第八章合成高分子材料

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章 合成高分子材料,第一节 合成高分子材料的基本性能,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,第一节 合成高分子材料的基本性能,一、什么是高分子材料？,一般把分子量低于,1 000,或,1 500,的化合物称作低分子化合物；,分子量在,10 000,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。,第一节 合成高分子材料的基本性能,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,10 000,35 000,，而超高分子量聚乙烯的分子量可高达,500 000,。,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。,第一节 合成高分子材料的基本性能,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 。,第一节 合成高分子材料的基本性能,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。,第一节 合成高分子材料的基本性能,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。,第一节 合成高分子材料的基本性能,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。,第一节 合成高分子材料的基本性能,(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,1 000,，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,105,106,MPa,，而一般金属材料的模量高达,1010,1011,MPa,。,第一节 合成高分子材料的基本性能,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。,第一节 合成高分子材料的基本性能,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：软而弱，硬而脆，硬而强，软而韧，硬而韧，见图,93,。,第一节 合成高分子材料的基本性能,(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。,第一节 合成高分子材料的基本性能,(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，许多工程塑料制品,(,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,92,。,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,第二节 合成高分子材料和制品,一、工程塑料,塑料的组成,塑料的主要特点,常用工程塑料,常用工程塑料制品,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,、常用工程塑料,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,、常用的工程塑料制品,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,工程塑料制品实例,二、胶粘剂,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料称为,胶粘剂,。胶粘剂又称为粘结剂。,胶粘剂是现代建筑材料的一个重要组成部分，许多建筑制品的安装施工都涉及它们与基体材料的粘结问题。,除此之外，混凝土裂缝和破损的修补等也常用到胶粘剂，因此，粘接技术和粘接材料已越来越受到人们的重视。,1.,胶粘剂的组成和种类,2.,粘接原理及影响因素,（,1,）粘接的基本原理,机械粘接理论,物理吸附理论,扩散理论,化学键理论,2.,粘接原理及影响因素,（,2,）影响粘接强度的主要因素,1,）胶粘剂的性质,2,）被粘接材料的性质,3,）粘接工艺及环境条件的影响,3.,建筑中常用的胶粘剂,（,1,）聚醋酸乙烯乳胶,（,2,）聚乙烯醇和聚乙烯缩醛胶粘剂,（,3,）环氧树脂胶粘剂,（,4,）丙烯酸酯胶粘剂,（,5,）聚氨酯胶粘剂,（,6,）酚醛树脂胶粘剂,（,7,）橡胶胶粘剂,（,8,）有机硅胶粘剂,