第7章合成高分子材料课件.ppt

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1、第七章、合成高分子材料高分子化合物又称高分子聚合物（简称高聚物），高聚物是组成单元相互多次重复连接而构成的物质，因此其分子量很大，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。几个基本概念n 单体：用来合成聚合物的简单低分子化合物如：聚乙烯-CH2-CH2-n的单体为CH2CH2，n 链节：大分子链的基本结构单元，-CH2-CH2-n 聚合度：大分子链中链节的重复次数n；n 分子量的多分散性：聚合物是由大量的大分子链组成的。各个大分子链的链节数不同，大分子链的长短不同、分子量也不同，聚合物中大分子链的分子量不等的现象称为分子量的多分散性7.1 合成高分子材料的分子特征及性能特点7.

2、1.1 合成高分子材料的分子特征高分子化合物按其链节在空间排列的几何形状，可分为线性聚合物和体型聚合物两类。（1）线型聚合物线型聚合物各链节连接成一个长链，或带有支链。这种聚合物可以溶解在一定溶剂中，可以软化，甚至熔化。举例：线型聚苯乙烯（PS）；高密度聚乙烯（HDPE）。支链型低密度聚乙烯等。（2）体型聚合物体型聚合是线型大分子间相互交联，形成网状的三维聚合物。这种聚合物制备成型后再加热时不软化，也不能流动。举例：酚醛树脂，环氧树脂，脲醛树脂，不饱和聚酯。7.1.2 合成高分子材料的性能特点 高分子材料之所以能在建筑中得到如此广泛的应用，是由于它与其他建筑材料相比，其性能具有七方面的优点和三

3、方面的缺点。优良的加工性能。如塑料可以采用比较简便的方法加工成多种形状的产品。质轻。如大多塑料密度在0.92.2g/m3之间，平均为1.45g/cm3，约为钢的1/5。导热系数小。如泡沫塑料的导热系数只有0.020.046W/（mK），约为金属的1/1500，混凝土的1/40，砖的1/20，是理想的绝热材料。化学稳定性较好。一般塑料对酸、碱、盐及油脂均有较好的耐腐蚀能力。其中最为稳定的聚四氟乙烯，仅能与熔融的碱金属反应，与其它化学物品均不起作用。电绝缘性好。功能的可设计性强。可通过改变组成配方与生产工艺，在相当大的范围内制成具有各种特殊性能的工程材料。如强度超过钢材的碳纤维复合材料、密封、防水

4、材料等。出色的装饰性能。如各种塑料制品不仅可以着色，而且色彩鲜艳耐久，并可通过照相制板印刷，模仿天然材料的纹理（如木纹、花岗石、大理石纹等），达到以假乱真的程度。装饰涂料可根据需要调成任何颜色，甚至多彩。2.合成高分子材料的性能缺点（1）易老化 n 老化是指高分子化合物在阳光、空气、热以及环境介质中的酸、碱、盐等作用下，分子组成和结构发生变化，致使其性质变化，如失去弹性、出现裂纹、变硬、脆或变软、发粘失去原有的使用功能的现象。n 塑料、有机涂料和有机胶粘剂都会出现老化。目前采用的防老化措施主要有改变聚合物的结构，加入各种防老化剂的化学方法和涂防护层的物理方法（3）耐热性差 高分子材料的耐热性能

5、普通较差，如使用温度偏高会促进其老化，甚至分解；塑料受热会发生变形，在使用中要注意其使用温度的限制。（2）可燃性及毒性 高分子材料一般属于可燃的材料，但可燃性受其组成和结构的影响有很大差别。如聚苯乙烯遇火会很快燃烧起来，聚氯乙烯则有自熄性，离开火焰会自动熄灭。部分高分子材料燃烧时发烟，产生有毒气体。一般可通过改进配方制成自熄和难燃甚至不燃的产品。不过其防火性仍比无机材料差，在工程应用中应予以注意。7.2.1建筑塑料n 塑料是以聚合物为基本材料，加入各种添加剂后，在一定温度和压力下混合、塑化、成型的材料或制品的总称。1塑料的组成（1）合成树脂 塑料的基本组成材料，起着胶结剂的作用，含量为30%-

