1、第九章 高分子建筑材料第一節 高分子材料基本知識第二節 高分子建筑材料和制品用于建筑工程中的有機材料主要有：木材、瀝青材料、合成高分子材料。合成高分子材料包括三大類：塑料、橡膠、化學纖維（其中塑料占3/4）。在塑料、橡膠的基礎上衍生出膠粘劑、涂料。合成高分子材料的基本成分是合成高分子化合物。預計到21世紀初，合成高分子材料將占建筑材料用量的25%以上，主要用于制作建筑材料與制品、對傳統建筑材料進行改性。合成高分子建筑材料，除少數用作結構材料代替鋼材和木材外，絕大多數用作非結構材料及裝飾裝修材料。小資料：用于紡織的合成纖維，我國習慣以“綸”作后綴，如：滌綸（聚對苯二甲酸乙二酯）、錦綸（尼龍-6）

2、、腈綸（聚丙烯睛）、氯綸（聚氯乙烯）、維尼綸（聚乙烯醇縮甲醛）。第一節高分子材料基本知識一、高聚物的基本知識 在有機化合物中，一般將分子量為幾十、幾百的化合物稱為低分子化合物，而將分子量在104以上的稱為高分子化合物（有時將分子量在103以上的也稱為高分子化合物）。常見的高分子有機化合物有：合成樹脂、天然樹脂、纖維素酯或醚、瀝青等。 高分子化合物分為兩大類：天然高分子化合物（糧食、棉織品、木材、天然橡膠等）、合成高分子化合物（簡稱高聚物或聚合物或合成樹脂）。后者發展應用迅速。 高聚物是由單體（不飽和的低分子化合物）聚合而成。常用的聚合方法有兩種：加成聚合、縮合聚合。 加成聚合是在加熱或催化劑的

3、作用下，單體分子互相連結起來成為高聚物，反應過程中不產生副產物，所生成的高聚物具有與單體完全相同的組成。加聚反應生成的高聚物稱為聚合樹脂，為線型結構，絕大多數屬熱塑性樹脂，由一種單體加聚而得的稱為均聚物，以“聚”+ 單體名稱命名，由兩種以上單體加聚而得的稱為共聚物，以單體名稱 +“共聚物”命名。建筑中常用的有：聚乙烯（pe）、聚丙烯（pp）、聚氯乙烯（pvc）、聚苯乙烯（ps）、聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）、聚四氟乙烯、丁苯膠乳等。 縮合聚合是在加熱和催化劑的作用下，單體分子互相結合成為高聚物，同時析出水、氨、醇等副產物（低分子化合物），所生成高聚物的組成與原始單體完全不同。縮聚反應生成的高聚

4、物稱為縮合樹脂，多為體型結構，屬熱固性樹脂，一般以單體名稱 +“樹脂”命名。建筑中常用的有：酚醛樹脂（pf）、脲醛樹脂（uf）、環氧樹脂（ep）、不飽和聚酯樹脂（up）、三聚氰胺甲醛樹脂、有機硅樹脂（si）等。 根據分子鏈的形態，高聚物分為：線型結構、支鏈型結構、網型結構、體型結構。一般地，線型結構的樹脂：強度較低、彈性模量較小、變形較大、耐熱性差、耐腐蝕性較差、可溶可熔、呈熱塑性；體型結構的樹脂：強度較高、彈性模量較大、變形較小、較硬脆且多無塑性、耐熱性較好、耐腐蝕性較好、不溶不熔、呈熱固性。加聚物多為線型、支鏈型結構，縮聚物可為線型、支鏈型、網型、體型結構（如酚醛樹脂）。 根據受熱時的性能

5、，高聚物分為：熱塑性、熱固性。熱塑性高聚物為線型、支鏈型結構，熱固性高聚物為體型結構。 根據物質的聚集態結構，高聚物分為：晶態、非晶態。非晶態線型高聚物在溫度由低到高的不同范圍內，具有三種力學性能不同的狀態：玻璃態、高彈態、粘流態。玻璃化溫度低于室溫的稱為橡膠，高于室溫的稱為塑料。粘流溫度以上可對高聚物進行塑造成型。體型高聚物一般僅有玻璃態。二、塑料的基本知識 塑料是以合成樹脂為主要成分，加入一定的添加劑，經加工成型制成的有機合成材料。塑料用于建筑始于1950年代，目前已成為繼混凝土、鋼材、木材之后的第四種重要的建筑材料。世界上用于建筑上的塑料已占全部建筑材料用量的11%，占塑料總產量的25%

