高分子材料在现代建筑中的应用

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(2)高弹态:当温度超过玻璃化温度Tg时,由于分子链段 可发生旋转,使高聚物在外力作用下能产生大的变形,外力 卸除后又缓慢恢复原状,高聚物的运动状态称为“高弹态”。
(3)粘流态:随温度继续升高,当温度达到“流动温 度”Tf后,高聚物呈极粘的液体,这种状态称为“粘流态”。 此时,分子链和链段都可以发生运动,当受到外力作用时, 分子间相互滑动产生形变,外力卸去后,形变不能恢复。
有机高分子材料
一、塑料的基本组成
1 合成树脂 2 填充料 3 增塑剂 4 固化剂 5 着色剂 6 稳定剂
建筑塑料
有机高分子材料
建筑塑料
1 合成树脂
定义 作用
含量
习惯或广义地讲,凡作为塑料基材的 高分子化合物(高聚物)都为树脂。
塑料的基本组成材料
在塑料中起粘结作用
种类、性质和数量决定塑料的性质
含量约为30%~60%
建筑塑料
(3) 聚苯乙烯塑料(PS)
由苯乙烯单体聚合而成。
透光性好,易于着色,化学稳定性高,耐 水、耐光,成型加工方便,价格较低。
性脆,抗冲击韧性差,耐热性差,易燃, 使其应用受到一定限制。
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(4) 聚丙烯塑料(PP)
由丙烯聚合而成。
质轻(密度0.90g/cm3),耐热性较高 (100~120℃),刚性、延性和抗水性均好。
丁苯橡胶 三元乙丙橡胶
大多数烯类单体聚 合物都可按此命名
树脂泛指作为 塑料基材的高
聚物
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高分子化合物的基本知识
三、高聚物的结构与性质
1 高聚物分子链的形状与性质
按分子几何结构形态分为线型、支链型和体型
图9-1 聚合物大分子链的形状
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高分子化合物的基本知识
(1)线型:大小分链节排列成线状主链(如图9-1a)。大多数呈卷 曲状,线状大分子间以分子间力结合在一起。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,且可融可熔。线型结构的合成树脂可反复加热软化、冷却硬 化,称为热塑性树脂。 (2)支链型:分子在主链上带有比主链短的支链(如图9-1b)。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。 (3)体型:分子由线型或支链型高聚物分子以化学键交联形成,呈 空间网状结构(见图9-1c)。由于化学链结合力强,且交联成一个 巨型分子,因此体型结构的合成树脂仅在第一次加热时软化,固化 后再加热时不会软化,称为热固性树脂。
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高分子化合物的基本知识
2 高聚物的聚集态结构与物理状态
定义 分类 其他
聚集态结构是指高聚物内部大分子 之间的几何排列与堆砌方式。 晶态 不透明或半透明 非晶态 透明
由于长链高分子难免弯曲,故在晶 态高聚物中也总有非晶区存在,且大分 子链可以同时跨越几个晶区和非晶区。
晶区所占的百分比称为结晶度。
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高分子化合物的基本知识
二、高聚物的分类与命名
高聚物分类
按性能用途 按分子结构 按合成反应
塑料
合成橡胶
线型
加聚物
合成纤维
胶粘剂
支链型
缩聚物
涂料
体型
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高分子化合物的基本知识
高聚物的命名
单体名称前 冠以“聚”字
聚乙烯 聚丙烯
原料后附以 “树脂”二字
酚醛树脂
从单体各取一 字,后附“橡胶”
]n—
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高分子化合物的基本知识
这种结构称为分子链,可简写为—CH2— CH2—。即聚乙烯是由低分子化合物乙烯 (CH2=CH2) 聚合而成的。
可以聚合成高聚物的低分子化合物,称为“单 体”;
组成高聚物最小重复结构单元称为“链节”, 如—CH2—CH2—;
高聚物中所含链节的数目n称为“聚合度”; 高聚物的聚合度一般为1×103~1×107,分子 量必然很大。
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高分子化合物的基本知识
有机高分子材料
建筑塑料 建筑涂料 建筑胶粘剂
有机高分子材料
高分子化合物的基本知识
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。
合成高分子材料有许多优良的性能,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。
合成高分子材料在土木工程领域广泛使用, 代替了很多传统材料。
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6 稳定剂
作用
防止塑料在热、光及其他
条件下过早老化
常用稳定剂
抗氯化剂 紫外线吸收剂
