文档介绍：第12章高分子建筑材料
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高分子材料基本知识
高分子建筑材料
建筑粘接剂
建筑涂料
思考题
本章内容
高分子建筑材料是以高分子化合物为基础组成的材料,土木工程中涉及的高分子建筑材料主要有塑料、粘合剂、涂料、橡胶和化学纤维等。高分子建筑材料质量轻、韧性高、耐腐蚀性好、功能多、易加工成型、具有一定的装饰性等。因此,成为现代建筑领域广泛采用的新材料。
通常把分子量大于104的物质称为高分子化合物。按高分子化合物存在的方式,可分为天然高分子、半天然高分子、合成高分子;按主骨架可分为有机高分子和无机高分子;按高分子主链结构可分为碳链高分子、杂链高分子和元素有机高分子;按应用功能可分为通用高分子、功能高分子、仿生高分子、医用高分子、生物高分子等。
一、高分子化合物结构
高聚物大分子的化学组成和大分子链的聚集状态,决定了高聚物的物理、化学、机械和工艺性能。
1. 高分子的一次结构(链节结构)
高分子的一次结构是指一个高分子链节的化学结构、相邻链节间的空间排列、链节序列、链段的支化度及其分布,一次结构是高分子的最基本结构它不易改变。链节的化学组成是多样的,它们决定了高聚物的一些性能。如杂链的耐热性大于碳链;无机链具有耐老化、耐候、阻燃的特性;链节中各种键的键能,它是决定高聚物稳定性的主要因素;主链上的共价键对高聚物的熔点、强度等影响很大。
高分子材料基本知识
高分子链主要有线型、支化型和交联型。线型大分子结构高聚物具有良好的弹性和塑性,适于制备塑料或合成纤维。支化型大分子结构高聚物其支链多,在机械性能上表现为性软、熔融温度低。交联结构高聚物有较好的耐热、耐蚀性、尺寸稳定、机械强度大和硬度高。
2. 高分子的二次结构(链结构)
高分子链结构是指由于主链上单键以内旋转所形成的多种空间立体形态。高分子的内旋转决定链的柔性,内旋转位垒与主链结构相关,键长越大内旋转位阻就小,链的柔性就越大。例如Si—O键的柔顺性很好,因此硅油、甲基硅橡胶等都有很好的柔性。
(聚集态结构)
高聚物由许多高分子链通过次价力相互聚集而成,聚集链间的形态和结构,即为高分子之间的几何排列特征,称聚集态结构。高分子的聚集态有“非晶态”、“结晶”和“织态”结构,其晶区和非晶区界限不是很清晰。
高分子材料基本知识
非晶态高聚物间的作用力80%~100%是次价力,链间空隙大构象可变。它是一种无规缠结,有玻璃态,高弹态、粘流态。高分子的结晶度对高聚物的性能有很大的影响:完全结晶的高聚物密度最大;结晶度越大,高聚物的抗张强度、硬度、耐热性、抗溶性则增大;结晶度减小,则透明度增大,透气性也增大。高分子的取向是指线型高分子充分伸展时,往往长度是宽度的几千倍、几万倍,使高分子材料的力学性能、光学性能和热学性能发生显著的变化,例如高分子材料的双折射现象,液晶现象等。在非均相多组分织态结构聚合物中,由于能较好的发挥不同材料优势,通过共混的方法能制成性能较高的“高分子合金”。
二、高分子化合物性能
高分子化合物具有巨大的分子量,加上链间的作用力大,使得高分子材料出现很多低分子材料不具备的特殊性能。
1. 高聚物的力学性能
高聚物的力学特性表现在可变性范围宽,对各种机械压力的反应相差较大,与金属材料相比,高聚物的力学性能对温度和时间的依赖性要强烈得多。固态高聚物的形变主要包括弹性形变和塑性形变两种,无定形高聚物则具有各向异性或各向同性的力学性能。
高分子材料基本知识
(1) 高聚物的应力应变,高分子链排列的不完全规整性、不均匀性及内部结构的缺陷(如位错、界面、空隙、裂纹等),使应力往往集中在结构的缺陷处,断裂时多表现出高分子链的断裂先于链间的滑移。高聚物的应力—应变性能受温度影响很大,非晶态高聚物的模量随温度升高而降低,而高结晶的高聚物往往受玻璃化温度影响不大。
(2) 高聚物拉伸力学性质,—应变关系曲线。在弹性极限H前的线性范围内,典型结晶高聚物单向拉伸的形变服从于虎克定律,高分子材料制品在此区域内尺寸稳定性好是常用的力学范围。从H点到屈服点r区域内,高聚物具有粘弹形变特征,形变后不能完全复原。r点后进入塑性变形区,大分子链间的滑移增多应力明显下降,材料局部出现细颈现象。
(3) 高聚物的弹性模量,它依赖于高聚物的分子结构、结晶度、大分子链的柔顺性等。凡是分子量较大、极性较大、取向程度较高、结晶度较大、交联度较高、柔顺性较低的高聚物,其弹性模量较高。
(4) 抗冲击强度,它表现高聚物材料在高速冲击下,其单位断裂面积吸收能量的能力。急速冲击力的作用下高聚物链段来不及松弛运动,则会在高分子材料内部最薄弱点上出现应力集中而可能发生断裂。因此提高高分子链段的柔顺性,有利增加高聚物抗冲