关于高分子材料的论文（共8篇）
赛”的通知
材料工程系全体同学：
高分子材料作为新时期材料领域中的新秀，已经渗透到我们日常生活的方方面面，我们的衣食住行都与高分子材料息息相关。而我们同学们往往对于这些身边的高分子材料没有过多了解。为了向同学们传达“材料科学渗透于生活”的观念，号召同学们关注生活中的高分子材料，激发同学们在日常生活中挖掘科学知识的热情，材料工程系分科协拟举办“第二届高分子材料与生活科普知识竞赛”。现将相关事项通知如下：
一、参赛内容
1、参赛对象：材料工程系全体同学
2、比赛形式：笔试作答和现场竞答
3、参赛形式：个人在规定时间内独立完成笔试试题和现场竞答内容
二、活动时间流程
1、报名时间：4月21日晚7：00 由各班学委收齐报名表统一交至科协活动室
（教四——101）
2、比赛时间：4月26日晚7:00——8:30
三、评比与奖项设置: 本次竞赛以公平、公正、公开的原则，设一等奖（1名）、二等奖（2名）、三等奖（3名），所有获奖同学均可获得奖品及荣誉证书。另外，本次比赛设有现场观众互动奖若干，获奖者将获得精美礼品。
材料工程系
材料工程系分科协
1 聚苯胺的特性分析
1.1 电致变色特性
聚苯胺的电致变色特性, 指的是其材料在外加电场电压的感应作用下, 光吸收或光散射的特征会出现改变, 进而引发材料变色的现象。此类变色反应即使在外加电场移除之后仍旧能完整的保存, 不会因外加电场移除而恢复变色反应。材料的电致变色程度与其氧化还原过反应状况、以及制成环境p H值密切相关, 其中在中性、碱性条件下制成的聚苯胺的外膜均为黑色, 因而在视觉上并不会表现出电致变色反应, 仅在酸性条件制成的聚苯胺外膜才可显示多种颜色, 为电致变色现象提供条件基础。酸性条件制成的聚苯胺, 在外加电场电位于-0.2到+1.0V区间波动时, 其外表颜色会随着电位的更改而发生变化, 颜色会从亮黄色 (-0.2V) 变为绿色 (+0.5V) , 之后变为暗蓝色 (+0.8V) , 最后转变为黑色 (+1.0V) 的电致变色反应。
1.2 导电性
聚苯胺的导电性是其作为导电高分子材料的重要特性之一, 未掺杂的本征态聚苯胺电导率极低, 而在质子酸掺杂之后则可达到聚苯胺由绝缘体向导体转变的目的, 进而提升其电导率。影响聚苯胺导电性高低的因素除其本身结构以外, 最为主要的就是制成环境的p H值大小。p H值大小对聚苯胺电导率影响的关系可分为:p H值>4时, 聚苯胺呈绝缘体特性, 导电率过低且与p H值无关。当p H值在2<p H<4时, 聚苯胺呈半导体特性, 电导率会随着p H值的减少而相应提高。而当PH值<2时, 聚苯胺呈现金属特性, p H值大小无法影响材料电导率。
2 聚苯胺的材料用途研究
2.1 导电材料
基于聚苯胺的导电特性, 其所制成的复合材料可在一定程度上, 发挥出比现有导电金属材料更优异的作用, 并部分取代导电金属材料的用途。比如将聚苯胺复合材料作为防静电涂层, 与传统的导电金属材料相比, 其具有密度较小等优势, 但同时聚苯胺复合材料也具有不耐碱性环境等缺陷。
2.2 能源材料
基于聚苯胺的电化学活性特征, 其也可作为锂离子电池的正极材料用途, 制成锂离子电池电极材料, 即将质子酸替换锂盐来对聚苯胺予以掺杂, 以优化锂离子电池正极材料的性能与电化学反应。而且聚苯胺因对相当一部分电化学反应均具有较好的催化功用, 因此可将其与其他正极材料予以混合, 制成锂二次电池正极材料。
2.3 防腐材料
本征态或是掺杂聚苯胺均可作为金属防腐蚀涂层来使用, 通常钢铁表层的聚苯胺即含有防腐添加剂等成分, 进而对钢铁材料形成防腐保护作用。而聚苯胺的氧化还原反应, 如前文所言可在几类氧化还原态之间做相互转换与改变。因而可将聚苯胺用于钢铁或是铝合金表层氧化反应生成独有钝化膜, 使得在聚苯胺外膜脱落的情形下, 反应生成的钝化膜依然能对钢铁等材料进行防腐保护作用。该钝化膜能令钢铁等材料表面同时带有防腐蚀与抗划伤的性能, 是较为先进的金属防腐涂层。此外, 由于本征态聚苯胺与金属材料表层之间的粘结效果较差, 因而目前在实践运用中, 常将聚苯胺材料与环氧树脂混合, 制成复合材料后在金属表层进行涂抹成膜, 以此保护金属材料免受腐蚀作用影响。
3 结束语
伴随人们对导电高分子材料聚苯胺结构、特性、用途等方面的研究深入与拓展, 聚苯胺的更多特性与功用将会被探究, 由此提升聚苯胺的应用价值与前景, 促进其在更多应用领域的普及推广。
参考文献
[1]何月苹, 陕绍云, 方瑞萍, 等.聚苯胺导电性能的研究进展[J].粘接, 2013, (1) :71-74.
关键词：高职；高分子材料化学基础；内容；改革
《高分子材料化学基础》是高分子材料加工技术专业一门必修的专业基础课，是以高中（包括中专、技校、职高）化学基础为起点，以高分子化学知识为核心内容，融入高分子化学所必要的无机化学、有机化学、物理化学知识，构建本专业基本的化学知识体系，培养本专业所需化学实验操作基本技能，为学习后续的《塑料材料》、《高分子材料成型加工基础》、《塑料测试技术》、《塑料混配技术》、《塑料成型技术》等课程打基础。显然该课程是高分子材料加工技术重要的专业基础课。但从目前该课程的内容体系来看，学科体系明显，内容体系仍是无机化学、有机化学、物理化学及高分子化学知识体系的机械组合，其结果是课程内容多而杂，理论深而涩，给该课程的教学带来困难而且教学效果欠佳，可以认为目前该课程体系无法适应高职教育的要求，所以很有必要对该门课程的内容进行改革。
一、课程教学内容改革的依据
本门课程教学内容改革的依据主要考虑如下三点：第一是考虑高分子材料加工技术毕业生主要就业岗位对化学知识、技能及态度的需要，保证毕业生在就业岗位上具有够用的化学基础知识与从事化学实验室工作的技能；第二是考虑毕业生职业生涯发展的需要，要让学生掌握能够支持其进一步提高其专业水平所需的化学知识，为他们的职业发展提供后劲；第三是考虑目前高职生源的高中化学知识的掌握程度以及学习能力的实际情况。
为了掌握高分子材料加工技术专业毕业生的主要就业岗位对化学基础知识、技能及态度的要求，我们对湖南塑料行业校企联盟企业进行了走访调查，调查的主要企业有湖南路路通塑业有限公司、湖南神塑科技有限公司、南车集团时代工程塑料有限公司、湖南科天新材料有限公司、湖南省塑料研究所、湖南益达塑业有限公司、株洲三鑫塑胶科技有限公司、株洲创业塑料有限公司，另外还对25家塑料加工企业通过电子邮件发送调查表进行了调查，28家外省企业进行了电话访问调查，调查塑料加工企业达到61家。调查结果表明我校高分子材料加工技术专业毕业生就业主要有四大技术工作岗位，分别是塑料挤出技术员岗位、塑料注射技术员岗位、塑料配方技术员岗位、塑料测试技术员岗位。我们根据这四个主要技术岗位所需要的化学基础知识进行了问卷调查，发出问卷调查表207份，回收调查表198份。《高分子材料化学基础》教学内容需求调查表如表1所示。
从调查表中我们可以看出，《高分子材料化学基础》七个单元的内容对我校毕业生主要就业岗位都是需要的，其中以塑料配方技术员对《高分子材料化学基础》知识要求最高，统计需要数据达到1247次，其它三个就业的主要岗位对《高分子材料化学基础》内容要求相关不大，均超过了1100次，就业的其它岗位对本门课程的要求相对不高，只有934次。由此我们可以得出，《高分子材料化学基础》对本专业主要就业技术岗位来说非常重要，但对在其它岗位上就业的毕业生重要性相对降低。就各单元来说，以“碳链高聚物及其单体”单元最为重要，调查表中统计次数达964次，调查企业对象认为最不重要的内容是“高聚物合成”单元，只有573次，其次不重要的是“高聚物化学反应”单元，为707次，其它单元的统计次数多在800次左右，这几个单元的内容是可以认为是很重要的。
通过本次调查，我们知道了《高分子材料化学基础》哪些内容对毕业生就业岗位是最重要及很重要的，哪些内容相对不重要，为我们对《高分子材料化学基础》课程教学内容的选取找到了可靠的依据。
对于教学内容的选取我们也不能完全采取实用主义的办法，也就是说不是采用学生在企业的就业岗位用到那些知识我们就教授那些知识，高等职业教育属于国民教育序列中的高等教育，还需要考虑学生职业生涯的发展，也就是说为学生提供能够支撑其后续发展所必需的化学基础知识。采取的措施是在学生高中化学知识的基础上，将高等教育层次的化学基本的原理、理论融入各教学单元中，提高学生化学基本知识与技能，达到高分子材料加工技术专业大专层次所必需的化学基础。
同时我们还要考虑目前高职生源的实际情况，目前高职生源一般来说对高中化学课程掌握的情况不理想，学习能力也有待提高，所以我们选取《高分子材料化学基础》内容时也不能脱离生源基础的实际情况，没有必要将过深的化学理论纳入教学内容，不然学生无法掌握教学内容，反而造成不利于提高教学质量的影响，如结构化学的内容、化学反应机理的动力学分析等内容不必作为《高分子材料化学基础》的内容，以往的教学实践也证明过深的教学内容对学生学习本门课程是不利的。容易造成学生失去学习的信心与兴趣，从而从整体上影响课程教学效果。
