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第九章高分子建筑材料高分子建筑材料是以聚合物为基础、配以适当的助剂制配而成的、多数以产品的形式在建筑现场使用的材料。其主要形式有塑料制品、橡胶制品、涂料、粘结剂和密封剂、玻璃钢、防水材料、装饰材料等。因此，高分子建筑材料是一类产品形式多样、性能范围很宽(从柔软的橡胶状到坚硬的结构材料)、适用面很广的建筑材料。建筑物通过使用高分子材料，可以获得更好的使用性能、装饰性能和耐久性能，可以达到更好的节能效果。高分子建筑材料第一节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第一节高分子建筑材料的基本性能一、什么是高分子？二、高分子材料的基本组成三、高分子材料的基本性能四、高分子材料的分类五、建筑上常用的高分子材料六、高分子材料的建筑特性一、什么是高分子材料？一般把分子量低于1000或1500的化合物称作低分子化合物；分子量在10000以上的化合物称作高分子化合物(简称高分子)；介于其间的是分子量中等的化合物。高分子一般又称作聚合物(或高聚物)，两词往往相互混用。因为常用的高分子虽然分子量高达几万到几百万，但它们绝大多数是由分子结构简单、分子量很小的小分子(通常称为单体)通过聚合反应而生成的。一、什么是高分子材料？例如聚乙烯由乙烯(CH2=CH2，分子量为28)聚合而成，分子量在10000～35000，而超高分子量聚乙烯的分子量可高达500000。聚合反应—由低分子单体合成聚合物的反应。加聚反应、缩聚反应高分子材料的分类按产源分：天然高分子材料木材、天然橡胶、沥青等合成高分子材料塑料、橡胶、化学纤维高分子材料的分类按加热时的性质分热塑性聚合物热固性聚合物受热时的特点受热时软化，冷却后固化。此过程可以反复进行。成型前分子量较低，经加工后固化成型为制品，再受热则制品破坏。此过程不可逆。性能差异密度、熔点较低；耐热性较差；刚度小；但抗冲击韧性较好。密度。熔点较高；耐热性较好；刚度大；但质地硬脆。二、高分子材料的基本组成1．聚合物聚合物，或称之为树脂，是高分子材料中最主要的成分，起着胶结剂的作用，它可将其他添加剂胶结在一起组成一种性能稳定的材料整体。在多组分塑料中，合成树脂往往要占到30％以上。2、稳定剂聚合物在加工成型及其制品的使用过程中，由于受热、光、氧的作用，会过早地发生降解、交联等现象，造成颜色变深、性能降低。加入稳定剂可起到提高塑料制品质量、延长使用寿命的作用。例如，抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂。3．增塑剂增塑剂一般是高沸点的液体或低熔点的固体有机化合物，可提高聚合物在高温加工条件下的可塑性，增加塑料制品在使用条件下的弹性和韧性，改善塑料的低温脆性。增塑剂主要用于聚氯乙烯，可以将聚氯乙烯加工成半硬质到柔软的制品，例如塑料地板和聚氯乙烯防水卷材等。4.填充剂和增强剂5.固化剂和固化促进剂6.发泡剂和发泡促进剂7.阻燃剂8.着色剂9.抗静电剂10.其他助剂三、高分子材料的基本性能1.聚合物结构高分子材料是以聚合物为主要成分的材料，而聚合物是以结构简单的小分子通过化学键重复连接而成的。随着重复结构单元增多，分子量逐渐增大超过某一临界值，材料将表现出与其基本结构相同的小分子材料完全不同的性能，体现了量变到质变基本规律。2．聚合物的基本性能(1)聚合物的物理状态在室温下，一般凝聚成固体，随分子结构和排列规整性不同，可能成为结晶聚合物或无定型聚合物。没有明显的熔点，而只有一熔融范围。(2)聚合物的力学性能聚合物力学性能的最大特点是高弹性和粘弹性。高弹性是聚合物大分子长链的柔性和分子链的缠结在性能上的表现。其弹性变形大，可高达1000％，而一般金属材料的弹性变形不超过1％。高弹态聚合物的模量小，只有105～106MPa，而一般金属材料的模量高达1010～1011MPa。