《建筑功能材料》讲稿方案.ppt

1,建筑功能材料,主讲：陈明凤,2,2,参考文献：1、化学建材，杨学稳等编，重庆大学出版社，20062、乳胶漆，林宣益编，化学工业出版社，20053、建筑防水卷材，沈春林等编，化学工业出版社，20044、建筑防水涂料，沈春林等编，化学工业出版社，20035、建筑防水密封材料，沈春林等编，化学工业出版社，20036、化学建材，张智强等编,重庆大学出版社，20007、建筑功能材料，马保国等编，武汉理工大学出版社，20108、建筑功能材料，张松榆等编，中国建材工业出版社，2012,3,3,建筑功能材料：具有防水、防火、保温、隔热、采光、隔声、装饰等建筑功能、非承重用材料。决定建筑物使用功能和建筑品质。化学建材：以有机高分子(合成)树脂为主干成分制成的建筑材料。化学建材类型：建筑塑料(塑料管材、异型材、板材、壁纸及防水卷材等)、建筑涂料、建筑防水材料、胶粘剂、混凝土外加剂和其他复合材料等。化学建材在土建工程中的作用：1、在地基基础工程中，增加地基基础承载力，防治地下水渗透，保护和加强土体，如化学灌浆材料等；2、在主体工程中，改善混凝土使用性能，如操作性、稳定性、耐久性或某些特殊性能等，如聚合物混凝土、高性能混凝土等；3、在配套和装饰工程中，改进建筑物使用功能，如保温、隔热、防水 密封、吸光、采光、防火、防腐蚀、美化环境等。,4,4,第一篇 建筑塑料,第一章 概述第一节 发展塑料建材的意义塑料建材的重要特点是节能。1吨塑料板可代替70吨钢材，1吨塑料包装材料可代替10m3木材；生产1m3PVC塑料只需70KJ能耗，而钢、铝分别是PVC的4.5、8.8倍。节能还表现在其密封性能上。建筑能耗约占总能耗的30%。在房屋建筑中，窗户传热量虽然只占22%，略低于外墙，但把通过窗户的传热量与缝隙空气渗透量相加，则约占建筑全部能耗的50%。,5,5,在使用能耗方面：采暖地区塑料窗代替普通金属窗，可节约采暖能耗3040%；塑料给排水管代替金属管节能达50%，提高供水能力20%左右，施工工效提高5060%；塑料线槽线管在住宅中得到普遍应用。,6,6,第二节 塑料建材性能特点,加工性能优良 多种方法成型加工，制品形状多样。多种功能 塑料种类多、改变配方或改性可改变塑料性能。轻质性 塑料比重（0.82.2）只有钢材的1/81/4，混凝土的1/3，减轻施工时劳动强度和建筑物自重。装饰出色 制品形状、颜色、图案可任意设计。其他特性 1.老化已不是建筑中使用塑料的主要障碍，如塑料管的使用寿命比铸铁管长，最高可达50年；2.可燃，按有关规范设计使用；3.耐热性差，一般塑料的热变形温度仅6080；4.刚性小和易蠕变,不能作建筑结构材料使用；,7,7,5.热伸缩性大。热膨胀系数是传统建材的4倍以上。为防止热应力积累导致材料破坏，塑料板材拼接时要考虑塑料建材的柔性与伸缩性，在塑料管道系统中必须留有伸缩节。塑料建材可代钢、代木，具有某些传统建材无法比拟的性能，可显著节省能源，保护生态环境，改善居住环境和条件，提高建筑物功能。,8,8,第三节 建筑塑料品种和选材原则,塑料建材用树脂主要有PVC、PS、PE、PP、ABS、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、脲醛树脂等。塑料原材料选材原则：满足制品使用性能要求，如力学性能、尺寸稳定性及热稳定性等；根据使用场所选择满足特殊要求的材料，如供水系统选用无毒材料，室内装饰选用低挥发性材料；在满足性能要求的基础上，选用低成本材料；根据制品形状和加工方法，选用具有良好加工性能材料。,9,9,第二章 建筑中的树脂和塑料,塑料主要成分：合成树脂（胶结材）、助剂和颜填料。第一节 加聚树脂与塑料聚氯乙烯（PVC）PVC是建筑中应用量最大的塑料，可制成硬质或软质的，因含氯具有自熄性。PVC按聚合方法分：悬浮（粉状或悬浮树脂）和乳液聚合（糊状树脂）。粉状PVC分为疏松型（XS）和紧密型（XJ），粉状树脂颗粒较大，粒径为30150m，糊状树脂颗粒较细，粒径为0.22m。PVC受光热作用易分解，须加入稳定剂，防止和抑制PVC分解。PVC制品长期使用温度不宜超过55，经过改性的特殊配方制品耐温可达90。糊状PVC用来配制PVC糊：1、增塑糊（塑料溶胶），由糊状树脂和增塑剂组成，增塑剂比例高，为树脂量的80100%，粘度低。2、稀释糊（有机溶胶），增塑剂比例低，同时含有稀释剂使粘度适中便于涂布。PVC糊主要用作涂布生产PVC墙纸和地板等。,10,10,粉状树脂用作制备塑料，分硬PVC和软PVC两大类。