第十章 高分子建筑材料

第十章高分子建筑材料建筑材料

第十章高分子建筑材料10.1高分子建筑材料的基本性能

10.2高分子建筑材料和制品本章教学目标熟悉：高分子建筑材料的基本性能。了解：常用高分子建材及其制品。高分子建筑材料10.1高分子建筑材料的基本性能第一节高分子建筑材料的基本性能

（合成）高分子材料是以（人工合成的）高分子化合物（聚合物）为基础材料，添加各种辅助材料制成的有机高分子材料。现有三大合成材料：

塑料；橡胶；纤维。

10.1高分子建筑材料的基本性能一、什么是高分子材料？10.1高分子建筑材料的基本性能什么是高分子化合物？

高分子化合物（聚合物）是由一种或几种小分子化合物（单体），通过聚合反应，以共价键连接若干个重复结构单元成形的分子量很大的化合物。加聚反应聚合反应缩聚反应热塑性塑料：聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯三大热固性树脂以不饱和烃或环烃单体分子，经过不断的加成反应，形成高分子化合物的聚合反应由具有两个或两个以上官能基团的单体，相互缩合形成高分子化合物的反应10.1高分子建筑材料的基本性能二、高分子材料的基本组成？主要成分：聚合物；加工需要：稳定剂、增塑剂、填充剂、增强剂、固化剂；改变性能：发泡剂、阻燃剂、着色剂、抗静电剂。10.1高分子建筑材料的基本性能三、高分子材料的基本性能聚合物的结构线型和支链型高分子组成的聚合物具有热塑性，受热熔化，也能溶于特定的溶剂中形成溶液，强度较低、弹性模量较小、变形较大、耐热性交差；支链型聚合物的溶解度比线型聚合物大，密度、熔点、强度则较低。体型高分组成的聚合物具有热固性，它们不溶不熔，强度、硬度、脆性较高，耐热性好等。聚合物的结晶度越大，密度、强度、硬度、弹性模量、耐热性提高，塑性、韧性、吸湿性、溶解度降低。线型结构支链型结构体型结构10.1高分子建筑材料的基本性能TgTxTf温度变形非晶态聚合物在一定压力下变形～温度曲线Tx－脆化温度；Tg－玻璃化温度；Tf－粘流温度。高弹性和粘弹性玻璃态:玻璃化温度以下，聚合物处于无定性的硬脆状态，变形较小，强度和硬度较高；高弹态:玻璃化温度以上、粘流温度以下，聚合物变得很柔软而富有弹性，能产生较大的弹性变形和塑性变形，强度相对较低。粘流态:粘流温度以上，聚合物变为可以定向流动的粘稠液体，是其塑制成型温度。体型聚合物的力学状态

轻度交联时，可以有玻璃态和高弹态，但没有粘流态；交联密度增大，玻璃态温度提高，高弹区缩小；当交联密度增大到一定程度，只有玻璃态一种状态；交联密度较高的体型聚合物没有力学状态的变化，因此耐热性好。

10.1高分子建筑材料的基本性能四、高分子材料的建筑特性1、密度小、比强度高。

2、加工性能优良。

3、装饰性好。

4、耐腐蚀性好。

5、电绝缘性好。

6、减震、吸声、隔热性好。

7、耐水性和耐水蒸汽性好。

8、热膨胀系数比较大。

9、易燃。高分子建筑材料10.1高分子建筑材料的基本性能第二节高分子建筑材料和制品10.2高分子建筑材料和制品10.2高分子建筑材料和制品一、塑料

塑料是指以树脂（或在加工过程中用单体直接聚合）为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂，着色剂等添加剂为辅助成分，在加热、加压条件下的加工过程中能流动，并能塑造成型为具有一定形状的制品的高分子材料。塑料的基本组成

