《土木工程材料（第四版）》課件 第10章 有機(jī)高分子材料

2024年10月15日Page:1第10章有機(jī)高分子材料2024年10月15日Page:2第10章有機(jī)高分子材料10.1合成高分子化合物的基本知識(shí)以石油、煤、天然氣、水、空氣及食鹽等為原料，制得的低分子單體，經(jīng)合成反應(yīng)即得到合成高分子化合物，這些化合物的分子量一般都在幾千以上，甚至可達(dá)數(shù)萬(wàn)，數(shù)十萬(wàn)或更大。2024年10月15日Page:3第10章有機(jī)高分子材料10.1.1高分子化合物的分類（1）按分子鏈的形狀分類（2）按對(duì)熱的性質(zhì)分類2024年10月15日Page:4熱塑型高聚物模具電熱裝置1.材料在加熱的過(guò)程中逐漸變軟2.通過(guò)模具擠壓即可成型3.材料降溫后即可成型4.材料繼續(xù)加熱又會(huì)變軟模具2024年10月15日Page:5熱固型高聚物模具電熱裝置1.材料在加熱的過(guò)程中逐漸變軟2.通過(guò)模具擠壓即可成型3.材料降溫后即可成型4.材料再次加熱不會(huì)變軟模具end2024年10月15日Page:6第10章有機(jī)高分子材料10.1.2高分子化合物的合成方法及命名（1）加成聚合（2）縮合聚合2024年10月15日Page:7第10章有機(jī)高分子材料10.1.3高分子化合物的基本性質(zhì)1）質(zhì)輕2）比強(qiáng)度高3）彈性好4）絕緣性好5）耐磨性好6）耐腐蝕性好7）耐水性、耐濕性好2024年10月15日Page:8第10章有機(jī)高分子材料10.2建筑塑料定義：是以高分子化合物為基本材料，加入各種填充料和改性添加劑，在一定的溫度和壓力下塑制而成。10.2.1建筑塑料的特性10.2.2建筑塑料的組成10.2.3常用建筑塑料2024年10月15日Page:9有機(jī)高分子材料10.3膠粘劑10.3.1膠粘劑的組成和作用

10.3.2膠粘機(jī)理

10.3.3

建筑中常用的膠粘劑

2024年10月15日Page:10有機(jī)高分子材料習(xí)題1）熱塑性高聚物與熱固性高聚物各自的特征是什么？2）試述高分子化合物的合成反應(yīng)類型及特征。3）與傳統(tǒng)材料相比，建筑塑料有何優(yōu)缺點(diǎn)？4）對(duì)膠粘劑的基本要求有哪些？試舉三種土木常用膠粘劑，并說(shuō)明其特性與用途。5）試述涂料的組成成分及它們所起的作用。附錄2024年10月15日Page:112024年10月15日Page:12高分子化合物的分類按分子鏈的形狀分類（1）線型高分子化合物其主鏈原子排列成長(zhǎng)鏈狀。（2）支鏈高分子化合物其主鏈也是長(zhǎng)鏈狀，但帶有大量的支鏈。（3）體型鏈高分子化合物其主鏈被許多橫跨鏈交聯(lián)成網(wǎng)狀，或在二維、三維空間交聯(lián)形成空間網(wǎng)絡(luò)，分子彼此固定。2024年10月15日Page:13高分子化合物的分類按對(duì)熱的性質(zhì)分類（1）熱塑性高聚物：加熱時(shí)呈現(xiàn)出可塑性，甚至熔化，冷卻后又凝固硬化?？芍貜?fù)多次。（2）熱固性高聚物：是支鏈型高分子化合物，加熱時(shí)轉(zhuǎn)變成粘稠狀態(tài)，發(fā)生化學(xué)變化，相鄰的分子互相連接，轉(zhuǎn)變成體型結(jié)構(gòu)而逐漸固化，其分子量也隨之增大，最終成為不能熔化、不能溶解的物質(zhì)。2024年10月15日Page:14高分子化合物的合成方法及命名加成聚合又叫加聚反應(yīng)。它是由許多相同或不相同的不飽和單體在加熱或催化劑的作用下，不飽和鍵被打開，各單體分子相互連接起來(lái)而成為高聚物。反應(yīng)過(guò)程無(wú)副產(chǎn)物生成。2024年10月15日Page:15高分子化合物的合成方法及命名縮合聚合又叫縮聚反應(yīng)。它是由一種或數(shù)種帶有官能團(tuán)的單體在加熱或催化劑的作用下，逐步相互結(jié)合而成為高聚物，同時(shí)單體中的官能團(tuán)脫落并化合生成副產(chǎn)物。2024年10月15日Page:16建筑塑料的特性

