第八章-合成高分子材料.pdf

第八章 合成高分子材料 合成高分子材料是指由人工合成的高分子化合物为基础所组成的材料，它有许多优良的性能，如密度小，比强度大，弹性高，电绝缘性能好，耐腐蚀，装饰性能好等。它能减轻构筑物自重，改善性能，提高工效，减少施工安装费用，获得良好的装饰及艺术效果，在土木工程中得到了越来越广泛的应用。产品包括塑料、合成橡胶、涂料、胶粘剂、高分子防水材料等，作为辅助添加剂的包括各种减水剂、增稠剂及聚合物改性砂浆中添加的高分子乳液或可再分散聚合物胶粉等。第一节第一节 高分子化合物的基本概念高分子化合物的基本概念 一、高分子化合物一、高分子化合物 高分子化合物是一类具有很高分子量的化合物。其分子量虽然很大，但化学组成都比较简单，都是由许多低分子化合物聚合而形成的，因此又称高分子聚合物（简称高聚物）。如聚乙烯分子结构为：CH2CH2CH2CH2CH2CH2 可简写为 。可以聚合成高聚物的低分子化合物，称为“单体”，而组成高聚物最小重复结构单元称为“链节”，如CH2CH2，高聚物中所含链节的数目n称为“聚合度”。nCHCH22二、高聚物的分类与命名二、高聚物的分类与命名 （一）高聚物的分类（一）高聚物的分类 1按高聚物材料的性能与用途可分为塑料、合成橡胶和合成纤维，此外还有胶粘剂、涂料等。2按高聚物的分子结构分为线型、支链型和体型三种。3按高聚物的合成反应类别分加聚反应和缩聚反应，其反应产物分别为加聚物和缩聚物。（二二）高聚物的命名高聚物的命名 高聚物有多种命名方法，在土木工程材料工业领域常以习惯命名。对一种单体的加聚反应产物，在单体名称前冠以“聚”字，如聚乙烯、聚丙烯等，大多数烯类单体聚合物都可按此命名；部分缩聚反应产物则在原料后附以“树脂”二字命名，如酚醛树脂等，树脂又泛指作为塑料基材的高聚物；对一些二种以上单体的共聚物，则从共聚物单体中各取一字，后附“橡胶”二字来命名，如丁二烯与苯乙烯共聚物称为丁苯橡胶，乙烯、丙烯、乙烯炔共聚物称为三元乙丙橡胶。三、高聚物的结构与性质三、高聚物的结构与性质 （一）高聚物分子链的形状与性质（一）高聚物分子链的形状与性质 按分子几何结构形态来分，可分为线型、支链型和体型。(a)线形线形(b)支链形支链形(c)体形体形 图图8 8-1 1 聚合物大分子链的形状聚合物大分子链的形状 线型高聚物具有良好的弹性、塑性、柔顺性，但强度较低、硬度小、耐热性、耐腐蚀性较差，且可溶可熔。支链形高聚物因分子排列较松，分子间作用力较弱，因而密度、熔点及强度低于线型高聚物。线形或支链形结构的大分子以物理力聚集成聚合物，加热时可熔融，并能溶于适当溶剂中，受热时可以塑化，冷却时则固化成型，如此可以反复进行，这类聚合物称做热塑性聚合物。热塑性聚合物。热塑性聚合物耐溶剂性和耐热性较差。体形高聚物的分子，是由线形或支形型高聚物分子以化学键交联形成，呈空间网状结构，交联程度浅的网络结构，受热尚可软化，但不熔融；适当溶剂可使溶胀，但不溶解。交联程度深的体形结构，受热时不再软化，也不易被溶剂所溶胀。体形聚合物不具备重复加工性，则称作热固性聚合物热固性聚合物。热固性聚合物具有较高的强度与弹性模量，但塑性小、较硬脆，耐热性、耐腐蚀性较好，不溶不熔。