窗的可加工性強，可滿足門窗各種功能的要求，且具有良好的化學穩(wěn)定性，能提高抗各種腐蝕的能力，故在國內(nèi)外都受到大力的推廣。第十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五塑料門窗特點：隔熱性能優(yōu)異；氣密性、水密性好；裝飾性好；加工性能好；隔聲性能好耐腐蝕、維護費用較低等；但其線膨脹系數(shù)較高，硬度較低，不耐磨。復(fù)合塑料門窗常用的種類為塑鋼門窗，它是在塑料門窗框內(nèi)部嵌入金屬型材制成。第十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五3）塑料墻紙塑料墻紙是以一定材料為基材，在其表面進行涂塑后再經(jīng)過印花、壓花或發(fā)泡處理等多種工藝而制成的一種墻面裝飾材料。塑料墻紙可分為印花墻紙、壓花墻紙、發(fā)泡墻紙、特種墻紙、塑料墻布等五大類，每一類有幾個品種，每一品種又有幾十及至幾百種花色。隨著工藝技術(shù)的改進，新品種層出不窮，如布底膠面，膠面上再壓花或印花的墻紙，以及表面靜電植絨的墻紙等。

第十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五4）玻璃鋼建筑制品玻璃鋼（FRP）亦稱作GRP，即纖維強化塑料，一般指用玻璃纖維增強不飽和聚脂、環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂基體。以玻璃纖維或其制品作增強材料的增強塑料，稱謂為玻璃纖維增強塑料，或稱謂玻璃鋼。由于所使用的樹脂品種不同，因此有聚酯玻璃鋼、環(huán)氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之稱。質(zhì)輕而硬，不導電，機械強度高，回收利用少，耐腐蝕。可以代替鋼材制造機器零件和汽車、船舶外殼等。

第十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五既非玻璃亦非鋼的玻璃鋼

它具有玻璃般的透明或半透明，又具有鋼鐵般的高強度。它是以玻璃纖維或其它織物增強的高分子樹脂。玻璃鋼密度小、強度大，比鋼鐵結(jié)實，比鋁輕；具有良好的耐酸堿腐蝕特性；不具磁性；瞬間耐高溫，且是優(yōu)良的絕熱材料。

玻璃鋼應(yīng)用廣泛。美國波音747飛機上，采用玻璃鋼制造的零件就達1萬多種。

玻璃鋼在土木工程得到廣泛應(yīng)用。許多新建的體育館、展覽館巨大的屋頂就是用玻璃鋼制成，以發(fā)揮其質(zhì)輕、高強及透陽光的長處。第二十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五玻璃纖維增強塑料——玻璃鋼

高強度，耐腐蝕，阻燃、耐熱抗凍性好，電絕緣性能好，光潔度高，施工安裝快捷方便，自重輕、運輸安裝方便等。用于城市電網(wǎng)建設(shè)，市政工程，機場工程，工業(yè)園區(qū)建設(shè)，路橋工程。

第二十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五

用于儲氣（液）罐等；強度高、剛性強、致密性好，可保證使用壽命長達30年以上。即使對于一些強腐蝕性介質(zhì)或者極端惡劣的使用環(huán)境，其使用壽命仍可達到15年以上。

玻璃纖維增強塑料——玻璃鋼第二十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五玻璃纖維增強塑料——玻璃鋼用于電纜導管，高強度，耐腐蝕，阻燃、耐熱抗凍性好，電絕緣性能好，自重輕、施工方便等第二十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五

拉擠玻璃鋼電纜橋架是由拉擠玻璃鋼型材組裝而成，適用于電力電纜、控制電纜、照明電纜及配件等。與鐵制橋架相比，具有使用壽命長（一般設(shè)計壽命為二十年）、安裝方便且成本低（比重僅為碳鋼的1/4，施工中無需動火，單根橋架長度可達8米，甚至更長）、切割方便、不需維護等優(yōu)越性。第二十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五第二十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五第二十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五第二十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五第二十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五第二十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五第三十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五第三十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五

（2）塑料管材

1936年德國首先應(yīng)用PVC管輸送水、酸及排放污水，使金屬管材一統(tǒng)天下的局面受到了嚴重的挑戰(zhàn)。歷史的實踐證明，塑料管與傳統(tǒng)的金屬管相比，具有質(zhì)量輕、能耗低、耐腐蝕、不生銹、不結(jié)垢、施工方便和供水效率高等優(yōu)點，加之用戶對此類產(chǎn)品的認識的不斷深入，已被人們公認為是目前建筑塑料中重要的品種之一，被大量用于建筑工程中

塑料管有熱塑性塑料管和熱固性塑料管兩大類。

塑料管的種類有：硬質(zhì)聚氯乙烯（UPVC）塑料管、聚乙烯（PE）塑料管、聚丙烯（PP）塑料管和PPR塑料管、聚丁烯（PB）塑料管、玻璃鋼（FRP）管和復(fù)合塑料管等。第三十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五塑料管與鍍鋅鐵管優(yōu)缺點比較

塑料管鍍鋅鐵管從圖中可見，鍍鋅鐵管已生銹，產(chǎn)生污垢。塑料管內(nèi)壁光滑如新，水的流動摩擦阻力很小，而且不會生銹，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)生標準提高。第三十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五塑料的加工塑料色母粒都是由三部分組成，著色劑載體分散劑，通過高速混煉機混煉后、破碎，擠出拉成粒單螺桿擠出機結(jié)構(gòu)示意圖1-樹脂2-料斗3-硬合金襯套4-熱電耦5-機筒6-加熱裝置