二、教学内容的整合
如前所述，目前《高分子材料化学基础》的内容体系是无机化学、有机化学、物理化学、高分子化学等多门化学课的机械组合，每门课的教学课时在以往的教学中都在100个学时以上，即总课时在400学时以上，要在96学时的《高分子材料化学基础》这门课教授完原来400学时以上的内容，显然不对教学内容进行整合是不可能教授完相关内容，所以必须对高分子材料加工技术专业化学基础的教学内容进行整合，整合的依据就有前面所述的三个考虑。在课程内容的整合过程中，必须防止以前出现的几大化学内容简单的机械的组合，为此要正确把握好这几门化学基础课中相关内容的整合和优化，按照高分子材料加工技术专业人才培养目标对知识、技能及态度的要求，科学地进行“综合”，严格地把握好对相关课程内容“取”与“舍”的尺度。课程内容整合是为了改变以往按单一学科系统分别设置课程，各课程自成一体，缺乏联系，重理论而轻实践的现象和课程与课程间的内容重复，为此我们重新设计了《高分子材料化学基础》的内容结构体系，课程内容体系如表3所示。
从《高分子材料化学基础》教学内容新体系可以看出，新的内容体系打破了原来的几大化学课程内容机械组合的学科体系，考虑课程的职业性，是根据本专业毕业生就业岗位对本门课程知识、技能及态度的需要来设计内容，没有学科体系的影响。将无机化学、有机化学、物理化学、高分子化学这四门课的内容根据职业岗位的需要进行了取舍，整合为一门课程，即《高分子材料化学基础》。需要调整课程结构，重新优化课程内容，处理好相关内容的衔接。高分子材料化学基础以高分子材料为主线，无机化学部分容入各教学单元中，有机化学与高分子化学知识密切结合，物理化学内容也容入相关教学单元，舍去过深理论性教学内容，教学内容结合实际，提高学生学习本门课程的兴趣，从而提高教学效果。课后最后一个单元是综合训练，教学内容有高分子溶液的配制、常用高分子材料的鉴别及聚乙烯醇涂料的制备实验等，这些教学内容结合生产及生活实际，很好地实现了课程教学目标，教学实践证明，学生在学习这些内容时兴趣昂然，取得了较好的教学效果。
三、课程整合注意问题及效果
高职课程教学内容的整合是高职教育教学的热点与难点之一，《高分子材料化学基础》教学内容的改革在我校是近二年来的事情，仍有些问题在探索之中，如课程内容教学改革后教学方法、教学手段的配套改革，专业教学条件的改善问题等都得同时进行才会有较好的效果，现学校正在推广项目化课程改造，如何将该课程进行项目化改造也还有些问题，在探索之中由于本门课仍是本专业的专业基础课，教学内容与后续课程有较大的关联性，如何为后续课如《塑料材料》、《塑料测试技术》等课服务，如何使教学内容与塑料成型加工的实际更紧密的结合，这些问题都还有待于课程组的各位老师的努力，用教学实践过程来解决存在的问题。再有是课程如何在促进学生全面发展的基础上注重学生思维整体的构建，动手能力的提高、职业习惯的养成及职业能力的提高仍需进行研究。
总之，回顾近二年来的《高分子材料化学基础》课程教学内容的改革，教师的教学理念有了新的变化，明确了学生的知识是学生自己学习得到的，技能也是自己亲自训练才能获得，学生是学习的主体，由此我们不再在课堂上满堂灌了，老师在课堂上起主导作用，组织、引导、指导、示范才是老师在课堂上的工作。我们更注重知识的实际应用，注重实践技能的培养，注重学生综合能力的培养。教学实践证明我们的做法起到了提高课程教学效果与质量的作用，高分子材料加工技术专业《高分子材料化学基础》课程教学内容改革获得了成功。
一、高分子简单介绍
高分子定义：由千百个原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的化合物。
高分子材料定义：以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。
高分子材料成型加工定义：是将高分子材料转变为所需形状和性质的实用材料或制品的工程技术，是获取高分子材料制品、体现材料特性和开发新材料的重要手段。四川大学高分子学科：四川大学高分子学科是在1953年6月建立的我国高校中最早的高分子化合物专业（1954年更名为塑料工学专业）的基础上发展起来的，中科院院士徐僖教授是该学科的创始人。半个多世纪以来，我校高分子学科蓬勃发展。20世纪50年代，先后创建了皮革毛皮及鞣皮剂工学、塑料工学、化学纤维、合成橡胶四个本科专业，并于1957年开始在国内率先招收研究生。1964年成立了国内
农业、建筑、航空、航天、汽车、微电子、交通运输、轻工、纺织、医疗、环保、军工等领域得到了广泛的应用，为国民经济建设和国防事业的发展做出了积极的贡献。学院科学研究成绩斐然，2001-2005年，承担国家项目（包括国家自然科学基金重大、重点和面上项目、“863”项目、“973”项目）和省部级项目87项，国际合作项目12项，军工和企业委托协作项目208项，进校科研经费达6278.5万元，获国家和省部级奖励11项，发表学术论文1000多篇（其中SCI收录280篇、EI收录221篇），获准授权发明专利97项、实用新型专利5项。学院十分重视学术交流与合作，同国内外许多著名企业、高校和科研机构建立了密切联系，在高分子材料科学与工程的前沿领域进行合作研究和人才培养。
进入新世纪，学院将抓住我国实施“科教兴国”和“西部大开发”战略的契机，为建设成为国内一流、国际知名的高水平研究型高分子科学与工程学院而努力奋斗。
二、高分子材料成型加工
高分子材料成型加工是将高分子材料转变为所需形状和性质的实用材料或制品的工程技术，是获取高分子材料制品、体现材料特性和开发新材料的重要手段。
以最低的成本、最省的能量消耗、最少产生废料和环境污染，实现最高的劳动生产率，获得最优质量的高分子材料制品，是人们孜孜以求的目标。然而，高分子材料制品的性能受到多方面因素制约。近年来，某些特殊领域如航空工业、国防尖端工业等领域的发展对聚合物材料的性能提出了更高的要求，如高强度、高模量、轻质等，各种特定要求的高强度聚合物的开发研制越来越显迫切。
（一）、高分子材料成型加工技术发展概况
近50年来，高分子合成工业取得了很大的进展。例如，造粒用挤出机的结构有了很大的改进，产量有了极大的提高。20世纪60年代主要采用单螺杆挤出机造粒，产量约为3t／h；70年代至80年代中期，采用连续混炼机+单螺杆挤出机造粒，产量约为10t／h；80年代中期以来。采用双螺杆挤出机+齿轮泵造粒，产量可以达到40-45t／h，今后的发展方向是产量可高达60t／h。在l950年，全世界塑料的年产量为200万t。20世纪90年代。塑料产量的年均增长率为5．8％，2000年增加至1．8亿t至2010年，全世界塑料产量达3亿t，此外。合成工业的新近避震使得易于璃确控制树脂的分子结构，加速采用大规模进行低成本的生产。随着汽车工业的发展，节能、高速、美观、环保、乘坐舒适及安全可靠等要求对汽车越来越重要．汽车规模的不断扩大和性能的提高带动了零部件及相关材料工业的发展。为降低整车成本及其自身增加汽车的有效载荷，提高塑料类材料在汽车中的使用量便成为关键。据悉，目前汽车上100kg的塑料件可取代原先需要100-300kg的传统汽车材料
（如钢铁等）。因此，汽车中越来越多的金属件由塑料件代替。此外，汽车中约90％的零部件均需依靠模具成型，例如制造一款普通轿车就需要制造1200多套模具，在美国、日本等汽车制造业发达的国家，模具产业超过50％的产品是汽车用模具。目前，高分子材料加工的主要目标是高生产率、高性能、低成本和快捷交货。制品方面向小尺寸、薄壁、轻质方向发展；成型加工方面，从大规模向较短研发周期的多品种转变，并向低能耗、全回收、零排放等方向发展。
（二）、高分子材料成型加工的特性
高分子材料具有许多优良性能，如质轻、电气绝缘性良好等，然而，在这许多优良性能中，一个突出优点就有可能使这些高分子材料的发展前景十分乐观。这个突出的有点就其奇异的加工性能，即能便易而且廉价的加工，采用简单操作就能生产出几何形状相当复杂的制品，加工成品很少超过材料的成本。
1.可挤压性：聚合物通过挤压作用形变时获得形状和保持形状的能力。材料处于黏流态才可挤压变形，挤压性质与聚合物的流变性、流动速率密切有关。如果挤压过程材料的黏度很低，虽有良好的流动性，但保持形状的能力较差、熔体的剪切黏度很高时则会造成流动和成型的困难。材料的挤压性质还与加工设备的结构有关
2.可模塑性：材料在温度和压力作用下形变和在模具中模塑成型的能力。具有可模塑性的材料可通过注射、模压和挤出等成型方法制成各种形状的模塑制品。可模塑性主要取决于材料的流变性、热性质和其它物理力学性质;对热固性聚合物还与聚合物的化学反应性能有关。模塑条件影响聚合物的可模塑性，且对制品的性能有影响。聚合物的热性能、模具的结构尺寸影响聚合物的模塑性。
