《土木工程材料》 教案 第十一章 建筑塑料

土木工程材料教案

课程信息课程名称土木工程材料授课专业土木工程课程类型必修课公共课（）；专业基础课（）；专业课（√）；选修课限选课（）；任选课（）；专业拓展课（）授课方式讲授（√）；实践课（√）；其它（）考核方式考试（）；考查（√）课程教学总学时数32学时学分数2学分学时分配理论课20时；实践课12学时；教材名称土木工程材料作者柯龙；董萌；赵影出版社西安电子科技大学出版社书号978-7-5606-6993-9出版时间2023.09班级课程名称土木工程材料授课教师授课课时2学习课题建筑塑料教学基本要求对建筑塑料有一个总体的、全貌的了解。教学重点、难点常用建筑塑料的特性及应用。塑料的组成成分及基本性质。教学方法、手段案例导入法、讲授法、小组讨论法教学过程设计导入——专题讲解——问题分析讨论——练习——归纳总结参考案例来自教材、相关参考书教具、教材教学课件PPT、教学录像片

教师学期授课教案授课提纲及重难点分析教学方法设计时间分配及旁注11.1塑料的分类11.1.1按塑料受热后性能变化进行分类1.热塑性塑料热塑性塑料是一类应用最广的塑料，是以热塑性树脂作为主要成分，并添加各种助剂而配制成的塑料。在一定的温度条件下，塑料能软化或熔融成任意形状，冷却后形状不变；这种状态可多次反复而始终具有可塑性，且这种反复只是一种物理变化，称这种塑料为热塑性塑料。2.热固性塑料热固性塑料第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生化学反应（交联反应）而固化变硬，这种变化是不可逆的，此后，再次加热时，已不能再变软流动了。正是借助这种特性进行成型加工，利用第一次加热时的塑化流动，在压力下充满型腔，进而固化成为确定形状和尺寸的制品。11.1.2按塑料的应用进行分类1.通用塑料通用塑料主要包括聚乙烧、聚丙烧、聚氯乙烧、聚苯乙烧、ABS（丙烧睛-丁二烧-苯乙烧）、聚甲基苯烧酸甲酯和氨基塑料等，其产量占整个塑料产量的90%以上，故又称之为大宗塑料品种。通用塑料具有产量大、价格低、用途广、影响面宽等特点。2.工程塑料1）通用工程塑料通用工程塑料也称热塑性工程塑料或热塑性工程树脂，可承受较高的机械应力，能在较宽温度范围内和较苛刻的化学、物理环境中使用。通用工程塑料具有质轻、比强度高、坚韧、耐磨、易加工成型，以及良好的耐热性、尺寸稳定性、化学稳定性和介电性能，使用寿命较长等特点。2）特种工程塑料特种工程塑料是指综合性能较高，长期使用温度在150℃以上的一类工程塑料，主要包括聚苯硫醚（PPS）、聚酯亚胶（PI）、聚醚醚酮（PEEK）、液晶聚合物（LCP）及聚砚（PSF）等。特种工程塑料具有独特、优异的物理性能，主要应用于电子电气、特种工业等高科技领域。3.一般塑料一般塑料材料指用量不大、应用范围不广、性能一般的一类塑料，主要包括聚甲基丙烧酸甲酯（PMMA）、聚氨酯（PU）、氟塑料类及氯化聚醚等。4.特种塑料特种塑料材料指具有独特性能、价格高、产量少、应用范围窄的一类塑料，主要包括耐热塑料、阻隔塑料及导电塑料等，具体品种有聚苯硫醚（PPS）、聚砚（PSF）、聚酯亚胶（PI）、聚苯胶（PAn）及乙烧-乙烧醇共聚物（EVOH）等。11.1.3按塑料的组分进行分类1.单组分塑料单组分塑料主要是以合成树脂为主，添加少量助剂的一类塑料，主要有PE塑料、PS塑料、PMMA塑料和PP塑料等。2.多组分塑料多组分塑料除合成树脂外，还含有较多量助剂，主要有PVC塑料、酚醛塑料和氨基塑料等。11.2建筑塑料的基本组成11.2.1合成树脂合成树脂在塑料中的含量一般在40%~100%。由于其含量大，而且树脂的性质常常决定了塑料的性质，所以人们常把树脂看成是塑料的同义词。