6、60%。塑料的主要性能决定于所采用的合成树脂。（2）添加剂为改善塑料的性能而加入的物质统称为添加剂。如增塑剂、固化剂、着色剂、阻燃剂、稳定剂等。7.2高分子材料在土木工程中的应用1）填料填充料的作用：节约树脂，降低成本，调节塑料的物理化学性能。含量40%-70%。常用的有机填充料有木粉、纸屑、废棉、废布等；常用的无机填充料有滑石粉、石墨粉石棉、玻璃纤维等。2）增塑剂 增塑剂一般为沸点较高、不易挥发、与树脂有良好相溶性的低分子油状物，不仅使塑料加工成型方便、而且可改善塑料的韧性和柔顺性等机械性能。常用的增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯等。3）固化剂 主要作用是在聚合物中生成横跨键、使线

7、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 4）着色剂 主要作用是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，不腿色等特性 5）阻燃剂 加入后能提高塑料的耐燃性和自熄性。常用的有氢氧化铝，三氧化锑等6)稳定剂 防止和缓解高聚物的老化，延长塑料制品的使用寿命。7.2.2 常用建筑塑料分类及性能 P222表7-1常用塑料的种类有 F 聚氯乙烯（PVC）（软、硬）F 聚乙烯（PE）F 聚丙烯（PP）F 聚苯乙烯（PS）F ABS塑料（改性聚苯乙烯塑料）F 酚醛F 有机硅 它是建筑中用量最大的一种塑料。硬质聚氯乙烯

8、的密度为1.381.43g/cm3，机械强度高，化学稳定性好，使用温度范围一般在-15+55之间，适宜制造塑料门窗、下水管、线槽等。聚氯乙烯（PVC）聚乙烯塑料在建筑上主要用于给排水管、卫生洁具。聚乙烯（PE）聚丙烯的密度在所有塑料中是最小的，约为090左右。聚丙烯常用来生产管材、卫生洁具等建筑制品。聚丙烯（PP）聚苯乙烯（PS）聚苯乙烯为无色透明类似玻璃的塑料。聚苯乙烯在建筑中主要用来生产泡沫隔热材料、透光材料等制品。ABS塑料 ABS塑料是改性聚苯乙烯塑料，以丙烯睛（A）、丁二烯（B）及苯乙烯（S）为基础的三组分所组成。ABS塑料可制作压有花纹图案的塑料装饰板等。（1）型材塑料在土木工程中

9、常用于制作塑料地板、门窗、墙纸、管材和型材等。1）塑料地板塑料地板是建筑塑料制品之一，是发展最早的塑料类装修材料。塑料地板是指由高分子树脂及其助剂通过适当的工艺所制成的片状地面覆盖材料。对塑料地板可以按以下方式分类：3 塑料型材与管材 2）塑料门窗塑料门窗有人称它是继木、钢、铝门窗之后的门窗第四代产品。与传统的木、钢、铝门窗相比，塑料门窗具有节能、节材、保护环境的功效。由于塑料门窗型材本身导热性差和多腔结构，因此具有显著的节能效果，而且它的生产能耗比钢、铝低得多，又因为塑料门窗的应用可节省大量的木、钢、铝材料，有利于环境的保护；此外塑料门窗的可加工性强，可满足门窗各种功能的要求，且具有良好的化

10、学稳定性，能提高抗各种腐蚀的能力，故在国内外都受到大力的推广。塑料门窗特点：u隔热性能优异；u气密性、水密性好；u装饰性好；u加工性能好；u隔声性能好u耐腐蚀、维护费用较低等；u但其线膨胀系数较高，硬度较低，不耐磨。复合塑料门窗常用的种类为塑钢门窗，它是在塑料门窗框内部嵌入金属型材制成。3）塑料墙纸塑料墙纸是以一定材料为基材，在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。塑料墙纸可分为印花墙纸、压花墙纸、发泡墙纸、特种墙纸、塑料墙布等五大类，每一类有几个品种，每一品种又有几十及至几百种花色。随着工艺技术的改进，新品种层出不穷，如布底胶面，胶面上再压花或印花的墙

11、纸，以及表面静电植绒的墙纸等。4）玻璃钢建筑制品玻璃钢（FRP）亦称作GRP，即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂基体。以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称谓玻璃钢。由于所使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。质轻而硬，不导电，机械强度高，回收利用少，耐腐蚀。可以代替钢材制造机器零件和汽车、船舶外壳等。既非玻璃亦非钢的玻璃钢它具有玻璃般的透明或半透明，又具有钢铁般的高强度。它是以玻璃纤维或其它织物增强的高分子树脂。玻璃钢密度小、强度大，比钢铁结实，比铝轻；具有良好的耐酸碱腐蚀特性；不具磁性；瞬间耐高温，且

