第8章-工程聚合物课件

1、第八章 工程聚合物本章介绍工程聚合物材料的基本概念和常用的工程聚合物（塑料、合成橡胶、合成纤维和胶结剂等）。1一、聚合物定义及命名1聚合物定义所谓聚合物是通过聚合的方式将成千上万的小分子连接而成的一类物质。由于这类物质聚合成的分子量很大，所以又称为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两大类型。如自然界有淀粉、蛋白质、纤维和橡胶等聚合物，但工程中所使用的聚合物往往是指人工合成的聚合物，常见的有聚乙烯、聚苯乙烯、丁苯橡胶等。 尽管聚合物的分子量很大，但其化学结构却比较简单，大多是由一种或几种小分子物质聚合而成，所以聚合物分子结构是这小分子物质结构的重复组合。如常见的日用工程塑料

2、聚氯乙烯是由单个氯乙烯分子聚合在一起形成。第一节 聚合物的基本概念2一、聚合物定义及命名1聚合物定义所谓聚合物是通过聚合的方式将成千上万的小分子连接而成的一类物质。由于这类物质聚合成的分子量很大，所以又称为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两大类型。如自然界有淀粉、蛋白质、纤维和橡胶等聚合物，但工程中所使用的聚合物往往是指人工合成的聚合物，常见的有聚乙烯、聚苯乙烯、丁苯橡胶等。 尽管聚合物的分子量很大，但其化学结构却比较简单，大多是由一种或几种小分子物质聚合而成，所以聚合物分子结构是这小分子物质结构的重复组合。如常见的日用工程塑料聚氯乙烯是由单个氯乙烯分子聚合在一起形成。

3、第一节 聚合物的基本概念32聚合物材料的命名（1）根据单体名称命名：如聚合物由一种单体聚合而成，在构成聚合物的单体前加“聚”字，如聚乙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯等；如聚合物由两种或两种以上单体聚合而成，则将单体名称的缩写放在前面，在其后根据用途加上“树脂”、“橡胶”等名称。如酚醛树脂（由苯酚和甲醛聚合而成）、丁苯橡胶（由丁二烯和苯乙烯聚合而成）。（2）习惯命名和商品命名：在很多情况下，聚合物常常采用习惯的方式或采用商品名称进行命名，如由己二酸类和己二胺聚合成的己二酰己二胺，常习惯称作聚酰胺66，或采用商品名称尼龙66。另外类似的还有有机玻璃、环氧树脂等。另外，为简化起见，聚合物在使用或文献中常采用

4、英文缩写字母来表示，如聚乙烯表示为PE、聚氯乙稀表示为PVC等。 4二、聚合物的合成与结构1聚合物合成反应（1）加聚反应：由带有双键的不饱和小分子物质通过加成反应合成聚合物，其中根据聚合时的参与反应的单体数目又分为均聚和共聚两种。均聚合反应由一种单体进行聚合的过程，如由乙烯的均聚合过程得到聚乙烯：共聚合反应由两种或两种以上单体共同聚合的过程，如由丁二烯和苯乙烯共聚合得到的嵌段聚合物，简称为SBS，是一种热塑性橡胶，其结构式如下： 5（2）缩聚反应：由带有两个或两个以上官能团的单体物质，通过自身或相互之间反复缩合反应生成聚合物，同时还析出诸如水、氨、醇、氯化氢等低分子副产物。过程如下列方程所示。

5、62聚合物结构特征聚合物具有一些特殊的性质，如高弹性、较好的耐候性以及良好的变形性等，之所以具有这些特性，关键在于聚合物具有特殊的结构特征。聚合物在合成过程中，除了形成一维的线型链之外，在一定条件下还可形成带有支链的结构，甚至还能在链与链之间通过交联形成三维的交联结构。对于线型或支链型聚合物，具有可塑化、熔融的特点，并能溶解于适当的溶剂；但交联型的聚合物就无法溶解，也不能熔融。所以前者呈现出较低的硬度、熔点及抗拉强度，但断裂伸长率较高；而后者具有较高刚性和良好的尺寸稳定性。由于聚合物的分子链很长，通常长链呈现卷曲状，在外力作用下分子链伸展开来，外力停止又重新收缩恢复卷曲状，从而表现出极好的弹性