6、以上。建筑塑料主要用作裝飾板材、保溫材料、涂料、管道、門窗、防水及防腐材料等，玻璃纖維增強塑料可用作結構材料。1. 塑料的組成（1）合成樹脂 合成樹脂是塑料的基本成分，起膠結劑的作用，占塑料重量的40%100%，它決定了塑料的主要性質及成本。（2）添加劑 為改善塑料的某些性能而加入的物質統稱為添加劑（除填料外的也稱助劑）。a. 填料：作用是降低成本、提高強度、硬度、尺寸穩定性及耐熱性。常用：木粉、滑石粉、硅藻土、石灰石粉、鋁粉、碳黑、石棉、玻璃纖維等，摻量40%70%。b. 增塑劑：作用是提高加工時的可塑性、調節塑料的機械性能（強度、韌性、柔軟性、耐寒性等）。c. 穩定劑：作用是改善塑料在加工

7、、使用過程中對熱、光、氧的耐久性。d. 其他：潤滑劑、固化劑、發泡劑、阻燃劑、著色劑、抗靜電劑、稀釋劑等。 決定塑料性能的主要成分是樹脂，而樹脂的性質又決定于其成分（單體）及分子結構狀況（線型、體型）。 老化，指高分子材料在長期使用中，由于受機械力、空氣中的氧、光、熱等作用，出現強度降低、軟化、發粘、發脆、失去彈性、變色等現象。老化的原因是高分子鏈的交鏈反應（線型結構轉變為體型結構，使材料變硬、變脆、失去彈性。）或裂解反應（高分子鏈斷裂，長鏈變短，分子量變小，使材料變粘、變軟、強度下降。）。2. 塑料的特性（1）加工性能優良 可采用多種加工工藝（擠壓、壓鑄、發泡）塑制成多種形狀（薄膜、薄板、管

8、材、異型材等）的產品，制品便于切割、焊接。通過改變塑料組成配方與生產工藝，可按需要調節制品的硬度、密度、表觀密度、色澤等，制成具有特殊性能的工程材料，如強度超過鋼材的碳纖維復合材料，具有承重、質輕、隔音、保溫性能的復合板材，柔軟而富有彈性的密封、防水材料等。（2）質輕 塑料的密度一般為0.82.2g/cm3，平均值（1.45 g/cm3）與木材接近，是鋼的1/5、混凝土的1/3、鋁的1/2。比強度接近或超過鋼材，遠超過混凝土，屬于輕質高強材料。（3）裝飾性能好 塑料制品可著色、印刷、壓花、燙金、電鍍，表現出良好的質感和裝飾效果。（4）耐水性、耐化學腐蝕性好：適用于防潮、防水工程，化工建筑。（5

9、）隔熱性、電絕緣性好：塑料的熱導率一般為0.0240.81w/(m.k)，是金屬的1/1500、混凝土的1/40。（6）耐熱、耐燃、耐老化性差（7）彈性模量（剛度）小（僅為鋼材的1/101/20）（8）經濟性較好：目前塑料的成本較高，但隨著高分子工業的發展，其成本在逐漸下降；而塑料生產的低能耗及優良的使用性能也會帶來良好的綜合效益。小資料：塑料的生產能耗是玻璃的50%、鋼材的16%、鋁材的8%第二節高分子建筑材料和制品一、常用建筑塑料1. 熱塑性塑料（1）聚氯乙烯（pvc） 聚氯乙烯是由乙炔與氯化氫合成氯乙烯單體、再經聚合而成，屬熱塑性線型聚合物。 聚氯乙烯是建筑中應用最多的一種塑料，有硬質、

10、半硬質、軟質、發泡制品。 聚氯乙烯難燃，具有自熄性，可溶于環已酮、四氫呋喃。由于對光、熱的不穩定性，以及強度較差，聚氯乙烯樹脂不能單獨使用，一般要加入其他助劑。耐熱溫度5070（硬質）、6580（軟質）。 硬聚氯乙烯制品強度較高，有極好的耐風化力，適用于天溝、水落管、外墻覆面板、天窗材料、給排水管道，易熔接粘合，產量大，價格低，使用溫度低。加入發泡劑可制成泡沫塑料。 軟聚氯乙烯可擠壓成板片、型材，作地面材料、裝修材料（塑料地板、門窗、壁紙）、防水材料、止水帶等。（2）聚乙烯（pe） 聚乙烯由乙烯單體聚合而成，是產量最大、用途最廣的一種熱塑性樹脂。按聚合方法分為三種：高壓聚乙烯、低壓聚乙烯、中壓

