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1、2/15/2023,1,第九章 合成高分子材料,2023/2/15,2,2023/2/15,3,张拉膜结构,充气膜结构,2023/2/15,4,箱形拱桥红旗桥,钢结构+膜结构,水立方,高分子化合物的定义,高分子化合物是由千万个原子彼此以共价键连接的大分子化合物，其相对分子量一般在104以上，通常指高聚物或聚合物。虽然它的分子量很大，但其化学组成却比较简单，一个大分子往往是由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的。,2023/2/15,5,2023/2/15,6,第9章 合成高分子材料,2023/2/15,7,9.1 合成高分子材料的分子特征和性能特点,9.1.1 合成高分子材料的分
2、子特征,9.1.2 合成高分子材料的性能特点,2023/2/15,8,9.1.1 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,2023/2/15,9,9.1.1 合成高分子材料的分子特征,线型聚合物,体型聚合物,特点：可以溶解在一定溶剂中，可以软化，甚至熔化。,应用：线型无支链结构的聚合物：聚苯乙烯、用低压法制造的高密度聚乙烯和聚酯纤维素分子。线型带支链结构的聚合物：低密度聚乙烯、聚醋酸乙烯等。,特点：制备成型后再加热时不软化，也不能流动。,应用：酚醛树脂、不饱和聚酯、环氧树脂、尿酸树脂等。,2023/2/15,10,9.1.2 合成高分子材料的性能特点,一般合成高分
3、子材料有七方面的性能优点：,优良的加工性能；质轻；导热系数小；化学稳定性较好；电绝缘性好；功能的可设计性强；出色的装饰性能。,高分子板整体橱柜,2023/2/15,11,9.1.2 合成高分子材料的性能特点,合成高分子材料有三方面的性能缺点：易老化；可燃性及毒性；耐热性较差。,使用温度偏高会促进其老化，甚至分解；有的塑料受热会发生变形，在使用中要注意其使用温度的限制。,老化：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、变软或变脆、发粘失去原有使用功能的现象。实例：塑料、有机涂料、有机胶黏剂都会出现老化。防老
4、化措施：加防老化剂；涂防护层。,高分子材料一般属于可燃的材料，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，但其防火性仍比无机材料差。,2023/2/15,12,2023/2/15,13,工程实例分析,PVC下水管破裂原因分析,广东某企业生产硬聚氯乙烯下水管，在广东省许多建筑工程中被使用，由于其质量优良而受到广泛的好评，当该产品外销到北方时，施工队反应在冬季进行下水管安装时，经常发生水管破裂的现象。,2023/2/15,14,经技术专家现场分析，认为主要是由于水管的配方所致，因为该水管主要是在南方建筑工程上使用，由于南方常年的温度都比较高，该PVC的抗
5、冲击强度可以满足实际使用要求，但北方的冬天，温度会下降到零下几十度，这时PVC材料变硬、变脆，抗冲击强度已达不到要求。北方市场的PVC下水管需要重新进行配方，生产厂家经改进配方，在PVC配方中多加抗冲击改性剂，解决了水管易破裂的问题。,PVC下水管破裂原因分析,2023/2/15,15,9.2 土木工程常用的合成高分子材料,2023/2/15,16,9.2.1 建筑塑料,1.建筑塑料的基本组成,2.建筑塑料的分类及主要性能,3.塑料型材及管材,2023/2/15,17,1.建筑塑料的基本组成,建筑上常用的塑料制品绝大多数都是以合成树脂（即合成高分子化合物）和添加剂组成的多组分材料。,“有机玻璃
