第十章合成高分子材料的检测与应用

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1、第十章合成高分子材料的检测与应用　　合成高分子材料是由高分子组成的材料。在土木工程中所涉及的主要有塑料、橡胶、化学纤维、建筑胶和涂料。这些高分子材料的基本成分是人工合成的，简称高聚物。由高聚物加工或用高聚物对传统材料进行改性所制得的土木工程材料，习惯上称为化学建材。化学建材在土木工程中的应用日益广泛，在装饰、防水、胶黏、防腐等各个方面所起的重要作用是其他土木工程材料所不可替代的。10.1高分子材料的基本知识　　以石油、煤、天然气、水、空气及食盐等为原料，制得的低分子材料单体（如乙烯、氯乙烯、甲醛等），经合成反应

2、即得到合成高分子材料，这些材料的相对分子质量一般都在几千以上，甚至可达到数万、数十万或更大。从结构上看，高分子材料是由许多结构相同的小单元（称为链节）重复构成的长链材料。例如，乙烯（CH2—CH2）的相对分子质量为28，而由乙烯为单体聚合而成的高分子材料聚乙烯（—CH2—CH2—）。相对分子质量则在1000~35000之间或更大。其中每一个“—CH2—CH2—”为一个链节，n称为聚合度，表示一个高分子中的链节数目。　　一种高分子材料是由许多结构和性质相类似而聚合度不完全相等，即相对分子质量不同的有机物形成的混合

3、物，称为同系聚合物，故高分子材料的相对分子质量只能用平均相对分子质量表示。10．1．1高分子材料的分类1．按分子琏的形状分类　　根据分子链的形状不同，可将高分子材料分为线型的、支链型的和体型的三种。　　1）线型高分子材料的主链原子排列成长链状，如聚乙烯、聚氯乙烯等属于这种结构。　　2）支链型高分子材料的主链也是长链状，但带有大量的支链，如ABS树脂、高抗冲的聚苯乙烯树脂等属于支链型结构。　　3）体型高分子材料的长链被许多横跨链交联成网状，或者在单体聚合过程中在二维空间或三维空间交联形成空间网络，分子彼此固定。如

4、环氧、聚酯等树脂的最终产物属于体型结构。2．按对热约性质分类　　按受热时状态不同，可分为热塑性树脂和热固性树脂两类。　　1）热塑性树脂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。这类的高分子材料其分子间的作用力较弱，为线型及带支链的树脂。2）热固性树脂是一些支链型高分子材料，加热时转变成黏稠状态，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，其相对分子质量也随之增大，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。3．按高分子材料

5、妁结晶分类　　高分子材料按它们的结晶性能，分为晶态高分子材料和非晶态高分子材料，由于线型高分子难免没有弯曲，故高分子材料的结晶为部分结晶。结晶所占的百分比称为结晶度。一般来说，结晶度越高，高分子材料的密度、弹性模量、强度、硬度、耐热性、折光系数等越大，而冲击韧性、黏附力、断裂伸长率、溶解度等越小。晶态高分子材料一般为不透明或半透明的，非晶态高分子材料则一般为透明的。　　体型高分子材料只有非晶态一种。4．按高分子材料的变形与温度分类　　非晶态高分子材料的变形与温度的关系如图10.1所示。非晶态线型高分子材料在低于

6、某一温度时，由于所有的分子链和大分子链均不能自由转动而成为硬脆的玻璃体，即处于玻璃态，高分子材料转变为玻璃态的温度称为玻璃化温度TR。当温度超过玻璃化温度TR时，由于分子链可以发生运动（大分子不运动），使高分子材料产生大的变形，具有高弹性，即进入高弹态。温度继续升高至某一数值时，由于分子链和大分子链均可发生运动，使高分子材料产生塑性变形，即进入黏流态，将此温度称为高分子材料的黏流态温度Tf。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图10.1非晶态线型高分子材料的变形与

7、温度的关系　　热塑性树脂与热固性树脂在成型时均处于黏流态。　　玻璃化温度TR低于室温的称为橡胶，高于室温的称为塑料。玻璃化温度是塑料的最高使用温度，但却是橡胶的最低使用温度。10．1．2高分子材料的合成方法及命名　　将低分子单体经化学方法聚合成为高分子材料，常用的合成方法有加成聚合和缩合聚合两种。1．加成聚合加成聚合又叫加聚反应。它是由许多相同或不相同的不饱和（具有双键或三键的碳原子）单体（通常为烯类）在加热或催化剂的作用下，不饱和键被打开，各单体分子相互连接起来而成为高聚物，如乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯。　　加聚

8、反应得到的高聚物一般为线型分子，其组成与单体的组成基本相同，反应过程中不产生副产物。　　由加聚反应生成的树脂称为聚合树脂，其命名一般是在其原料名称前面冠以“聚”字，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。2．缩合聚合　　缩合聚合又叫缩聚反应，它是由一种或数种带有官能团（H—、—OH、Cl—、—NH2、—COOH等）的单体在加热或催化剂的作用下，逐步相互结合而成为高聚物。同时，单体中的官能团脱落