3.可延性：表示无定形或半结晶固体聚合物在一个方向或二个方向上受到压延或拉伸时变形的能力。可延性为生产长径比(有时是长度对厚度)很大的产品提供了可能。利用聚合物的可延性，可通过压延或拉伸工艺生产薄膜、片材和纤维可延性取决于材料产生塑性形变的能力和应变硬化作用。
（三）现今高分子材料成型加工技术的创新研究
1、聚合物动态反应加工技术及设备
聚合物反应加工技术是以现双螺杆挤出机为基础发展起来的。国外的Berstart公司已开发出作为连续反应和混炼的十螺杆挤出机，可以解决其它挤出机（包括双螺杆和四螺杆挤出机）作为反应器所存在的问题。国内反应成型加工技术的研究开发还处于起步阶段，但我国的经济发展强烈要求聚合物反应成型加工技术要有大的发展。指交换法聚碳酸酯（PC）连
续化生产和尼龙生产中的比较关键的技术是缩聚反应器的反应挤出设备，我国每年还有数以千万吨计的改性聚合物及其合金材料的生产。关键技术也是反应挤出技术及设备。
目前国内外使用的反应加工设备从原理上看都是传统混合、混炼设备的改造产品，都存在传热、传质过程、混炼过程、化学反应过程难以控制、反应产物分子量及其分布不可控等问题．另外设备投资费用大、能耗高、噪音大、密封困难等也都是传统反应加工设备的缺陷。聚合物动态反应加工技术及设备与传统技术无论是在反应加工原理还是设备的结构上都完全不同，该技术是将电磁场引起的机械振动场引入聚合物反应挤出全过程，达到控制化学反
应过程、反应生成物的凝聚态结构和反应制品的物理化学性能的目的。该技术首先从理论上突破了控制聚合物单体或预聚物混合混炼过程及停留时间分布不可控制的难点，解决了振动力场作用下聚合物反应加工过程中的质量、动量及能量传递及平衡问题，同时从技术上解决了设备结构集成化问题。新设备具有体积重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、适应性好、可靠性高等优点，这些优点是传统技术与设备无法比拟或是根本没有的。该项新技术使我国聚合物反应加工技术直接切人世界技术前沿，并在该领域处于技术领先地位。
2、以动态反应加工设备为基础的新材料制备新技术
（1）、信息存储光盘盘基直接合成反应成型技术。此技术克服传统方式的中间环节多、周期长、能耗大、储运过程易受污染、成型前处理复杂等问题，将光盘级PC树脂生产、中间储运和光盘盘基成型三个过程整合为一体，结合动态连续反应成型技术，研究酯交换连续化生产技术，研制开发精密光盘注射成型装备，达到节能降耗、有效控制产品质量的目的。
（2）、聚合物／无机物复合材料物理场强化制备新技术。此技术在强振动剪切力场作用下对无机粒子表面特性及其功能设计（粒子设计），在设计好的连续加工环境和不加或少加其它化学改性剂的情况下，利用聚合物使无机粒子进行原位表面改性、原位包覆、强制分散，实现连续化制备聚合物／无机物复合材料。
（3）、热塑性弹性体动态全硫化制备技术。此技术将振动力场引入混炼挤出全过程，控制硫化反直进程，实现混炼过程中橡胶相动态全硫化．解决共混加工过程共混物相态反转问题。研制开发出拥有自主知识产权的热塑性弹性体动态硫化技术与设备，提高我国TPV技术水平。
（四）、高分子材料成型加工技术的发展趋势
近年来，各个新型成型装备国家工程研究中心在出色完成了国家级火炬计划预备项目和国家“八五”、“九五”重点科技计划（攻关）等项目同时，非常注重科技成果转化与产业化，完成产业化工程配套项目20多项，创办了广州华新科机械有限公司和北京华新科塑料
机械有限公司，使其有自主知识产权的新技术与装备在国内外推广应用。塑料电磁动态塑化挤出设备已形成了7个规格系列，近两年在国内20多个省、市、自治区推广应用近800台（套）。销售额超过1．5亿元，还有部分新设备销往荷兰、泰国、孟加拉等国家．产生了良好的经济效益和社会效益。例如PE电磁动态发泡片材生产线2000年和2001年仅在广东即为国家节约外汇近1600万美元，每条生产线一年可为制品厂节约21万k的电费。塑料电磁动态注塑机已开发完善5个规格系列，投入批量生产并推向市场；塑料电磁动态混炼挤出机的中试及产业化工作已完成，目前开发完善的4个规格正在生产试用。并逐步推向市场目前新设备的市场需求情况很好，聚合物新型成型装备国家工程研究中心正在对广州华新科机械有限公司进行重组。将技术与资本结合，引入新的管理、市场等机制，争取在两三年内实现新设备年销售额超亿。我国已加入WTO，各个行业都将面临严峻挑战。综上所述，我国必须走具有中国特色的发展高分子材料成型加工技技术与装备的道路，打破国外的技术封锁，实现由跟踪向跨越的转变；把握技术前沿，培育自主知识产权。促进科学研究与产业界的结合，加快成果转化为生产力的进程，加快我国高分子材料成型加工高新技术及其产业的发展是必由之路。毋庸置疑，高分子给人类的生活带来了很大的利处，使我们的生活更加方便、灿烂了，高分子和我们之间密不可分，我们身上穿的衣服、手机上的材料、吃的饭、吃饭用的餐具、汽车的轮胎甚至我们本身等等，都是高分子。高分子材料已经真正渗入到我们的生活中了，然而，只有材料，不通过加工，材料始终不能成为成品，不能受益于人们的生活。因此，高分子材料成型加工技术必不可少，在未来三年半的学习中，我将会认真踏实地学习高分子的相关知识，力争做一个优秀的高材人，相信，我们未来的生活会因为高分子的发展而更加丰富多彩。
学生：蔡鹏
班级：2013级5班
第22届冬季奥林匹克运动会，索契冬季奥运会（2014 The winter Olympics in Sochi）简称“索契冬奥会”，已经在2014年02月07日~02月23日在俄罗斯联邦索契市举行。索契奥运会设15个大项，98小项。这是俄罗斯历史上第一次举办冬季奥运会。第一次伴随着机遇而来的便是比赛设施的建造和比赛用雪的储存，在这些领域高分子材料这个材料界的新星扮演着重要的角色。冬奥会大多是雪上和冰上的项目，运动员比赛的服装也必须要求防水以及更高的要求，能够满足这么多要求的高分子纤维材料则是用途广泛。一 高分子材料索契应用的内容
（一）储雪材料
冬奥会赛事的主要特征是在冰上和雪地举行的冬季运动，如滑冰、滑雪等适合在冬季举行的项目。出了满足气温要低于零摄氏度，雪对于冬奥会显得格外重要。按照索契常年的平均降雪量，2014年冬奥会期间比赛地点应该会有充足的降雪，同时尽管俄罗斯一向给人冰天雪地的感觉，但举办地索契，却是俄罗斯少有的几个亚热带城市之一。这座黑海之滨的小城，向来以阳光沙滩宜人的气候著称，是俄罗斯人度假疗养的“夏都”。索契的年平均气温是15℃，即使是12月、1月和2月，平均气温也是6℃至8℃。为了避免2014年索契冬奥会期间遇上不利天气出现“雪荒”，组委会还是决定储存一些额外的雪，以保证满足国际奥委会和冬季单项协会的严格标准。
2010年温哥华冬奥会就曾因雪不够，不得不空运雪来铺赛道。这让比温哥华还“温暖”的索契怎么办。因此，在索契成功获得举办权之后，一个担忧就产生了：这里有足够的雪吗？为避免重蹈“雪荒”覆辙，索契拉开了一场“冰雪保卫战”，并制定了三管齐下的计划。计划A人工降雪、计划B储存供雪和计划C 高科技造雪机。其中储存大量的积雪必须采取，优良的保温隔热材料。芬兰供雪保证（Snow Secure）公司的CEO恩特·米库·马乐迪凯宁（Enter Mikko Martikainen）受雇于冬奥会，设计了一个应急方案以确保索契能有足够的雪，存雪系统包括把上一年710,000立方米的人造雪和自然降雪存储起来。将这些雪分成14份，通过高科技隔热毯来防止其融化，这些隔热毯由热泡沫、高反射能力的铝平板以及一层可降低湿度的透气性土工织物构成。其中热泡沫便是由聚氨酯泡沫、聚苯板、酚醛泡沫等发泡形成。土工织物是用合成纤维纺织或经胶结、热压针刺等无纺工艺制成的土木工程用卷材，而合成纤维的主要原料有聚丙烯、聚酯、聚酰胺等。
（二）比赛场馆和城市基础设施建设
索契菲施特奥林匹克体育场（The Fisht Olympic Stadium）是索契冬奥会的主体育场。它设计独特，材料新颖，可以在开闭幕式和比赛中进行生动的灯光表演。体育场顶是由两个
2半壳结构组成，建造时使用了约36,000 m的泰克斯隆（Texlon）。泰克斯隆是一种透明膜材。该技术的提供商维克多-福伊特克公司（Vector Foiltec）称这种材料会形成一个气候信封（climatic envelope）。泰克斯隆气垫由多层乙烯-四氟乙烯改性共聚物（ETFE）组成，层间充入低压空气以隔热并保护其免于风的损害。泰克斯隆膜的表面可以捕获投影光线，将其用于展示图像、色彩或者播放视频。经过加工后，每层膜都可以透射、反射或者散射图片，从而使体育场的顶部可以“兼职”视频显示器。体育场使用了两层和三层气垫的结合，前者透光性较好，而后者略差。透光性较好的气垫材料允许自然光进入体育场，而透光性较差的则可以散射直射的太阳光，从而避免光线过于刺眼。而到了晚上，LED光则可以呈现一场无与伦比的视觉盛宴。