12、是优良的绝热材料。玻璃钢应用广泛。美国波音747飞机上，采用玻璃钢制造的零件就达1万多种。玻璃钢在土木工程得到广泛应用。许多新建的体育馆、展览馆巨大的屋顶就是用玻璃钢制成，以发挥其质轻、高强及透阳光的长处。玻璃纤维增强塑料玻璃钢 高强度，耐腐蚀，阻燃、耐热抗冻性好，电绝缘性能好，光洁度高，施工安装快捷方便，自重轻、运输安装方便等。用于城市电网建设，市政工程，机场工程，工业园区建设，路桥工程。用于储气（液）罐等；强度高、刚性强、致密性好，可保证使用寿命长达30年以上。即使对于一些强腐蚀性介质或者极端恶劣的使用环境，其使用寿命仍可达到15年以上。玻璃纤维增强塑料玻璃钢玻璃纤维增强塑料玻璃钢用于电缆

13、导管，高强度，耐腐蚀，阻燃、耐热抗冻性好，电绝缘性能好，自重轻、施工方便等 拉挤玻璃钢电缆桥架是由拉挤玻璃钢型材组装而成，适用于电力电缆、控制电缆、照明电缆及配件等。与铁制桥架相比，具有使用寿命长（一般设计寿命为二十年）、安装方便且成本低（比重仅为碳钢的1/4，施工中无需动火，单根桥架长度可达8米，甚至更长）、切割方便、不需维护等优越性。（2）塑料管材1936年德国首先应用PVC管输送水、酸及排放污水，使金属管材一统天下的局面受到了严重的挑战。历史的实践证明，塑料管与传统的金属管相比，具有质量轻、能耗低、耐腐蚀、不生锈、不结垢、施工方便和供水效率高等优点，加之用户对此类产品的认识的不断深入，已

14、被人们公认为是目前建筑塑料中重要的品种之一，被大量用于建筑工程中 塑料管有热塑性塑料管和热固性塑料管两大类。塑料管的种类有：硬质聚氯乙烯（UPVC）塑料管、聚乙烯（PE）塑料管、聚丙烯（PP）塑料管和PPR塑料管、聚丁烯（PB）塑料管、玻璃钢（FRP）管和复合塑料管等。塑料管与镀锌铁管优缺点比较 塑料管镀锌铁管 从图中可见，镀锌铁管已生锈，产生污垢。塑料管内壁光滑如新，水的流动摩擦阻力很小，而且不会生锈，所以用塑料管作为上水管，不仅可以减少输水的水头损失，减少能耗，而且没有管内的锈蚀和污垢产生，使水的卫生标准提高。塑料的加工塑料色母粒都是由三部分组成，着色剂载体分散剂，通过高速混炼机混炼后、破

15、碎，挤出拉成粒单螺杆挤出机结构示意图1-树脂 2-料斗 3-硬合金衬套 4-热电耦 5-机筒 6-加热装置7-机头加热器 8-多孔板 9-挤出熔体型坯 10-模具 11-模具连接体12-过滤网 13-螺杆 14-冷却夹套塑料在挤出机中的挤出过程双螺杆塑料挤出机是一种高效的混炼、挤出设备。n 7.2.2胶粘剂 n 胶粘剂是能将各种材料紧密地粘结在一起的物质的总称。n 用胶粘剂粘结建筑构件、装饰品等不仅美观大方，工艺简单，还能将不同材料的构件很容易地联结在一起并有足够的结合强度，此外粘合剂还可以起到隔离、密封和防腐蚀等作用。n 1胶粘剂的基本要求除此之外，胶粘剂还对人体。我国已制定了GB18583

16、2001室内装修材料胶粘剂中有害物质限量的强制性国家标准。2胶粘剂的基本组成材料基本组成材料有粘料、固化剂、填料和稀释剂等。为使胶粘剂具有更好的性能，还应加人一些其它的添加剂，如增韧剂、抗老化剂、增塑剂等 粘料粘料是胶粘剂的基本组分，或称基料，它使胶粘剂具有粘附特性。粘料通常由一种或几种聚合物配合而成。用于胶接结构受力部位的胶粘剂是以热固性树脂为主；用于非受力部位和变形较大部分的胶粘剂是以热塑性树脂和橡胶为主。固化剂固化剂（在橡胶中称硫化剂）能使线型分子形成网状的体型结构，使胶粘剂固化。在选择固化剂时，应按粘料的特性及对固化后胶膜性能（如硬度、韧性和耐热等）的要求来选择。填料加入填料可改善胶粘