11、聚乙烯。 聚乙烯耐低溫性（-70）、耐化學腐蝕性、抗水性好，電絕緣性突出，強度不高，易燃，質地較軟，吸收油類會引起膨脹、變色、破裂。最高使用溫度為100。 聚乙烯可作防水材料、涂料、絕緣材料等。聚乙烯塑料在建筑上常用來制成排水管、水箱、薄膜。（3）聚丙烯（pp） 聚丙烯是一種結晶性高聚物。 聚丙烯密度最低（0.900.91 g/m3），易燃，不耐磨，常溫下沒有溶劑。耐熱溫度100120。 聚丙烯常用于生產管材、衛生潔具、薄膜、纖維、地毯等。（4）聚苯乙烯（ps） 聚苯乙烯透明度好，價廉，易于加工和染色，易燃，性脆，耐候性差，可溶于苯、甲苯、乙苯等芳香族溶劑。耐熱溫度6595。 聚苯乙烯主要用于

12、生產泡沫塑料、燈具、涂料等。 商品聚苯乙烯分為：抗沖型、工業型、日用型、顆粒型。（5）abs塑料（丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚物） abs是一種性能優良的工程塑料：聚丙烯睛具有良好的化學穩定性和表面硬度，聚丁二烯具有良好的韌性和耐低溫性能，聚苯乙烯具有良好的加工性能。 abs用于生產建筑五金、壓花裝飾板、管材。（6）聚甲基丙烯酸甲酯（pmma，有機玻璃） 聚甲基丙烯酸甲酯是由丙酮、氰化物、甲醇反應生成的甲基丙烯酸甲酯單體加聚而成。 pmma是透光性最好的一種塑料，質輕、堅韌而具有彈性、耐水性及耐熱性好，價格高，耐磨性差。耐熱溫度6590。 pmma可制成板材（平板、瓦楞板、珠光玻璃）、管材，用玻

13、璃纖維增強可制作面盆、浴缸，pmma水乳液可用于浸漬木材、水泥制品。（7）聚酰胺（pa，尼龍） 尼龍由胺基酸縮聚而成。 尼龍耐磨性突出，機械性能良好，沖擊韌性好，耐油性好，消音性好，耐熱溫度130150，較難燃，可用作水管零部件、涂料。2. 熱固性塑料（1）酚醛塑料（pf） 酚醛樹脂通常以苯酚與甲醛縮聚而成。 酚醛樹脂在建筑上主要用于生產層壓板、玻璃鋼制品、膠粘劑等。未熱固的酚醛樹脂磨細后與木粉和顏料可配制“電木粉”，用于壓塑成各種電工器材。（2）不飽和聚脂樹脂（up） 不飽和聚脂樹脂耐腐蝕、成型工藝性能好，可在室溫下固化，固化時收縮較大。耐熱溫度120。 不飽和聚脂樹脂可用于生產玻璃鋼、涂料

14、、裝飾板、人造大理石、管道等。（3）環氧樹脂（ep） 環氧樹脂的品種牌號很多，其分類參見化工部標準hg2-742-72，其中生產最早、使用最廣的是雙酚a型環氧樹脂（其產量占環氧樹脂的80%90%），其牌號主要有：e-51、e-44、e-42等（e為雙酚a型環氧樹脂的代號，后續數字為平均環氧值。）。 環氧樹脂有較強的粘結力，可室溫固化，固化時收縮很小。化學穩定性、耐熱性、機械強度好，吸水率低。 環氧樹脂可用于生產玻璃鋼、膠粘劑、涂料等。 環氧樹脂具有很多優良性能，在工程上使用較為廣泛，產品有：粘合劑、密封材料、涂料、復合層壓材料、澆注材料、浸漬材料等。在建筑上使用最廣的是環氧樹脂粘合劑（俗稱萬能

15、膠），用于結構修補。（4）氨基塑料 氨基塑料包括脲醛塑料（uf）、密胺塑料（mf）。 脲醛樹脂是由脲素和甲醛縮聚而成，耐熱溫度78。低分子量時呈液態，常用作粘合劑、涂料；高分子量時為白色固體，加工成的塑料商品稱為電玉，可作裝飾品、電氣絕緣材料；經發泡處理可制得閉孔型硬質氨基泡沫塑料，用作填充保溫絕熱吸聲材料。 密胺樹脂是由三聚氰胺和甲醛縮聚而成。低分子量未硬化的呈淺色或無色漿體，高分子量的為白色或淺色固體。密胺樹脂可用于生產裝飾層壓板、涂料、粘合劑。mf加入亞硫酸鈉聚合后可制成陰離子型高效表面活性劑，可用于混凝土作高效減水劑，價格較貴。（5）聚氨酯（pu） 聚氨酯可制成單組份或雙組份的涂料、粘