11.2.2填充料填充料的作用是节约树脂，降低成本，调节塑料的物理化学性能。例如，纤维、布类填充料可提高塑料的机械强度；石棉填充料可增加塑料的耐热性；云母填充料可增强塑料的电绝缘性能；石墨、二硫化钒填充料可改善塑料的摩擦、磨耗等性能。填充料的含量为40%~70%。11.2.3添加剂添加剂是为了改善或调节塑料的某些性能，以适应使用或加工时的特殊要求而加入的辅助材料，如增塑剂、固化剂、着色剂、阻燃剂、稳定剂等。1.增塑剂增塑剂通常是沸点高、难挥发的液体，或是低熔点的固体，它可提高塑料在高温加工条件下的可塑性，改进低温脆性和增加柔性。对增塑剂的要求是增塑效率高、不易挥发，与合成树脂相溶性好，稳定性好，价廉等。常用的增塑剂有邻苯二甲酸酯、磷酸三甲酚酯、樟脑、二苯甲酮等。2.固化剂固化剂又称硬化剂或交联剂。其主要作用是在聚合物中生成横跨键，使线型高聚物交联成体型高聚物，从而使树脂具有热固性，制得坚硬的塑料制品。3.着色剂加入着色剂可使塑料具有鲜艳的色彩和光泽。着色剂除满足色彩要求外，还应具有分散性好，附着力强，不与塑料成分发生化学反应，不褪色等特性。着色剂常采用染料或颜料，能产生荧光或磷光的颜料可生产发光塑料。4.阻燃剂阻燃剂又称防火剂，加入后能提高塑料的耐燃性和自熄性。常用的阻燃剂有氢氧化铝、三氧化梯、十澳联苯醚、双反丁烧二酸酯等。5.稳定剂稳定剂的作用是防止和缓解高聚物的老化，延长塑料制品的使用寿命。例如，炭黑可以作为光屏蔽剂，亚磷酸三苯酯可提高聚合物的抗氧化性等。约30min11.3建筑塑料的主要性能建筑塑料的主要技术性质如下：（1）质量轻。塑料的密度（0.8~2.2g/cm3）为钢材的1/5，混凝土的1/3，不但降低了施工的劳动强度，而且减轻了建筑物的自重。（2）比强度高。塑料按单位质量计算的强度接近钢材，是一种优良的轻质高强型材料。（3）保温绝热性能好。塑料的导热性能差，泡沫塑料的导热性能更差。（4）加工性能好。塑料可以采用比较简单的方法加工成多种形状的制品，有利于自动化生产线的实施。（5）富有装饰性。塑料可以着色，而且色彩丰富耐久。（6）吸水性小。其吸水性一般小于1%，可作防火、防潮材料及制作各种给水、排水管道。（7）抗酸碱腐蚀性强。塑料比金属材料及无机材料的抗酸碱腐蚀性强，适用于化学工厂地面、门窗等。11.4常用建筑塑料土木工程中应用的塑料品种很多。塑料在土木工程中常用于制作管材、板材、门窗、壁纸、地毯、器皿、绝缘材料、装饰材料、防水及保温材料等，在选择和使用塑料时应注意其耐热性，抗老化能力，强度和硬度等性能指标。常用的热塑性塑料有聚氯乙烧塑料（PVC）、聚乙烧塑料（PE）、聚丙烧塑料（PP）、聚苯乙烧塑料（PS）、改性聚苯乙烧塑料（ABS）、聚甲基丙烧酸（PM-MA）；常用的热固性塑料有酚醛树脂塑料（PF）、脲醛树脂塑料（UF）、三聚氧胶树脂塑料（MF）、环氧树脂塑料（EP）、不饱和聚酯树脂塑料（UP）、有机硅树脂塑料（SI）等。11.4.1塑料型材塑料型材主要有以下几种：1.塑料地板塑料地板包括用于地面装饰的各类塑料块板和铺地卷材。塑料地板不仅起着装饰、美化环境的作用，还赋予步行者以舒适的脚感，能起到御寒保温的作用，对减轻疲劳、调整心态有重要的作用。2.塑料门窗由于塑料具有容易加工成型和拼装上的优点，因此塑料门窗结构的设计有更大的灵活性。常见的塑料窗有侧开窗（又称推拉窗）和平开窗两种，塑料门按结构形式不同主要有镶板门、框板门和折叠门。与钢、木门窗及铝合金门窗相比，塑料门窗有以下特点：（1）隔热性能优异。常用聚氯乙烧的导热系数虽与木材相近，但由于塑料门窗框、扇均为中空异型材，密闭空气层的导热系数极低，所以它的保温隔热性能远优于木门窗，相比木门窗可节约大量能源。（2）气密性、水密性好。