《土木工程材料》 教案 第十一章 建筑塑料

土木工程材料教案

課程信息課程名稱土木工程材料授課專業(yè)土木工程課程類型必修課公共課（）；專業(yè)基礎(chǔ)課（）；專業(yè)課（√）；選修課限選課（）；任選課（）；專業(yè)拓展課（）授課方式講授（√）；實(shí)踐課（√）；其它（）考核方式考試（）；考查（√）課程教學(xué)總學(xué)時(shí)數(shù)32學(xué)時(shí)學(xué)分?jǐn)?shù)2學(xué)分學(xué)時(shí)分配理論課20時(shí)；實(shí)踐課12學(xué)時(shí)；教材名稱土木工程材料作者柯龍；董萌；趙影出版社西安電子科技大學(xué)出版社書號(hào)978-7-5606-6993-9出版時(shí)間2023.09班級(jí)課程名稱土木工程材料授課教師授課課時(shí)2學(xué)習(xí)課題建筑塑料教學(xué)基本要求對建筑塑料有一個(gè)總體的、全貌的了解。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)常用建筑塑料的特性及應(yīng)用。塑料的組成成分及基本性質(zhì)。教學(xué)方法、手段案例導(dǎo)入法、講授法、小組討論法教學(xué)過程設(shè)計(jì)導(dǎo)入——專題講解——問題分析討論——練習(xí)——?dú)w納總結(jié)參考案例來自教材、相關(guān)參考書教具、教材教學(xué)課件PPT、教學(xué)錄像片

教師學(xué)期授課教案授課提綱及重難點(diǎn)分析教學(xué)方法設(shè)計(jì)時(shí)間分配及旁注11.1塑料的分類11.1.1按塑料受熱后性能變化進(jìn)行分類1.熱塑性塑料熱塑性塑料是一類應(yīng)用最廣的塑料，是以熱塑性樹脂作為主要成分，并添加各種助劑而配制成的塑料。在一定的溫度條件下，塑料能軟化或熔融成任意形狀，冷卻后形狀不變；這種狀態(tài)可多次反復(fù)而始終具有可塑性，且這種反復(fù)只是一種物理變化，稱這種塑料為熱塑性塑料。2.熱固性塑料熱固性塑料第一次加熱時(shí)可以軟化流動(dòng)，加熱到一定溫度，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)（交聯(lián)反應(yīng)）而固化變硬，這種變化是不可逆的，此后，再次加熱時(shí)，已不能再變軟流動(dòng)了。正是借助這種特性進(jìn)行成型加工，利用第一次加熱時(shí)的塑化流動(dòng)，在壓力下充滿型腔，進(jìn)而固化成為確定形狀和尺寸的制品。11.1.2按塑料的應(yīng)用進(jìn)行分類1.通用塑料通用塑料主要包括聚乙燒、聚丙燒、聚氯乙燒、聚苯乙燒、ABS（丙燒睛-丁二燒-苯乙燒）、聚甲基苯燒酸甲酯和氨基塑料等，其產(chǎn)量占整個(gè)塑料產(chǎn)量的90%以上，故又稱之為大宗塑料品種。通用塑料具有產(chǎn)量大、價(jià)格低、用途廣、影響面寬等特點(diǎn)。2.工程塑料1）通用工程塑料通用工程塑料也稱熱塑性工程塑料或熱塑性工程樹脂，可承受較高的機(jī)械應(yīng)力，能在較寬溫度范圍內(nèi)和較苛刻的化學(xué)、物理環(huán)境中使用。通用工程塑料具有質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、堅(jiān)韌、耐磨、易加工成型，以及良好的耐熱性、尺寸穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和介電性能，使用壽命較長等特點(diǎn)。