16、合劑、彈性體、硬塑料、泡沫塑料（硬質、軟質）。 聚氨酯性能優良，生產工藝簡便，可常溫聚合、發泡。 聚氨酯可用于生產泡沫塑料、涂料、膠粘劑、防水材料等。（6）有機硅樹脂（si） 有機硅樹脂有良好的流動性，便于施工。有機硅憎水、耐水、耐候、耐高溫（250）、耐寒、耐腐蝕、電絕緣性好。 有機硅可用于制作高級絕緣材料、防水材料。3. 樹脂基復合材料（1）玻璃鋼（grp） 玻璃纖維增強塑料，俗稱玻璃鋼，具有輕質高強的特點，是合成高分子化合物用作結構材料的主要代表。 玻璃鋼由合成樹脂膠結玻璃纖維或玻璃布制成，一般常用酚醛樹脂、聚酯樹脂、環氧樹脂等熱固性樹脂，其中聚酯樹脂因其化學穩定性好、價格較低而使用最多

17、。 玻璃鋼密度1.52.0g/cm3，抗拉強度接近或超過碳素鋼，但剛度比金屬差，層間剪切強度低，耐老化性能不夠理想。 玻璃鋼在航空、高壓容器、軍用及民用制品上得到廣泛應用。在建筑工程中，可用作采光材料、圍護材料、裝飾裝修材料，如：瓦楞形屋面板、整體采光罩、浮雕、浴盆、管道等。 復合材料能綜合各組分的優良特性，有針對性地改善材料某些方面的性能。復合材料的類型有：纖維復合材料、層合復合材料、顆粒復合材料。（2）蜂窩塑料 以塑料板或金屬薄板、膠合板為面板，中間為具有格子（多為六角形蜂窩狀）的夾層（經樹脂浸漬并固化的玻璃布或紙張），用氨基樹脂或環氧樹脂緊密粘合在兩片面板之間，制成質輕、抗壓和抗彎性能好

18、的隔墻板、門板、地板、家具等。（3）增強塑料薄膜 用玻璃纖維或尼龍纖維網制成的塑料薄膜，有較好的韌性，可用于建造半永久性或可拆遷的大跨度充氣結構倉庫和房屋。（4）鈣塑材料 樹脂中加入大量碳酸鈣、亞硫酸鈣等鈣鹽填充料和必要的添加劑、加工塑制成的復合材料稱為鈣塑材料。 鈣塑材料尺寸穩定，難燃，便于鋸、刨、釘、印刷、粘合等加工，可制成板材、管材、中空異形材等裝修、保溫、防水材料與用品，在建筑上廣泛用作天花板、吸音板及墻面裝修。（5）樹脂混凝土 以合成樹脂作膠凝材料，加入固化劑、粉料、粗細骨料配制而成。參見特種混凝土部分的內容。二、常用建筑塑料制品（1）塑料壁紙 塑料壁紙通常分為普通壁紙、發泡壁紙、特

19、種壁紙（耐水壁紙、防火壁紙、彩色砂粒壁紙、植絨壁紙等）。（2）塑料地板 塑料地板種類很多，按形狀分為：塊狀、卷狀；按柔性分為：軟質、半硬質；按結構分為：單層、多層復合。 塑料地板所使用的樹脂有聚氯乙烯、聚乙烯-醋酸乙烯、氯乙烯-聚丙烯等，目前絕大部分為聚氯乙烯塑料地板。 塑料涂布地面是由聚合物樹脂砂漿和樹脂涂料兩層組成。砂漿由樹脂、填料、顏料等現場調配，直接涂抹在地面上（厚約212mm），硬化后表面涂以樹脂薄膜層（厚度小于1mm）。常用不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂。塑料涂布地面具有施工簡單、耐磨、無縫的特點，可用于耐化學腐蝕及衛生標準要求較高的地面，如醫院手術室、食品加工廠、奶制品廠等，也適用于舊