塑料门窗所用的中空异型材采用挤压成型，尺寸准确，而且型材侧面带有嵌固弹性密封条的凹槽，使密封性大大改善，当风速为40km/h时，空气泄漏量仅为0.03m3/min。（3）装饰性好。塑料门窗的尺寸准确，一次成型，具有良好的装饰性。考虑到吸热及老化问题，塑料外窗多为白色。（4）加工性能好。利用塑料易加工成型的优点，只要改变模具，即可挤压出适合不同风压要求及建筑功能要求的复杂断面的中空异型材。（5）隔声性能好。塑料门窗的隔声效果优于普通门窗。根据德国工业标准DIN4109的试验，塑料门窗隔声达30dB，而普通门窗的隔声只有25dB。3.塑料墙纸塑料墙纸是以一定材料为基材，对其表面进行涂塑后，再经过印花、压花或发泡处理等多种工艺而制成的一种墙面装饰材料。它是目前国内外使用广泛的一种室内墙面装饰材料，也可用于顶棚、梁柱及车辆、船舶、飞机的表面装饰。塑料墙纸一般分为普通墙纸、发泡墙纸和特种墙纸三类。4.玻璃钢建筑制品常见的玻璃钢建筑制品是以玻璃纤维及其织物为增强材料，以热固性不饱和聚酯树脂或环氧树脂等为胶黏材料制成的一种复合材料。它的质量轻，强度接近钢材，因此，被称为玻璃钢。常见的玻璃钢建筑制品有玻璃钢波形瓦、玻璃钢采光罩、玻璃钢卫生洁具等。11.4.2塑料管材常用的塑料管材主要有以下几种：1.硬质聚氯乙烧（unplasticizedpolyvinylchloride，Upvc）塑料管UPVC塑料管是使用最普遍的一种塑料管，约占全部塑料管材的80%。1）I型管I型管是高强度聚氯乙烧管，在加工过程中的树脂添加剂中增塑剂成分为最低，通常称为未增塑聚氯乙烧管，具有较好的物理和化学性能，其热变形温度为70℃，最大的缺点是低温下较脆，冲击强度低。2）Ⅱ型管Ⅱ型管又称耐冲击聚氯乙烧管，在制造过程中加入了丙烧睛-丁二烧-苯乙烧（Acryloni-trile-ButAdiene-styrene，ABS）、氯化聚乙烧（chlorinAtedpolyethylene，CPE）或丙烧酸树脂等改性剂，因此，其抗冲击性能比I型高，热变形温度比I型低，为60℃。3）Ⅲ型管Ⅲ型管为氯化聚氯乙烧管，具有较高的耐热和耐化学性能，热变形温度为100℃，故又称为高温聚氯乙烧管。其使用温度可达100℃，可用于沸水管道。2.聚乙烧（polyethylene，PE）塑料管聚乙烧塑料管的特点是比重小、强度与重量比值高，脆化温度低（—80℃），优良的低温性能和韧性使其能抗车辆和机械振动、冰冻和解冻及操作压力突然变化的破坏。聚乙烧塑料管可分为以下几种：1）高密度聚乙烧管高密度聚乙烧管的耐热性能和机械性能均高于中密度和低密度聚乙烧管，是一种难透气、透湿，渗透性最低的管材。2）低密度聚乙烧管低密度聚乙烧管的特点是化学稳定性和高频绝缘性能十分优良，柔软性、伸长率、耐冲击和透明性比中、高密度聚乙烧管好，但管材许用应力仅为高密度聚乙烧管的一半（高密度聚乙烧管为5MPa，低密度聚乙烧管为2.5~3MPa）。3）中密度聚乙烧管中密度聚乙烧管既有高密度聚乙烧管的刚性和强度，又有低密度聚乙烧管良好的柔性和耐蠕变性，有比高密度聚乙烧管更高的热熔连接性能，对管道安装十分有利，其综合性能高于高密度聚乙烧管。3.聚丙烧塑料管与其他塑料管相比，聚丙烧塑料管具有较高的表面硬度、表面光洁度，其流体阻力小，使用温度范围为100℃以下，许用应力为5MPa，弹性模量为130MPa。聚丙烧塑料管多用作化学废料排放管、化学室废水管、盐水处理管及盐水管道。4.其他塑料管1）ABS塑料管ABS塑料管的使用温度为90℃以下，许用压力在7.6MPa以上。由于ABS塑料管具有比硬聚氯乙烧管、聚乙烧塑料管更高的冲击韧性和热稳定性，因而，可用作温度较高的管道。在国外，ABS塑料管常用作卫生洁具下水管、输气管、污水管、地下电气导管、高腐蚀工业管道等。2）聚丁烧塑料管聚丁烧塑料管的柔性与中密度聚乙烧管相似，强度特性介