2）特種工程塑料特種工程塑料是指綜合性能較高，長期使用溫度在150℃以上的一類工程塑料，主要包括聚苯硫醚（PPS）、聚酯亞膠（PI）、聚醚醚酮（PEEK）、液晶聚合物（LCP）及聚硯（PSF）等。特種工程塑料具有獨(dú)特、優(yōu)異的物理性能，主要應(yīng)用于電子電氣、特種工業(yè)等高科技領(lǐng)域。3.一般塑料一般塑料材料指用量不大、應(yīng)用范圍不廣、性能一般的一類塑料，主要包括聚甲基丙燒酸甲酯（PMMA）、聚氨酯（PU）、氟塑料類及氯化聚醚等。4.特種塑料特種塑料材料指具有獨(dú)特性能、價(jià)格高、產(chǎn)量少、應(yīng)用范圍窄的一類塑料，主要包括耐熱塑料、阻隔塑料及導(dǎo)電塑料等，具體品種有聚苯硫醚（PPS）、聚硯（PSF）、聚酯亞膠（PI）、聚苯膠（PAn）及乙燒-乙燒醇共聚物（EVOH）等。11.1.3按塑料的組分進(jìn)行分類1.單組分塑料單組分塑料主要是以合成樹脂為主，添加少量助劑的一類塑料，主要有PE塑料、PS塑料、PMMA塑料和PP塑料等。2.多組分塑料多組分塑料除合成樹脂外，還含有較多量助劑，主要有PVC塑料、酚醛塑料和氨基塑料等。11.2建筑塑料的基本組成11.2.1合成樹脂合成樹脂在塑料中的含量一般在40%~100%。由于其含量大，而且樹脂的性質(zhì)常常決定了塑料的性質(zhì)，所以人們常把樹脂看成是塑料的同義詞。11.2.2填充料填充料的作用是節(jié)約樹脂，降低成本，調(diào)節(jié)塑料的物理化學(xué)性能。例如，纖維、布類填充料可提高塑料的機(jī)械強(qiáng)度；石棉填充料可增加塑料的耐熱性；云母填充料可增強(qiáng)塑料的電絕緣性能；石墨、二硫化釩填充料可改善塑料的摩擦、磨耗等性能。填充料的含量為40%~70%。11.2.3添加劑添加劑是為了改善或調(diào)節(jié)塑料的某些性能，以適應(yīng)使用或加工時(shí)的特殊要求而加入的輔助材料，如增塑劑、固化劑、著色劑、阻燃劑、穩(wěn)定劑等。1.增塑劑增塑劑通常是沸點(diǎn)高、難揮發(fā)的液體，或是低熔點(diǎn)的固體，它可提高塑料在高溫加工條件下的可塑性，改進(jìn)低溫脆性和增加柔性。對增塑劑的要求是增塑效率高、不易揮發(fā)，與合成樹脂相溶性好，穩(wěn)定性好，價(jià)廉等。常用的增塑劑有鄰苯二甲酸酯、磷酸三甲酚酯、樟腦、二苯甲酮等。2.固化劑固化劑又稱硬化劑或交聯(lián)劑。其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(jiān)硬的塑料制品。3.著色劑加入著色劑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(qiáng)，不與塑料成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不褪色等特性。著色劑常采用染料或顏料，能產(chǎn)生熒光或磷光的顏料可生產(chǎn)發(fā)光塑料。4.阻燃劑阻燃劑又稱防火劑，加入后能提高塑料的耐燃性和自熄性。常用的阻燃劑有氫氧化鋁、三氧化梯、十澳聯(lián)苯醚、雙反丁燒二酸酯等。5.穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑的作用是防止和緩解高聚物的老化，延長塑料制品的使用壽命。例如，炭黑可以作為光屏蔽劑，亞磷酸三苯酯可提高聚合物的抗氧化性等。約30min11.3建筑塑料的主要性能建筑塑料的主要技術(shù)性質(zhì)如下：（1）質(zhì)量輕。