第二节第二节 塑料塑料 塑料是以天然或合成高分子化合物为基体材料，加入适量的填料和添加剂，在高温、高压下塑化成型，且在常温、常压下保持制品形状不变的材料。常用的合成高分子化合物是各种合成树脂。塑料作为土木工程材料有着广阔的前途。如建筑工程常用塑料制品有塑料壁纸、壁布、饰面板、塑料地板、塑料门窗、管线护套等；绝热材料有泡沫塑料与蜂窝塑料等；防水和密封材料有塑料薄膜、密封膏、管道、卫生设施等；土工材料有塑料排水板、土工织物等；市政工程材料有塑料给水管、塑料排水管、煤气管等等。一、塑料的组成一、塑料的组成 （一）合成树脂：（一）合成树脂：合成树脂是塑料的基本组成材料，在塑料中起粘结作用。塑料的性质主要决定于合成树脂的种类、性质和数量。合成树脂在塑料中的含量约为30%60%，仅有少数的塑料完全由合成树脂所组成，如有机玻璃。用于塑料的热塑性树脂主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等加聚高聚物；用于塑料的热固性树脂主要有酚醛树脂、脲醛树脂、不饱和树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、有机硅树脂等缩聚高聚物。（二）填充料（二）填充料 在合成树脂中加入填充料可以降低分子链间的流淌性，可提高塑料的强度、硬度及耐热性，减少塑料制品的收缩，并能有效地降低塑料的成本。常用的填充料有：木粉、滑石粉、硅藻土、石灰石粉、石棉、铝粉、碳黑和玻璃纤维等，塑料中填充料的掺率约为40%70%。（三）增塑剂（三）增塑剂 增塑剂可降低树脂的流动温度Tf，使树脂具有较大的可塑性以利于塑料加工成型，由于增塑剂的加入降低了大分子链间的作用力，因此能降低塑料的硬度和脆性，使塑料具有较好的塑性、韧性和柔顺性等机械性质。增塑剂必须能与树脂均匀地混合在一起，并且具有良好的稳定性。常用的增塑剂有邻苯二甲酸二辛酯、磷酸三甲酚酯、樟脑、二苯甲酮等。（四四）固化剂固化剂 固化剂也称硬化剂或熟化剂。它的主要作用是使线性高聚物交联成体型高聚物，使树脂具有热固性，形成稳定而坚硬的塑料制品。酚醛树脂中常用的固化剂为乌洛托品（六亚甲基四胺），环氯树脂中常用的则为胺类（乙二胺、间苯二胺）酸酐类（邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐）及高分子类（聚酰胺树脂）。（五五）着色剂着色剂 着色剂的加入使塑料具有鲜艳的色彩和光泽，改善塑料制品的装饰性。常用的着色剂是一些有机染料和无机颜料。有时也采用能产生荧光或磷光的颜料。（六六）稳定剂稳定剂 为防止塑料在热、光及其他条件下过早老化而加入的少量物质称为稳定剂。常用的稳定剂有抗氯化剂和紫外线吸收剂。二、塑料的性质（一）物理力学性质 1密度。一般为0.92.2g/cm3。2孔隙率。可在很大范围内加以控制。3吸水率。吸水率很小，一般不超过1%。4耐热性。温度一般为100200，仅个别塑料（氟塑料、有机硅聚合物等）的使用温度可达300500。5导热性。密实塑料的导热系数为0.230.70W/m k，泡沫塑料的导热系数则接近于空气。