LED 是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，用银胶或白胶固化到支架上，然后用银线进行焊接，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，拥有优良的抗震性能。波尔肖冰宫索契冬奥会最具标志性的场馆，顶部有一个圆顶盖外形类似水滴的大冰宫。作为冰球运动的主要比赛场所，设计基于冷冻下降的现象。作为奥运会全球合作伙伴之一的陶氏化学公司（Dow Chemical Company）为一些基础设施提供了技术支持，这之中就包括了大冰宫。陶氏是化工领域的全球领军企业，同时也是著名的创新企业，它为大冰宫提供了改建场馆及城市基础设施的可持续解决方案，国际奥委会（International Olympic Committee, IOC）主席托马斯·巴赫（Thomas Bach）说道，“作为奥运会官方化学公司，陶氏将继续支持国际奥委会的可持续长期战略，并发挥重要作用。”波尔肖冰宫(The Bolshoy Ice Dome)利用DOWCAL™载冷液打造并维护高性能的冰面，为世界最优秀的冰球运动员提供最佳场地，助其为奥林匹克荣誉而战。另外，还有众多陶氏化学解决方案被应用在波尔肖冰宫各个部分，包括WALOCEL™产品（用来改善场馆地面的混凝土混合材料）、工业涂料（增强持久性，并为金属结构零部件提供抗腐蚀保护）、工程塑料MC尼龙、ENDURANCE™系列半导体及绝缘材料（保证电缆的可靠性和超长使用寿命）、和SPECFLEX™聚氨酯产品（提高贵宾坐席的美观度、舒适度和持久度）。
（三）运动员的服饰装备
索契冬奥会，中国体育代表团独具中华文化的领奖服“冠军龙服”吸引了世界的目光。“冠军龙服”是传统与时尚的完美结晶，“创新之大，设计之精，运用之巧，处处都是亮点，充分体现了安踏设计团队对中国文化、现代时尚和体育精神的独特见解。“冠军龙服”工艺采用了中国传统的织锦技术，将九龙壁九条不同形态的龙形象印刻在领奖服上；后背china字样延续伦敦奥运会银边立体设计并根据汉字宋体描绘，更显中国特色。国际奥委会委员、冬奥会冠军杨扬在受访时点评，冠军龙服本身简洁，用大部分的白色配以国旗红，整体显得很大气，符合冬季奥运会特点。“冠军龙服”面料采用再生纤维材质，同时领奖服还具备防水性能，领奖服的面料反面使用了亲水无孔PU涂层膜，再施以层压技术，在面料上形成完整的膜层。该膜层具有良好的防水透湿功能，使领奖服的面料具有阻止雨水、雪水从外渗透到面料内部的能力。同时又具备把人体散发的汗液以水蒸气的形式透过面料向外散发。从而使人体与服装之间的微小气候得到调节，为穿着者保持干爽和温暖
踏设计的中国队冬奥领奖鞋也应用先进科技。领奖鞋整体采用织唛鞋面，应用线形支撑结构，在保暖柔软的同时保证有效的支撑，打造舒适穿着感受；鞋身结合电雕工艺，将龙鳞元素刻画在鞋面上；而在鞋舌的设计上则融入了由九龙壁元素衍生而来的龙纹标志，增强鞋子文化感。另一方面，将全新大底科技“能量环”融入其中，其灵感来源于汽车底盘的缓震设计。双层结构的能量环科技，具备了高保护、高反弹、易弯折、轻质等特点，同时起到柔性回弹与稳定支撑的功效，确保整个能量的循环守恒；以形变产生回弹，实现高效反弹，产生的回弹力直接传达到脚部；易弯折大底，提供良好的穿着感受；镂空穿透、则减轻了重量，提升舒适度。领奖鞋的质量轻、弹性好正是是因为鞋底采用了Phylon材料（由EVA二次发泡制成），而Phylon最大优点便是轻便、弹性好，外观细，软度佳，硬度、密度、拉力、撕裂、延伸率佳。
索契冬奥会上，火炬手、领奖运动员和俄罗斯运动员所穿的运动服色彩绚烂，引人注目。这些运动服是由昆山华阳复合材料科技有限公司提供的高端功能性面料制作而成，这款面料名为高分子防水透湿薄膜，是华阳公司目前主打的自主研发产品，主要用于户外运动市场。用水喷淋该薄膜做成的冬奥会运动服布料，布料滴水不沾。再在水压下测试其透气性，布料上不停地冒出气泡，却一滴水也不漏，且该薄膜面料还可以承受1万帕以上的水压，相当于10米深水的压强，对面料不会造成任何损坏。防水透湿膜是一种新型的高分子防水材料。它以聚氨基甲酸酯（TPU）为主要材料，导入亲水基。薄膜表面无微孔，故可以透气拒水。
索契冬奥会上冠军是每个运动员的追求，第22届冬奥会的每块金牌由俄罗斯奥组委花费三公斤纯金来打造而成。除含金量外，索契冬奥会奖牌加入了聚碳酸酯。，Lexan牌碳酸聚酯等体积竞争仅为其质量的一半;与丙烯酸材料相比，这一材料的抗冲击力性较其高出30倍。此外，Lexan牌碳酸聚酯具有极强的透明性，这进一步确保了奖牌在历经多年之后已经能够靓丽光鲜。
二 使用在索契冬奥会的高分子材料的介绍
聚氨酯（Polyurethane，缩写PU）全称为聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称。它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外，还可含有醚、酯、脲、缩二脲 ,脲基甲酸酯等基团。聚氨酯材料，用途非常广，可以代替橡胶，塑料，尼龙等。聚氨酯泡沫塑料应用广泛：软泡沫塑料主要用于家具及交通工具各种垫材、隔音材料等；硬泡沫塑料主要用于家用电器隔热层、屋墙面保温防水喷涂泡沫、管道保温材料、建筑板材、冷藏车及冷库隔热材等,索契冬奥会采用；半硬泡沫塑料用于汽车仪表板、方向盘等。PU用于皮革生产则称为PU革，耐磨、耐用、质量稳定。聚氨酯涂层剂是当今发展的主要种类，主要为热塑性聚氨酯弹性体橡胶(Thermoplastic polyurethanes 简写TPU)，TPU涂层剂按组成分类有：聚酯系聚氨酯；聚醚系聚氨酯；芳香族异氰酸酯系聚氨酯；脂肪族异氰酸酯系聚氨酯。按使用上采用的介质分为溶剂类和水系类。它的优势在于：涂层柔软并有弹性；涂层强度好，可用于很薄的涂层；涂层多孔，具有透湿和通气性能。正是它存在透湿通气的又是，冬奥会上才会采取用PU涂层修饰过的面料做运动员的衣服；
聚苯板全称聚苯乙烯泡沫板，又名泡沫板或EPS板，是由含有挥发性液体发泡剂的可发性聚苯乙烯珠粒，经加热预发后在模具中加热成型的具有微细闭孔结构的白色固体，由发泡制得导热系数较低可与用来做保温材料；
酚醛泡沫材料常简称为酚醛泡沫，是以酚醛树脂和阻燃剂、抑烟剂、固化剂、发泡剂、及其它助剂等多种物质，经科学配方制成的闭孔型硬质泡沫塑料，素有“保温材料之王”的美称，是新一代保温防火隔音材料。它具有轻质、防火、遇明火不燃烧、无烟、无毒、无滴落，使用温度围广（-196～+200℃），低温环境下不收缩、不脆化的特点。由于酚醛泡沫闭孔率高，则导热系数低（可低于0.030w/mk），隔热性能好，并具有一定的抗水性和水蒸气渗透性，是较好的保温节能材料，更是暖通制冷工程理想的绝热材料。由于酚醛具有苯环结构，所以尺寸稳定，变化率<1%。且化学成分稳定，防腐抗老化，特别是能耐有机溶液、强酸、弱碱腐蚀。在生产工艺发泡中不用氟利昂做发泡剂符合国际环保标准，且其分子结构中含有氢、氧、碳元素，高温分解时，溢出的气体无毒、无味，对人体、环境均无害，符合国家绿色环保要求。故此，酚醛超级复合板是十分理想的防火、绝热、节能、美观的环保绿色保温材料；
聚丙烯（polypropylene,简写PP），是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。当PP用于合成纤维中文名称之为丙纶。它是由丙烯作原料经聚合、熔体纺丝制得的纤维。丙纶的品种有长丝（包括未变形长丝和膨体变形长丝）、短纤维、鬃丝、膜裂纤维、中空纤维、异形纤维、各种复合纤维和无纺织布等。源于丙纶密度低质轻、拉伸强度高、不吸湿、保暖性能好、强度高价格仅是锦纶的三分之一被广泛的用于生产和生活；
聚酯纤维(polyester fibre)由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯经纺丝所得的合成纤维的统称，中国的商品名为涤纶。是当前合成纤维的第一大品种。具体品种有：聚对苯二甲酸乙二酯纤维，聚对苯二甲酸丁二酯纤维，聚对苯二甲酸丙二酯纤维，聚对苯二甲酸-1,4-环己二甲酯纤维，聚-2,6-萘二酸乙二酯纤维，以及多种改性的聚对苯二甲酸乙二酯纤维(如:CDP，ECDP，EDDP)等。涤纶具有许多优良的纺织性能和服用性能，用途广泛，可以纯纺织造，也可与棉、毛、丝、麻等天然纤维和其他化学纤维混纺交织，制成花色繁多、坚牢挺刮、易洗易干、免烫和洗可穿性能良好的仿毛、仿棉、仿丝、仿麻织物。涤纶织物适用于男女衬衫、外衣、儿童衣着、室内装饰织物和地毯等。由于涤纶具有良好的弹性和蓬松性，也可用作絮棉。在工业上高强度涤纶可用作轮胎帘子线、运输带、消防水管、缆绳、渔网等，也可用作电绝缘材料、耐酸过滤布和造纸毛毯等。用涤纶制作无纺织布可用于室内装饰物、地毯底布、医药工业用布、絮绒、衬里等。
