第九章、高分子建筑材料

第九章高分子建筑材料(PolymerMaterialsforConstruction)第一节高分子建筑材料的基本性质第二节高分子建筑材料和制品思考题第九章高分子建筑材料用于建筑工程中的有机材料(organicmaterials)主要有：木材(timber)、沥青材料(bitumen)、合成高分子材料(syntheticpolymer)。合成高分子材料包括三大类：塑料(plastic)、橡胶(rubber)、合成纤维(syntheticfiber)（其中塑料占3/4）。在塑料、橡胶的基础上衍生出胶粘剂(adhesive)、涂料(paint)。合成高分子材料的基本成分是合成高分子化合物。预计到21世纪初，合成高分子材料将占建筑材料用量的25%以上，主要用于制作建筑材料与制品、对传统建筑材料进行改性。合成高分子建筑材料，除少数用作结构材料代替钢材和木材外，绝大多数用作非结构材料及装饰装修材料。小资料：用于纺织的合成纤维，我国习惯以“纶”作后缀，如：涤纶（polyesterfiber）（聚对苯二甲酸乙二酯）、锦纶(polyamidefiber,jinlun)（尼龙-6）、腈纶(acrylicfiber)（聚丙烯睛）、氯纶(polyvinylchloridefiber)（聚氯乙烯）、维尼纶(vinylon)（聚乙烯醇缩甲醛）。第一节高分子建筑材料的基本性质(Thebasicpropertiesofpolymermaterialsforconstruction)第九章高分子建筑材料一、高聚物的基本知识(Theelementaryknowledgeofpolymer)在有机化合物中，一般将分子量为几十、几百的化合物称为低分子化合物，而将分子量在104以上的称为高分子化合物（有时将分子量在103以上的也称为高分子化合物）。常见的高分子有机化合物有：合成树脂(resin)、天然树脂、纤维素酯或醚、沥青等。高分子化合物分为两大类：天然高分子化合物（粮食、棉织品、木材、天然橡胶等）、合成高分子化合物（简称高聚物或聚合物或合成树脂）。后者发展应用迅速。高聚物是由单体(monomer)（不饱和的低分子化合物）聚合而成。常用的聚合方法有两种：加成聚合、缩合聚合。第一节高分子建筑材料的基本性质(Thebasicpropertiesofpolymermaterialsforconstruction)第九章高分子建筑材料加成聚合是在加热或催化剂的作用下，单体分子互相连结起来成为高聚物，反应过程中不产生副产物，所生成的高聚物具有与单体完全相同的组成。加聚反应生成的高聚物称为聚合树脂，为线型结构，绝大多数属热塑性树脂，由一种单体加聚而得的称为均聚物，以“聚”+单体名称命名，由两种以上单体加聚而得的称为共聚物，以单体名称+“共聚物”命名。建筑中常用的有：聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)、丁苯胶乳(butadienestyrenelatex)等。一、高聚物的基本知识(Theelementaryknowledgeofpolymer)第一节高分子建筑材料的基本性质(Thebasicpropertiesofpolymermaterialsforconstruction)第九章高分子建筑材料缩合聚合是在加热和催化剂的作用下，单体分子互相结合成为高聚物，同时析出水、氨、醇等副产物（低分子化合物），所生成高聚物的组成与原始单体完全不同。缩聚反应生成的高聚物称为缩合树脂，多为体型结构，属热固性树脂，一般以单体名称+“树脂”命名。建筑中常用的有：酚醛树脂（PF）、脲醛树脂（UF）、环氧树脂（EP）、不饱和聚酯树脂（UP）、密胺树脂、有机硅树脂（SI）等。一、高聚物的基本知识(Theelementaryknowledgeofpolymer)第一节高分子建筑材料的基本性质(Thebasicpropertiesofpolymermaterialsforconstruction)第九章高分子建筑材料根据分子链的形态，高聚物分为：线型结构、支链型结构、网型结构、体型结构。一般地，线型结构的树脂：强度较低、弹性模量较小、变形较大、耐热性差、耐腐蚀性较差、可溶可熔、呈热塑性；体型结构的树脂：强度较高、弹性模量较大、变形较小、较硬脆且多无塑性、耐热性较好、耐腐蚀性较好、不溶不熔、呈热固性。加聚物多为线型、支链型结构，缩聚物可为线型、支链型、网型、体型结构（如酚醛树脂）。根据受热时的性能，高聚物分为：热塑性(thermoplastic)、热固性(thermosetting)。热塑性高聚物为线型、支链型结构，热固性高聚物为体型结构。一、高聚物的基本知识(Theelementaryknowledgeofpolymer)第一节高分子建筑材料的基本性质(Thebasicpropertiesofpolymermaterialsforconstruction)第九章高分子建筑材料根据物质的聚集态结构，高聚物分为：晶态、非晶态。非晶态线型高聚物在温度由低到高的不同范围内，具有三种力学性能不同的状态：玻璃态、高弹态、粘流态。玻璃化温度低于室温的称为橡胶，高于室温的称为塑料。粘流温度以上可对高聚物进行塑造成型。体型高聚物一般仅有玻璃态。一、高聚物的基本知识(Theelementaryknowledgeofpolymer)第一节高分子建筑材料的基本性质(Thebasicpropertiesofpolymermaterialsforconstruction)第九章高分子建筑材料二、塑料的基本知识(Theelementaryknowledgeofplastics)塑料是以合成树脂为主要成分，加入一定的添加剂，经加工成型制成的有机合成材料。塑料用于建筑始于1950年代，目前已成为继混凝土、钢材、木材之后的第四种重要的建筑材料。世界上用于建筑上的塑料已占全部建筑材料用量的11%，占塑料总产量的25%以上。