20、地面翻修。（3）化纖地毯 世界地毯總產量中95%為化纖地毯。 化纖地毯按加工方法分為：簇絨地毯、針扎地毯、機織地毯等，其中簇絨地毯使用最普遍。 化纖地毯的構成：面層織物（常用聚丙烯睛纖維、尼龍纖維、聚丙烯纖維）、初級背襯（常用聚丙烯機織布或無紡布）、防松涂層（常用丁苯膠乳）、次級背襯（常用黃麻、聚丙烯、發泡型聚氨酯）。（4）塑料門窗 塑料門窗是由硬質聚氯乙烯型材經焊接、拼裝、修整而成的門窗制品，分為全塑門窗、復合塑料門窗（塑鋼門窗）。 塑料門窗具有保溫、隔熱、隔聲、耐潮濕、耐腐蝕、不需涂裝等特性，能在-4070的環境溫度下使用30年以上。塑料門窗不能與發煙硫酸、硝酸、醋酸、氯氣等接觸。（5）塑

21、料管道 以塑料代鐵已是國際上給排水管道發展的方向，塑料管道已成為建筑塑料中用量最大的品種（占建筑塑料產量的40%以上）。 塑料管道有硬管、軟管兩種，建筑上主要使用硬質聚氯乙烯管。硬質聚氯乙烯壓力管可用于建筑室內供水系統，硬質聚氯乙烯非壓力管可用于住宅、旅館、商店、醫院建筑的排水排污系統。硬質聚氯乙烯管使用溫度范圍050，不能輸送熱水和蒸汽。（6）合成高分子防水材料 包括防水卷材（樹脂類、橡膠類、樹脂-橡膠共混型）、密封材料。三、土工合成材料 土工合成材料是以高分子材料制成的一種平面材料，置于土體內部、表面和各層土體之間，起著加強和保護土體的作用。 土工合成材料大約在20世紀50年代開始應用于土

22、工建筑。1953年美國墾務局首先在渠道上使用聚乙烯薄膜防滲；1955年以前，以合成纖維織物做成的沙袋已在荷蘭、德國、日本等國家應用。 土工合成材料分為五類：土工織物、土工膜、特種土工合成材料、復合型土工合成材料、土工泡沫。四、粘合劑 凡能在兩個物體表面之間形成薄膜并將它們緊密粘結在一起的材料稱為粘合劑（又稱膠粘劑）。 粘結強度通常以拉伸剪切強度（單面搭接）進行評定。影響粘結強度的因素有：粘合劑的性質（粘度、極性、體積收縮等）、被粘材料的性質（極性、表面粗糙度等）、粘結工藝（表面處理、搭接長度、加熱加壓、膠層厚度等）、環境條件（溫度、濕度）等。1. 粘合劑的組成（1）粘料 粘料是粘合劑的主要組成

23、，起基本粘結作用。主要采用合成樹脂，結構用粘合劑多采用熱固性樹脂（強度高，變形小，耐久性好），非結構用粘合劑多采用熱塑性樹脂。（2）固化劑 固化劑使粘合劑硬化，常用固化劑為胺類、酸酐類等。（3）填料 加入填料是為了增加強度、提高耐熱性、降低成本。常用的填料有：石棉粉、滑石粉、鐵粉等。 （4）稀釋劑 稀釋劑用于調節粘合劑的粘度，增加涂敷潤濕性。常用的稀釋劑有：環氧丙烷、丙酮等。 （5）其它 根據需要還可加入增韌劑、穩定劑、防腐劑等。2. 常用建筑粘合劑 建筑上使用較早的有機粘合劑有：牛皮膠、魚膠、蟲膠、瀝青類材料等，目前大多采用合成高分子材料。（1）熱固性樹脂粘合劑a. 環氧樹脂粘合劑 環氧樹脂粘合劑是使用最普遍的粘結材料（俗稱萬能膠），其配方極多，所用固化劑對粘合劑的性能起重要作用。 環氧樹脂粘合劑具有粘合力強、收縮小、穩定性好等特點，對金屬、木材、玻璃、硬塑料、混凝土都有很強的粘附力（但對聚乙烯、聚四氟乙烯、硅樹脂、硅橡膠等少數幾種塑料膠接性較差），還可用于水下作業。在建筑工程中，環氧樹脂粘合劑不僅用作結構粘合劑，也是很好的防水防腐材料。b. 不飽和聚脂樹脂粘合劑 不飽和聚脂樹脂主要用于制造玻璃鋼，但也可粘結陶瓷、玻璃鋼、金屬、木材、混凝土等，屬無溶劑型粘合劑，可室溫固化，應注意其固化收縮率很大（必