塑料的密度（0.8~2.2g/cm3）為鋼材的1/5，混凝土的1/3，不但降低了施工的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且減輕了建筑物的自重。（2）比強(qiáng)度高。塑料按單位質(zhì)量計(jì)算的強(qiáng)度接近鋼材，是一種優(yōu)良的輕質(zhì)高強(qiáng)型材料。（3）保溫絕熱性能好。塑料的導(dǎo)熱性能差，泡沫塑料的導(dǎo)熱性能更差。（4）加工性能好。塑料可以采用比較簡單的方法加工成多種形狀的制品，有利于自動(dòng)化生產(chǎn)線的實(shí)施。（5）富有裝飾性。塑料可以著色，而且色彩豐富耐久。（6）吸水性小。其吸水性一般小于1%，可作防火、防潮材料及制作各種給水、排水管道。（7）抗酸堿腐蝕性強(qiáng)。塑料比金屬材料及無機(jī)材料的抗酸堿腐蝕性強(qiáng)，適用于化學(xué)工廠地面、門窗等。11.4常用建筑塑料土木工程中應(yīng)用的塑料品種很多。塑料在土木工程中常用于制作管材、板材、門窗、壁紙、地毯、器皿、絕緣材料、裝飾材料、防水及保溫材料等，在選擇和使用塑料時(shí)應(yīng)注意其耐熱性，抗老化能力，強(qiáng)度和硬度等性能指標(biāo)。常用的熱塑性塑料有聚氯乙燒塑料（PVC）、聚乙燒塑料（PE）、聚丙燒塑料（PP）、聚苯乙燒塑料（PS）、改性聚苯乙燒塑料（ABS）、聚甲基丙燒酸（PM-MA）；常用的熱固性塑料有酚醛樹脂塑料（PF）、脲醛樹脂塑料（UF）、三聚氧膠樹脂塑料（MF）、環(huán)氧樹脂塑料（EP）、不飽和聚酯樹脂塑料（UP）、有機(jī)硅樹脂塑料（SI）等。11.4.1塑料型材塑料型材主要有以下幾種：1.塑料地板塑料地板包括用于地面裝飾的各類塑料塊板和鋪地卷材。塑料地板不僅起著裝飾、美化環(huán)境的作用，還賦予步行者以舒適的腳感，能起到御寒保溫的作用，對減輕疲勞、調(diào)整心態(tài)有重要的作用。2.塑料門窗由于塑料具有容易加工成型和拼裝上的優(yōu)點(diǎn)，因此塑料門窗結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有更大的靈活性。常見的塑料窗有側(cè)開窗（又稱推拉窗）和平開窗兩種，塑料門按結(jié)構(gòu)形式不同主要有鑲板門、框板門和折疊門。與鋼、木門窗及鋁合金門窗相比，塑料門窗有以下特點(diǎn)：（1）隔熱性能優(yōu)異。常用聚氯乙燒的導(dǎo)熱系數(shù)雖與木材相近，但由于塑料門窗框、扇均為中空異型材，密閉空氣層的導(dǎo)熱系數(shù)極低，所以它的保溫隔熱性能遠(yuǎn)優(yōu)于木門窗，相比木門窗可節(jié)約大量能源。（2）氣密性、水密性好。塑料門窗所用的中空異型材采用擠壓成型，尺寸準(zhǔn)確，而且型材側(cè)面帶有嵌固彈性密封條的凹槽，使密封性大大改善，當(dāng)風(fēng)速為40km/h時(shí)，空氣泄漏量僅為0.03m3/min。（3）裝飾性好。塑料門窗的尺寸準(zhǔn)確，一次成型，具有良好的裝飾性?？紤]到吸熱及老化問題，塑料外窗多為白色。（4）加工性能好。利用塑料易加工成型的優(yōu)點(diǎn)，只要改變模具，即可擠壓出適合不同風(fēng)壓要求及建筑功能要求的復(fù)雜斷面的中空異型材。（5）隔聲性能好。塑料門窗的隔聲效果優(yōu)于普通門窗。根據(jù)德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN4109的試驗(yàn)，塑料門窗隔聲達(dá)30dB，而普通門窗的隔聲只有25dB。