6、特点。同时在较长的分子链之间通过分子间力相互影响，相互作用，可抵御较大的拉力作用。所以在受拉时，即使是分子链被拉断，聚合物的分子链也难以滑脱。7第二节 常用的工程聚合物材料工程聚合物材料是以聚合物为主要原料加工而成的塑料、合成橡胶、合成纤维和胶结剂等，也被称为高分子建材。一、塑料塑料是以合成树脂为主要原料，加入填充剂、增塑剂、润滑剂、颜料等添加剂，在一定温度和压力下制成的一种有机高分子材料。塑料是多功能材料，可以通过调整配合比参数及工艺条件制得不同性能的材料，具有较高的比强度和优良的加工性能，因此在土建工程中也得到广泛的应用。二、合成橡胶合成橡胶是以生胶为原料，加入适当的配合剂，经硫化以后得到

7、的高分子弹性体。由石油、天然气、煤、石灰石以及粮食等原料经加工而取得的。常用原料如甲烷、丙烷、乙烯、丁烯、戊烯、苯和甲苯以及乙炔等。这些原料与水作用或脱水反应就可成丁二烯，而丁二烯是很多合成橡胶的单体原料。8合成橡胶的特征是在较小的外力作用下，能产生大的变形，外力去除后能迅速恢复原状，具有良好的伸缩性、储能能力和耐磨、隔声、绝缘等性能，是应用广泛的材料。生胶原料有天然橡胶和合成橡胶二大类，而天然橡胶远远不能满足生产发展的需要，而石化工业的迅速发展可生产大量的合成橡胶原料，因此人工 合成橡胶是主要原料来源，所制成的橡胶制品的性能因单体和制造工艺的不同而异，某些性能（如耐油、耐热、耐磨等）甚至较天

8、然橡胶更优。9三、合成纤维合成纤维是以有机高分子聚合物为原料，经熔融或溶解后纺制成的纤维，如聚酰胺、聚酯纤维等，与纤维素纤维和蛋白质纤维等人造纤维一样均属于有机化学纤维。而玻璃纤维、陶瓷纤维等则属于无机化学纤维，自然界还有石棉等无机天然纤维及动植物纤维等有机天然纤维。四、塑料-橡胶共聚物随着聚合物工业的发展，橡胶预塑料的区别已不是很明显，出现了许多兼具塑料和橡胶特性聚合物。10第三节 聚合物在道路工程中的应用 随着路用性能要求的不断提高，对常用的筑路材料也有了更高的要求。在公路建设过程中使用聚合物或利用聚合物材料对现有路用材料进行改性，是满足这种需要的一个有效方法。一、聚合物改性沥青由于道路石

9、油沥青自身的原因，使得其在高温抗变形能力、低温的抗开裂性、与集料的粘附性和抗老化性上存在明显的不足。在沥青中掺入聚合物，利用聚合物特有性能对沥青改性，可以有效地提高沥青路用性能。目前常用的聚合物改性沥青类型有热塑弹性体改性沥青、橡胶类改性沥青和热塑性树脂改性沥青等，其中以采用SBS热塑弹性体聚合物进行沥青改性效果最为显著。 11二、聚合物混凝土聚合物混凝土是在普通水泥混凝土技术中结合聚合物材料的应用，从而改善原水泥混凝土技术性能的一种新型材料。其中根据混凝土和聚合物两种材料相互间的结合方式不同，将这种新材料可分为：1聚合物浸渍混凝土（PIC）它是将硬化的混凝土加热、干燥、抽取孔隙中的空气，以有机单体（如甲基丙稀酸甲脂、丙稀腈等）浸渍，然后用加热或辐射等方法使孔隙中的单体聚合而成。具有高强、耐蚀、抗渗、耐磨等优良性能。2聚合物水泥混凝土（PMC）是在拌和混凝土时掺如聚合物（如聚丙烯酸、乳胶等）或单体（如丙稀腈、苯乙烯等），通过聚合物与水泥水化产物相互穿透包裹，形成致密的网状结构，因而改善混凝土的性能，具有粘结性能好，抗拉强度高、耐久性、耐磨性和耐蚀性高的特点。主要用于机场跑道、混凝土路面或桥梁面层等构造物。123聚合物胶结混凝土（PC）这种混凝土完全采用聚合物（聚酯、聚甲基丙烯酸甲脂等）作为胶结材料的混凝土。这种混凝土由于充分利用聚合物的特性，使混凝