聚酰胺(PA，俗称尼龙)是美国DuPont公司最先开发用于纤维的树脂，其最突出的优点是耐磨性高于其他所有纤维，比棉花耐磨性高10倍，比羊毛高20倍，在混纺织物中稍加入一些聚酰胺纤维，可大大提高其耐磨性；当拉伸至3-6%时，弹性回复率可达100%；能经受上万次折挠而不断裂。聚酰胺纤维的强度比棉花高1-2倍、比羊毛高4-5倍，是粘胶纤维的3倍。例如中国冰壶队用来刷冰的毛刷的毛便是尼龙制成的。PA除了可以做成纤维外也可以作为工程塑料，MC尼龙便是其中之一。它是在常压下，将熔融的原料己内酰胺单体C6H11NO用碱性的物质作催化剂，与活化剂等助剂一起制成待聚单体，直接注入预热到一定温度的模具中，使物料在模具内很快地进行聚合反应，凝结成坚韧的固体胚件，再经过有关工艺处理，得到预定的制品，具有重量轻、强度高、自润滑、耐磨、防腐，绝缘等多种独特性能是应用广泛的工程塑料，几乎遍布所有的工业领域；
泰克斯隆（Texlon）材料是由四氟乙烯(CF2=CF2)与乙烯（CH2=CH2）发生聚合反应得到的乙烯-四氟乙烯共聚物高分子材料，ETFE膜材的厚度通常小于0.20mm，是一种质轻透明的膜材。2008年北京奥运会国家体育馆及国家游泳中心等场馆中便采用这种膜材料。ETFE作为结晶性高聚物，熔点为256~280℃。燃烧时可自熄。其抗剪切机械强度高，耐低温冲击性能是现有氟塑料中最好的，从室温到-80℃都能够有较高的冲击强度，化学性能稳定，电绝缘性和耐辐照性能好。ETFE膜使用寿命在30年左右且不用日常保养、便于修复、可循环利用等特显越来愈多的用在大型的建筑中；
环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。由于环氧树脂的绝缘性能高、结构强度大和密封性能好等许多独特的优点它可以用作制备LED灯等电子器件。环氧树脂也因为耐腐蚀、附着能力强、耐热绝缘环保的特点而被用于涂料，如美国陶氏Polyox水溶性树脂便是非离子型聚氧乙烯聚合物。
第7章 合成高分子材料
学习目标与要求
1. 了解合成高分子聚合物的基本组成结构特点和分类。
2. 了解聚合物的分子结构与其性能之间的关系。
3. 熟悉聚合物的基本性能特点和常用聚合物的品种。
4. 熟悉土木工程中常用的建筑塑料、建筑涂料和胶粘剂等产品的基本组成、性能及应用。
学习重点
1.聚合物的基本组成结构特点和分类。
2.聚合物的分子结构与其性能之间的关系。
3.土木工程中常用的合成高分子材料制品的性能和应用。
学习难点
1.如何理解合成高分子材料的结构与性能的关系。这里既有聚合物的分子结构与其性能之间的关系，还有具体产品(塑料、涂料、胶粘剂等)的组成与性能的关系。
2.土木工程中如何正确选择使用合成高分子材料制品。
合成高分子材料是指其基本组成物质为人工合成高分子化合物的各种材料。合成高分子材料主要包括合成树脂、合成橡胶和合成纤维三大类。在土木工程中，合成树脂主要用于制备建筑塑料、建筑涂料和胶粘剂等，是用量最大的合成高分子材料。合成橡胶主要用于防水密封材料、桥梁支座和沥青改性材料等，用量仅次于合成树脂。合成纤维主要用于土工织物、纤维增强水泥、纤维增强塑料和膜结构用膜材料等，用量也在不断增加。
7.1高分子化合物概述
7.1.1基本知识
1. 基本概念
高分子化合物又称高聚物或聚合物，其分子量很大，一般为104 ~ 106。其分子往往由许多相同的、简单的结构单元，通过共价键重复连接而成。例如，聚氯乙烯分子是由许多氯乙烯结构单元重复连接而成：
简写为：
式中：
是重复结构单元，称为“链节”。结构单元的重复数目n称为“聚合度”。聚合度可由几百至几千，聚合物的分子量为重复结构单元的分子量与聚合度的乘积。
2. 聚合物的分类
聚合物的分类方法很多，按聚合物的来源，分为天然聚合物和合成聚合物;按分子结构，分为线型聚合物和体型聚合物;按聚合物受热的行为，分为热塑性聚合物和热固性聚合物等。
热塑性聚合物具有受热时软化、遇冷时凝固且无明显化学变化的性质。通常热塑性聚合物可反复进行加热软化、熔融和冷却硬化。所以热塑性聚合物具有可再生重复使用的特性。
热固性聚合物仅在第一次加热(或加入固化剂前)时能发生软比、熔融，并在此条件下产生化学交联而固化，以后再加热时再不会软化或熔融，也不会被溶解，若温度过高则会导致分子结构破坏。目前尚不能以通常的方式对热固性聚合物再生利用。
聚合物还常按用途分为塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂等几大类。这种分类方法最为常用，但不很严格。事实上，同一种聚合物可以有多种用途。例如.聚氨酯可制成具有橡胶的性能，也可发泡制成硬度不同的泡沫塑料，还可拉丝制成高强度高弹性的纤维、制作涂料和胶粘剂。这种能够适应多用途需要的特点，是高分子材料得以广泛应用的重要原因。
3. 聚合物的命名
聚合物的命名有系统命名法和习惯命名法。系统命名法命名比较复杂，实际很少使用。 在习惯命名法中，天然聚合物用专有名称，加纤维素、淀粉、蛋白质等;合成聚合物，则在单体名称前加上“聚”字，例如聚氯乙烯、聚苯乙烯等;也可在原料名称后加“树脂”、“橡胶”、“纤维”等来命名，这种命名能反映聚合物的结构和用途，是常用的命名法。
4. 聚合反应
由低分子单体合成聚合物的反应叫做聚合反应。聚合反应按单体和聚合物在组成和结构上发生的变化，分为加聚反应和缩聚反应两大类。
以单体通过加成的方式，聚合形成聚合物的反应称为加聚反应。加聚反应是链式反应。其特点是单体分子具有能够聚合的双键、三键、环状结构等;其中，含双健结构的单体最为广泛，如乙烯、氯乙烯、苯乙烯、丁二烯等。加聚反应是按参加反应的单体种类数目，可分为均聚反应和共聚反应。均聚反应是只有一种单体进行的聚合反应，其产物称为均聚物，如聚乙烯、聚氯乙烯等。共聚反应是由两种或两种以上的单体进行的聚合反应，其产物称为共聚物。
缩聚反应是含有两个以上官能团的单体，通过官能团间的反应生成聚合物的反应。缩聚反应与加聚反应不同，其聚合物分子链增长过程是逐步反应，同时伴有低分子副产物如水、氨、甲醇等的生成。缩聚反应按照生成产物的结构可分为线型缩聚反应与体型缩聚反应两类。当缩聚反应只在一种单体间进行时，称为均缩聚反应。如果缩聚反应在两种单体之间进行，则称作混缩聚反应。如果在均缩聚反应中加入第二单体或在混缩聚反应中加入第三单体，则称为共缩聚反应。
加聚反应生成的共聚物和缩聚反应生成的共缩聚物统称为共聚物。共聚物的性能与不同种类单体的相对数量和排列方式有密切关系。共聚物根据链节排列方式的不同可分为无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物和接枝共聚物四种。
7.1.2聚合物的结构与性质
1. 聚合物的分子结构
聚合物按其分子结构可分为线型聚合物和体型聚合物。
(1)线型聚合物
线型聚合物的大分子链排列成线状主链(如图7―1a)。有时带有支链(如图7―1b)，且线状大分子间以分子间力结合在一起。具有线型结构的聚合物包括全部加聚树脂和部分缩聚树脂，一般来说，具有线型结构的树脂，强度较低，弹性模量较小，变形较大，耐热、耐腐蚀性较差，且可溶可熔。支链型聚合物因分子排列较松，分子间作用力较弱，因而密度、熔点及强度等低于线型聚合物。线形聚合物树脂均为热塑性树脂。
(2)体型聚合物
线型大分子间通过化学键交联作用而形成的三维网状结构，又称网状或体型结构(如图7―1c)。部分缩合树脂具有体型结构(交联或固化前也为线型或支链型分子)。由于化学键的结合力强，且交联形成一个“巨大分子”，因此，―般来说缩合树脂的强度高，弹性模量较大，变形较小，较硬脆，且塑性小，耐热性、耐腐蚀性较好，不溶不熔。体型聚合物树脂均为热固性树脂。
图7―1 聚合物大分子链的结构示意图
(a)线型;(b)支链型;(c)体型
2. 聚合物的聚集态结构
固态聚合物是由大分子链以分子间作用力聚集在一起的。聚集态结构就是指分子链间的排列、堆砌方式和规律。可分为晶态结构、非晶态结构、取向态结构和织态结构等聚集状态。 晶态结构的聚合物与低分子量晶体有很大的不同。由于线型高分子难免有弯曲，故聚合物的结晶为部分结晶，即在结晶聚合物中存在“晶区”和“非晶区”。且大分子链可以同时跨越几个晶区和非晶区。晶区所占的百分比称为结晶度。一般来说，结晶度越高，则聚合物的密度、弹性模量、强度、耐热性、折光系数等越高，而冲击韧性、粘附力、断裂伸长率、溶解度等越低。晶态聚合物一般为不透明或半透明状，非晶态聚合物则一般为透明状。体型聚合物只有非晶态结构。
取向态结构是指聚合物在一维或二维方向的有序排列结构。事实上.线型高分子链充分伸展时，其长度为其宽度的几百、几千其至几万倍;在―定条件下，使线型聚合物的分子链沿着特定方向排列称为取向。取向在工业生产中得到了广泛应用。例如，在合成纤维生产中.采用热牵引工艺，使分子链取向，可提高纤维的强度和弹性模量。聚乙烯纤维未取向时的抗拉强度约为60 ~ 80 MPa，而取向后的强度可达800 MPa。
织态结构是指将两种或两种以上的聚合物或不同分子量的同种聚合物混合而得到的材料结构，属非均相体系结构。其中，由一个分散相和一个连续相组成的两相共混物应用最多。例如，分散相软、连续相硬的橡胶增韧塑料和分散相硬、连续相软的热塑性弹性体等。
