高分子材料在现代工程建筑中的应用.docx

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高分子材料在现代工程建筑中的应用

高分子材料在现代工程建筑中的应用

论文

研究员：

赵启超,曾子悦。

研究时间：

2013年4月30日

指导教师:

王丽

简介

有机高分子材料是以有机高分子化合物为主要组分的材料。

有机高分子材料分为天然高分子材料和合成高分子材料两大类，木材、天然橡胶、棉织品、沥青等都是天然高分子材料；而现代生活中广泛使用的塑料、橡胶、化学纤维以及某些涂料、胶粘剂等，都是以高分子化合物为基础材料制成的，这些高分子化合物大多数又是人工合成的，故称为合成高分子材料。

高分子材料是现代工程中不可缺少的一类材料，由于有机高分子合成材料的原料（石油、煤等）来源广泛，化学结合效率高，产品具有多种建筑功能且质轻、强韧、耐化学腐蚀、多功能、易加工成型等优点，因此在建筑工程中应用日益广泛，不仅可用作保温、装饰、吸声材料，还可用作结构材料代替钢材、木材。

1.高分子化合物的基本知识

2.高分子建筑材料和制品

（1）高分子建筑塑料

（2）高分子建筑涂料

（3）高分子建筑胶粘剂

3.高分子建筑材料现状

1.高分子化合物的基本知识

一、高分子化合物的定义及反应类型：

定义：

是由千万个原子彼此以共价键连接的大分子化合物,常称聚合物或高聚物。

其分子量一般>104。

高分子化合物有天然的，也有人工合成的。

工业用高分子材料主要是人工合成的。

高分子化合物的定义及反应类型:

（1）加聚反应：

加聚反应是由许多种相同或不同的低分子化合物，在加热或催化剂的作用下，相互加合成高聚物而不析出低分子副产物的反应。

其生成物称为加聚物（或加聚树脂），加聚物具有与单体类似的组成结构。

如：

其中n代表单体的数目，称为聚合度。

N值越大，聚合物的分子量越大。

工程中常见的加聚物有：

聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯等。

（2）缩聚反应

缩聚反应是由许多相同或不同的低分子化合物，在加热或催化剂的作用下，相互结合成高聚物并析出水、氨、醇等低分子副产物的反应。

其生成物称为缩聚物（也称缩合树脂）。

缩聚物的组成与单体完全不同，例如：

苯酚和甲醛两种单体经缩聚反应得到酚醛树脂。

特点：

（1）所用单体是带有两个或两个以上-OH,-COOH,-NH2等反应基团的化合物。

（2）是通过一连串的缩合反应来完成的。

和低分子的缩合反应一样。

都是可逆反应。

相对分子量随反应时间增加而逐渐增大，但单体的转化率却几乎与反应时间无关。

工程中常用的缩聚物有：

酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、三聚氰胺甲醛树脂及有机硅树脂等。

二、高分子化合物的分类及主要性质

1、高分子化合物的分类

按用途分类：

塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。

按聚合物反应类型分类：

加聚物和缩聚物。

按聚合物的热行为分类：

为热塑性聚合物和热固性聚合物

按主链上的化学组成分类：

为碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机聚合物

按分子链的几何形状分类：

线性结构、直链型结构和体型结构（或称网状型结构）三种。

2、高分子化合物的性质

（1）物理力学性质

1）密度较小，一般为0.8-2.2g/cm3，只有钢材的1/8-1/4，混凝土的1/3，铝的1/2。

2）比强度高（为轻质高强材料），但力学性质受温度变化的影响很大。

3）导热性小（保温隔热性能好）

4）电绝缘性能好。

（2）化学及物理化学性质

1）易老化

2）耐腐蚀性能较强

3）具有可燃性，且在燃烧过程中会释放有毒气体

2.高分子建筑材料和制品

（1）高分子建筑塑料

塑料是以合成高分子化合物或天然高分子化合物为只要基料，与其他原料在一定条件下经混炼、塑化成型，在常温常压下能保持产品形状不变的材料。

塑料在一定的温度和压力下具有较大的塑性，容易做成所需要的各种形状尺寸的制品，而在成型后，在常温常压下又能保持既得的形状和必需的强度。

优点：

1.轻质高强

2.加工性能好

3.导热系数小，绝热性好

4.装饰性优异

5.多功能

6.经济性好

缺点：

1.耐热性差、易燃

2.易老化

3.热膨胀性大

4.刚度小

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

（2）高分子建筑涂料

简称涂料，是指涂覆于物体表面，能与基体材料牢固粘结并形成连续完整面坚韧的保护膜，具有防护、装饰及其他特殊功能的物质。

能以其丰富的色彩和质感装饰美化建筑物，并能以其某些特殊功能改善建筑物的使用条件，延长建筑物的使用寿命，同时，建筑涂料具有涂饰作业方法简单，施工效率高，自重小，便于维护更新，造价低等优点。

因而建筑涂料已成为应用十分广泛的装饰材料。

1、建筑涂料的功能

装饰功能：

可通过不同的涂饰方法，形成各种纹理、图案和不同程度的质感，达到美化环境及装饰建筑物的作用。

保护功能：

建筑物在使用中，结构材料会受到环境介质的破坏，而涂料使结构材料与环境中的介质隔开，可减缓这种破环作用，延长建筑物的使用性能；同时涂膜具有一定的硬度、强度、耐磨、耐候、耐蚀等性质，可提高建筑物的耐久性。