7-機頭加熱器8-多孔板9-擠出熔體型坯10-模具11-模具連接體

12-過濾網(wǎng)13-螺桿14-冷卻夾套第三十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五塑料在擠出機中的擠出過程第三十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五雙螺桿塑料擠出機是一種高效的混煉、擠出設(shè)備。第三十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五7.2.2膠粘劑

膠粘劑是能將各種材料緊密地粘結(jié)在一起的物質(zhì)的總稱。用膠粘劑粘結(jié)建筑構(gòu)件、裝飾品等不僅美觀大方，工藝簡單，還能將不同材料的構(gòu)件很容易地聯(lián)結(jié)在一起并有足夠的結(jié)合強度，此外粘合劑還可以起到隔離、密封和防腐蝕等作用。

第三十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五1膠粘劑的基本要求除此之外，膠粘劑還對人體。我國已制定了GB18583－2001《室內(nèi)裝修材料膠粘劑中有害物質(zhì)限量》的強制性國家標準。2膠粘劑的基本組成材料基本組成材料有粘料、固化劑、填料和稀釋劑等。為使膠粘劑具有更好的性能，還應(yīng)加人一些其它的添加劑，如增韌劑、抗老化劑、增塑劑等

第三十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五①粘料

粘料是膠粘劑的基本組分，或稱基料，它使膠粘劑具有粘附特性。粘料通常由一種或幾種聚合物配合而成。用于膠接結(jié)構(gòu)受力部位的膠粘劑是以熱固性樹脂為主；用于非受力部位和變形較大部分的膠粘劑是以熱塑性樹脂和橡膠為主。

②固化劑

固化劑（在橡膠中稱硫化劑）能使線型分子形成網(wǎng)狀的體型結(jié)構(gòu)，使膠粘劑固化。在選擇固化劑時，應(yīng)按粘料的特性及對固化后膠膜性能（如硬度、韌性和耐熱等）的要求來選擇。

第三十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五③填料

加入填料可改善膠粘劑的性能（如提高粘度，降低膨脹系數(shù)或收縮性等），并降低成本。常用填料有石英粉、滑石粉，以及各種金屬、非金屬氧化物粉，在建筑工程中水泥也是廣泛應(yīng)用的填料。

④稀釋劑

稀釋劑用于溶解和調(diào)節(jié)膠粘劑的粘度，增加涂敷潤濕性。稀釋劑有活性與非活性之分，前者參加固化反應(yīng)，后者不參加固化反應(yīng)，只起稀釋作用。

第四十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五3常用膠粘劑

膠粘劑可分為熱塑性樹脂膠粘劑和熱固性樹脂膠粘劑，也可分為溶劑型和水基型。

①熱塑性樹脂膠粘劑

A.聚乙烯醇縮醛膠粘劑：為聚乙烯醇在酸性條件下與醛類反應(yīng)而得，屬于水溶性聚合物。其具有容易吸潮、發(fā)霉等缺點。

B.聚醋酸乙烯膠粘劑：聚醋酸乙烯膠粘劑俗稱白乳膠，是一種使用方便、價格便宜，應(yīng)用廣泛的一種非結(jié)構(gòu)膠。第四十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五②熱固性樹脂膠粘劑

A.不飽和聚酯樹脂膠粘劑：不飽和聚酯樹脂膠粘劑主要由不飽和聚酯樹脂、引發(fā)劑（室溫下引發(fā)固化反應(yīng)的助劑）、填料等組成。

B.環(huán)氧樹脂膠粘劑：環(huán)氧樹脂膠粘劑主要由環(huán)氧樹脂、固化劑、填料、稀釋劑、增韌劑等組成。

③合成橡膠膠粘劑

A.氯丁橡膠膠粘劑：氯丁橡膠膠粘劑是目前應(yīng)用最廣的一種橡膠膠粘劑，主要由氯丁橡膠、氧化鋅、氧化鎂、填料、抗老化劑和抗氧化劑等組成。

B.丁腈橡膠膠粘劑：丁腈橡膠膠粘劑的最大的優(yōu)點是耐油性好，剝離強度高，對脂肪烴和非氧化性酸具有良好的抵抗力。

第四十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五7.2.3高分子材料在土木工程中的其它應(yīng)用聚合物混凝土(有機陶瓷，MDF水泥彈簧)；聚合物改性瀝青；偶聯(lián)劑－親有機基團＋親無機基團（聯(lián)結(jié)無機材料和有機材料）土木合成材料柔性生態(tài)袋碳纖維復(fù)合材料工程加固第四十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五土木合成材料土工合成材料是以人工合成的聚合物為原料制成的各種類型產(chǎn)品，是巖土工程中應(yīng)用的合成材料的總稱?？芍糜趲r土或其它工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部、表面或各種結(jié)構(gòu)層之間，具有加強、保護巖土或其它結(jié)構(gòu)功能的一種新型工程材料。它是以人工合成的聚合物（如塑料、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、表面或各種土體之間，發(fā)揮加強或保護土體的作用。第四十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五土工布用于織造土工布合成纖維主要為錦綸、滌綸、丙綸、乙綸，它們都具有很強的抗埋、耐腐性能。

第四十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五土工膜土工膜主要功能為防止液體的滲漏和氣體的揮發(fā)，它的防滲性能主要取決于塑料薄膜的防滲性能。第四十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五土工網(wǎng)第四十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五土工格柵土工格柵主要用于加筋土和軟基處理工程。使用聚丙烯制成的土工格柵抗拉強度大，伸長率??；高密度聚乙烯為原料的土工格柵抗拉強度小，伸長率大。第四十八頁，共六十三頁，編輯于