土木工程材料：第10章 合成高分子材料

第10章合成高分子材料一.基本知識(shí)

1.什么是合成高分子材料人工合成的高分子化合物（聚合物、或高聚物）組成的材料。包括：合成樹脂、..橡膠、..纖維三大類。

特點(diǎn)：簡(jiǎn)單分子為結(jié)構(gòu)單元，以重復(fù)的方式相互連接，形成鏈狀或空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。分子量達(dá)到數(shù)百、數(shù)千或更大。加聚樹脂：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯

2）縮聚樹脂縮合聚合反應(yīng)簡(jiǎn)稱縮聚反應(yīng)，是指單體之間相互作用生成高分子，同時(shí)還生成小分子的聚合反應(yīng)。2.聚合物的分類

按化學(xué)反應(yīng)分為：

1）加聚樹脂加成聚合反應(yīng)簡(jiǎn)稱加聚反應(yīng)，是指以不飽和烴或含不飽和鍵的物質(zhì)為單體，通過不飽和鍵的加成，聚合成高聚物的反應(yīng)。縮聚樹脂如：酚醛樹脂、脲醛樹脂等。

根據(jù)聚合物的熱行為分為：

1）熱塑性樹脂特點(diǎn)：受熱軟化，冷卻硬化，包括所有的加聚物和部分縮聚物。

2）熱固性樹脂特點(diǎn)：受熱不軟化。包括大部分的縮聚物。二.聚合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

1.分子鏈形狀線型結(jié)構(gòu)支鏈型結(jié)構(gòu)體型結(jié)構(gòu)

線型和支鏈型高分子──組成的聚合物具有熱塑性，受熱熔化，也能溶于特定的溶劑中形成溶液，強(qiáng)度較低、彈性模量較小、變形較大、耐熱性交差；線性結(jié)構(gòu)的樹脂可反復(fù)軟化，冷卻硬化──熱塑性。體型高分組成的聚合物具有熱固性，不溶不熔，強(qiáng)度、硬度、脆性較高，耐熱性好等。分子鏈的變化（老化)

1）分子交聯(lián)分子由線型變成體型結(jié)果：失去彈性、變硬、變脆、龜裂等。

2）降解分子鏈斷裂結(jié)果：失去剛性，變軟，發(fā)粘

影響因素：光、熱、空氣2.高聚物的結(jié)晶

高聚物分子規(guī)則排列的過程—結(jié)晶。非晶態(tài)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)晶態(tài)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)

注：高聚物分子量大，難以形成大范圍的規(guī)則排列，所以高聚物的結(jié)晶實(shí)為部分結(jié)晶。結(jié)晶區(qū)所占的比例—結(jié)晶度

結(jié)晶度↑—密度↑強(qiáng)度↑硬度↑透明度↑；韌性↓溶解度↓3.高聚物的取向

高聚物的取向：分子鏈、鏈段、晶片、晶帶沿特定方向的排列

高分子材料取向后，抗拉強(qiáng)度大幅度提高，延伸率明顯降低。4.高聚物溫度作用下的變形

高聚物在不同溫度條件下的三種狀態(tài)玻璃態(tài)

無定性的硬脆狀態(tài)，變形較小，強(qiáng)度和硬度較高；高彈態(tài)

聚合物變得很柔軟而富有彈性，能產(chǎn)生較大的彈性變形和塑性變形，強(qiáng)度相對(duì)較低。粘流態(tài)

聚合物變?yōu)榭梢远ㄏ蛄鲃?dòng)的粘稠液體

注：1

玻璃態(tài)與高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變溫度為玻璃化溫度Tg；

Tg低于室溫—橡膠；Tg高于室溫—塑料；注：2

高彈態(tài)與粘流態(tài)的轉(zhuǎn)變溫度為粘流溫度Tf。三、常用合成樹脂

1.熱塑性樹脂聚乙烯(polyethlene,PE)

聚氯乙烯(polyvinylchoridePVC)

聚丙烯（polypropylenePP）

聚苯乙烯(polystyrenePS)EPS

氯化聚乙烯(chlorinatedpolyethylenePE-C)

聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene，teflon）苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS2.熱固性樹脂酚醛樹脂、脲醛樹脂、不飽和聚脂樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨基甲酸酯（聚氨脂）四、合成橡膠

防震、防水卷材及密封材料五、合成纖維

聚丙烯纖維等?！?0.2建筑塑料一、建筑塑料的組成

1.合成樹脂常用樹脂：聚乙烯、聚氯乙烯、ABS(丙烯腈、丁二烯、聚苯乙烯共聚物)、聚苯乙烯、酚醛樹脂、脲醛樹脂、不飽和樹脂、環(huán)氧樹脂等。含量：30─60％

2.填充料常用填料：木粉、石粉、碳黑、纖維等。含量：40─70％作用：降低成本、提高強(qiáng)度、硬度、耐熱性，防火等。

3.增塑劑作用：降低樹脂的粘流態(tài)溫度。提高材料可塑性，和成品的韌性常用材料：鄰苯二甲酸二丁酯等。

4.固化劑線型高聚物交聯(lián)成體型高聚物，使樹脂具有熱固性。如：環(huán)氧樹脂所用的胺類物質(zhì)。

5.著色劑有機(jī)或無機(jī)顏料

6.穩(wěn)定劑：延緩老化二、建筑塑料的性能

1.物理性質(zhì)密度：1.0─2.0；金屬材料的1/4─1/8孔隙率可控；吸水率??；耐熱性較低（100─200℃）；導(dǎo)熱系數(shù)小：0.12─0.8；溫度膨脹系數(shù)大。

2.化學(xué)性能耐酸堿腐蝕，熱塑性塑料可溶于有機(jī)溶劑。在光、熱空氣作用下老化。

3.力學(xué)性能強(qiáng)度高，可達(dá)200─300MPa；比強(qiáng)度高，傳統(tǒng)材料的5─15倍彈性模量低，鋼材的1/10徐變

4.其它性能加工性能優(yōu)良；裝飾性好。

三、常用建筑塑料制品

1.塑料板材、塊材與管材

1）塑料貼面裝飾板面層：三聚氰胺甲醛樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂、不飽和聚酯樹脂浸漬的花紋紙基層：膠合板、木工板、中密度板等。特點(diǎn)：色彩豐富，表面硬度大，耐水，耐熱

2）有機(jī)玻璃聚甲基丙烯酸甲酯特點(diǎn)：高透明，耐熱、耐候、耐腐蝕，硬度小

3）塑料地板塊材料：PVC、重質(zhì)碳酸鈣、添加劑混煉、熱壓或延壓而成。塑料排水管塑料管2.塑料卷材

1）塑料壁紙全塑壁紙、紙基壁紙、布基壁紙花紋：印花、壓花品種繁多，色彩豐富，裝飾性強(qiáng)，耐水，透氣性差。

2）塑料卷材地板──地板革無基層卷材和有基層卷材有基層卷材的構(gòu)成：基層──無紡布或玻璃纖維布中層──不透明印花PVC面層──透明的PVC

3.塑料門窗

材料：改性的硬質(zhì)PVC，各種添加劑特點(diǎn)：美觀，裝飾性好，耐水，耐腐蝕，隔熱、保溫，氣密性好等。

塑料窗異性材截面塑料窗異性材截面塑料門異性材塑料門4.絕熱材料

1）聚苯乙烯泡沫塑料密度?。?0─200kg/m3）,導(dǎo)熱系數(shù)小（0.031─0.045W/m.K），使用溫度-100─70℃。用于：墻體、屋面的保溫隔熱。

2）聚氯乙烯泡沫塑料體積密度小（60─200kg/m3），導(dǎo)熱系數(shù)?。?.035─0.052W/m.K），使用溫度-60─60℃應(yīng)用：吸聲、保溫、隔熱材料。

3）聚氨酯泡沫塑料體積密度小，導(dǎo)熱系數(shù)小，使用溫度-160─150℃.應(yīng)用：可以現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡，常溫固化。