3. 聚合物的物理状态和特点
聚合物的物理状态可根据温度―变形曲线划分，线型非晶态聚合物分为玻璃态、高弹态和粘流态三种物理状态(如图7―2)。
图7―2 线型非晶态聚合物的变形与温度的关系
线型非晶态聚合物在低于某一温度时，分子动能很低，大分子链的运动和分子链段的旋转都被冻结，聚合物在外力作用下，产生的变形较小，弹性模量较大。此时，聚合物所处的状态称为玻璃态。聚合物保持玻璃态的温度上限称为玻璃化转变温度(Tg)。当温度升高到Tg上以后，分子动能增加，分子链段能运动，但大分子链的运动仍被冻结，聚合物弹性模量较小，在外力作用下，产生较大的变形。且变形是可恢复的，这种状态称为高弹态。聚合物保持高弹态的上限温度，称为粘流温度(Tf)。当温度升高到Tf上以后，分子动能增加到链段和整个大分子链都可以运动，聚合物成为可以流动的粘稠液体，此时，聚合物在外力作用下，分子间相互滑动，产生粘性流动，外力除去后保持变形，即变形不可逆。玻璃化转变温度和粘流温度是高分子材料的重要性质指标。可以确定高分子材料的使用温度范围、材料的加工温度范围等。
玻璃化转变温度低于室温的称为橡胶，高于室温的称为塑料。玻璃化转变温度是塑料的最高使用温度，但却是橡胶的最低使用温度。粘流温度在室温以下的高聚物可作胶粘剂或涂料使用。
4.聚合物的主要性质
(1)密度：聚合物的密度较小，一般在0.9 ~ 2.2g/cm3之间，平均约为铝的1/2，钢的1/5，混凝土的1/3。
(2)比强度：聚合物有较高的强度，密度小，所以比强度远远超过传统的建筑材料，是极好的轻质高强材料。但聚合物的刚度比较差，容易变形。
(3)导热性：聚合物的导热性较小，约为金属的1/500 ~ 1/600。其泡沫塑料的导热性接近空气，是一种良好的轻质保温隔热材料。
(4)化学稳定性：一般聚合物对侵蚀性化学物质(酸、碱、盐溶液)及蒸汽的作用具有较高的稳定性。但有些聚合物在有机溶剂中会溶解或溶胀，使用时应予以注意。
(5)防水密封性：大多数聚合物具有很强的憎水性，防水、防潮及密封性能突出。
(6)电绝缘性：聚合物通常都具有极高的`电绝缘性和击穿电压，是非常好的电绝缘材料。
(7)减震、消音性：聚合物具有突出的粘弹性，在受外力冲击时，其大分子的粘滞性能吸收大量的振动波和声波，具有良好的减震消声作用。
(8)与其他材料的复合型：聚合物对其他类型的材料通常都具有很强的润湿及粘附性，因
而可制成性能优良的复合材料。
(9)耐热性：作为有机化合物的聚合物，热稳定性能较差。热塑性聚合物的耐热温度一般为50 ~90℃;热固性聚合物的耐热温度一般在100 ~ 200℃。高温下易燃烧和分解，并释放出有害气体。
5. 聚合物的老化
在使用过程中，聚合物会由于光、热、空气(氧和臭氧)等的作用而发生结构或组成的变化，从而出现各种性能劣化现象。如出现变色、变硬、龟裂、发粘、发软、变形、斑点、机械强度降低，称为聚合物的老化。
聚合物的老化是一个复杂的过程，一般可将其分为聚合物分子的交联与降解两种。交联是指聚合物的分子从线型结构变为体型结构的过程。当发生这种老化作用时，表现为聚合物失去弹性、变硬、变脆，并出现龟裂现象。降解是指聚合物的分子链发生断裂，其分子量降低，但其化学组成并不发生变化。当老化过程以降解为主时，聚合物会出现失去刚性、变软、发粘、出现蠕变等现象。
根据老化原因的不同聚合物的老化分为热老化和光老化两类。光老化是指聚合物在阳光(特别是紫外线)的照射下部分分子(或原子)被激活而处于高能的不稳定状态，并与其他分子发生光敏氧化作用，致使聚合物的结构和组成发生变化，性能逐渐恶化的现象。热老化是指聚合物在热的作用下，尤其是在较高温度下暴露于空气中时，聚合物的分子链由于氧化、热分解等作用而发生断裂、交联，其化学组成与分子结构发生变化，从而使其各项性能发生劣变的现象。因此，大多数聚合物材料的耐高温性和大气稳定性都较差。
7.1.3常用的聚合物
1. 合成树脂
合成树脂的种类很多，而且随着有机合成工业的发展和新聚合方法的不断出现，合成树脂的品种还在继续增加。但是，真正获得广泛应用的合成树脂，不过20种左右。在此，仅介绍一些在土木工程材料中经常使用的合成树脂。
(1)热塑性树脂
①聚乙烯(PE)
聚乙烯(PE)是树脂中分子结构最简单的一种，它是由乙烯单体聚合而成。聚乙烯按合成时的压力分为高压聚乙烯和低压聚乙烯。高压聚乙烯的密度较小，故称为低密度聚乙烯(LDPE)。低压聚乙烯聚合条件比较温和，制得的产品结晶度高、密度大，故称高密度聚乙烯(HDPE)。聚乙烯塑料无臭、无毒，原料来源丰富，价格较低，且具有优异的耐低温性(最低使用温度可达 -70 ～ -100℃)、化学稳定性、电绝缘性和加工性能。在建筑中，聚乙烯主要用于生产防水材料(薄膜、卷材等)、给排水管材(冷水)、电绝缘材料、水箱和卫生洁具等。
②聚氯乙烯(PVC)
聚氯乙烯树脂(PVC)是氯乙烯通过自由基聚合制成白色粉末或糊状的树脂。由于PVC树脂链上带有负电性很强的氯原子，使分子链之间产生很大的引力，阻碍了分子链之间的相对滑动。因此，PVC树脂具有良好的耐化学腐蚀性和阻燃性，但材质脆而硬，较少弹性。通过添加增塑剂可以改善PVC的柔韧性。
在建筑中，硬质聚氯乙烯主要用作天沟、落水管、外墙覆面板、天窗及给排水管。软质聚氯乙烯常加工为片材、板材、型材等。如卷材地板、块状地板、壁纸、防水卷材和止水带等。在PVC中混入大量的碳酸钙制成钙塑料可以提高塑料的硬度、降低成本，用于代替钢
材和木材制作塑料门窗、楼梯扶手、地板、天花板和电线套管等。将PVC轻度发泡可以制成塑料地毯和塑料壁纸等。
③聚苯乙烯(PS)
聚苯乙烯(PS)的均聚物是由苯乙烯单体聚合而得，质地坚硬，化学性能和电绝缘性能优良，易于成型出各类色彩鲜艳、表面光洁的制品，应用广泛。但聚苯乙烯耐热性差、质脆，这在一定程度上限制了它的应用，因此，应对其改性。目前大量生产的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，发泡型聚苯乙烯EPS以及苯乙烯的共聚物如ABS塑料(俗称工程塑料)等。
建筑中聚苯乙烯主要用于制作泡沫塑料，有挤塑发泡板和发泡颗粒产品。其隔热保温性能优异。此外，聚苯乙烯也常用于涂料和防水薄膜的生产。ABS树脂主要用于生产塑料装饰板和管材等。
④聚丙烯(PP)
聚丙烯(PP)可分为均聚PP和共聚PP两大类，共聚PP是在聚合过程中加入大约2%～5%的乙烯而制得的。聚丙烯的主要特点是密度低(0.89～0.92 g/cm3)，耐化学药品性、耐腐蚀性、耐热性优良且价格低廉。
在建筑中，聚丙烯常用于制作管材、装饰板材、卫生洁具及各种建筑小五金件。 ⑤聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是透明、无毒无味的无定形热塑性树脂，俗称有机玻璃。其最大优点是具有优异的光学性能，对可见光的透过率可达92%，对紫外线的透过率达73.5%，均优于普通无机硅酸盐玻璃，并具有较好的耐气候老化性，质轻(约为无机玻璃的1/2)，抗冲击强度较高。
在建筑中，聚甲基丙烯酸甲酯主要用作采光天窗、防震玻璃、室内装饰等，以适当方式对其增强后，也可用于制作透明管材及其他建筑制品。
(2)热固性树脂
①酚醛树脂(PF)
酚醛树脂是酚类和醛类化合物经缩聚反应而得的树脂的统称，其中应用较多的是苯酚―甲醛缩聚物(PF)。酚醛树脂的主要特点是有较好的电绝缘性能，密度低，强度较高。具有很高的热强度等，但质脆，抗冲击性能差。
在土木工程中。酚醛树脂主要用于制造各种层压板和玻璃纤维增强塑料，以及防水涂料、木结构用胶等。
②脲醛树脂(UF)
脲醛树脂是由甲醛和尿素缩聚而成的聚合物。它具有耐燃、耐电弧、易着色、表向硬度高、耐溶剂、本身呈透明状等特点。因此，可制成表面光洁、色彩鲜明的玉状制品(俗称“电玉”)。但耐湿性差，受潮气和水的作用易发生变形或开裂，而且耐热性较差。
在土木工程中，脲醛树脂主要用于生产木丝板、胶合板、层压板等。经发泡处理后，可制得一种硬质泡沫塑料，用作填充性绝缘材料。经过改性处理的脲醛树脂还可用于制造涂料、胶粘剂等。
③不饱和聚酯树脂(UP)
不饱和聚酯树脂是指分子链主链上含有不饱和键的聚酯。不饱和聚酯在性能上具有 多变性，由于组成的变化，UP可以是硬质的、有弹性的、柔软的、耐腐蚀的、耐气候老化的或耐燃的，这些性能上的变化形成了UP在应用上的多样化。在土木工程中，广泛地用于制造涂料、玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢)和作为聚合物混凝土中的胶结料。可用于墙面、地面装饰，制作人造大理石、人造玛瑙，具有装饰性好、耐磨等特点。
④环氧树脂(EP)