其他特殊功能：

除了上述功能外，一些涂料还具有各自的特殊功能，进一步适应各种特殊使用的需要，如防水、防火、吸声隔声、隔热保温、防辐射等。

2、建筑涂料的分类

1、按主要成膜物质分：

有机涂料

无机涂料

有机－无机涂料

2、按使用部位分：

外墙涂料

内墙涂料

顶棚涂料

地面涂料

屋面防水涂料

3、按分散介质和主要成膜物质的溶解情况分：

溶剂型涂料

水溶型涂料

乳液型涂料

（3）高分子建筑胶粘剂

具有良好的粘结性能，能在两个物体表面间形成薄膜并把他们牢固地粘结在一起的材料通称为胶粘剂。

建筑胶剂在现代化建筑施工中，已成为装修工程、修补加固工程重要的建筑材料，正在逐步替代大量的建筑装修湿作业，为装修工程的工业化创造极有利的条件。

一、胶粘剂的组成及分类

组成：

胶粘剂通常是由主体材料（粘结物质）和辅助材料（固化剂，增塑剂、填料、稀释剂、改性剂）配制而成。

主体材料主要指粘料，它是胶粘剂中起粘接作用并赋予胶层一定机械强度的物质，如各种树脂、橡胶、沥青等合成或天然高分子材料以及硅溶胶、水玻璃等无机材料。

辅助材料是胶粘剂中用以完善主体材料的性能而加入的物质，如常用的固化剂，增塑剂、填料、稀释剂、改性剂等。

分类：

胶粘剂的分类方法很多，目前尚无统一的方法。

按主要成分可分为有机物质胶粘剂和无机物质胶粘剂；按粘剂来源可分为天然胶粘剂和合成胶粘剂；按强度特性划分为结构胶粘剂、非结构胶粘剂和次结构胶粘剂；按固化条件的不同可分为溶剂型、反应型和热熔型。

二、常用的建筑胶粘剂

1、酚醛树脂胶粘剂

醛树脂胶粘剂属热固型高分子胶粘剂，它具有很好的粘附性能，耐热性、耐水性好。

缺点是胶层较脆，经改性后可广泛用于金属、木材、塑料、等材料的粘结。

2、环氧树脂胶粘剂

环氧树脂胶粘剂是由环氧树脂、硬化剂、增塑剂，稀剂和填料等组成。

具有粘合力强、收缩小和良好的化学稳定性，有效地解决了新旧砂浆、砼层之间的界面粘结问题。

对金属、木材、玻璃、橡胶、皮革等也有很强的粘附力，是目前应用最多的胶粘剂，有“万能胶”之称

3、聚醋酸乙烯胶粘剂

聚醋酸乙烯胶粘剂是醋酸乙烯单体经聚合反应而得到的一种热塑性水乳型胶粘剂，俗称“白乳胶”，该胶合剂具有良好的粘结强度，以粘接各种非金属为主。

常温固化速度较快，且早期粘合强度较高。

可单独使用，也可掺入水泥等作复合胶使用。

但其耐热性较差，且徐变较大，所以常作为室温下使用的非结构胶。

4、聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂

聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂是由聚乙烯醇和醛为主要原料，加入少量氢氧化钠和水，在一定条件下缩聚而成。

市面上常见的107胶、801胶等均属聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂。

这类胶粘剂，具有较高的粘结强度和较好的耐水、耐老化性，还能和水泥复合使用，可显著提高水泥材料的耐磨性、抗冻性和抗裂性，可用来胶结塑料壁纸、墙布、瓷砖等。

5、丙烯酸酯胶粘剂

丙烯酸酯胶剂是以丙烯酸酯树脂为基体配以合适的溶剂而成的胶粘剂，分为热塑性和热固性两大类。

它具有粘接强度高，成膜性好，能在室温上快速固化，抗腐蚀性、耐老化性能优良的特点。

可用于胶接木材、纸张、皮革、玻璃、陶瓷、有机玻璃、金属等。

常见的501胶、502胶即属热固性丙烯酸酯类胶胶粘。

3.高分子建筑材料现状

随着我国国民经济的快速发展，建筑行业也在突飞猛进的发展着。

建筑行业各种新技术新工艺新材料层出不穷，极大地促进了建筑工程的发展，特别是高分子材料在建筑工程中的作用日渐显现出来。

1、应用意识不强，应用观念陈旧

（1）有些建筑部门和企业的管理者不愿意花费资金和人力进行相关的研究，这就使得高分子材料的研究无法进行；

（2）建筑部门和企业的有些人员没有认识到高分子材料对于提高建筑质量解决相关技术难题的意义，因此采用高分子材料的积极性不强；

（3）建筑行业中应用高分子材料的企业还不是特别多，相关的技术也不是特别成熟，因而很多人不愿轻易尝试。

2、应用方法单一，应用技术落后

（1）建筑企业在应用高分子材料时只是被动地选择已经研制出来的高分子材料却没有根据自身的需要研究更高性能的材料；

（2）有些建筑部门总是受传统建筑思想的束缚，在运用高分子材料时不注意考虑建筑设计时的整体效果只是部分地应用高分子材料已达到局部效果的提高；

（3）有些建筑行业的管理者在应用高分子材料时缺乏新思路，没有将高分子材料与其它材料结合起来应用以实现建筑效果的优化。

3、应用人才缺乏，应用范围狭窄

（1）有些建筑部门缺乏高分子材料的专门研究机构，这就使得相关的技术人才也十分的缺乏；

（2）有些建筑行业的管理者不重视高分子材料的具体应用形式，所以具有高分子材料应用经验的技术人员也十分的缺乏；

（3）高分子材料应用本身涉及的领域十分广泛，一般的技术人员也难以全面掌握相关的技术。