第7章 土木工程材料_高分子材料

第7章高分子材料

本章导学

学习目的：

高分子材料是现代工程材料的典型代表，具有许多传统材料所不具有的优良性能。通过本章的学习，初步了解高分子材料的分类和性能特点。

教学要求：

结合高分子材料在现代土木工程中的应用，讲述高分子材料的分类和常用高分子材料的性能特点，重点使学生了解高分子材料的适用场合和效果。

在有机化合物中，一般将分子量在104以上的化合物称为高分子化合物，有时，分子量达103的也叫高分子化合物；即低分子化台物和尚分子化合物之间并没有严格的界限。高分子化合物有天然的和合成的两大类，以高分子化合物为主要成分的材料的称为高分子材料，高分子材料也分为天然高分子材料和合成高分子材料。如棉织品、木材、天然橡胶等都是天然高分子材料。天然高分子材料的产量和性能，远远不能满足工程需要。随着村机高分子科学的发展，合成高分子材料的产量和品种迅速增加，用途日益广泛。现代

生活中的塑料、橡胶、化学纤维、以及某些胶粘剂、涂料等，都是以高分子化台物为基础材料制成的，这些高分子化合物绝人多数是人工合成的，故称为合成高分子材料。

合成高分子材料，不仅可用于保温、装饰、吸声等材料，还可用作结构材料代替钢材和木材。据预计，21世纪初合成高分子材料将占土木工程材料用量的25％以上。

高分子化合物作为土木工程材料，与传统的土木工程材料相比，有如下一些特点： 1．密度小、比强度高

高分子化合物的密度一般为0.8～2.2×103Kg/m3，只有钢材的1/8～1/4．混凝土的1/3，铝的1/2，高分子材料的比强度(即强度与表观密度之比)多大于钢材和混凝土制品，是一种轻质高强材料，非常适应现代土木工程荷载高、跨度大的需要。 2．加工性能良好

可以来用多种加工工艺(挤出、压铸等)制成不同形状、厚薄不等的产品，能适应不同结构部位的需要。 3．耐化学腐蚀性优良

一般高分子材料对酸、碱等耐腐蚀能力都比金属材料和无机材料强，持别适用于特种土木工程的需要。

7.1 高分子材料的合成与分类

7.1.1高分子化合物的制备（合成方法）

合成高分子化台物是由不饱和的低分子化合物(称为单体)聚合而成。常用的聚合方法有加成聚合和缩合聚合两种。

1. 加成聚合

加成聚合反应是由许多相同或不相同的单体(通常为烯类)，在加热或催化剂的作用下产生连锁反应，各单体分子中的双键打开，并互相连接起来成为高聚物。所生成的高聚物具有和单体具有类似的的组成结构，其中n代表单体的数目，称为聚合度，聚合度愈高，分子量愈大。。加聚反应的特点是反应过程中不产生副产物。例如：

加聚反应生成的高分子化合物称聚合树脂，它们多在原始单体名称前冠以“聚”字命名。土木工程中常用的聚合树脂有：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙稀酸甲酯，聚四氟乙烯等。

2. 缩合聚合

缩合聚合反应是由一种或多种单体，在加热和催化剂的作用下，逐步相互结合成高聚物，并同时析出水、氨、醇等副产物(

低分子化

合物)。缩合反应生成物的组成与原始单体完全不同。如苯酚和甲醛两种单体经缩聚反应得到酚醛树指：

缩聚反应生成的高分子化合物称缩合树脂。缩合树脂多在原始单体名称后加上“树脂”两字命名。土木工程中常用的缩合树脂有：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。

为了使高分子化合物具有特定的工程性能，高分子材料在形成时，通常还需加入一定量的助剂，助剂是一种能在一定程度上改进合成材料的成型加工性能和使用性能，而不明显地影响高分子结构的物质。常用的助剂主要有增塑剂、填充剂、稳定剂、润滑剂、固化剂、阻燃剂、着色剂、发泡剂、抗静电剂等。 7.1.2高分子材料的分类

高分子材料种类繁多，根据其组成和性能，通常采用分为三大类：

(1)树脂：即塑料，具有可塑性的高聚物材料。可塑性是指当材料在一定温度和压力下受到外力作用时，可产生变形，而外力除去后仍能保持受力时的形状。

按其能否进行二次加工，又可分为成塑性塑料(线型结构高聚物材料)和热固性塑料(体型结构面聚物材料)两类。

(2)橡胶：具有显著高弹性的高聚物材料。在外力作用下可产生较大的变形，外力卸除后又能回复原来的形状。按其产源可分为天然橡胶和合成橡胶两类。

(3)共聚物：也称热塑性弹性体或热塑性橡胶，兼具树脂和橡胶的特点，具有非常好的工程性能。

常用高分子材料及其特性 常用高分子材料 表7－1