前者基本不含或含少量增塑剂，机械性能好，但抗冲击性较差，低温时呈脆性。在塑料门窗、建筑管道等硬质PVC中，通常加入改性树脂来提高抗冲击性能。软质PVC的软性变化范围较大，随所加增塑剂量而变。PVC耐溶剂性较好。常用溶剂为四氢呋喃和环己酮，可制成溶剂粘接剂。PVC在建筑中应用较广泛的有门窗、异型材、模板、地板、管道、管件、墙纸、护墙板和防水卷材等。,PVC衍生物：1.氯醋共聚物 醋酸乙烯含量愈高，加工性能和溶解性能愈好，但机械性能变差。低醋酸乙烯含量氯醋共聚物可代替PVC生产塑料地板等，加工温度较低，塑化性能好；高醋酸乙烯含量氯醋共聚物溶解性能好，主要用来制造涂料、PVC印刷油墨等。2.氯偏（氯乙烯-偏氯乙烯）共聚物 主要以乳液形式作为制备涂料的基料，涂膜硬而坚韧。3.PVC氯化改性后称为过氯乙烯树脂，含氯量可从56.8%提高到6667%。,11,12,12,过氯乙烯树脂性能与PVC接近，其软化点比相同分子量的PVC高，而溶解性优于PVC。主要配成内外墙和地面涂料，耐老化性很好。聚乙烯（PE）HDPE、LDPE等。结晶性材料，室温下没有溶剂，高温时某些非极性烃类溶剂如四氯化碳和四氢萘可溶解它。能耐大多数酸碱，只有浓硫酸和浓硝酸会缓慢地侵蚀它，PE耐低温性和抗冲击性比PVC好得多，易燃烧，燃烧时呈淡蓝色火焰并发生滴落。PE主要制造防水材料、给排水管、卫生洁具、薄膜、合成木材、装饰片材和钙塑材料等。,商品PE以熔融指数（MI）分级。MI是在一定温度下（PE为190）用2160g的荷重从直径2.1m、长8mm的毛细管中10min内挤出的克数。表征聚合物分子量。PE改性物 氯化聚乙烯（CPE），是PVC的抗冲击改性剂；氯磺化聚乙烯是弹性体，可提高PVC抗冲性；EVA弹性体，可改进PVC抗冲性。聚丙烯（PP）PP等规度愈高，结晶度愈高，机械性能愈好。无规PP性能很差，为无定形蜡状物质。PP等规度一般以在正庚烷中的不溶部分的重量百分数来表示。PP密度在通用塑料中最小，约0.9。等规PP是结晶性非极性聚合物，常温下没有溶剂，高温下溶于高沸点脂肪烃和芳烃，PP燃烧性与PE接近，易燃且会滴落。,13,14,14,PP的商品等级用熔融指数来表示，测定温度为230。PP建材制品有管材、卫生洁具（如浴缸和整体淋浴室）、模板等，其纤维编织物作建筑施工时的大面积保护性网罩。聚苯乙烯（PS）本体和悬浮聚合，悬浮聚合PS为颗粒状，可生产可发性PS。工业生产的聚苯乙烯类聚合物主要有：通用型聚苯乙烯（GPPS）、高抗冲型聚苯乙烯（HIPS）、可发型聚苯乙烯（EPS）以及苯乙烯的共聚物如ABS、SAN、ACS和K树脂等。,15,15,PS在建筑中主要以泡沫塑料的形式作为隔热隔音材料，也可制造灯具、发光平顶板等。1.通用型聚苯乙烯（GPPS）分子量约510万，本体、悬浮等经自由基聚合而成。GPPS透明性好，常称作晶状聚苯乙烯。商品GPPS 有三类：高耐热型：分子量高，添加剂少；中等流动型：中等分子量，含12%矿物油添加剂；高流动型：分子量低，含34%的矿物油。,16,16,通用型PS性能：无色透明类似玻璃的塑料，透光度可达8892%；机械强度较高，但抗冲性较差，即有脆性；燃烧时有大量黑烟碳束；耐溶剂性较差，能溶于苯、甲苯和乙苯等芳香族溶剂。2.高抗冲聚苯乙烯（HIPS）一般采用弹性体（顺丁或丁苯橡胶）对PS 进行化学或物理改性。早期采用机械混炼法，由于橡胶分散不均匀，增韧效果不明显，因而发展了接枝聚合法，即将丁苯橡胶或丁基橡胶溶解于苯乙烯单体中进行本体或悬浮聚合。专用级HIPS可代替工程塑料。3.可发性PS（EPS)是苯乙烯经悬浮聚合的珠状产品。发泡剂可在聚合过程中加入制得可发性聚苯乙烯珠粒，也可在成型时加入，经加热加压使发泡剂渗入PS珠粒中,17,17,溶胀而得EPS珠粒，常用发泡剂是正戊烷。ABS塑料 丙烯腈使ABS有良好耐化学性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它有良好加工性能。ABS树脂制备方法有混炼法和接枝共聚法，主要采用接枝共聚法。生产的ABS 树脂中单体含量范围为：丙烯腈2030%，丁二烯630%，苯乙烯4570%。ABS具有坚韧、质硬、刚性等优异力学性能，广泛用作工程塑料。ABS为不透明塑料，呈浅象牙色。ABS在建筑中可制造管道、模板、异型板材等。,18,18,聚醋酸乙烯酯（PVAc）溶液和乳液聚合生产。溶液聚合溶剂为甲醇或乙醇，聚醋酸乙烯酯溶液可直接作PVA 的原料或加工成粘合剂。聚醋酸乙烯酯乳液可直接作粘合剂（白胶）或内墙涂料基料。