6、”是由聚甲基丙烯酸甲酯合成的树脂，在聚合反应中不加入其他组分，制成的具有较高机械强度和良好抗冲击性能且有高透明度的有机高分子材料。如标牌、广告牌，灯箱的面板。,（1）合成树脂,合成树脂在塑料中起胶结作用，通过胶结作用把填充料等胶结成坚实整体。因此，塑料的性质主要取决于树脂的性质。在一般树脂中，合成树脂约占30%60%。,2023/2/15,18,（2）添加剂,为了改善塑料的某些性能而加入的物质统称为添加剂。,1.建筑塑料的基本组成,1）填料,填料又称填充剂，常常占塑料组成材料的40%70%。,作用：提高塑料的强度和刚度；减少塑料在常温下的蠕变现象及改善热稳定性；降低塑料制品的成本，增加产量等。
7、,常用填充料：木屑、滑石粉、石灰石粉、碳黑、铝粉、玻璃纤维等。,2023/2/15,19,2）增塑剂,作用：提高塑料加工时的可塑性及流动性；改善塑料制品的柔韧性。,常用增塑剂：用于改善加工性能及常温的柔韧性的邻苯二甲酸二丁酯，邻苯二甲酸二辛酯；属于耐寒增塑剂的脂肪族二元酸酯类增塑剂等。,（2）添加剂,3）其他添加剂,根据建筑塑料使用及成型加工的需要，还有着色剂、固化剂、稳定剂、润滑剂、发泡剂、阻燃剂等。,2023/2/15,20,2.建筑塑料的分类及主要性能,建筑上常用塑料有热塑性塑料和热固性塑料，主要性能见下表。,2023/2/15,21,3.塑料型材及管材,(1)塑料型材,1)塑料地板,塑
8、料地板包括用于地面装饰的各类塑料块板和铺地卷材。,应用：绝大多数的公用建筑，如办公楼、商店、学校等地面。,2023/2/15,22,3.塑料型材及管材,2)塑料门窗,(1)塑料型材,塑料门窗一般采用PVC（聚氯乙烯）塑料;,隔热性能优异；气密性、水密性好；装饰性好；加工性能好；隔声性能好。,塑料门窗与钢木门窗及铝合金门窗相比有以下特点：,2023/2/15,23,塑料窗异型材截面,2023/2/15,24,塑料窗异性材截面,2023/2/15,25,塑料门异性材,2023/2/15,26,塑 料 门,2023/2/15,27,3.塑料型材及管材,(2)塑料型材,3)塑料墙纸,塑料墙纸是以一定材
9、料为基材，表面进行涂塑处理后，再经过印花、压花或发泡处理等多种工艺制成的一种墙面装饰材料。,2023/2/15,28,3.塑料型材及管材,(2)塑料型材,4)玻璃钢建筑制品,用玻璃纤维及其织物为增强材料，以不饱和聚酯树脂或环氧树脂等为胶粘材料制成的一种复合材料。,特点：质量小，强度接近钢材，因此称为玻璃钢。,应用：玻璃钢波形瓦、玻璃钢采光罩、玻璃钢卫生洁具等。,玻璃钢采光板,复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足
10、各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。,2023/2/15,29,（1）质量轻，施工安装和维修方便。（2）表面光滑，不生锈，不结垢，流体阻力小。（3）强度高，韧性好，耐腐蚀，使用寿命长。（4）品种多样，可满足各行业的使用要求。,2023/2/15,30,3.塑料型材及管材,(2)塑料管材,2023/2/15,31,1)硬质聚氯乙烯（UPVC）塑料管,特点：具有较高的硬度和刚度，价格比其它塑料管低。,应用：可
11、用作给水、排水、灌溉、供气、排气等管道，住宅生活用管道，工矿业工艺管道以及电线、电缆套管等。,2）聚乙烯（PE）管,特点：比强度高，韧性和耐低温性能好。,应用：聚乙烯管中，中密度和高密度管材最适宜作城市燃气和天然气管道；低密度聚乙烯管宜用作饮用水管、电缆导管、农业喷洒管道，特别是用于需要移动的管道。,2023/2/15,32,3)聚丙烯（PP）塑料管和PPR塑料管,特点：具有较高的表面硬度和表面光洁度，流体阻力小，使用温度范围为100以下。,应用：多用作化学废料排放管、化验室废水管、盐水处理管及盐水管道。,聚丙烯（PP）塑料管,特点：具有优良的韧性和抗温度变形性能，能耐95以上的沸水，是制作热