聚合物的粘弹性是指聚合物材料不但具有弹性材料的一般特性，同时还具有粘性流体的一些特征。聚合物的粘弹性表现在它有突出的力学松弛现象，如应力松弛、蠕变、动态力学损耗行为等。正是聚合物分子运动的松弛本质及其随温度的变化才造成了聚合物具有独特的力学状态。因此，描述聚合物的力学行为时，必须同时考虑应力、应变、时间和温度4个参数。拉伸应力一应变试验是评价材料力学行为的重要手段。由于聚合物材料品种繁多，它们的应力一应变曲线表现各异。如果按照拉伸过程中屈服点的表现、伸长率大小及其断裂情况，大致可以分为5种类型。它们是：①软而弱，②硬而脆，③硬而强，④软而韧，⑤硬而韧，见图9—3。(3)聚合物材料的耐热性能与无机材料相比，聚合物耐热性一般较差。耐热性包括两方面，一是保持使用性能的最高温度，二是分解(化学结构发生破坏的)温度。(4)聚合物材料的耐腐蚀性能与无机材料相比，聚合物材料的耐腐蚀性能很好。(5)聚合物材料的耐老化性能聚合物材料受外界条件影响，性能逐渐变坏、质量下降的过程为老化。光、热、力、氧、臭氧以及其他化学介质在一定条件下将引起聚合物化学结构的破坏，导致聚合物的降解，表现为聚合物材料变软发粘，强度降低，或者变硬发脆，失去弹性。实际上，许多建筑塑料制品(如门窗和管材)的使用寿命完全可以和其他材料相比，其耐久性甚至高于传统材料，在德国，最早使用的塑料门窗已经超过了50年。四、高分子材料的分类合成树脂(塑料)、合成橡胶和合成纤维通称为三大合成材料。这是根据高分子材料的用途来对它们进行分类的。塑料通常指常温下表现为坚硬的高分子材料，橡胶指常温下表现为软而有弹性的高分子材料，而合成纤维显然是指以纤维形态应用的高分子材料。四、高分子材料的分类作为聚合物材料，它们三者之问的区分并不是明显的。许多聚合物，既可以作为塑料，也能作为纤维使用，例如聚丙烯(丙纶)、聚酯(涤纶)、聚酰胺(尼龙)等等。同一种聚合物，由于使用助剂不同，既可以做成橡胶一样有很好弹性的材料，又可以做成像塑料一样坚硬的材料，例如聚氯乙烯(PVC)，是门窗和管材的主要原料，也常常用于制造柔软的防水卷材。除了上述三类，高分子还常用作涂料和粘结剂。五、建筑上常用的高分子材料1.热塑性塑料（1）聚氯乙烯----PVC（2）聚烯烃----聚乙烯、聚丙烯、（3）苯乙烯类聚合物----聚苯乙烯、ABS塑料（4）丙烯酸酯类和甲基丙烯酸酯类聚合物（5）聚醋酸乙烯酯及其共聚物和衍生物（6）聚碳酸酯（7）聚酰胺（尼龙）高分子材料的分类按产源分：按加热时的性质分热塑性聚合物热固性聚合物受热时的特点受热时软化，冷却后固化。此过程可以反复进行。成型前分子量较低，经加工后固化成型为制品，再受热则制品破坏。此过程不可逆。性能差异密度、熔点较低；耐热性较差；刚度小；但抗冲击韧性较好。密度。熔点较高；耐热性较好；刚度大；但质地硬脆。天然高分子材料木材、天然橡胶、沥青等合成高分子材料塑料、橡胶、化学纤维五、建筑上常用的高分子材料2.热固性塑料（1）不饱和聚酯（2）环氧树脂（3）聚氨酯（4）氨基塑料（5）有机硅树脂五、建筑上常用的高分子材料3.天然高分子衍生物水溶性纤维素衍生物和淀粉衍生物在建筑材料领域获得了越来越广泛的应用。这些高分子在干混砂浆领域几乎成为必不可少的添加剂，它们主要用于改善砂浆的工作特性，显著的缓凝作用，同时也能提高砂浆的粘结性能，并影响砂浆的耐水性能。主要水溶性纤维素醚的品种见表9—2。六、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.电绝缘性能好6.减震、吸声和隔热性好7.耐水性和耐水蒸汽性好8.易燃烧高分子材料的主要性能及指标（别的教材总结的）一、物理力学性能1.密度较小2.比强度高（为轻质高强材料）3.导热性小（保温隔热性能好）4.电绝缘性能好。二、物理、化学性能1.会老化2.耐腐蚀性能较强3.具有可燃性，且在燃烧过程中会释放有毒气体第二节高分子建筑材料和制品一、高分子建筑材料和制品的分类通常，把高分子材料分成塑料、橡胶和纤维三大类。算上涂料和粘结剂，应该有四大类。