6强度。塑料的强度较高。7弹性模量。约为混凝土的1/10，同时具有徐变特性。（二二）化学性质化学性质 1耐腐蚀性。对酸、碱、盐等腐蚀性物质的作用都具有较高的化学稳定性。2老化。在使用条件下，塑料受光、热、大气等作用，内部高聚物的组成与结构发生变化，致使塑料失去弹性、变硬、变脆出现龟裂（分子交联作用引起）或变软、发粘、出现蠕变（分子裂解引起）等现象，这种性质劣化的现象称为老化。3可燃性。建筑工程用塑料应为阻燃塑料。4毒性。一般来说，液体状态的树脂几乎都有毒性，但完全固化后的树脂则基本上无毒。三、常用塑料及其制品三、常用塑料及其制品 （一）塑料的常用品种（一）塑料的常用品种 1聚乙烯塑料（PE）。2聚氯乙烯塑料（PVC）。3聚苯乙烯塑料（PS）。4聚丙烯塑料（PP）。5聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。6聚碳酸酯（PC）。7聚酯树脂（PR）。8酚醛树脂（PF）。9环氧树脂（EP）。10聚氨酯（PU）。11有机硅树脂（OR）。12脲醛树脂（UF）。13玻璃纤维增强塑料。聚乙烯塑料聚乙烯塑料 聚乙烯塑料薄膜聚乙烯塑料薄膜 聚乙烯隔热保温板聚乙烯隔热保温板 超高分子量聚乙烯板材超高分子量聚乙烯板材 高分子量聚乙烯直管高分子量聚乙烯直管 高分子量聚乙烯直管高分子量聚乙烯直管 超高分子量聚乙烯弯头超高分子量聚乙烯弯头 聚乙烯缠绕波纹管聚乙烯缠绕波纹管 hdpe聚乙烯塑料土工格栅聚乙烯塑料土工格栅 聚乙烯闭孔硬质泡沫塑聚乙烯闭孔硬质泡沫塑 软质聚氯乙烯塑料颗粒软质聚氯乙烯塑料颗粒 硬质聚氯乙烯塑料颗粒硬质聚氯乙烯塑料颗粒 硬质聚氯乙烯塑料瓦硬质聚氯乙烯塑料瓦 聚氯乙烯塑料扣板聚氯乙烯塑料扣板 阀门阀门 PVC双壁波纹管双壁波纹管 PVC软管软管 硬质硬质PVC管管 PVC穿线管穿线管 煤气管道煤气管道 PVC塑料止水带塑料止水带 pvc弧形地板布线槽弧形地板布线槽 聚苯乙烯颗粒聚苯乙烯颗粒 膨胀聚苯板膨胀聚苯板 泰柏板泰柏板 节能复合砌块节能复合砌块 挤塑聚苯板挤塑聚苯板 聚丙烯塑料颗粒聚丙烯塑料颗粒 聚丙烯管道聚丙烯管道 聚丙烯管件聚丙烯管件 聚丙烯纤维聚丙烯纤维 聚甲基丙烯酸甲酯颗粒 压克力广告板压克力广告板 灯箱灯箱 保温帘保温帘 广告牌广告牌 指示牌指示牌 展示架展示架 聚碳酸酯工程塑料聚碳酸酯工程塑料 聚碳酸酯板聚碳酸酯板 聚碳酸酯装饰板聚碳酸酯装饰板 聚碳酸酯装饰门板聚碳酸酯装饰门板 树脂眼镜片树脂眼镜片 光盘光盘 聚碳酸酯制品聚碳酸酯制品 聚酯树脂制作玻璃钢制品聚酯树脂制作玻璃钢制品 玻璃钢型材玻璃钢型材 玻璃钢格栅玻璃钢格栅 玻璃钢采光板玻璃钢采光板 玻璃钢装饰板玻璃钢装饰板 玻璃钢防腐地坪玻璃钢防腐地坪 玻璃钢污水处理池玻璃钢污水处理池 玻璃钢耐腐蚀管道玻璃钢耐腐蚀管道 纤力玻璃钢夹砂管道纤力玻璃钢夹砂管道 玻璃钢棒（可做钓鱼杆）玻璃钢棒（可做钓鱼杆）玻璃钢钢筋玻璃钢钢筋 花盆花盆 玻璃钢艺术制品玻璃钢艺术制品 玻璃钢罗马柱玻璃钢罗马柱 电木板电木板 酚醛树脂布基层压板酚醛树脂布基层压板 酚醛树脂板酚醛树脂板 