PVAc软化点低，仅40左右，不能作塑料制品，大量作聚乙烯醇和聚乙烯醇缩甲醛的原料。,19,19,聚乙烯醇及其缩醛 PVA易溶于8090的热水，PVA可生产内墙涂料和粘合剂。聚乙烯醇缩醛中含有乙酰基、羟基、缩醛基，其性能也取决于这三种基团的比例。丙烯酸类树脂（AC）丙烯酸类单体的均聚物和共聚物。有本体和悬浮聚合。本体为主要方法，可直接得到有机玻璃。悬浮法得到模塑粉。PMMA是透光率最高的一种塑料，透光率达92%，但表面硬度比无机玻璃差，易划伤。应用最多的是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），即有机玻璃，大量作窗玻璃代用品，还可制作外墙装饰板、浴缸等。,20,20,第二节 缩聚树脂与塑料,酚醛树脂（PF）酚类有苯酚、甲酚、二甲酚；醛类有甲醛、糠醛等，主要是苯酚-甲醛缩聚物。以酸（如HCl）为催化剂，酚与醛比例1时可合成热塑性酚醛树脂，为松香状；以碱为催化剂（如NH3、Ba(OH)2、NaOH等），且甲醛过量时，是热固性酚醛树脂。热塑性与热固性酚醛树脂可相互转化，热塑性用甲醛处理可转变成热固性，热固性在酸性介质中用苯酚处理可变成热塑性。热固性酚醛树脂加热自身可固化；热塑性酚醛树脂须加入固化剂固化，常用固化剂是六次甲基四胺（俗称乌洛托品）。热塑性酚醛树脂与乌洛托品、木粉等混合，加热混炼使树脂变为B阶树脂，再粉碎即得PF模塑粉（电木粉）。酚醛树脂可制清漆、层压和模压塑料、泡沫塑料（发泡剂有（NH4）2SO4、CaHSO3等）、建筑小五金。,21,21,氨基树脂 主要有脲甲醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂（密胺树脂）。1.脲甲醛树脂（UF）由脲（尿素）与甲醛缩聚制得。主要由加成反应和缩合反应两步得到线形或带支链的聚合物。成型过程中通过加热和加入草酸、邻苯二甲酸等固化促进剂（又称为催化剂或变定剂）形成交联网状结构。脲甲醛树脂用作塑料仅占总产量的1/10，作塑料主要加工成模塑粉（电玉粉），可制作建筑小五金，大量用作粘合剂和涂料。2.三聚氰胺甲醛树脂（MF）MF耐水性、电气绝缘性均比UF好。MF除用作模塑料外，还可注塑成层压塑料，可用机械发泡制成现场发泡泡沫塑料，作空心墙的隔热层及粘结剂。不饱和聚酯树脂（UP）由不饱和及部分饱和二元酸（或酸酐）与饱和二元醇经缩聚获得线形初聚物，在缩聚反应时加入乙烯类单体制成粘稠液体经固化而得制品。,22,22,原料组成：1.二元酸 不饱和二元酸：顺丁烯二酸酐（马来酸酐）、反丁烯二酸（富马酸）；饱和二元酸：邻苯二甲酸、间苯二甲酸、己二酸等。2.二元醇：丙二醇、丁二醇及其缩合体等，一般采用丙二醇。3.交联单体：苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯。4.引发剂：常用氧化还原引发剂，如过氧化环己酮和环烷酸钴，过氧化苯甲酰和二甲基苯胺。5.添加剂 延长不饱和聚酯初聚物存放时间的阻聚剂；调节树脂流变性的触变剂。不饱和聚酯优点：工艺性好，可不加压或低压成型。缺点：固化收缩率大，为78%，加工时单体易挥发，劳动条件差。主要用来制作玻璃钢（约占整个树脂用量的80%），还可制造非增强模塑制品，如卫生洁具、人造大理石、塑料涂布地板等。,23,23,环氧树脂（EP）环氧树脂种类多，典型而用途广泛的是环氧氯丙烷与双酚A经缩聚得到的双酚A型环氧树脂，其产量占90%以上。环氧树脂固化：一是环氧基与含活泼氢化合物化学反应而固化，如多元脂肪胺、多元芳胺、多乙烯多胺、多元酸及酸酐、分子量低的聚酰胺、聚酯、酚醛、密胺等树脂；二是叔胺、路易斯酸等催化剂作用下环氧基聚合而交联。环氧树脂分子量可用环氧当量或环氧值表示。环氧当量是含有1克当量环氧基的树脂克数；环氧值是100克环氧树脂中含有环氧基克当量数。环氧值=100/环氧当量，若环氧树脂为线形结构且分子两端为环氧基，则分子量为环氧当量的两倍，即：分子量=2环氧当量。未固化环氧树脂是线形热塑性树脂，为高粘度流体或低熔点固体，易溶于丙酮和二甲苯等溶剂。环氧树脂性能：与各种材料有很强粘结力，固化收缩率低（2%），工艺性好，可室温低压成型，但粘度较高。,24,24,环氧树脂用途：增强塑料、浇铸塑料（大约百分之九十电子仪器的浇铸和密封均采用液体环氧树脂）、泡沫塑料、粘合剂和涂料等。聚氨酯树脂（PU）分子链中含有许多重复的氨基甲酸酯基团的聚合物统称为聚氨基甲酸酯（简称聚氨酯）。按使用单体不同，可制成热塑性塑料，用于合成革、弹性体、工业制品、涂料、粘合剂等，也可制成热固性树脂，用于软质、硬质和半硬质塑料，聚氨酯弹性体，聚氨酯泡沫等。