环氧树脂是分子结构中含有环氧基的聚合物，种类很多。其中用途最广的是环氧氯丙烷与双酚A缩聚得到的双酚A型环氧树脂。这种环氧树脂是线型结构，具有热塑性。应用时必须加入固化剂，使环氧树脂固化。固化剂品种很多，常用的有胺类、酸酐类、高分子预聚体和咪唑等。固化后的环氧树脂具有强度高、粘结力强、收缩率小、耐水、耐化学腐蚀性和电绝缘性好等特点。
在土木工程中，环氧树脂主要用于结构胶粘剂、玻璃纤维增强塑料、聚合物混凝土以及防腐涂料和耐磨地坪材料等。
⑤有机硅树脂(SI)
有机硅是一大类主链含硅的高分子化合物，属于元素有机高分子;主要有聚有机硅氧烷
(SI)，它的主链由硅氧键构成，侧基为有机基团。这种结构使硅化合物具有良好的化学稳定性，耐氧化、臭氧和紫外线照射，使用温度范围宽(-50～+200℃)，憎水性高等一系列的独特性能。
在土木工程中，有机硅树脂主要用于层压塑料和防水材料。在各种有机硅树脂中，硅酮的应用较多，广泛地应用于涂料、胶粘剂和嵌缝材料中。
2. 合成橡胶
橡胶是玻璃化转变温度Tg较低，在室温下具有高弹性的聚合物。橡胶的主要持点是在-50～+150℃范围内，具有极为优异的弹性，在外力作用下，变形量可以达到百分之几百，并且在外力取消后，变形可完全恢复。此外，橡胶还具有良好的抗拉强度、耐疲劳强度，良好的不透水性、不透气性、耐酸碱腐蚀性和电绝缘性等。由于橡胶良好的综合性能，在土木工程中，广泛用作防水材料和密封材料等。
橡胶按来源分为天然橡胶和合成橡胶。在土木工程中，主要应用的是合成橡胶。合成橡胶是各种单体经聚合反应人工合成的橡胶，是具有橡胶特性的一类聚合物，常用的合成橡胶有丁基橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶和丁苯橡胶等。
(1)丁基橡胶(HR)
丁基橡胶是通过异丁烯与异戊二烯聚合制备的结晶性非极性橡胶。丁基橡胶最独特的性能是气密性非常好，水渗透率极低、其耐热性、耐气候老化性能、耐臭氧老化性能也很好，但弹性较低、工艺性能较差、硫化速度慢、粘着性和耐油性等也较差。
丁基橡胶主要用作防水卷材和防水密封材料。
(2)氯丁橡胶(CR)
氯丁橡胶是通过氯丁二烯聚合制备的结晶性橡胶。氯丁橡胶是所有合成橡胶中密度最大的，其相对密度约为1.23～1.25，呈浅黄色或棕褐色。这种橡胶的原料来源广泛，其抗拉强度较高，透气性、耐磨性较好，不易老化，耐油、耐热、难燃、耐臭氧、耐酸碱腐蚀性好，粘结力较强。其缺点是对浓硫酸和浓硝酸的抵抗力较差，电绝缘性也较差。
在建筑上氯丁橡胶被广泛地用于胶粘剂、门窗密封条、胶带等。
(3)乙丙橡胶(EPM)
乙丙橡胶是以乙烯、丙烯为主要单体原料共聚的无定形橡胶。根据是否加入第三单体可分为二元乙丙橡胶和三元乙丙橡胶两大类。三元乙丙橡胶生产和使用较多。乙丙橡胶具有优异的耐老化性能，是现有通用橡胶中耐老化性能最好的，能长期在阳光、潮湿、寒冷的自然环境中使用;耐热性能好，可在120℃的环境中长期使用，最高使用温度达150℃;具有较
好的低温性能，最低极限使用温度可达-50℃或更低;具有较好的耐化学腐蚀、耐热水和水蒸气性能，密度是所有橡胶中最低的。其缺点是硫化速度慢。自粘性与互粘性较差，耐燃性、耐油性和气密性差。主要用于生产防水卷材。
(4)丁苯橡胶(SBR)
丁苯橡胶是丁二烯和苯乙烯的共聚物，通过调节苯乙烯的含量可以得到不同性能的丁苯橡胶。丁苯橡胶(SBR)是产量和消耗量最大的合成橡胶。纯丁苯橡胶的强度低，须增强后才具有实际使用价值;其弹性、耐寒性较差，耐撕裂性和粘着性能均较天然橡胶差。但耐热性、耐老化性、耐磨性均优于天然橡胶。它主要用于铺地材料和沥青改性等。
(5)硅橡胶(SR)
硅橡胶的分子主链是由硅原子和氧原子交替组成(―Si―O―Si―)，其键能比碳一碳键能(C―C)要大得多，柔顺性也很好，因而具有优异的耐高、低温性能，在所有的橡胶中工作温度范围最宽(-100～+350℃)。硅橡胶还具有优异的耐老化、电绝缘、耐电晕、耐电弧性能，但力学性能较差。硅橡胶广泛用于建筑密封胶、防潮密封材料。
(6)热塑性弹性体
热塑性弹性体是一类具有类似橡胶力学性能及使用性能、又能按热塑性塑料进行加工和回收的聚合物。它既具有热塑性，便于加工和再生利用;又有很好的弹性，便于使用。因此，称为热塑性弹性体。常用的有苯乙烯类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体等。
SBS(苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物)为线型分子，是具有高弹性、高抗拉强度、高伸长率和高耐磨性的透明体，属于热塑性弹性体。在SBS中，苯乙烯单体是以一定的长度连接在丁二烯分子的两端，在室温时，弹性体的链段聚集、缠结在一起形成物理交联。在高温时，这些交联点解离，使弹性体具有热塑性。因此，SBS可以像热塑性塑料一样的加工。通过调节丁二烯(软段)和苯乙烯(硬段)的长度和比例，可以改变热塑性弹性体的性能。一般来说，热塑性弹性体的强度和耐磨性都优于通用橡胶，只是耐温性较差。SBS在建筑上主要用于沥青的改性。
3. 合成纤维
纤维可分为天然纤维(如羊毛、蚕丝、棉花、麻等)和化学纤维两大类，化学纤维按其聚合物来源又可分为人造纤维和合成纤维两类。人造纤维是以天然聚合物为原料经过化学处理后再加工制成的，如粘胶纤维、醋酸纤维、硝酸纤维等;合成纤维是由合成的聚合物制得的，有聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维等品种。
(1)聚酯纤维
聚酯纤维是大分子链中的各链节与酯基相连的聚合物纺制而成的合成纤维。其品种很多、目前主要是对苯二甲酸乙二酯纤维(PET)，我国―般称为涤纶或的确良。聚酯纤维弹性好、强度大、模量高、吸湿性低、耐热性、耐磨性、耐光老化性能好。主要用于土工织物。
(2)聚酰胺纤维
聚酰胺纤维是分子主链由酰胺键连接起来的一类合成纤维，我国称为锦纶。聚酰胺有许多品种，应用最广泛的是聚酰胺6和聚酰胺66。聚酰胺的耐磨性非常好、强度、耐冲击性、弹性、耐疲劳性也很好，而且密度小;但是，聚酰胺纤维的模量低、耐光性、耐热性、抗静电性、染色性、吸湿性较差。主要用于绳索、化纤地毯等。
(3)聚丙烯腈纤维
聚丙烯腈纤维是采用丙烯腈三元单体共聚物纺成的纤维，又称腈纶。聚丙烯腈纤维的弹性模量高、耐光性、耐辐射性。化学稳定性、耐热性好，但强度较低、耐磨性、抗疲劳性较差。腈纶广泛用于污水处理和碳纤维生产。
(4)聚丙烯纤维
聚丙烯纤维是以丙烯聚合得到的等规聚丙烯为原料纺制而成的合成纤维，又称为丙纶。它是所有化学纤维中密度最小的，其强度高、回弹性、耐磨性、抗微生物、耐化学腐蚀性好。其缺点是吸湿性、染色性、耐光性、耐热性差。它可用于制作地毯、装饰织物、人造草坪和土工布等。
(5)聚乙烯醇纤维
聚乙烯醇纤维的常规产品是聚乙烯醇缩甲醛纤维，又称为维纶。维纶的短纤维外观接近棉，有“合成棉花”之称，但其强度和耐磨性都优于棉，保暖性、耐腐蚀性、耐日光性好。维纶的缺点是染色性、耐水性、弹性较差。聚乙烯醇纤维主要作为塑料、水泥、陶瓷等的增强材料，作为石棉的代用品用于纤维增强水泥;制作维纶帆布、非织造布滤材以及土工布等。
7.2土木工程常用的合成高分子材料
7.2.1建筑塑料
塑料是以合成树脂为主要成分，在一定条件(温度、压力等)下，可塑成一定形状并在常温下保持其形状的高分子材料。与传统的建筑材料相比，塑料具有质轻、比强度高、化学稳定性好、导热系数小、装饰性和加工性能好及耗能较低的持点;但塑料还有刚度小、易老化、易燃、耐热性差的缺点。此外，塑料中残留的单体和加入的增塑剂、固化剂等低分子物质都对人体健康不利。因此，采用塑料制作与饮食有关的设备时，要认真进行安全卫生检验。在土木工程中，塑料可作为结构材料和功能材料。作为结构材料应用的主要是纤维增强塑料。作为功能材料可用于隔热保温材料、装饰装修材料等。
塑料按组成成分分为单―组分塑料和多组分塑料。单一组分塑料基本上为合成树脂，只含少量助剂(如染料、润滑剂等)，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯塑料等。多组分塑料除含有合成树脂外，还含有较多的助剂(如填料、增塑剂、稳定剂等)，如聚氯乙烯、酚醛塑料等。根据用途，塑料可分为通用塑料和工程塑料。根据其受热后性能的不同，塑料还可分为热固性塑料和热塑性塑料。
1. 塑料的基本组成
塑料是由合成树脂和各种添加剂所组成。合成树脂是塑料的主要成分，其质量占塑料的 40%以上。塑料的性质主要取决于所采用的合成树脂的种类、性质和数量。因此，塑料常以所用合成树脂命名，如聚乙烯(PE)塑科，聚氯乙烯(PVC)塑料。合成树脂的性质已在上一节介绍，在此主要介绍常用的添加剂。
(1)填料
填料又称为填充料、填充剂或体质颜料，其种类很多。按外观形态可分为粉状、纤维状和片状三类。一般来说，粉状填料有助于提高塑料的热稳定性，降低可燃性，而片状和纤维状填料可明显提高塑料的抗拉强度、抗磨强度和大气稳定性等。