酚醛树脂泡沫塑料酚醛树脂泡沫塑料 泡沫塑料泡沫塑料用于用于高温管道高温管道保温保温 环氧树脂环氧树脂 无溶剂环氧树脂自流平地坪无溶剂环氧树脂自流平地坪 耐磨环氧树脂地坪耐磨环氧树脂地坪 环氧树脂防腐玻纤地坪环氧树脂防腐玻纤地坪 防静电环氧树脂地坪防静电环氧树脂地坪 防滑环氧树脂砂浆地坪防滑环氧树脂砂浆地坪 瓷砖嵌缝瓷砖嵌缝 环氧树脂台面板环氧树脂台面板 环氧树脂板环氧树脂板 环氧树脂发光字环氧树脂发光字 聚氨酯（聚氨酯（PU）聚氨酯棒聚氨酯棒 高密度聚氨酯海绵（硬泡）高密度聚氨酯海绵（硬泡）彩钢夹芯板彩钢夹芯板 聚氨酯硬泡铝箔保温板聚氨酯硬泡铝箔保温板 聚氨酯玻璃钢直埋保温管聚氨酯玻璃钢直埋保温管 聚氨酯冷库板聚氨酯冷库板 冷库聚氨酯彩钢板装配冷库聚氨酯彩钢板装配 外墙外保温聚氨酯板安装外墙外保温聚氨酯板安装 现场喷涂发泡聚氨酯现场喷涂发泡聚氨酯 聚氨酯软泡（海绵）聚氨酯软泡（海绵）运动场聚氨酯地坪运动场聚氨酯地坪 单组份聚氨酯密封胶单组份聚氨酯密封胶 聚氨酯泡沫填缝剂聚氨酯泡沫填缝剂 水溶性聚氨酯化学灌浆材料水溶性聚氨酯化学灌浆材料 聚氨酯中空玻璃密封胶聚氨酯中空玻璃密封胶 有机硅树脂（有机硅树脂（OR）耐高温有机硅树脂耐高温有机硅树脂 有机硅粘结剂有机硅粘结剂 憎水憎水 亲水亲水 脲醛树脂胶粉脲醛树脂胶粉 水性脲醛树脂水性脲醛树脂 脲醛树脂（脲醛树脂（UFUF）低甲醛泡沫脲醛树脂低甲醛泡沫脲醛树脂 脲醛树脂全松木建筑模板脲醛树脂全松木建筑模板 胶合板胶合板 三聚氰胺层压板三聚氰胺层压板（二）常用塑料制品（二）常用塑料制品 1.1.塑料门窗。塑料门窗。塑料门窗主要采用改性硬质聚氯乙稀（PVC-U）经挤出机形成各种型材。型材经过加工，组装成建筑物的门窗。塑料门窗可分为全塑门窗、复合门窗和聚氨酯门窗，但以全塑门窗为主。它由PVC-U中空型材拼装而成，有白色、深棕色、双色、仿木纹等品种。塑料门窗与其他门窗相比，具有耐水、耐腐蚀、气密性、水密性、绝热性、隔声性、耐燃性、尺寸稳定性、装饰好等特点，而且不需粉刷油漆，维护保养方便，同时还能显著节能，在国外已广泛应用。塑料门窗型材装饰面塑料门窗型材装饰面 2.塑料管材塑料管材。塑料管材与金属管材相比，具有质轻、不生锈、不生苔、不易积垢、管壁光滑、对流体阻力小，安装加工方便、节能等特点。近年来，塑料管材的生产与应用已得到了较大的发展，它在工程塑料制品中所占的比例较大。塑料管材分为硬管与软管。按主要原料可分为聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管、ABS管、聚丁烯管、玻璃钢管等。在众多的塑料管材中，主要是由聚氯乙烯树脂为主要原料的PVC-U塑料管或简称塑料管。塑料管材的品种有给水管、排水管、雨水管、波纹管、电线穿线管、燃气管等。PVC软管软管 硬质硬质PVC管管 高压高压PVC管管 管件管件 PVC波纹管波纹管 3.塑料壁纸塑料壁纸。壁纸是当前使用较广泛的墙面装饰材料，尤其是塑料壁纸，其图案变化多样，色彩丰富多彩。通过印花、发泡等工艺，可仿制木纹、石纹、锦缎、织物，也有仿制瓷砖、普通砖等，如果处理得当，甚至能达到以假乱真的程度，为室内装饰提供了极大的便利。