聚氨酯原料：多异氰酸酯、多元醇、扩链剂、催化剂。1.多异氰酸酯 异氰酸酯基团活泼，可与醇、胺、酸、水和苯酚等含活泼氢化合物反应。聚氨酯产品中95%以上使用芳香族异氰酸酯。常用异氰酸酯：甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷异氰酸酯（MDI）。,25,25,2.多元醇 多元醇是构成聚氨酯结构中的弹性部分（软段）的母体，通常都制成预聚物。最常用的是聚醚型和聚酯型多元醇。聚醚型多元醇主要有聚氧化丙烯醚二醇和聚四氢呋喃醚二醇，通常用多元醇和环氧丙烷反应而成。聚酯二元醇是以二元酸如邻苯二甲酸、己二酸和多元醇如乙二醇、甘油等缩聚而得。通常用羟值表示聚醚或聚酯多元醇的羟基含量，即1克树脂中含有的羟基相当于KOH的毫克数。羟值越大，羟基含量越高。用于合成PU的聚醚或聚酯的羟值为50800。低羟值的用来生产软质PU，高羟值的用来生产硬质PU。3.扩链剂 典型扩链剂是低分子量二元醇和二元胺，与异氰酸酯反应形成聚氨酯中的硬段。常用扩链剂是乙二醇、丁二醇和丙三醇，最重要的是丁二醇，二元胺大多是芳香族二元胺。,26,26,4.常用催化剂是二氮二环辛烷 聚氨酯制备时，首先合成预聚体，使用时扩链反应形成软和硬泡沫塑料、弹性体、涂料、粘合剂和密封剂等。聚氨酯泡沫塑料占聚氨酯总产量的90%左右。聚氨酯性能优异，强度高，耐化学性好，聚合简单，可在常温常压下聚合，可在施工现场发泡，异氰酸酯有一定毒性。有机硅聚合物（聚有机硅氧烷）单体为氯硅烷，水解后得单官能团、双官能团和三官能团三种硅醇单体。有机硅聚合物主要有硅油、硅树脂和硅橡胶，其中硅油占60%，硅橡胶占25%，硅树脂占15%。1.硅油 二官能团单体经水解缩聚后的产物，常用的是甲基硅油。硅油用作高温传热介质、润滑剂、消泡剂和脱模剂、绝缘散热油、液体弹簧、吸振器及医用品等。2.硅树脂 由二官能团单体和三官能团单体经水解缩聚而得的支链形树脂。溶剂为甲苯、二甲苯，并加入催化剂，主要用于制漆，还适合作塑料。,27,27,3.硅橡胶 和硅油所用单体相同，分子量达到4010480104时可得硅橡胶。常见的是聚二甲基硅橡胶。硅橡胶可作高低温密封材料、耐热、耐寒、耐臭氧、耐电晕绝缘材料、隔热材料、医学人工器官、整形材料等。有机硅聚合物性能：（1）硅氧键能高，耐热性较好，耐热温度为200500；（2）分子主链外侧为一层非极性烃基，憎水性优异，电绝缘性好；（3）耐寒性好，耐寒温度为-60。,有机硅材料的疏水性,28,29,29,第三节 玻璃纤维增强塑料（GRP）,玻璃钢（GRP）：玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂等热固性塑料。树脂也可用酚醛树脂，纤维也可用碳纤维、硼纤维及聚合物纤维等。玻璃纤维按直径分：粗纤维直径大于30m；中级纤维直径为1030m；高级纤维直径为39m，供纺织成玻纤布。玻璃纤维按化学成分：有碱，含碱量大于10%；中碱，含碱量26%；无碱，含碱量小于1%。含碱量是指玻璃中碱金属含量，含碱量高的玻璃纤维耐酸碱性较差。GRP机械强度高，比强度超过一般钢材。GRP作结构材料使用时，由于弹性模量比钢材低得多，刚性小，一般只能承受自重或较小的负荷。玻璃纤维制品类别 有纱、纺织布、毡、无纺布等。,30,30,GRP成型方法 有手糊法、喷射法（适于短切纤维）、模压法、缠绕法、挤拉成型法等。GRP在建筑中用作屋面材料和墙面围护材料的GRP板材，GRP的模制品有浴缸、水箱等，GRP的大口径管道可作地下排水管道。,31,31,第四节 聚氯乙烯（PVC）塑料原材料及配方,塑料大多是多组分体系，由基体材料（树脂和塑料辅助材料）和添加剂组成。PVC树脂 树脂是主要成分，含量为40100%。作用：决定塑料基本特性；粘结作用，将各种辅助材料粘结在一起。加入添加剂目的：改善成型和使用性能，延长寿命和降低成本。添加剂有十几个大类，上百个品种。增塑剂 使聚合物塑性增加的物质称为增塑剂。增塑剂是具有极性或部分极性的高沸点、难挥发、与聚合物有良好相容性的液体或低熔点固体。增塑剂分为主增塑剂和副增塑剂。主增塑剂与树脂相容性好，塑化效率高，挥发性低，渗透性小。常用的有邻苯二甲酸酯类和磷酸酯类。副增塑剂（辅助增塑剂）与聚合物相容性差，与主增塑剂并用以降低成本。副增塑剂有脂肪族二元酸酯等耐寒型和环酯型增塑剂。增塑剂用于PVC、ABS及聚醋酸乙烯酯为原料的塑料制品中。,32,32,增塑剂性能：（1）相容性好。否则增塑剂易渗出到产品表面，影响成型加工和产品性能。