在塑料生产中还常加入一定量的其他添加剂,
使塑料制品的性能更好、用途更广泛。
如加入发泡剂可以制得泡沫塑料,加入阻燃剂
可以制得阻燃塑料。
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建筑塑料
二、塑料的主要性质
塑料具有质轻、比强度高、保温绝热性能 好、加工性能好及富Leabharlann Baidu装饰性等优点,也存在 易老化、易燃、耐热性差及刚性差等缺点。
特点
质轻、美观、有弹性
防潮、防火、吸声、绝热、耐磨、耐腐蚀
施工简便、易于清洗与保养
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(5) 其他塑料制品
建筑塑料
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2 常用工程塑料制品
(1) 塑料门窗 (2) 塑料管材 (3)塑料壁纸 (4)塑料地板 (5)其他塑料制品
建筑塑料
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(1) 塑料门窗
主要采用改性硬质聚氯乙稀(PVC-
定义
U)经挤出形成各种型材;型材经过加
工,组装成建筑物的门窗。
分类 特点
全塑门窗
复合门窗
聚氨酯门窗
掺加填料、固化剂等可制成酚醛塑料制品,
表面光洁,坚固耐用,成本低,是最常用的
塑料品种之一。
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(8) 有机硅树脂(OR)
由一种或多种有机硅单体水解而成。
耐热、耐寒、耐水、耐化学腐蚀,但机械性 能不佳,粘结力不高。
用酚醛、环氧、聚酯等合成树脂或用玻璃纤 维、石棉等增强,可提高其机械性能和粘结 力。
塑料。
4 毒性 液体树脂几乎都有毒性,完全固化后的树脂则基
本上无毒。
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建筑塑料
三、常用的建筑塑料
1 工程塑料的常用品种
(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) 聚酯树脂(PR) (7) 酚醛树脂(PF) (8) 有机硅树脂(OR)
塑料壁纸图案变化多样,色彩丰富。通过印花、发泡等工
艺,可仿制木纹、石纹、锦缎、织物、瓷、普通砖,能达到以
假乱真的程度,为室内装饰提供了极大的便利。
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(4) 塑料地板
塑料地板
建筑塑料
按树脂
按形状
聚氯乙烯 塑料地板
氯乙烯—醋酸 乙烯塑料地板
块状地板
聚乙烯 塑料地板
聚丙烯 塑料地板
卷状地板
乙烯的抗老化性能。
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(2) 聚氯乙烯塑料(PVC)
由氯乙烯单体聚合而成,在工程上常用。
化学稳定性高,抗老化性好,耐热性差 (在100℃以上时会引起分解、变质而破 坏),通常使用温度应在60~80℃以下。
根据增塑剂掺量的不同,可制得硬质或软 质聚氯乙烯塑料。
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仅有少数的塑料完全由合成树脂所组
成,如有机玻璃。
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2 填充料 作用
降低分子链间的流淌性 提高塑料的强度、硬度及耐热性 减少塑料制品的收缩 降低塑料的成本
常用填充料 木粉、滑石粉、硅藻土、石灰石粉、
石棉、铝粉、碳黑和玻璃纤维等
掺率
塑料中填充料的掺率约为40%~70%
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耐水、耐腐蚀 气密性、水密性好 绝热、隔声、耐燃 尺寸稳定、装饰性好
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(2) 塑料管材
塑料管材分类
建筑塑料
按材料
按质地
按品种
聚氯乙烯管
聚丁烯管
硬管
电线穿线管
波纹管
ABS管
玻璃钢管
软管
排水管
给水管
聚丙烯管
、聚乙烯管
雨水管
燃气管
特点
质轻、节能、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 返回
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第二节 建筑塑料
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、饰面板、塑料地板、 塑料门窗、管线护套等;防水和密封材料有塑料薄膜、 密封膏、管道、卫生设施等。
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高分子化合物的基本知识
高聚物在不同温度条件下的形态是有差别的,如
图9-2,表现为下列三种物理状态:
图9-2 非晶态线型高聚物的变形与温度的关系
有机高分子材料
高分子化合物的基本知识
(1)玻璃态:当低于某一温度时,分子链作用力很大,分 子链与链段不能运动,高聚物呈非晶态的固体称为“玻璃 态”。
1 物理力学性质 2 化学性质