12、水管的优良材料。,无规共聚聚丙烯（PP-R）塑料管,2023/2/15,33,4)其他塑料管,具有比硬聚氯乙烯管更高的冲击韧性和热稳定性，可用作工作温度较高的管道。,ABS塑料管,聚丁烯（PB）塑料管,主要用作给水管、冷、热水管、楼板采暖供热管及燃气管道。,玻璃钢（FRP）管,玻璃纤维增强塑料俗称玻璃钢。,特点：强度高、质量小、耐腐蚀、不结垢、阻力小、运输方便、拆装简便、检修容易。,应用：主要用作石油化工管道和大口径给排水管。,2023/2/15,34,塑 料 排 水 管,2023/2/15,35,塑 料 给 水 管,2023/2/15,36,塑 料 管,2023/2/15,37,塑料管与镀锌
13、铁管优缺点比较,请观察使用两年后的塑料管和镀锌铁管的照片，如图A和图B所示，对其优缺点予以比较。,图A 塑料管 图B 镀锌铁管,2023/2/15,38,塑料管与镀锌铁管优缺点比较,从图A和图B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。,2023/2/15,39,9.2.2 胶粘剂,胶粘剂是能将各种材料紧密粘结在一起的物质的总称。,1.胶粘剂的基本要求,基本要求：,适宜的粘度，适宜的流动性；,具有良好的浸润性，能很好地浸润被粘结材料的表
14、面；,在一定的温度、压力、时间等条件下，可通过物理和化学作用固化；,具有足够的粘结强度和较好的其他性能；,胶粘剂还必须对人体无害。,2023/2/15,40,2.胶粘剂的基本组成材料,是粘结剂中最基本的组分，它的性质决定了胶黏剂的性能、用途和使用工艺。,使胶粘剂变成坚硬的固体。,提高粘结剂硬化后的韧性和抗冲击能力。,改善粘结剂的机械性能，降低胶粘剂的成本。,降低胶粘剂的粘度，便于操作，提高胶粘剂湿润性和流动性。,改善粘结剂的某一性能，满足特殊要求。,2023/2/15,41,3.土木工程中常用的胶粘剂性能特点及应用,胶粘剂可分为热塑性树脂胶粘剂和热固性树脂胶粘剂。,2023/2/15,42,(
15、1)热塑性树脂胶粘剂,聚醋酸乙烯胶粘剂是常用的热塑性树脂胶粘剂，俗称白乳胶。它是一种使用方便、价格便宜，应用广泛的非结构胶。,它对各种极性材料有较高的粘附力，但耐热性、对溶剂作用的稳定性及耐水性较差，只能作为室温下使用的非结构胶。,2023/2/15,43,(2)热固性树脂胶粘剂,1)不饱和聚酯树脂胶粘剂,2)环氧树脂胶粘剂,特点：不饱和聚酯树脂胶粘剂的粘接强度高，抗老化性及耐热性好，可在室温下和常压下固化，但固化时的收缩大，使用时须加入填料或玻璃纤维等。,应用：不饱和聚酯树脂胶粘剂可用于粘接陶瓷、玻璃、木材、混凝土和金属等结构构件。,特点：环氧树脂胶粘剂的耐酸、耐碱侵蚀性好，可在常温、低温和
16、高温等条件下固化，并对金属、陶瓷、木材、混凝土、硬塑料等均有很高的粘附力。在粘接混凝土方面，其性能远远超过其它胶粘剂。,应用：广泛用于混凝土结构裂缝的修补和混凝土结构的补强与加固。,2023/2/15,44,(3)合成橡胶胶粘剂,它是目前应用最广的一种橡胶胶粘剂。氯丁橡胶胶粘剂对水、油、弱碱、弱酸、脂肪烃和醇类都具有良好的抵抗力，可在5080的温度下工作，但具有徐变性，且易老化。建筑上常用在水泥混凝土或水泥砂浆的表面上粘贴塑料或橡胶制品等。,它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。丁腈橡胶胶粘剂主要用于粘接橡胶制品，以及橡胶制品与金属、织物、木材等的粘结。,
17、2023/2/15,45,观察与讨论,大理石面板粘结力低的原因分析,某工程外墙装修采用大理石面板，需使用挂石胶粘结，该胶粘剂的粘结强度达到20MPa，但实际测得的粘结强度远低于此值，观察大理石表面，发现不够清洁。讨论粘结力低的原因。,2023/2/15,46,大理石面板粘结力低的原因分析,大理石表面不够清洁，是导致粘结强度不够的主要原因。胶粘剂能够将材料牢固粘结在一起，是因为胶粘剂与材料间存在粘结力。一般认为粘结力主要来源于以下几个方面：机械粘结力 胶粘剂涂敷在材料的表面后，能渗入材料表面的凹陷处和表面的孔隙内，胶粘剂在固化后如同镶嵌在材料内部。正是靠这种机械锚固力将材料粘结在一起。物理吸附力