（2）增塑效率高。增塑剂使塑料性能变化的程度。增塑效率以改变树脂的一定量物理性能（如硬度、模量等）时所需加入增塑剂的数量来表示，一般以邻苯二甲酸二辛酯作为基础100。（3）耐久性好。指增塑剂不易从塑料制品中挥发、抽出、迁移，三者是增塑剂向不同介质表面移动的性能。（4）光、热稳定性。（5）耐寒性。常用增塑剂：邻苯二甲酸二辛酯、二异辛酯和二丁酯，癸二酸二辛酯，己二酸二辛酯，磷酸三丁酯，磷酸三甲酚酯环氧油类，氯化石蜡，环氧大豆油，石油（磺酸苯）酯。增塑机理：非极性增塑剂是通过聚合物与增塑剂间的溶剂化作用，增大分子间距离，削弱聚合物间作用力达到增塑。极性增塑剂是极性基团与聚合物极性基团相互作用，而非极性部分把聚合物的极性基团屏蔽起来，从而削弱聚合物分子间作用力。稳定剂 塑料在光、热、氧、射线及细菌等作用下降解、变色，物理性能随之变坏，最后丧失使用价值，这就是老化现象。抑制或减缓老化现象的物质称为稳定剂。稳定剂按作用分为：抗氧剂、热稳定剂、光稳定剂。,33,33,1.热稳定剂 用于PVC及其共聚物。主要作用是中和PVC分解出来的HCI，防止大分子进一步断链。常用热稳定剂有金属盐类或皂类、有机锡类、环氧化油和酯类、螯合剂等。金属盐类如三盐基性硫酸铅和二盐基性亚磷酸铅，主要作用是结合脱出的氯化氢；金属皂类如硬脂酸、月桂酸和蓖麻油酸的镉、钡、钙、锌等二价金属盐，金属皂类既能与氯化氢反应，又可置换PVC分子链的不稳定氯原子，是兼具润滑的热稳定剂；有机锡类是含碳-锡键的烷基化锡的衍生物，主要产品有月桂酸二丁基锡。2.光稳定剂 紫外线光波长，一般为290400m，具有313418KJ/mol的能量，足以使大分子断链，发生光降解。,34,可抑制光老化的物质称为光稳定剂。光稳定剂按作用机理可分为紫外线吸收剂、光屏蔽剂、猝灭剂和自由基捕捉剂等。光屏蔽剂如炭黑、氧化锌和二氧化钛等；猝灭剂是一类含镍的盐类和含镍、钴的金属有机物，猝灭剂能在瞬间把受到紫外光照射后处于激发态分子的激发能量转移，使分子再回到稳定的基态，从而避免光、氧老化。,35,35,润滑剂 改善塑料在成型加工时的流动性和脱模性的添加剂。挤出PVC型材中的常用润滑剂：金属皂类，如硬脂酸铅、钡、镉等；石蜡和低分子量聚乙烯；脂肪酸及其酯类，如硬脂酸、硬脂酸单甘油酯、油酸酯、高级醇酸复合酯等。着色剂 使塑料着色的助剂。有颜料和染料之分，塑料中不采用染料。填充增强剂 常用填充剂有碳酸钙、滑石粉和木粉等；大部分增强剂是高强度纤维性物质，如玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维等。阻燃剂 一般含有卤素、锑、硼、锆、磷和氮的化合物均可作阻燃剂。如三氧化二锑是硬质PVC常用的阻燃剂，磷酸酯和氯化石蜡是具有阻燃性的增塑剂，是软质制品常用的阻燃剂。,36,36,偶联剂（表面化学处理剂）指改善无机和有机材料界面结合的化合物。偶联剂分子中含有两种不同性质的活性基团，一种能与无机材料表面的化学基团反应形成高强度化学键；另一种具有亲有机物质的基团，可与有机分子反应或进行物理缔结。主要有4类：1、有机酸氯化铬络合物类。常用的是甲基丙烯酸氯化铬的络合物，又称“沃蓝”。可作为环氧、聚酯、酚醛树脂等玻璃纤维增强塑料的偶联剂。2、有机硅烷类 化学通式为RnSiX4-n,R代表乙烯基、环氧基、氨基、巯基等，这些基团能与树脂端作用；X代表能水解的甲氧基、乙氧基等；n代表数字1、2或3（常用的为1）。硅烷类偶联剂对树脂有选择性，如不饱和聚酯应选有双键的偶联剂；环氧和酚醛树脂要选择含有环氧基和氨基的偶联剂。此类偶联剂可用于多种无机填料，但效果有差异，如对石英粉和白炭黑效果最好，碳酸钙欠佳。,37,37,3、钛酸酯类 用于热塑性塑料中添加的干燥填料（如碳酸钙等）的偶联效果较好。钛酸酯类与硅烷类偶联剂并用有协同效应。4、锆类 含有铝酸锆的低分子无机聚合物，分子主链上络合着两种有机配位体，一种赋予偶联剂对水解有良好稳定性，另一种赋予偶联剂有良好反应性。可用于多种合成树脂和填料，用于碳酸钙、石英粉、钛白、陶土等粉状填料具有表面改性和偶联双重效果。其他助剂：改性剂、发泡剂、抗静电剂、交联剂、防霉剂等。,38,38,第三章 塑料成型方法,塑料制品生产中，大部分聚合物必须与其他物料混合，即进行塑料原料配制。塑料配制工艺过程：（1）混合：指固体状粉料混合；（2）捏合：指固体状粉料（或纤维状料）和液体物料的浸渍和混合；（3）塑炼：指塑性物料与液体或固体状物料混合。塑料制品生产系统主要由成型、机械加工、修饰和装配四个过程组成。