5.玻璃纖維增強(qiáng)塑料GFRP以合成樹脂與玻璃纖維復(fù)合而成。特點(diǎn)：質(zhì)輕，高強(qiáng)，耐腐蝕

纖維增強(qiáng)材料作為橋面板配筋10.3防水材料

一、合成高分子防水卷材

1.熱塑性樹脂基防水卷材聚乙烯防水卷材、聚氯乙烯防水卷材、氯化聚乙烯防水卷材。樹脂+軟化劑、增塑劑、填料、抗氧化劑──混煉──延壓應(yīng)用：用于地下工程、屋面工程等。工業(yè)產(chǎn)品：

1）聚氯乙烯防水卷材

2）氯化聚乙烯防水卷材

3）聚乙烯防水卷材

10.3防水材料

2.橡膠基防水卷材橡膠+交聯(lián)劑、軟化劑、填料等─混煉──延壓

1）三元乙丙橡膠防水卷材

2）氯化聚乙烯橡膠防水卷材

3）氯丁橡膠防水卷材

3.樹脂-橡膠共混防水卷材氯化聚乙烯－橡膠共混防水卷材

聚乙烯－三元乙丙橡膠共混防水卷材

防水卷材的技術(shù)指標(biāo)

1.拉伸強(qiáng)度

2.斷裂延伸率

3.低溫彎折性

4.不透水性三元乙丙橡膠防水卷材的施工2.防水涂料

以合成高分子材料為主要的成模物質(zhì)。

1.聚氨酯防水涂料單組分聚氨酯涂料：以吸收空氣中的水蒸汽完成交聯(lián)。雙組分聚氨酯涂料：預(yù)聚體和交聯(lián)劑混合。性能：彈性好，延伸率大，耐低溫、防水性好，主要用于地下工程。

2.丙烯酸酯防水涂料成分：丙烯酸酯樹脂乳液＋附料性能：彈性較差，防水性好，耐低溫。

§10.4建筑涂料

涂于建筑物表面，靠自身表面張力和重力作用，形成連續(xù)性涂膜。注：涂料與油漆功能：裝飾功能、保護(hù)功能、標(biāo)志功能、特殊功能一、建筑涂料的組成

1.基料即粘結(jié)劑，是含有特殊功能團(tuán)的樹脂或油類，經(jīng)過物理或化學(xué)變化，能形成一層致密的連續(xù)的固體薄膜。它是涂料中的連續(xù)相，是最主要的成分，其一般為有機(jī)材料。常用基料：水玻璃、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、丙烯酸乳液、酚醛乙－丙乳液，苯－丙乳液等。

2、顏料包括：著色顏料、體質(zhì)顏料（填料）

特點(diǎn)：有色或無色的微細(xì)的粒狀物，不溶于它所分散的介質(zhì)中，其理化性質(zhì)基本上不因分散介質(zhì)而變化。一般是0.2-10um的無機(jī)或有機(jī)粉末。

顏料的作用：主要起遮蓋和賦色作用。另有改善涂漆的理化性能、提高漆膜的機(jī)械強(qiáng)度、附著力、防腐性能、耐光性、流變性能和耐候性及其它特殊性能，降低成本。注：無機(jī)顏料——化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，能耐高溫耐曬、不易變色或褪色，遮蓋力大，但色調(diào)少，色彩不如有機(jī)顏料鮮艷。有機(jī)顏料——顏色鮮艷、著色力強(qiáng)、品種多，耐久性稍差。概念：涂料溶劑是一些能溶解和分散成膜物質(zhì)，在涂料涂裝之際使涂料具有流動(dòng)狀態(tài)，有助于涂膜形成的、易揮發(fā)的液體，是液體涂料的重要組成成分。作用：溶解或稀釋固體或高粘度的成膜物質(zhì)，使其成為有適宜粘度的液體，便于施工。溶劑的其他作用（除溶解成膜物質(zhì)外）：

①增加涂料貯存穩(wěn)定性，防止凝膠；

②減少桶內(nèi)涂料表面結(jié)皮；

③增加涂料對(duì)木材等表面的潤(rùn)濕性，提高涂層附著力；

④改善涂層流平性，形