17、剂的性能（如提高粘度，降低膨胀系数或收缩性等），并降低成本。常用填料有石英粉、滑石粉，以及各种金属、非金属氧化物粉，在建筑工程中水泥也是广泛应用的填料。稀释剂稀释剂用于溶解和调节胶粘剂的粘度，增加涂敷润湿性。稀释剂有活性与非活性之分，前者参加固化反应，后者不参加固化反应，只起稀释作用。3常用胶粘剂胶粘剂可分为热塑性树脂胶粘剂和热固性树脂胶粘剂，也可分为溶剂型和水基型。热塑性树脂胶粘剂A.聚乙烯醇缩醛胶粘剂：为聚乙烯醇在酸性条件下与醛类反应而得，属于水溶性聚合物。其具有容易吸潮、发霉等缺点。B.聚醋酸乙烯胶粘剂：聚醋酸乙烯胶粘剂俗称白乳胶，是一种使用方便、价格便宜，应用广泛的一种非结构胶。热固性

18、树脂胶粘剂A.不饱和聚酯树脂胶粘剂：不饱和聚酯树脂胶粘剂主要由不饱和聚酯树脂、引发剂（室温下引发固化反应的助剂）、填料等组成。B.环氧树脂胶粘剂：环氧树脂胶粘剂主要由环氧树脂、固化剂、填料、稀释剂、增韧剂等组成。合成橡胶胶粘剂A.氯丁橡胶胶粘剂：氯丁橡胶胶粘剂是目前应用最广的一种橡胶胶粘剂，主要由氯丁橡胶、氧化锌、氧化镁、填料、抗老化剂和抗氧化剂等组成。B.丁腈橡胶胶粘剂：丁腈橡胶胶粘剂的最大的优点是耐油性好，剥离强度高，对脂肪烃和非氧化性酸具有良好的抵抗力。7.2.3高分子材料在土木工程中的其它应用聚合物混凝土(有机陶瓷，MDF水泥弹簧)；聚合物改性沥青；偶联剂亲有机基团亲无机基团（联结无机

19、材料和有机材料）土木合成材料 柔性生态袋 碳纤维复合材料工程加固n 土木合成材料n 土工合成材料是以人工合成的聚合物为原料制成的各种类型产品，是岩土工程中应用的合成材料的总称。n 可置于岩土或其它工程结构内部、表面或各种结构层之间，具有加强、保护岩土或其它结构功能的一种新型工程材料。n 它是以人工合成的聚合物（如塑料、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、表面或各种土体之间，发挥加强或保护土体的作用。土工布用于织造土工布合成纤维 用于织造土工布合成纤维主要为锦纶、涤纶、丙纶、主要为锦纶、涤纶、丙纶、乙纶，它们都具有很强的 乙纶，它们都具有很强的抗埋、耐腐性能。抗埋、耐腐性

20、能。n 土工膜n 土工膜主要功能为防止液体的渗漏和气体的挥发，它的防渗性能主要取决于塑料薄膜的防渗性能。n n土工网n 土工格栅n 土工格栅主要用于加筋土和软基处理工程。使用聚丙烯制成的土工格栅抗拉强度大，伸长率小；高密度聚乙烯为原料的土工格栅抗拉强度小，伸长率大。n 土工格室n 具有伸缩自如，运输可缩叠，施工时可张拉成网状，填入泥土、碎石、混凝土等松散物料，构成具有强大侧向限制和大刚度的结构体。n 材质轻、耐磨损，化学性能稳定、耐光氧老化、耐酸碱，适用于不同土壤与沙漠等土质条件。n 土工垫n 主要用于坡面防护、控制水土流失。与土壤、植被良好结合，促进织物生长，有效地防止水土流失，又被称为三维植被网。土工织物应用在劣质软基道路的例子 功能:隔离 过滤 排水 加筋 面层结构底层隔滤沙层原路基 面层结构底层土工织物原路基 使用土工织物 不用土工织物 用土工织物 不用土工织物 土工织物应用在劣质软基道路的例子 铁路路基应用 土工织物应用在劣质软基道路的例子 柔性生态袋边坡工程结构原理绿霸柔性生态边坡工程公路工程绿霸柔性生态边坡工程市政工程城市中心生态河道 地产 园林施工前 施工中 施工后 绿霸柔性生态边坡工程铁道工程碳纤维复合材料