成型是将各种形态的塑料制成所需形状的制品和半成品；机械加工是在成型后的制件上进行车、铣、钻孔等，用来完成成型过程中不能完成或完成得不够精细的一些工作；修饰是美化塑料制品的表观；装配是将各个已经完成的部件连接或配套成为完整制品的过程。成型是最关键的环节，塑料成型方法中，挤出成型、注塑成型、压延、吹塑及模压五种加工的制品重量占全部塑料制品的80%。,39,39,挤出成型（挤出模塑）是高分子材料加工领域中变化众多、生产率高、适应性强、用途广泛、所占比重最大的成型加工方法。挤出成型是使高聚物熔体（或粘性流体）在挤出机的螺杆或柱塞挤压下通过一定形状口模连续成型具有恒定断面形状的型材。挤出成型几乎能成型所有热塑性塑料，目前约50%热塑性塑料制品是挤出成型的。也可用于酚醛等少数几种热固性塑料，且可挤出的热固性塑料制品种类很少。挤出制品有管材、板材、棒材、片材、薄膜、单丝、线缆包覆层、各种异型材及与其他材料的复合物等。挤出工艺也常用于塑料着色、混炼、塑化、造粒及塑料共混改性等。以挤出为基础，配合吹胀、拉伸等发展为挤出-吹塑成型和挤出-拉幅成型制造中空吹塑和双轴拉伸薄膜等。橡胶挤出成型叫压出，压出是使胶料通过压出机连续地制成不同形状,第一节 主要成型加工方法,40,40,半成品的工艺过程，广泛用于轮胎胎面、内胎、胶管及复杂断面形状或空心、实心半成品，也可用于包胶工作。螺杆挤出熔融纺丝，是从热塑性塑料挤出成型发展起来的连续纺丝成型工艺。高分子三大合成材料的挤出成型所用设备和加工原理基本相同。根据挤出物料塑化方式，挤出成型可分为干法和湿法挤出。干法挤出是靠外加热将物料变成熔体，塑化与挤出在挤出机内完成，制品的定型处理为简单的冷却固化；湿法挤出的物料塑化是通过有机溶剂对物料的作用，使其成为粘流状态，塑化是在挤出机外预先完成的，制品的定型处理是靠溶剂的挥发而固化。湿法挤出的优点是物料塑化均匀性更好，可以避免物料成型时的热降解，但考虑到溶剂的回收及环境污染问题，实际生产应用的不多，目前仅用于纤维素塑料等不能加热塑化的少数几种塑料的挤出。,41,41,挤出设备有螺杆式（连续式）和柱塞式（间歇式）挤出机两大类。螺杆又分为单螺杆和多螺杆，多螺杆中双螺杆挤出机应用十分广泛。柱塞式挤出机是借柱塞推挤压力，将事先塑化好的或由挤出机料筒加热塑化的物料从机头口模挤出而成型，物料挤完后柱塞退回，再进行下一次操作，生产是不连续的，挤出机对物料没有搅拌混合作用，故生产上较少采用，但由于柱塞能对物料施加很高的推挤压力，只应用于熔融粘度很大及流动性极差的塑料，如聚四氟乙烯和硬聚氯乙烯管材的挤出成型。,42,43,43,压制成型 是高分子材料成型加工技术中历史最久和最重要的方法之一，广泛用于热固性塑料和橡胶制品成型加工。根据成型物料性状和加工设备及工艺特点，压制成型可分为模压成型和层压成型，前者包括热固性材料（即压缩模塑）、橡胶（即模型硫化）和增强复合材料等模压成型，后者包括复合材料高压和低压压制成型。压制成型主要特点是需要较大压力，加压目的是加速热固性塑料和橡胶成型时物理化学变化，防止制品出现气泡。热塑性塑料模压成型时，须将模具冷却到塑料固化温度才能定型为制品，需交替加热与冷却模具，生产周期长，故很少采用。对有些熔体粘度较大的热塑性塑料或较大平面制品也采用压缩模塑法。适用于模压成型的热固性塑料有酚醛、氨基、环氧、有机硅、聚酯、聚酰亚胺等。,44,44,模压成型优点：间歇操作，工艺成熟，生产控制方便，成型设备和模具较简单，制品内应力小，取向程度低，不易变形，稳定性较好。缺点是生产周期长，较难实现自动化，劳动强度大，且由于压力传递和传热与固化的关系等因素，不能成型形状复杂和较厚制品。制品类型主要有电器制品、机器零部件及日用品等。,45,45,压延成型 高分子薄膜和片材的主要生产方法。是将接近粘流温度的物料通过系列相向旋转的平行辊筒间隙，使其受到挤压和延展成为具有一定厚度和宽度的薄片状制品。广泛用于橡胶和热塑性塑料成型加工。,46,橡胶的压延是制成胶片或与骨架材料制成胶布半成品的工艺过程，它包括压片、压型、贴胶和擦胶等作业。热塑性塑料的压延以非晶态聚氯乙烯及共聚物最多，其次是ABS、乙烯-醋酸乙烯共聚物及改性聚苯乙烯塑料，也有压延聚丙烯、聚乙烯等结晶性塑料。塑料压延成型一般适用于生产厚度为0.050.3mm的软质PVC薄膜和厚度为0.31.00mm的硬质PVC片材。当制品厚度小于或大于这个范围时，一般不用压延成型，而采用吹塑或挤出等方法。,压延成型还可生产人造革和涂层制品。压延软质塑料薄膜时，如果以布、纸或玻璃布作为增强材料，将其随同塑料通过压延机的最后一道滚筒，把粘流态的塑料薄膜紧覆在增强材料之上，所得制品即为人造革或涂层布（纸），这种方法通称为压延涂层法。