所有四种类型的材料，在建筑与土木工程领域都获得了广泛的应用。例如塑料建材有塑料管、塑料门窗、防水材料、隔热保温材料、装饰装修材料等；橡胶用于防水、止水带；纤维用于土工织物；涂料作为内外墙建筑涂料、防水涂料；粘结剂如幕墙玻璃的密封胶、其他建筑密封材料等。因此，高分子建筑材料和制品种类繁多，几乎在建筑物的每个部位都可用上高分子材料，要将其制品进行分类也是很不容易的。表9—4按制品的形态将高分子建筑材料和制品分成11个大类。二、建筑塑料塑料的组成塑料的主要特点常用建筑塑料常用建筑塑料制品1、塑料的基本组成组成含量主要作用合成树脂30～60％起胶粘剂作用填料40～70％可提高塑料的强度、硬度、耐热性、耐老化性、抗冲击性等增塑剂提高塑料加工时的可塑性、流动性，以及塑料制品的弹性和柔软性固化剂用于热固性树脂中着色剂染料、颜料使塑料制品具有鲜艳的色彩和光泽其他助剂改善和调节塑料的其他性能2、塑料的特点优点轻质高强加工性能好导热系数小，绝热性好装饰性优异多功能经济缺点耐热性差、易燃易老化热膨胀性大刚度小3、常用建筑塑料名称代号主要特性主要用途聚乙烯PE若软性好，耐低温性能好，加工性能好；刚度差，耐热性能差，耐老化性能差。防水材料、给排水管、绝缘材料聚氯乙稀PVC耐化学腐蚀和电绝缘性能优良，难燃；但耐热性能较差，高温时易降解是建筑中应用最多的塑料聚苯乙烯PS电绝缘性能好，耐辐射，加工性好；但脆性大，耐冲击和耐热性能差。主要以泡沫塑料的形式作为隔热材料聚丙烯PP管材、卫生洁具、模板等ABS塑料建筑五金、各种管材、模板、异型管酚醛树脂PF电绝缘性能和力学性能良好。坚固耐用、尺寸稳定、不易变形生产各种层压板、玻璃钢制品、涂料4、常用的建筑塑料制品水暖工程材料给排水管、各种管件；卫生洁具防水工程材料防水卷材、防水涂料、密封材料、止水带隔热材料泡沫塑料、现场发泡的泡沫塑料装饰材料塑料地板、地毯、壁纸、建筑涂料、塑料门窗、塑料吊顶、塑料隔断等建筑塑料制品实例四、土工合成材料土工合成材料是近几十年发展起来的一种新型岩土工程材料。ASTMIN439--02将土工合成材料定义如下：“由聚合材料制成的一种平面材料，与土壤、岩石、粘土或其他土工材料一起使用成为一个工程、结构或系统的组成部分。”它以塑料、化纤、合成橡胶等为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面和各层土体之间，起着加强和保护土体的作用，目前已在水利、公路、铁路、工业与民用建筑、海港、采矿、军工等工程的各个领域得到广泛的应用。1．土工织物土工织物属于透水的土工合成材料，也叫土工布(指用于岩土工程和土木工程的、可渗透的聚合物材料。它可以是机织的、针织的或非织造的)。所用的原材料一般为丙纶、涤纶或其它合成纤维。按制造工艺的不同分为以下三大类：①针织土工织物(knittedgeotextile)：目前很少采用；②有纺织物(wovengeotextile)或机织型土工织物：全称为有纺土工织物，简称有纺织物，也叫机织布，产量占土工织物总产量的20％左右；③无纺织物(nowovengeotextile)或非织造型土工织物：全称为无纺土工织物，简称无纺织物，也叫非织造布和不织布，产量占土工织物总产量的80％以上。2．土工膜土工膜是一种以高分子聚合物为基本原料的防水阻隔型材料。土工膜是最早获得工程应用的一种土工合成材料产品。制造土工膜的合成聚合物可细分为二类：①塑料类：主要有聚氯乙烯(PVC)，低密度聚乙烯(LDPE)，中密度聚乙烯(MDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)等。②合成橡胶类：主要有丁基橡胶(IIR)，环氧丙烷橡胶(ECO)，氯磺化聚乙烯(CSPE，也称Hypalon)，乙烯一丙烯三元橡胶(EPDM)等。3．其他土工合成材料（1）土工网（2）土工格栅（3）土工格室（4）土工席垫（5）土工模袋五、粘合剂凡能在两个物体表面之间形成薄膜并将它们紧密粘结在一起的材