土木工程材料 第8章 合成高分子材料.ppt

第 8 章 合成高分子材料 本章学习目标 1. 熟悉合成高分子材料的性能特点及主要的高分子材 料品种； 2. 熟悉土木工程中合成高分子材料的主要制品及应用 ，包括塑料、胶粘剂及涂料。 本章的难点 是 从合成高分子材料的组成来理解它的性 能，正确地根据工程实际选用合适的合成高分子材料 。 建议在学习中通过对比来理解不同种类的高分子材料的 性能及应用。 有机高分子材料是由高分子化合物组 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、胶粘剂和涂料 。 本章主要介绍塑料、胶粘剂和涂料。这些 有机高分子材料的基本成分是人工合成的 高分子化合物，简称高聚物。由高聚物加 工而成，或高聚物对传统材料改性所制得 的土木工程材料，习惯上称为化学合成建 筑材料，即化学建材。 8.1 合成高分子化合物的基本知识 ? 8.1.1 高分子化合物的分类 ? 1 、按分子链的形状分类 ? 线型 高分子化合物的主链原子排列成长链状 ，如聚乙烯、聚氯乙烯等。 ? 支链型 高分子化合物的主链也是长链状的， 但带有大量的支链，如 ABS 树脂等。 ? 体型 高分子化合物的长链被许多横跨链交联 成网状，或在单体聚合过程中二维或三维空间交 联形状空间网络，分子彼此固定。如环氧、聚酯 等树脂的最终产物 。 ? 根据分子链的形状不同，可将高分子化 合物分为 线型、支链型和体型 三种。 聚合物的物理状态及性能特点 ? 按温度区域可划分为玻璃态、高弹态和粘流态。 ? 当温度较低时，聚合物受外力作用时产生的变形较小， 弹性模量大，且变形可恢复，此状态称为玻璃态。玻 璃态是塑料的使用状态，凡室温下处于玻璃态的聚合 物都可用作塑料。 ? 当温度升高至玻璃化转变温度以上，聚合物受外力作 用时产生变形较大，弹性模量较小，外力除去后又会 逐步恢复原状，且变形是可逆的，此状态称为高弹态。 高弹态是橡胶的使用状态，凡室温下处于高弹态的聚 合物均可用作橡胶，因此高弹态也叫橡胶态。 ? 粘流态是聚合物成型时的状态。 ? 在室温下，聚合物总是处于玻璃态、高 弹态和粘流态三种状态之一，其中，高 弹态是聚合物所特有的状态。当温度一 定时，不同聚合物可能处于不同的物理 状态，因此表现出不同的力学性能。 ? 2 、 按对热的性质分类 ? 按受热时的特点可分为热塑性和热固性两类。 ? 热塑性高聚物在加热时呈现出可塑性，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 。这类的高分子化合物其分子间作用力较弱，为线型及 带支链的高聚物。 ? 热固性高聚物是一些支链高分子化合物，加热时转 变成粘稠状态，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，其分子量也随之增大，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。 ? 8.1.2 高分子化合物的合成及命名 将低分子单体经化学方法聚合成为高分子化合物 常用的合成方法有加成聚合和缩聚聚合两种。 ? 加成聚合 加成聚合又叫加聚反应，是聚合物最主要的聚 合方式之一，通常是在催化剂的存在下，含有双键 的单体打开双键，相互连接而得到聚合物长链分子。 在加聚反应过程中无副产物，由一种单体加聚 而得的称为均聚物，如乙烯加聚得到聚乙烯，氯乙 烯加聚得到聚氯乙烯等。 ? 由两种或两种以上单体共加聚称为共聚，通过单体 的 共 聚 可 以 得 到 各 种 性 能 优 良 的 塑 料 ， 如 丙 烯 腈 （ A ）、丁二烯（ B ）、苯乙烯（ S ）共聚可以制造性 能优异的工程塑料（ ABS ），可用作电器开关、外壳、 装饰板等；乙烯、丙烯共聚可以得到耐老化性能极好 的乙丙橡胶，可用作高档防水卷材的主要原料； ? 由丁二烯、苯乙烯共聚可以制造丁苯橡胶，可以制 造建筑上用的胶板、胶粘剂、减振件等。 ? 由加聚反应得到的树脂称为聚合树脂，其命名一般 是在其原料名称前面加以“聚”字，如聚乙烯、聚苯 乙烯等。 ? 缩聚聚合 ? 缩聚又称缩聚反应 ，是含有活性官能团的单体经 缩合反应相互连接而得到高分子量的聚合物。缩聚反 应过程中有副产物 —— 小分子化合物产生，所以由缩 聚反应制成的树脂其化学组成与单体不同。若参加缩 聚反应的单体只有两个官能团，则只能生成直链聚合 物，如聚对苯二甲酸乙二醇脂（ PET ）；若参加缩聚反 应的单体有两个以上的官能团，则聚合后就会生成不 溶、不熔的三维网状聚合物，也称为热固性树脂。 ? 缩聚反应生成物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，如环氧树脂 、聚酯树脂等。 ? 8.1.3 高分子化合物的基本性质 ? 1 、高分子材料的性能优点 ①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。 ②质轻 。如大多塑料密度在 0.9 ～ 2.2g/m 3