压延法也可用于塑料与其他材料（如铝箔、涤纶或尼龙薄膜等）贴合制造复合薄膜。,47,47,压延薄膜主要用于农业、工业包装、室内装饰及各种生活用品等，压延片材制品常用作地板、软硬唱片基材、传送带及热成型或层压用片材等。压延成型生产能力大、可自动化连续生产、产品质量好。但压延成型设备庞大，精度高，辅助设备多，投资高，维修较复杂，且制品宽度受到压延机辊筒长度限制。,48,48,中空吹塑成型 是借助气体压力使闭合在模具型腔中的处于类橡胶态的型坯吹胀成为中空制品的二次成型技术。按型坯制造方法分为注坯和挤坯吹塑两种。热坯吹塑：将热状态下型坯直接送入吹塑模内吹胀成型。工业上以热坯吹塑为多。冷坯吹塑：将挤出制得的管坯和注射所得的型坯重新加热到类橡胶态后再放入吹塑模内吹胀成型。中空成型的热塑性塑料品种：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、热塑性聚酯及聚酰胺、纤维素塑料、聚碳酸酯等。吹塑制品主要用作液体货品的包装容器，如各种瓶、壶、桶等。,49,50,50,注射成型（注射模塑，简称注塑）是将粒状或粉状塑料加入注射机料筒，经加热熔化呈流动状态，然后在注射机柱塞或移动螺杆快速而又连续的压力下，从料筒前端的喷嘴中以很高的压力和很快的速度注入到闭合模具中。充满模腔的熔体在受压的情况下，经冷却（热塑性塑料）或加热（热固性塑料）固化后，开模得到与模具型腔相应的制品。,特点：成型周期短、生产效率高，能一次成型外形复杂、尺寸精确的制品，成型适应性强，制品种类繁多，易实现生产自动化，因此应用广泛，可成型几乎所有热塑性塑料、多种热固性塑料，也可成型橡胶制品。注射制品约占塑料制品总量的30%。注射成型是间歇生产，除了很大的管、棒、板等不能用此方法生产外，其他各种形状、尺寸塑料制品都可用这种方法生产。它不但常用于树脂的直接注射，也可用于复合材料、增强塑料及泡沫塑料的成型，也可和其他工艺结合起来，如与吹胀相互配合而组成注射吹塑成型。注射成型用于橡胶加工通常叫注压。其所用的设备和工艺同塑料有相似之处。此外，为了适合一些具有特殊性能要求的塑料注塑，在传统热塑性塑料注射成型的基础上开发了一些专用注射成型技术，如反应注射成型（RIM）、气体辅助注射成型（GAIM）、流动注射成型（LIM）、结构发泡注射成型、共注射成型等。,51,52,52,第二节 其他成型加工方法,层压成型 指在压力和温度作用下将多层相同或不同材料的片状物通过树脂的粘结和熔合压制成层压塑料的成型方法。可将热塑性塑料片材通过层压成型制成板材。但层压成型较多的是制造增强热固性塑料制品。,增强热固性层压塑料是以片状连续材料为骨架材料浸渍热固性树脂溶液，经干燥后成为附胶材料，通过裁剪、层叠或卷制，在加热、加压下，使热固性树脂交联固化而成为板、管、棒状层压制品。所用热固性树脂：酚醛、环氧、有机硅、不饱和聚酯，呋喃及环氧酚醛树脂等。所用骨架材料：棉布、绝缘纸、玻璃纤维布、合成纤维布、石棉布等。,53,浇铸成型（铸塑成型）是从金属浇铸技术演变而来的。是将单体、预聚浆状物、熔融体、高聚物溶液、分散体等倾到模具中，而后使其固化定型得到制品。铸塑所用模具可用金属或合金、玻璃、木材、石膏、塑料和橡胶等制成，塑料流动温度一般不高，各模具材料容易适应。一般不需要加压且对塑模的强度要求较低。所得制品大分子取向低，内应力小，尺寸较均匀，对制品的尺寸大小限制也较少。但生产周期长及制品尺寸精确性较差。铸塑技术包括静态铸塑、嵌铸、离心浇铸以及流延铸塑、搪塑和滚塑等。静态铸塑可生产各种型材和制品，其中有机玻璃是最典型制品；透明塑料嵌铸常用作生物标本保存、工艺美术品或电气设备；离心浇铸可生产大直径管制品、空心制品、齿轮和轴承；流延法常用来生产薄膜；,54,聚氯乙烯溶胶塑料的搪塑常生产儿童玩具及其他中空制品；滚塑可生产大型设备。静态浇铸是铸塑成型中较简便和使用较广泛的成型工艺。成型的塑料品种有：聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚酰胺、环氧树脂、有机硅树脂、酚醛树脂、聚氨酯等。嵌铸主要是环氧树脂等。,55,56,56,泡沫材料成型 据泡沫材料成型中气体来源，发泡方法分为：化学、物理和机械发泡。1.化学发泡 发泡气体由混合原料的某些组分在制造过程中的化学作用产生。（1）化学发泡剂发泡 工艺和设备较简单，且对聚合物无多大限制，广泛用于生产泡沫橡胶和泡沫塑料，模压、挤出、注射和压延等都可采用。