1、密度低、自重輕

2、優(yōu)良的加工性能

3、具有多功能性

4、出色的裝飾性能5、耐熱性差，易燃燒，且燃燒時(shí)放出對(duì)人體有害的氣體。

6、在日光，大氣及熱等外界因素作用下，塑料會(huì)產(chǎn)生老化，性能發(fā)生改變。

7、剛度差，與鋼鐵等金屬材料比較，塑料的強(qiáng)度及彈性模量均較低，容易變形。

2024年10月15日Page:17塑料的組成（1）合成樹脂

（2）增塑劑（3）填充劑（4）穩(wěn)定劑（5）其他助劑

2024年10月15日Page:18建筑塑料的組成合成樹脂主要是由碳、氫和少量的氧、氮、硫等原子以某種化學(xué)鍵結(jié)合而成的高分子化合物。它們的分子量很大。一般都在數(shù)千以上，甚至高達(dá)上百萬(wàn)。例如由乙烯(CH2=CH2，分子量為28)，經(jīng)聚合而成的高分子聚乙烯分子量在1000~35000，而超高分子聚乙烯的分子量可高達(dá)500000。合成樹脂在塑料中起膠結(jié)作用，把其他組成成分牢固地膠結(jié)起來(lái)，使其具有加工成型性能。塑料的主要性質(zhì)決定于所采用的合成樹脂。復(fù)雜組成塑料中合成樹脂的含量約為30%~60%。2024年10月15日Page:19建筑塑料的組成增塑劑：能使高分子材料增加塑性的化合物稱為增塑劑。增塑劑的耗量是一切助劑之首。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，和塑料制品在使用條件下的彈性和韌性；并具有改善塑料低溫脆性的作用。常用的增塑劑有：鄰苯二甲酸酯、脂肪族二元酸酯、磷酸二苯辛酯和磷酸三苯酯等。2024年10月15日Page:20建筑塑料的組成填充劑又稱填料，主要是一些粉狀或纖維狀的無(wú)機(jī)化合物。它不但能降低塑料的成本，而且還能提高強(qiáng)度，提高耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性。如玻璃纖維可以提高塑料的機(jī)械強(qiáng)度；云母可改善塑料的電絕緣性；石墨、二硫化鉬等填料可增強(qiáng)塑料的耐磨性能。幾乎所有的填料都能改善塑料的耐熱性能。但加入過(guò)多的填料會(huì)降低塑料的力學(xué)性能，并使其加工困難。所以必須通過(guò)必要的試配，以確定最合適的加入量。2024年10月15日Page:21建筑塑料的組成穩(wěn)定劑在高聚物的加工及其制品的使用過(guò)程中，因受熱、或氧、或光的作用，會(huì)發(fā)生降解或交聯(lián)等現(xiàn)象，造成顏色變深、性能降低。加入穩(wěn)定劑，可提高塑料制品的質(zhì)量，防止以上現(xiàn)象的發(fā)生，延長(zhǎng)使用的壽命。常用穩(wěn)定劑有：抗氧劑、光穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑2024年10月15日Page:22建筑塑料的組成其他助劑1、潤(rùn)滑劑：潤(rùn)滑劑能改善塑料在加工成型時(shí)的流動(dòng)性和脫模性。2、固化性：固化劑又稱硬化劑。主要用于熱固性樹脂中。使線型分子交聯(lián)成體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而制得堅(jiān)硬的塑料制品。3、阻燃劑：阻燃劑能提高塑料的耐燃性和自熄性。

2024年10月15日Page:23膠粘劑組成：膠粘劑一般都是由多組分物質(zhì)所組成，除基本組分粘料外，還有各種助劑：硬化劑、填料、其他附加劑（增塑劑、防霉劑、防腐劑、穩(wěn)定劑等）要求：具有足夠的流動(dòng)性，能充分浸潤(rùn)被粘物表面，粘結(jié)強(qiáng)度高，不易老化失效分類：熱固型、熱塑型、橡膠型、混合型2024年10月15日Page:24膠粘劑膠粘機(jī)理為什么膠粘劑能與被粘物牢固地粘結(jié)在一起？人們從不同的角度對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了研究，得出了各種理論，主要有以下幾種：1、機(jī)械聯(lián)結(jié)理論2、物理吸附理論