塑料壁纸可分为三大类：普通壁纸、发泡壁纸和特种壁纸。金属基壁纸是一种节能壁纸。近年来生产的静电植绒壁纸，带图案，仿锦缎，装饰性、手感性均好，但价格较高。普通壁纸普通壁纸 发泡壁纸发泡壁纸 金属基壁纸金属基壁纸 硅藻土壁纸硅藻土壁纸 4.塑料地板塑料地板。塑料地板与传统的地面材料相比，具有质轻、美观、耐磨、耐腐蚀、防潮、防火、吸声、绝热、有弹性、施工简便、易于清洗与保养等特点，使用较为广泛。塑料地板种类繁多，目前绝大部分的塑料地板为聚氯乙烯塑料地板。按形状可分为块状与卷状，其中块状占的比例大。块状塑料地板可以拼成不同色彩和图案，装饰效果好，也便于局部修补；卷状塑料地板铺设速度快，施工效率高。按质地可分为半硬质与软质。由于半硬质塑料地板具有成本低，尺寸稳定，耐热性、耐磨性、装饰性好，容易粘贴等特点，目前应用最广泛；软质塑料地板的弹性好，行走舒适，有一定的绝热、吸声、隔潮等优点。按产品结构可分为单层与多层复合。单层塑料地板多属于低发泡地板，厚度一般为34mm，表面可压成凹凸花纹，耐磨、耐冲击、防滑，但此地板弹性、绝热性、吸声性较差；多层复合塑料地板一般分上、中、下三层，上层为耐磨、耐久的面层，中层为弹性发泡层，下层为填料较多的基层，上、中、下三层一般用热压粘结而成，此地板的主要特点是具有弹性，脚感舒适，绝热、吸声。PVC地板卷材地板卷材 运动场所运动场所 医院医院 防静电塑料地板防静电塑料地板 第三节第三节 胶粘剂胶粘剂 能直接将两种材料牢固地粘结在一起的物质通称为胶粘剂。广泛地应用于建筑构件、材料等的连接，这种连接方法有工艺简单、省工省料、接缝处应力分布均匀、密封和耐腐蚀等优点。一一、胶粘剂的基本要求胶粘剂的基本要求 1.具有足够的流动性，且能保证被粘结表面能充分浸润。2.易于调节粘结性和硬化速度。3.不易老化。4.膨胀或收缩变形小。5.具有足够的粘结强度。二、胶粘剂的组成材料二、胶粘剂的组成材料 （一一）粘料粘料 粘料是胶粘剂的基本成分，又称基料。对胶粘剂的胶接性能起决定作用。（二）固化剂（二）固化剂 固化剂能使基本粘合物质形成网状或体型结构，增加胶层的内聚强度。（三）填料（三）填料 加入填料可改善胶粘剂的性能（如提高强度、降低收缩性，提高耐热性等）。（四）稀释剂（四）稀释剂 为改善工艺性（降低粘度）和延长使用期，常加入稀释剂。（五五）偶联剂偶联剂 偶联剂的分子一般都含有两部分性质不同的基团。一部分基团经水解后能与无机物表面很好的亲合，另一部分基团能与有机树脂反应结合，从而使两种不同性质的材料偶联起来。（六）增塑剂（六）增塑剂 增加粘合剂的流动性合可塑性，提高胶层的抗冲击韧性及其他机械性能。三、常用胶粘剂三、常用胶粘剂 （一）热固性树脂胶粘剂（一）热固性树脂胶粘剂 环氧树脂胶粘剂（EP）、不饱和聚酯树脂（UP）胶粘剂。（二）热塑性合成树脂胶粘剂（二）热塑性合成树脂胶粘剂 聚醋酸乙烯胶粘剂（PVAC）、聚乙烯醇胶粘剂（PVA）、聚乙烯缩醛（PVFO）胶粘剂 （三）合成橡胶胶粘剂（三）合成橡胶胶粘剂 氯丁橡胶胶粘剂（CR）、丁腈橡胶（NBR）环氧树脂胶粘剂环氧树脂胶粘剂 白乳胶白乳胶