涂层法也可生产泡沫人造革。（2）聚合物原料各组分反应产生气体发泡 用得最多的是聚氨酯泡沫材料生产。2.物理发泡 加入低沸点液体、惰性气体，或加入中空微珠等细小固体物质发泡。,57,57,（1）加低沸点液体 典型例子：使用低沸点碳氢化合物或卤代烃（如：丁烷、戊烷、石油醚等）制成可发性聚苯乙烯珠粒。（2）加惰性气体 靠压力让氮气、二氧化碳等扩散到高分子材料中，然后减压、升温让气体在里面形成气孔。大多用来生产软聚氯乙烯泡沫塑料。（3）加中空微珠 在配方中加入中空微珠，用一般成型工艺生产出来的制品中含有中空微珠，自然就是泡沫结构，称为组合泡沫材料。此法用于各种塑料和橡胶。中空微珠直径在250以下，壁厚为23。可以用塑料、玻璃、陶瓷等制造。较多的是软木（栓皮粒）。3.机械发泡（气体混入法）,58,58,借助强烈机械搅拌将空气卷入聚合物中成为泡沫物，而后经过物理化学变化使之稳定而形成泡沫结构。为便于搅拌，聚合物往往使用溶液、乳液或悬浮液。以空气为发泡剂，没有毒性，工艺过程简单，成本低廉。脲甲醛泡沫塑料常用此法生产。热成型 是利用热塑性塑料片材制造塑料制品的二次成型技术。首先将裁成一定尺寸和形状的片材夹在模具的框架上，将其加热到TgTf间的适宜温度，片材一边受热，一边延伸，然后凭借施加的压力，使其紧贴模具的型面，从而取得与模具型面相仿的型样，经冷却定型和修整后即得制品。施加的压力主要是靠抽真空和引进压缩空气在片材的两面形成的压力差，但也有借助机械压力和液压力的。热成型主要用来生产薄壳制品，制品类型、大小不一，一般都是形状较简单的杯、盘、盖、医用器皿、仪器和仪表及收录机等外壳和儿童玩具等。,59,59,制品的壁厚一般为12mm，甚至更薄。制品的面积可以很大，但深度有一定限制。通常用作热成型的塑料品种有纤维素、聚苯乙烯、PVC、PMMA（有机玻璃）、ABS、HDPE、聚酰胺、聚碳酸酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯等。作为原料用的片材可用挤出、压延和流涎等方法来制造。,60,60,第四章 塑料建筑材料,第一节 塑料门窗 门窗除采光和通风外，在寒冷地区能保温以防室内热量散失,在炎热地区能隔热以减少室外热空气进入室内。在欧美等国，PVC窗占窗用量的50以上。开发塑料门窗的主要动力是节能。与钢木门窗相比塑料门窗的优点：1耐水、耐腐蚀 化学稳定性好，不怕酸碱气体，不发霉和腐烂及变形，表面无需涂漆。2隔热性好：虽PVC导热系数与木材接近，但PVC窗框由中空异型材拼装而成，中空的空气层隔热性好。,表4.1几种门窗材料隔热性能比较,61,61,3.气密性和水密性好。4.安全系数高，能防火、不自燃、不助燃、可自熄、隔音性好。5.装饰性好。PVC窗可着色，可设计成不同型式。塑料窗机械强度符合要求，尺寸稳定性较钢木窗差些，但通过适当措施，（如用金属型材增强），尺寸稳定性符合要求。PVC型材原料 窗框用塑料应具有的性能：（1）挤出性能；（2）尺寸稳定性；（3）耐候性；（4）足够的强度和抗冲击性。树脂主要是悬浮PVC，占90%以上，少量聚氨酯和改性聚苯醚等。PVC价格低，具有自熄性，耐候性较好，但抗冲击性较差，可用抗冲击性较好的树脂与之共混改性。目前常用三种:(1）EVA,醋酸乙烯含量在40%50%。（2）CPE,含氯量在30%40%。（3）PAE（聚丙烯酸酯）。还有加工助剂、稳定剂、润滑剂、颜填料等。,62,62,PVC型材挤出成型工艺 生产优质型材要求：挤出机及配套辅助设备性能优良；PVC及辅助材料品质良好；工艺配方和模具设计合理；操作工艺严格。1.捏和 用捏和机将原材料混合，使塑料预塑化。捏和终点判断：物料疏松不结块，表面无油脂，手捏有微弹性感。2.造粒 单螺杆挤出机生产型材时，必须对塑料原材料造粒。造粒目的是使塑料预塑化，以便生产型材时完全塑化。粒子规格：粒子大小均匀，一般为3 4mm，形状以球状或药片状较好。粒子质量评价方法：将粒子在常温下浸泡于丙酮溶液中2h，若溶胀率小于40%50%，则造粒塑化良好。,63,63,3.挤出成型 成型温度、挤出压力、螺杆转速、加料速度等对型材性能有影响。4.真空冷却定型5.牵引、定长切割得半成品 还有共挤出，共挤出可把不同材料挤出成型为多层复合材料。PVC塑料窗组装过程 拼装联接方法：热熔焊接和机械联接。,64,1.异型材锯切；2.插入金属增强型材；3.开泄水孔；4.嵌密封条；5.焊接；6.焊缝修理；7.装配五金件；8.装配玻璃和压条；9.上铰链；10.检验外观和各部位尺寸，合格后入库。,65,65,第二节 塑料管材