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1 物理力学性质
1 密度 一般为0.9~2.2g/cm3,较混凝土和钢材小。
2 孔隙率 在生产时可在很大范围内加以控制。
3 吸水率 大部分耐水,吸水率很小,一般不超过1%。 4 耐热性 大多数耐热性都不高,使用温度一般为100~
200℃,仅氟塑料、有机硅聚合物等的使用温度可达
作用
使线性高聚物交联成体型高聚物 使树脂具有热固性,形成稳定坚硬的塑料
常用固化剂
酚醛树脂中 乌洛托品(六亚甲基四胺)
环氯树脂中 胺类(乙二胺、间苯二胺)
酸酐类(邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐)
高分子类(聚酰胺树脂)
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5 着色剂 作用
常用着色剂
使塑料具有鲜艳的色彩和光 泽,改善塑料制品的装饰性 有机染料 无机颜料 能产生荧光或磷光的颜料
300~500℃。 5 导热性 密实塑料为0.23~0.70W/m·k,泡沫塑料接
近空气。
6 强度 强度较高,如玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)的抗 拉强度高达200~300MPa。
7 弹性模量 弹性模量较小,约为混凝土的1/10,具徐变
特性,在受力时有较大的变形。
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2 化学性质
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高分子化合物的基本知识
第一节 高分子化合物的基本知识
一、高分子化合物的定义
高分子化合物又称高分子聚合物(简称高 聚物),是组成单元相互多次重复连接而构成 的物质。
高分子化合物分子量虽然很大,但化学组成 比较简单,由许多低分子化合物聚合而成。
例如,聚乙烯分子结构为:
…CH2—CH2…CH2—CH2…—[—CH2—CH2—
耐磨性差,价格较贵。
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(6) 聚酯树脂(PR)
聚酯树脂由二元或多元醇和二元或多元 酸缩聚而成。
具有优良的胶结性能,弹性和着色性好,
柔韧、耐热、耐水。
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(7) 酚醛树脂(PF)
建筑塑料
由酚和醛在酸性或碱性催化剂作用下缩聚 而成。
粘结强度高,耐光、耐水、耐热、耐腐蚀, 电绝缘性好,但性脆。
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3 增塑剂
降低树脂流动温度Tf,使树脂具有
作用
较大的可Tf性,以利于塑料加工成型 降低大分子链间的作用力,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
注意事项 能与树脂均匀混合,具有良好稳定性
邻苯二甲酸二辛酯
常用增塑剂 磷酸三甲酚酯
樟脑
二苯甲酮
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4 固化剂(硬化剂或熟化剂)
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(3) 塑料壁纸
壁纸分类
制作工艺
特点及产品
普通壁纸 在纸面上印图案或压出花 耐水,耐用,可擦洗,
纹,再涂上塑料层
价格便宜
发泡壁纸 特种壁纸
在纸面上涂发泡塑料面
由于功能上的需要而生产 的壁纸(即功能壁纸)
立体感强,能吸声,
音响效果较好
耐水壁纸、防火壁纸、 防霉壁纸、塑料颗粒壁 纸、金属基壁纸
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(1) 聚乙烯塑料(PE)
建筑塑料
由乙烯单体聚合而成。
高压聚乙烯的结晶度低、密度小;低压聚乙烯结晶 度高,密度大。随结晶度和密度的增加,聚乙烯的硬 度、软化点、强度等随之提高,而冲击韧性和伸长率 则下降。
聚乙烯塑料具有较高的化学稳定性和耐水性,强度
虽不高,但低温柔韧性大。掺加适量炭黑,可提高聚
1 耐腐蚀性 大多数塑料对酸、碱、盐等腐蚀性物质的作用都
具有较高的化学稳定性,但有些塑料在有机溶剂中会溶解
或溶胀。
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。
3 可燃性 塑料属于可燃性材料,建筑工程用塑料应为阻燃
低温脆性显著,抗大气性差,用于室内。
近年来,聚丙烯的生产发展较迅 速,聚丙烯已与聚乙烯、聚氯乙烯 等共同成为工程塑料的主要品种。
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(5) 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)
由甲基丙烯酸甲酯加聚而成的热塑性树 脂,俗称有机玻璃。
透光性好,低温强度高,吸水性低,耐热 性和抗老化性好,成型加工方便。
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