1、树脂：塑料的主要组分，不仅起着胶结其他组分的作用，而且决定了塑料的类型、性能、用途和成本等。

2、填料与增强材料：化学性质不活泼得分状、片装或纤维状的固体物质，可改善或提高塑料的强度、硬度、耐热性等性能；减低成本，其掺量为30%~70%。

3、增塑剂：分子量小、熔点低和难挥发的有机化合物，可则噶塑料的柔软性和可塑性、降低玻璃化温度和粘流温度。

4、其他助剂：包括着色剂、抗老剂、稳定剂、固化剂、润滑剂等。10.2高分子建筑材料和制品常用的建筑塑料1、热塑性塑料聚乙烯(PE)：分低密度、中密度高密度三种。密度较小、化学稳定性、耐水性和耐寒性良好、耐热性差、易燃烧和光老化。建材制品有各种管道、防水膜等。聚丙烯(PP)：性较大、耐热性好(加热到150℃不变形)。强度、弹性模量、硬度都高、对高频电的绝缘性能好。建材制品有各种给水管道、防水膜等。聚氯乙烯(PVC)：常见有软、硬质聚氯乙烯二种，抗拉强度、刚度、硬度较大，有良好的耐水性、耐油性、耐化学药品侵蚀性和阻燃性。建材制品有各种给水管道、防水材料、门窗框等。10.2高分子建筑材料和制品聚四氟乙烯塑料：俗称塑料王，具有非常优良的耐高、低温性能，可在-180～260℃范围内长期使用,几乎耐所有化学药品,摩擦系数极低,仅为0.04。它对其他物质不粘附，不吸水，电性能优良，良好的耐水、耐老化性能。缺点是强度低。聚酰胺塑料：俗称尼龙,具有突出的耐磨性和自润滑性，冲击韧性好，强度高，耐蚀性和成型性好，缺点是耐热性差、工作温度不能超过100℃,导热性差,吸水性高。主要用于制作纤维。聚甲基丙烯酸甲脂：俗称有机玻璃透光率达92%,比重只是无机玻璃的一半。强度、冲击韧性都优于无机玻璃，抗稀酸、稀碱、润滑油和碱氢燃料的作用，在自然条件下老化发展缓慢。缺点是硬度低，易擦伤。用作装饰板材。10.2高分子建筑材料和制品塑料排水管塑料给水管塑料管塑料粒料塑料管挤出成型塑料窗异性材截面塑料窗异性材截面塑料门异性材塑料门塑料地板增强塑料组成：树脂，纸、短切纤维或纤维织物、片状材料等增强材料；填料和添加剂。常用树酯有环氧、酚醛、不饱和聚酯等。特点：机械强度高，稳定性好，各向异性，成形工艺多样。用途：轻质结构材料、屋顶膜、装饰材料和电绝缘材料，混凝土的增强筋和修补材料等。结构工程中，应用较多的是玻璃纤维（GRP，俗称玻璃钢）或碳纤维增强塑料。9.2高分子建筑材料和制品玻璃纤维、芳纶纤维与碳纤维的FRP制品玻璃纤维、芳纶纤维与碳纤维制品纤维增强塑料棒作为混凝土的配筋纤维增强材料作为桥面板配筋纤维增强材料作为桥面板配筋纤维增强材料储油设施纤维增强树脂用于受损钢筋混凝土结构修补加固二、橡胶橡胶：是一种在较低温度下处于高弹态的高分子材料。特性：能产生很大的弹性变形、极高的可绕性、耐磨性、绝缘性、不透水性和不透气性等。种类：天然橡胶、合成橡胶、再生橡胶。10.2高分子建筑材料和制品2、合成橡胶（1）丁苯橡胶（SBR）丁二烯与苯乙烯的共聚物，浅黄褐色的弹性体，密度为0.91～0.97g/cm3，具有优良的电绝缘性，其弹性、耐磨性和抗老化性均优于天然橡胶，溶解性与天然橡胶相似，但耐热性、耐寒性、耐挠曲性和可塑性不如天然橡胶，脆化温度为－50C，最高使用温度为80～100C。（2）丁腈橡胶（NBR）丁二烯和丙烯腈的共聚物，为淡黄色的弹性体，密度随丙烯腈含量的增加而增大。耐热性、耐油性比天然橡胶好，抗臭氧能力强。但耐寒性不如天然橡胶和丁苯橡胶，且本较高。丁腈橡胶是一种耐油橡胶，可用来制造输油胶管、油料容器的衬里和密封胶垫，减震零件等。（3）氯丁橡胶（CR）氯丁二烯的均聚物，为黑色或琥珀色的弹性体，密度为1.23g/cm3。耐老化、耐臭氧、耐候性、耐油性、耐化学腐蚀性均比天然橡胶好。耐燃性好，粘结能力较高，脆化温度为－35～－55C，热分解温度为230～260C，最高使用温度为120～150C。可制造各种橡胶制品、胶粘剂和防水材料等。（4）丁基橡胶（也称异丁橡胶IIR）异丁烯与少量异戊二烯的共聚物。它为无色的弹性体，密度约为0.92g/cm3，透气性较低。它是耐化学腐蚀、耐老化、不透气性和电绝缘性最好的橡胶，且耐热性好，吸水率小，抗撕裂性能好，耐寒性好，脆化温度为－79C，最高使用温度为150C。但在常温下弹性小（只有天然橡胶的1/4），粘性较差。可用于制造不透气的气囊、电气绝缘制品、化工设备的衬里和建筑防水材料等。（5）三元乙丙橡胶（EPDM）乙丙橡胶是以乙烯、丙烯在溶液状态下共聚的无定形聚合物。密度为0.85g/cm3左右，是最轻的橡胶。电绝缘性和耐化学腐蚀性好，耐光、热、氧、臭氧的老化性能优异，能在150C下长期使用，最高使用温度为200C。冲击弹性好，尤其是在低温下弹性保持较好，在－57C下变硬，－77C下变脆。在建筑上，乙丙橡胶可用于制造屋顶胶板、窗户密封条和防水卷材等。3、再生橡胶再生胶是以废旧橡胶制品和橡胶工业生产的边角废料为原料，经再生处理而得到的具有一定橡胶性能的弹性体高分子材料。橡胶隔震垫橡胶隔震垫三、土工合成材料