3、化學(xué)鍵理論

4、擴(kuò)散理論2024年10月15日Page:25膠粘劑機(jī)械聯(lián)結(jié)理論

認(rèn)為被粘物表面是粗糙的、有些是多孔的，膠粘劑能夠滲透到被粘物表面的孔隙中去，硬化后就形成了許多微小的機(jī)械聯(lián)結(jié)。膠粘劑主要依靠這些機(jī)械聯(lián)結(jié)與被粘物牢固地粘結(jié)在一起。2024年10月15日Page:26膠粘劑物理吸附理論

認(rèn)為任何物質(zhì)的分子（或原子）之間都有著兩種相互作用著的力；一種是強(qiáng)的主價(jià)鍵力或稱化學(xué)鍵力。一種是弱的次價(jià)鍵力?；蚍Q范德華力。物理吸附是由次價(jià)鍵力所引起的。雖然次價(jià)鍵力遠(yuǎn)比化學(xué)鍵力弱，但由于原子和分子的數(shù)目相當(dāng)多，故這種物理吸附作用還是相當(dāng)大的。這種理論把粘結(jié)力歸諸于膠粘劑分子和被粘物表面之間的物理吸附作用。2024年10月15日Page:27膠粘劑化學(xué)鍵理論認(rèn)為某些膠粘劑與被粘物表面之間還能形成化學(xué)鍵，這種化學(xué)鍵對(duì)于粘結(jié)力、特別是對(duì)于粘結(jié)界面抵抗老化的能力是有貢獻(xiàn)的，并在某些場(chǎng)合已為實(shí)驗(yàn)所證明。2024年10月15日Page:28膠粘劑擴(kuò)散理論認(rèn)為膠粘劑分子與被粘結(jié)物表面之間僅互相緊密接觸還是不夠的，須互相擴(kuò)散才能形成牢固的粘結(jié)，因?yàn)橄嗷U(kuò)散的結(jié)果能使更多的膠粘分子（或原子）與被粘結(jié)物分子之間更加接近，而增強(qiáng)它們的物理吸附作用。