建筑塑料主要用作装饰板材、保温材料、涂料、管道、门窗、防水及防腐材料等，玻璃纤维增强塑料可用作结构材料。第一节高分子建筑材料的基本性质(Thebasicpropertiesofpolymermaterialsforconstruction)第九章高分子建筑材料1.塑料的组成(Thecompositionofplastics)（1）合成树脂(polymer)合成树脂是塑料的基本成分，起胶结剂的作用，占塑料重量的40%~100%，它决定了塑料的主要性质及成本。二、塑料的基本知识(Theelementaryknowledgeofplastics)第一节高分子建筑材料的基本性质(Thebasicpropertiesofpolymermaterialsforconstruction)第九章高分子建筑材料（2）添加剂(additive)为改善塑料的某些性能而加入的物质统称为添加剂（除填料外的也称助剂）。a.填料(filler)：作用是降低成本、提高强度、硬度、尺寸稳定性及耐热性。常用：木粉、滑石粉、硅藻土、石灰石粉、铝粉、碳黑、石棉、玻璃纤维等，掺量40%~70%。b.增塑剂(plasticizer)：作用是提高加工时的可塑性、调节塑料的机械性能（强度、韧性、柔软性、耐寒性等）。c.稳定剂(stabilizer)：作用是改善塑料在加工、使用过程中对热、光、氧的耐久性。d.其他(others)：润滑剂、固化剂、发泡剂、阻燃剂、着色剂、抗静电剂、稀释剂等。1.塑料的组成(Thecompositionofplastics)二、塑料的基本知识(Theelementaryknowledgeofplastics)第一节高分子建筑材料的基本性质(Thebasicpropertiesofpolymermaterialsforconstruction)第九章高分子建筑材料2.塑料的特性(Thecharactersofplastics)（1）加工性能优良(processability)可采用多种加工工艺（挤压、压铸、发泡）塑制成多种形状（薄膜、薄板、管材、异型材等）的产品，制品便于切割、焊接。通过改变塑料组成配方与生产工艺，可按需要调节制品的硬度、密度、表观密度、色泽等，制成具有特殊性能的工程材料，如强度超过钢材的碳纤维复合材料，具有承重、质轻、隔音、保温性能的复合板材，柔软而富有弹性的密封、防水材料等。二、塑料的基本知识(Theelementaryknowledgeofplastics)第一节高分子建筑材料的基本性质(Thebasicpropertiesofpolymermaterialsforconstruction)第九章高分子建筑材料（2）质轻(lightweight)塑料的密度一般为0.8~2.2g/cm3，平均值（1.45g/cm3）与木材接近，是钢的1/5、混凝土的1/3、铝的1/2。比强度接近或超过钢材，远超过混凝土，属于轻质高强材料。（3）装饰性能好(decorative)塑料制品可着色、印刷、压花、烫金、电镀，表现出良好的质感和装饰效果。2.塑料的特性(Thecharactersofplastics)二、塑料的基本知识(Theelementaryknowledgeofplastics)第一节高分子建筑材料的基本性质(Thebasicpropertiesofpolymermaterialsforconstruction)第九章高分子建筑材料（4）耐水性、耐化学腐蚀性好：适用于防潮、防水工程，化工建筑。（5）隔热性、电绝缘性好：塑料的热导率一般为0.024~0.81W/(m.K)，是金属的1/1500、混凝土的1/40。（6）耐热、耐燃、耐老化性差2.塑料的特性(Thecharactersofplastics)二、塑料的基本知识(Theelementaryknowledgeofplastics)第一节高分子建筑材料的基本性质(Thebasicpropertiesofpolymermaterialsforconstruction)第九章高分子建筑材料（7）弹性模量（刚度）小（仅为钢材的1/10~1/20）（8）经济性较好：目前塑料的成本较高，但随着高分子工业的发展，其成本在逐渐下降；而塑料生产的低能耗及优良的使用性能也会带来良好的综合效益。小资料：塑料的生产能耗是玻璃的50%、钢材的16%、铝材的8%2.塑料的特性(Thecharactersofplastics)二、塑料的基本知识(Theelementaryknowledgeofplastics)第一节高分子建筑材料的基本性质(Thebasicpropertiesofpolymermaterialsforconstruction)第九章高分子建筑材料老化(ageing,deterioration)，指高分子材料在长期使用中，由于受机械力、空气中的氧、光、热等作用，出现强度降低、软化、发粘、发脆、失去弹性、变色等现象。老化的原因是高分子链的交链反应（线型结构转变为体型结构，使材料变硬、变脆、失去弹性。）或裂解反应（高分子链断裂，长链变短，分子量变小，使材料变粘、变软、强度下降。）。2.塑料的特性(Thecharactersofplastics)二、塑料的基本知识(Theelementaryknowledgeofplastics)第二节高分子建筑材料和制品(Thepolymermaterialsandproductsforconstruction)第九章高分子建筑材料一、常用建筑塑料(Commonplasticsforconstruction)1.热塑性塑料(thermoplastics)（1）聚氯乙烯（polyvinylchloride,PVC）聚氯乙烯是由乙炔与氯化氢合成氯乙烯单体、再经聚合而成，属热塑性线型聚合物。聚氯乙烯是建筑中应用最多的一种塑料，有硬质、半硬质、软质、发泡制品。聚氯乙烯难燃，具有自熄性，可溶于环已酮、四氢呋喃。由于对光、