18、 胶粘剂分子和材料分子间存在的物理吸附力，即范德华力将材料粘结在一起。化学键力 某些胶粘剂分子与材料分子间能发生化学反应，即在胶粘剂与材料间存在有化学键力，是化学键力将材料粘结为一个整体。对不同的胶粘剂和被粘材料，粘结力的主要来源也不同，当机械粘结力、物理吸附力和化学键力共同作用时，可获得很高的粘结强度。,2023/2/15,47,工程实例分析,硅胶密封胶失效,某工程采购单组分硅胶密封胶计划用作窗的密封，由于某种原因，该工程延迟了半年才施工，使用时发现胶粘剂无法施工。,2023/2/15,48,单组分的密封胶贮存稳定性较差，是因为固化剂与粘合剂预先混合在一起，随着贮存时间的增加，固化剂分解变性
19、的趋势增加，导致胶粘剂固化失效，所以其贮存的有效期较短。,硅胶密封胶失效,防治措施 若使用单组分硅胶密封胶，即买即用，尽量减少贮存时间；使用双组分密封胶。双组分的密封胶贮存稳定性好，固化时间短，且固化时间可调节。,2023/2/15,49,创新能力培养,人们把玻璃纤维增强塑料称之为玻璃钢。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他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。玻璃钢在土木工程中得到广泛应用。许多
20、新建的体育馆、展览馆巨大的屋顶就是用玻璃钢制成的，以发挥其质轻、高强及透阳光的长处。由于玻璃钢耐腐蚀性好，所以利用它制造各种管道、贮罐等。玻璃钢在土木工程中必将发挥越来越大的作用。,既非玻璃亦非钢的玻璃钢,2023/2/15,50,常见问题及解答,9-1 在粘结结构材料或修补建筑结构（如混凝土、混凝土结构）时，为什么宜选用热固性胶粘剂？,解答：因为结构材料通常是要承受较大的作用力，非结构胶粘剂与被粘物没有化学键的结合，所能提供的粘接力有限，而热固性胶粘剂在粘合的同时还产生化学反应,能给粘合面提供较大的作用力，常用热固性胶粘剂有:环氧树脂，不饱和聚酯树脂，-氰基丙烯酸酯胶等。修补建筑结构（如混凝
21、土、混凝土结构）时，同样宜选用热固性胶粘剂，同样也是因为建筑结构也要承受较大的作用力的缘故。,2023/2/15,51,9-2 使用型硬质聚氯乙稀（UPVC）塑料管作热水管。使用一段时间后，为什么管道会变形漏水？,解答：型硬质聚氯乙稀塑料管是用途较广的一种塑料管，但其热变形温度为70，故不甚适宜较高温的热水输送。可选用型氯化聚氯乙稀管，此类管称为高温聚氯乙稀管，使用温度可达100。需说明的是，若使用此类管输送饮水，则必须进行卫生检验，因若加入铝化合物稳定剂，在使用过程中能析出，影响身体健康。,常见问题及解答,2023/2/15,52,9-3 为什么胶粘剂能与被粘物牢固地粘接在一起？,解答：一般
22、认为粘结力主要来源于以下几个方面：（1）机械粘结力 胶粘剂涂敷在材料的表面后，能渗入材料表面的凹陷处和表面的孔隙内，胶粘剂在固化后如同镶嵌在材料内部。正是靠这种机械锚固力将材料粘结在一起。（2）物理吸附力 胶粘剂分子和材料分子间存在的物理吸附力，即范德华力将材料粘结在一起。（3）化学键力 某些胶粘剂分子与材料分子间能发生化学反应，即在胶粘剂与材料间存在有化学键力，是化学键力将材料粘结为一个整体。对不同的胶粘剂和被粘材料，粘结力的主要来源也不同，当机械粘结力、物理吸附力和化学键力共同作用时，可获得很高的粘结强度。（4）扩散理论 互相扩散形成牢固地粘接。胶粘剂与被粘接物之间的牢固粘接是上述因素综合作用的结果。但上述因素对不同材料粘接力的作用贡献大小不同。当被粘表面有油污时，使物理吸附力下降，使胶粘剂与石材表面产生的化学键数量大大减少，导致粘结强度达不到设计要求。,常见问题及解答,2023/2/15,53,9-4 土木工程材料所用的粘接剂应具备哪些基本条件？,答：土木工程材料中所应用的胶粘剂应具备以下基本条件：（1）具有浸润被粘结物表面的浸润性和流动性；（2）不因温度及环境条件作用而迅速老化；（3）便于调节硬化速度和粘结性；（4）膨胀及收缩值较小；（5）粘结强度较大。,常见问题及解答,
