第10章 合成高分子材料的检测与应用1（课件）- 《建筑材料》同步教学（中国水利水电出版社）

第10章 合成高分子材料的检测与应用 §10－1 概述 一、合成高分子材料概念 合成高分子是由高分子组成的材料。在土木工程中所涉及的主要有塑料、橡胶、化学纤维、建筑胶和涂料。 这些高分子材料的基本成分是人工合成的，简称高聚物。由高聚物加工或用高聚物对传统材料进行改性所制得的土木工程材料，习惯上称为化学建材。 化学建材在土木工程中的应用日益广泛，在装饰、防水、胶黏、防腐等各个方面所起的重要作用。 二、 高分子材料的分类 按分子链的形状分类（三种） 1）线型高分子材料—主链原子排列成长链状； 2）支链型高分子材料—主链也是长链状，但带有大量的支链； 3）体型高分子材料—长链被许多横跨链交联成网状，或者在单体聚合过程中在二维空间或三维空间交联形成空间网络。 二、 高分子材料的分类 按对热约性质分类（两类） 1）热塑性树脂——受热时呈现出可塑性，甚至熔化，冷却后又凝固硬化。这种变化是可逆的，可以重复多次。其分子间的作用力较弱，为线型及带支链的树脂。 2）热固性树脂——是一些支链型高分子材料，加热时转变成黏稠状态，发生化学变化，相邻的分子相互连接，转变成体型结构而逐渐固化，最终成为不能熔化、不能溶解的物质。这种变化是不可逆的，大部分缩合树脂属于此类。 二、 高分子材料的分类 按高分子材料的结晶分（两种） 1）高分子材料按它们的结晶性能，分为晶态高分子材料和非晶态高分子材料。结晶所占的百分比称为结晶度。一般来说，结晶度越高，高分子材料的密度、弹性模量、强度、硬度、耐热性、折光系数等越大，而冲击韧性、黏附力、断裂伸长率、溶解度等越小。 2）晶态高分子材料—不透明或半透明的。 3）非晶态高分子材料—为透明的；体型高分子材料只有非晶态一种。 二、 高分子材料的分类 按高分子材料的变形与温度分类 非晶态高分子材料的 变形与温度的关系见右图 玻璃化温度TR低于室温的称为橡胶，高于室温的称为塑料。玻璃化温度是塑料的最高使用温度，但却是橡胶的最低使用温度。 三、高分子材料的基本性质 物理力学性质 质轻，密度小（在0.90~2.20kg/cm3之间） 比强度高（轻质高分子材料） 弹性好 绝缘性好（具有良好的隔绝性能） 耐磨性好 弹性模量低 耐水性、耐湿性好 物理、化学性能 易老化 耐腐蚀性优良 耐热性与抗火性差 四、 高分子材料的合成方法及命名 合成方法 加成聚合又叫加聚反应，一般为线型分子，其组成与单体的组成基本相同，反应过程中不产生副产物。 缩合聚合又叫缩聚反应可以是线型的或体型的反应过程生成的产物。 四、 高分子材料的合成方法及命名 命名 由加聚反应生成的树脂称为聚合树脂，其命名一般是在其原料名称前面冠以“聚”字，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。 由缩聚反应生成的树脂称为缩合树脂。其命名一般是在原料名称后加上“树脂”两字，如酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂等。 §9－2 常用建筑高分子材料 一、树脂和塑料 树脂和塑料的概念和分类 树脂是指在受热时通常有软化或熔融范围。作为塑料基材的任何高分子材料都可称为树脂。 塑料是指以树脂为主要成分，含有各种添加剂（如增塑剂、填充剂、润滑剂、颜料等），而且在加工过程中能流动成型的高分子材料。 塑料按其用途可分为通用塑料和工程塑料两种。作为水泥混凝土或沥青混合料改性的塑料属于通用塑料，直接作为桥梁或道路结构构件的塑料属于工程塑料。 一、树脂和塑料 塑料的特点 1.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 2.缺点: 耐热性差、易燃 易老化 热膨胀性大 刚度小 一、树脂和塑料— 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 常用建筑塑料 一、树脂和塑料 常用建筑塑料制品 玻璃钢（GRP）：以玻璃纤维为增强材料，以合成树脂为基体，经成型、固化而成的固体材料。 玻璃钢制品具有良好透光性和装饰性，且强度高，重量轻，具有良好耐化学腐蚀性能和电绝缘性能，加之成型工艺简单灵活，在建筑卫生洁具上被广泛使用。 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 一、树脂和塑料 建筑塑料制品实例 一、树脂和塑料 树脂橡胶的硫化 橡胶是在外力作用下可发生较大形变，外力撤销后又迅速复原，在使用条件下具有高弹性的高分子材料。 橡胶的硫化又称交联。橡胶硫化的目的是为了提高其强度、变形性、耐久性、抗剪切能力，减少其塑性。硫化的实质是利用硫化剂（又称交联剂）使橡胶由线型分子结构交联成为网型分子结构弹性体的过程。常用的橡胶制品均为硫化橡胶。 一、树脂和塑料 树脂橡胶的再生处理 橡胶的再生处理主要是脱硫。脱硫是指将废旧橡胶经机械粉碎和加热处理等，使橡胶氧化解聚，即由大网型结构转变为小网型结构和少量的线型结构的过程。脱硫后的橡胶除具有一定的弹性外，还具有一定的塑性和黏性。 经再生处理的橡胶称为再生橡胶或再生胶。再生橡胶主要用于沥青的改性。 二、 橡胶——常用橡胶 名称 代号 主 要 特 性 主 要 内 容 丁苯橡胶 SBR 综合性能较好，强度较高，延伸率大，抗磨性和耐寒性也较好。 拌制聚合物水泥混凝土；也可与乳化沥青共混制成改性沥青乳液 丁基橡胶 IIR 具有较好的抗拉强度和大的延伸率，耐老化性能好，玻璃化温度低且耐热性好。 作为沥青改性剂 掺量为2.00%左右 氯丁橡胶 CR 具有较高的抗拉强度和相对伸长率，耐磨性好，且耐热、耐寒，硫化后不易老化 是一种常用胶种。可用于制备路面用沥青混合料。也可作为桥面或高架路面防水层涂料。 聚丁二烯橡胶 BR 具有高弹性外，耐磨性也较好，特别是具有优良的耐寒性。但抗拉强度较低，相对伸长率稍低。 可用于沥青改性，特别是对改善沥青的低温性能有明显的效果。 乙丙橡胶 EPM 由于它具有较好的综合力学性能、耐热性能和耐老化性能 普遍用乙丙橡胶改性沥青。 三、高聚物合金 是指多组分和多相同时并存于某一共混体系中的高分子材料。 名称 代号 主要特性 主要用途 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 ABS 具有优良的抗冲击性，特别是在低温下仍然较优；优良的抗蠕变性能，良好的抗拉强度、但耐热性较差 用于改性沥青可得综合性能优良的沥青。 高冲击聚苯乙烯 HIPS 具有高的韧性 和抗冲击强度 可用于桥梁结构中替代钢材、木材等结构材料 苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物 SBS 它的性能兼有橡胶和塑料的特性。具有弹性好、抗拉强度高、低温变性性能好 广泛应用于高级路面和屋面防水材料 $$