3.塑料墻紙塑料墻紙是以一定材料為基材，對其表面進(jìn)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。它是目前國內(nèi)外使用廣泛的一種室內(nèi)墻面裝飾材料，也可用于頂棚、梁柱及車輛、船舶、飛機(jī)的表面裝飾。塑料墻紙一般分為普通墻紙、發(fā)泡墻紙和特種墻紙三類。4.玻璃鋼建筑制品常見的玻璃鋼建筑制品是以玻璃纖維及其織物為增強(qiáng)材料，以熱固性不飽和聚酯樹脂或環(huán)氧樹脂等為膠黏材料制成的一種復(fù)合材料。它的質(zhì)量輕，強(qiáng)度接近鋼材，因此，被稱為玻璃鋼。常見的玻璃鋼建筑制品有玻璃鋼波形瓦、玻璃鋼采光罩、玻璃鋼衛(wèi)生潔具等。11.4.2塑料管材常用的塑料管材主要有以下幾種：1.硬質(zhì)聚氯乙燒（unplasticizedpolyvinylchloride，Upvc）塑料管UPVC塑料管是使用最普遍的一種塑料管，約占全部塑料管材的80%。1）I型管I型管是高強(qiáng)度聚氯乙燒管，在加工過程中的樹脂添加劑中增塑劑成分為最低，通常稱為未增塑聚氯乙燒管，具有較好的物理和化學(xué)性能，其熱變形溫度為70℃，最大的缺點(diǎn)是低溫下較脆，沖擊強(qiáng)度低。2）Ⅱ型管Ⅱ型管又稱耐沖擊聚氯乙燒管，在制造過程中加入了丙燒睛-丁二燒-苯乙燒（Acryloni-trile-ButAdiene-styrene，ABS）、氯化聚乙燒（chlorinAtedpolyethylene，CPE）或丙燒酸樹脂等改性劑，因此，其抗沖擊性能比I型高，熱變形溫度比I型低，為60℃。3）Ⅲ型管Ⅲ型管為氯化聚氯乙燒管，具有較高的耐熱和耐化學(xué)性能，熱變形溫度為100℃，故又稱為高溫聚氯乙燒管。其使用溫度可達(dá)100℃，可用于沸水管道。2.聚乙燒（polyethylene，PE）塑料管聚乙燒塑料管的特點(diǎn)是比重小、強(qiáng)度與重量比值高，脆化溫度低（—80℃），優(yōu)良的低溫性能和韌性使其能抗車輛和機(jī)械振動(dòng)、冰凍和解凍及操作壓力突然變化的破壞。聚乙燒塑料管可分為以下幾種：1）高密度聚乙燒管高密度聚乙燒管的耐熱性能和機(jī)械性能均高于中密度和低密度聚乙燒管，是一種難透氣、透濕，滲透性最低的管材。2）低密度聚乙燒管低密度聚乙燒管的特點(diǎn)是化學(xué)穩(wěn)定性和高頻絕緣性能十分優(yōu)良，柔軟性、伸長率、耐沖擊和透明性比中、高密度聚乙燒管好，但管材許用應(yīng)力僅為高密度聚乙燒管的一半（高密度聚乙燒管為5MPa，低密度聚乙燒管為2.5~3MPa）。3）中密度聚乙燒管中密度聚乙燒管既有高密度聚乙燒管的剛性和強(qiáng)度，又有低密度聚乙燒管良好的柔性和耐蠕變性，有比高密度聚乙燒管更高的熱熔連接性能，對管道安裝十分有利，其綜合性能高于高密度聚乙燒管。3.聚丙燒塑料管與其他塑料管相比，聚丙燒塑料管具有較高的表面硬度、表面光潔度，其流體阻力小，使用溫度范圍為100℃以下，許用應(yīng)力為5MPa，彈性模量為130MPa。聚丙燒塑料管多用作化學(xué)廢料排放管、化學(xué)室廢水管、鹽水處理管及鹽水管道。4.其他塑料管1）ABS塑料管ABS塑料管的使用溫度為90℃以下，許用壓力在7.6MPa以上。由于ABS塑料管具有比硬聚氯乙燒管、聚乙燒塑料管更高的沖擊韌性和熱穩(wěn)定性，因而，可用作溫度較高的管道。在國外，ABS塑料管常用作衛(wèi)生潔具下水管、輸氣管、污水管、地下電氣導(dǎo)管、高腐蝕工業(yè)管道等。2）聚丁燒塑料管聚丁燒塑料管的柔性與中密度聚乙燒管相似，強(qiáng)度特性介