2024年10月15日Page:29膠粘劑土木工程中常用的膠粘劑（一）熱塑性合成樹脂膠粘劑1、聚乙烯醇縮甲醛膠粘劑（商品名107膠）

2、聚醋酸乙烯乳膠（俗稱白膠水）（二）熱固性合成樹脂膠粘劑1、環(huán)氧樹脂膠粘劑2、聚氨酯膠粘劑

2024年10月15日Page:30膠粘劑聚乙烯醇縮甲醛膠粘劑是以聚乙烯醇與甲醛在酸性介質(zhì)中進(jìn)行縮合反應(yīng)而制得的一種透明的水溶性膠體。它無(wú)毒、無(wú)味，具有較高的粘接強(qiáng)度和較好的耐水、耐油、耐磨及耐老化性能。它既可作壁紙、墻布的膠粘劑，也可作水泥制品的膠粘劑，可顯著地提高水泥材料的耐磨性、抗凍性和抗裂性，并增加其防霉菌性，還可用作彩色瓷磚、馬賽克、室內(nèi)地面涂層、內(nèi)墻涂料等的膠料，是建筑中廣泛使用的一種膠粘劑。由于聚乙烯醇縮甲醛樹脂的原料來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，因而在建筑裝修施工中用途最廣，被譽(yù)為建筑用“萬(wàn)能膠”。2024年10月15日Page:31膠粘劑聚醋酸乙烯乳膠是由醋酸與乙烯合成醋酸乙烯，再經(jīng)乳液聚合而成的一種乳白色、具有酯類芳香的乳狀液體。它可在常溫下固化，配制使用方便，具有良好的粘結(jié)強(qiáng)度。粘接層有較好的韌性和耐久性，而且無(wú)毒、無(wú)味、快干，耐老化、耐油，施工安全、簡(jiǎn)易等特性。但聚醋酸乙烯乳膠價(jià)格較貴，耐水與耐熱性不佳、易蠕變等缺點(diǎn)。2024年10月15日Page:32膠粘劑環(huán)氧樹脂膠粘劑是以環(huán)氧樹脂為主要原料，摻加適量硬化劑、增塑劑、填料和稀釋劑等配制而成。環(huán)氧樹脂是含有環(huán)氧基的線型高分子化合物，它與不同的硬化劑作用后，能形成體型結(jié)構(gòu)，并對(duì)各種材料具有優(yōu)良的粘附力和粘接強(qiáng)度。2024年10月15日Page:33膠粘劑聚氨酯膠粘劑是以多異氰酸酯或聚氨基甲酸酯（簡(jiǎn)稱聚酯）為基料的膠粘劑。聚氨酯是一種能在室溫下固化的膠粘劑，具粘結(jié)力強(qiáng)，膠膜柔軟，耐溶劑，耐油，耐水，耐酸，耐震等特點(diǎn)。它主要對(duì)紙張、木材、玻璃、金屬（鋼、鋁等）、塑料等材料具有良好的粘結(jié)力。在建筑工程中，主要用以粘接塑料、木材、皮革等，特別適用于防水、耐酸、耐堿的工程中。2024年10月15日Page:34有機(jī)高分子材料10.4涂料定義：涂料是指涂敷于物體表面，并能形成牢固附著的完整保護(hù)膜的材料。10.4.1涂料的組成10.4.2常用建筑涂料10.4.3油漆涂料2024年10月15日Page:35涂料涂料的組成1）基料2）填料3）顏料4）助劑5）水和溶劑2024年10月15日Page:36涂料的組成基料：將涂料中的其他組成粘結(jié)在一起，并能牢固地附著于基層表面，形成連續(xù)均勻、堅(jiān)韌的保護(hù)膜層（又稱涂膜）。成膜物質(zhì)有三大類1）樹脂類成膜物質(zhì)2）油料類成膜物質(zhì)3）無(wú)機(jī)涂料的粘結(jié)料2024年10月15日Page:37涂料的組成填料又稱體制顏料，大部分為白色或無(wú)色，不具備著色力，除起填充作用外，填料還能增加涂膜厚度，賦予涂膜以質(zhì)感，減少涂膜的收縮，提高涂膜機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性、耐候性及抗老化性，降低涂料成本。2024年10月15日Page:38涂料的組成顏料又稱著色顏料，主要作用是使涂料具有一定的遮蓋力和所需的各種色彩。2024年10月15日Page:39涂料的組成助劑是涂料的輔助材料，用量很少，但能明顯改善涂料的性能，特別是對(duì)基料成膜的過(guò)程和涂膜的耐久性起著十分重要的作用。2024年10月15日Page:40涂料的組成水和溶劑：水和溶劑是分散介質(zhì)，溶劑又稱稀釋劑，主要作用在于便各種原材料分散而形成均勻的粘稠液體，同時(shí)可調(diào)整涂料的粘度，使其便于施工，有利于改善涂膜的某些性能。同時(shí)涂料在成膜過(guò)程中，依靠水或溶劑的揮發(fā)，使涂料逐漸干燥硬化，最后形成連續(xù)均質(zhì)的涂膜。2024年10月15日Page:41成膜物質(zhì)樹脂類成膜物質(zhì)以合成樹脂制得的涂料為主，所制的涂料性能優(yōu)良，涂膜光澤好，是現(xiàn)代涂料工業(yè)產(chǎn)量最大、品種取多、應(yīng)用最廣的涂料。常用的合成樹脂有：聚乙烯醇及改性物質(zhì)，苯丙乳液、丙烯酸乳液、聚醋乙烯及其共聚物、環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂等。2024年10月15日Page:42成膜物質(zhì)油料類成膜物質(zhì)：涂料作用的主要是植物油，屬于天然有機(jī)材料，是制造某些油性涂料和油性涂料的主要原料。包括以下三種：1）干性油料2）半干性油料3）不干性油料2024年10月15日Page:43成膜物質(zhì)無(wú)機(jī)涂料的粘結(jié)料無(wú)機(jī)建筑涂料中的粘結(jié)料主要有水泥漿、硅溶膠系、磷酸鹽系、硅酸酮系、無(wú)機(jī)聚合物系和堿金屬硅酸鹽系等。這類材料價(jià)格低廉，資源豐富，具有發(fā)展前景。2024年10月15日P