土工织物、土工膜、土工网、土工格栅、土工格室、土工席垫、土工模袋。10.2高分子建筑材料和制品四、胶粘剂

能在两个物体表面减形成薄膜，并能将它们紧密粘结在一起的物质。又称为粘合剂、粘结剂等。10.2高分子建筑材料和制品组成：基料：也称粘料或胶料，一般是具有较强粘合性能的材料，如合成树脂、合成橡胶等。它赋予胶粘剂粘结强度、耐久性及其它物理力学性能。溶剂：溶解基料，调节胶粘剂的粘度，以便于施工；降低基料分子的内聚力，以利于胶粘剂对被粘物表面的渗透或浸润，提高粘结强度。固化剂及促进剂：使基料的分子链交联成体型结构，以增加胶粘剂分子间的作用力和内聚强度，以及胶粘剂与被粘物间的粘结力，促进剂可以促进固化反应或降低固化增塑剂与增韧剂：提高固化后胶粘剂层的柔韧性。填料：活性或惰性矿物粉末降低收缩性，增加稠度和增大粘度，提高强度和耐热性。10.2高分子建筑材料和制品分类：无机胶粘剂基料是无机盐，如硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐和硼酸盐等，胶粘剂品种有水玻璃、硅酸盐水泥、磷酸－氧化铜、石膏等。天然有机胶粘剂基料是天然化合物有淀粉、蛋白、天然树酯、天然橡胶、沥青等，胶粘剂品种有淀粉、骨胶、鱼胶、松香、生漆、天然橡胶溶液和沥青酯等。合成有机胶粘剂基料是合成树脂、合成橡胶等，胶粘剂品种有聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、氯丁橡胶、丁腈橡胶、有机硅橡胶等等。10.2高分子建筑材料和制品胶粘剂的粘结理论机械咬合理论：胶粘剂渗入被粘物表面空隙中形成许多微小的咬合点，使胶粘剂层与被粘物牢固地咬合在一起。物理吸附理论：胶粘剂分子与被粘物表面分子相互吸附，产生分子间次价键力（即范德华力）。化学键理论：胶粘剂分子与被粘物表面分子之间发生化学反应形成化学键合扩散理论：胶粘剂分子与被粘物表面层分子发生相互扩散，产生相互作用力而胶结起来10.2高分子建筑材料和制品胶粘剂的基本要求在土木建筑工程中所用的胶粘剂应满足下列基本要求：有足够的流动性和对被粘物表面的浸润性，保证被粘物表面能被完全浸润。固化速度和粘度容易调整，且易于控制。胶粘剂的膨胀与收缩变形小。不易老化，胶粘剂的性能不因温度及其它环境条件而变化。粘结强度大。10.2高分子建筑材料和制品影响粘结强度的主要因素胶粘剂所用基料的分子量与组成：分子链中含有较多极性