填料通常都比合成树脂便宜，它不仅能提高塑料的强度、硬度和耐热性，还能减少收缩变形和降低成本。常用的填料主要有木粉、滑石粉、硅藻土、石灰石粉、铝粉、炭黑及玻璃纤维等。
(2)增塑剂
增塑剂是能使聚合物塑性增加的物质。它可降低树脂的粘流温度(Tf)，使树脂具有较大的可塑性，以利于塑料制品的加工。少量的增塑剂还可降低塑料的硬度和脆性，使塑料具有较好的柔韧性。增塑剂主要为酯类及酮类。
(3)稳定剂
稳定剂是指抑制或减缓老化破坏作用的物质。塑料在加工和使用过程中，由于受热、光、氧的作用，可能发生降解、氧化断链及交联等，使塑料老化。为了提高塑料的耐老化性能，延长使用寿命，通常要加入各种稳定剂，如抗氧剂、光屏蔽剂、紫外光吸收剂及热稳定剂等。
(4)固化剂
固化剂又称为硬化剂，主要作用是使某些合成树脂的线型结构交联成体型结构，从而使树脂具有热固性。不同品种的树脂应采用不同品种的固化剂。
(5)着色剂
着色剂是使塑料制品具有特定的色彩和光泽的物质，常用的着色剂是一些有机和无机颜料。颜料不仅对塑料具有着色性，同时也兼有填料和稳定剂的作用。
此外，根据建筑塑料使用及成型加工的需要，有时还加入润滑剂、抗静电剂、发泡剂、阻燃剂及防霉剂等。
2. 土木工程常用的塑料制品
(1)装饰装修制品
塑料的装饰性和可加工性能好，常用来生产装饰装修材料。
①塑料面砖
塑料面砖以PS，PVC，PP等为原料制造，模仿传统陶瓷面砖，厚度小、重量轻，具有美观适用、施工方便的特点，是一种较为理想的超薄型墙面装饰材料。可用于室内墙面、柱面装饰。
②塑料壁纸
塑料壁纸是用纸或玻璃纤维布做基材，以聚氯乙烯为主要成分，加入添加剂和颜料等，经涂塑、压花或印花、发泡等工艺制成的塑料卷材。塑料壁纸的花色品种多，可制成仿丝绸、仿织锦缎、仿木纹等花纹图案。塑料壁纸具有美观、耐用、易清洗、施工方便的待点。发泡塑料壁纸还具有较好的吸声性能，因而广泛地应用于室内墙面、顶棚等的装饰。塑料壁纸的缺点是透气性较差。
③塑料地面卷材
塑料地面卷材是经混炼、热压或压延等工艺制成的卷材。主要为聚氯乙烯(PVC)塑料地面卷材，分为无基层卷材和有基层卷材两种。
无基层卷材质地柔软，有―定弹性，适合于家庭地面装饰。有基层卷材一般由两层或多层复合而成，常见的是三层结构。基层为无纺布、玻璃纤维布，中层为印花的不透明聚氯乙烯塑料，面层为透明的聚氯乙烯塑料。若中层为聚氯乙烯泡沫塑料，则称为发泡塑料地面卷材。塑料地面卷材具有脚感舒适、耐磨、附腐蚀、隔声和保温等特点。
④塑料地板
塑料地板采用聚氯乙烯、重质碳酸钙和添加剂为原料，经混炼、热压或压延等工艺制成。有硬质、半硬质和软质三种;塑料地板制作的图案丰富，颜色多样，并具有耐磨、耐燃、尺寸稳定、价格低等优点，适合于人流不大的办公室、家庭等的地面装饰。
(2)隔热保温材料
①泡沫塑料
泡沫塑料是在聚合物中加入发泡剂，经发泡、固化或冷却等工序而制成的多孔塑料制品。泡沫塑料的孔隙率可高达95%―98%，且孔隙尺寸小，因而具有优良的隔热保温性能。常用的有聚苯乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、脲醛泡沫塑料等。
聚苯乙烯泡沫塑料是应用最广的泡沫塑料，其体积密度为10～20 kg/m3,导热系数为0.031～0.045 W/(m・K)，使用温度范围为-100～+70℃。主要用作墙体和屋面、地面、楼板等的隔热保温，也可与纤维增强水泥、纤维增强塑料或铝合金板等制成复合墙板。
建筑上使用的聚氯乙烯泡沫塑料体积密度为60～200 kg/cm3，导热系数为0.035～0.052 W/(m・K)，使用温度范围为-60～+60℃。聚氯乙烯泡沫塑料主要用作吸声材料、装饰构件，也可作墙体、屋面等的保温材料，也可作为夹层板的芯材。
聚氨酯泡沫塑料，以硬质型应用较多。其体积密度为20～200 kg/cm3，使用温度范围为-160～+150℃。与其他泡沫塑料相比，其耐热性好，强度较高。此外，这种泡沫塑料还可采用现场发泡的方法形成整体的泡沫绝热层，绝热效果好。
脲醛塑料是最轻的泡沫塑料之一，建筑中应用的脲醛泡沫塑料的体积密度为10～20 kg/m3，导热系数为0.030～0.035 W/(m・K)，使用温度范围为 -200～+100℃，但强度低，吸湿性大。应用时需注意防潮。脲醛塑料价格低廉，主要用作空心墙和夹层墙板的芯材，也可在现场发泡成为整体泡沫塑料。
②蜂窝塑料板
蜂窝塑料板是在蜂窝状的芯材上粘合面板的多孔板材，其孔隙较大(5～20 mm)，孔隙率很高。蜂窝状的芯材是由浸渍聚合物(酚醛树脂等)的片状材料(牛皮纸、玻璃布、木纤维板)经加工粘合成的形状似蜂窝的六角形空心板材。蜂窝塑料板的抗压强度和抗折强度高，导热系数低，一般为0.046～0.056 W/(m・K)。主要用作隔热保温和隔声材料。
③塑料门窗
塑料门窗是改性后的硬质聚氯乙烯(PVC)，加入适量的添加剂，经混炼、挤出等工艺制成的异形截面材加工而成。改性后的硬质聚氯乙烯具有较好的可加工性、稳定性、耐热性和抗冲击性。制成的塑料门窗外观平整美观，色泽鲜艳，经久不褪，装饰性好。并具有良好的耐水性、耐腐蚀性、隔热保温性、隔声和气密性，使用寿命可达30年以上。
④纤维增强塑料
纤维增强塑料是一种树脂基复合材料，添加纤维的目的是为了提高塑料的弹性模量和强度。常用纤维材料除玻璃纤维、碳纤维外，还有石棉纤维、天然植物纤维、合成纤维和钢纤维等，目前用得最多的是玻璃纤维和碳纤维。常用的合成树脂有酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂等，用量最大的为不饱和聚酯树脂。
纤维增强塑料的性能主要取决于合成树脂和纤维的性能、相对含量以及它们之间的粘结情况。合成树脂及纤维的强度越高，特别是纤维的强度越高，则纤维增强塑料的强度越高。
玻璃纤维增强塑料(GRP)，俗称玻璃钢，是由合成树脂胶结玻璃纤维或玻璃纤维布(带、束等)而成的。玻璃纤维增强塑料在性能上的主要优点是轻质高强、耐腐蚀，主要缺点是弹性模量小，变形较大。在土木工程中主要用于结构加固、防腐和管道等。
碳纤维增强塑料是由合成树脂胶结碳纤维而成，具有强度和弹性模量高，耐疲劳性能好，耐腐蚀性好的特点。在土木工程中，碳纤维增强塑料主要用于结构加固，制作碳纤维筋或索，用于有腐蚀的结构。
7.2.2建筑涂料
涂料是涂布在物体表面能形成具有保护和装饰作用的膜层材料。涂料除了具有保护和装饰功能外，还能具有一些特殊作用，如用作色彩标志、润滑、防滑、绝缘、导电、隔热、防潮等。建筑涂料则是指涂于建筑物表面能对建筑物起到保护、装饰作用，或者能改善建筑物使用功能的涂料。
1. 涂料的基本组成
涂料的基本组成包括：成膜物质、颜料、溶剂(分散介质)以及辅料(助剂)。
(1)成膜物质
成膜物质也称基料，是涂料最主要的成分，其性质对涂料的性能起主要作用。成膜物质分为两大类，一类是转化型(或反应型)成膜物质，另一类是非转化型(或挥发型)成膜物质。前者在成膜过程中伴有化学反应，形成网状交联结构。因此，此类成膜物质相当于热固性聚合物，如环氧树脂、醇酸树脂等;后者在成膜过程未发生任何化学反应，仅靠溶剂挥发成膜，成膜物质为热塑性聚合物，如纤维素衍生物、氯丁橡胶、热塑性丙烯酸树脂等。 建筑涂料常用树脂有聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、丙烯酸树脂、环氧树脂、醋酸乙烯一丙烯酸酯共聚物(乙一丙乳液)、聚苯乙烯一丙烯酸酯共聚物(苯一丙乳液)、聚氨酯树脂等。
(2)颜料
颜料主要起遮盖和着色作用，有的颜料还有增强、改善流变性能、降低成本的作用。按所起作用不同，颜料又分为着色颜料和体质颜料(又称填料)两类。
建筑涂料中使用的着色颜料一般为无机矿物颜料。常用的有氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁绿、氧化铁棕、氧化铬绿、钛白、锌钡白、群青蓝等。
体质颜料，即填料。主要起到改善涂膜的机械性能。增加涂膜的厚度和遮盖力，降低涂料的成本等作用。常用的填料有重晶石粉、轻质碳酸钙、重质碳酸钙、高岭土及各种彩色小砂粒等。
(3)溶剂
溶剂通常是用以溶解、稀释成膜物质的易挥发性有机液体。涂料涂敷于物体表面后，溶剂基本上应挥发尽，不是一种永久性的组分，但溶剂对成膜物质的溶解力决定了所形成的树脂溶液的均匀性、粘度和贮存稳定性。溶剂的挥发性影响涂膜的干燥速度、涂膜结构和涂膜外观。常用的溶剂有：甲苯、二甲苯、丁醇、丁酮、醋酸乙酯等。溶剂的挥发会对环境造成污染，选择溶剂时，还应考虑溶剂的安全性和对人体的毒性。
涂料按溶剂及其对成膜物质作用的不同分为溶剂型涂料、水溶性涂料和水乳型涂料。其中，水溶性涂料和水乳型涂料称为水性涂料。
(4)辅料
辅料(又称助剂或添加剂)是为了进一少改善或增加涂料的某些性能而加入的少量物质。通常使用的有增白剂、防污剂、分散剂、乳化剂、稳定剂、润湿剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、固化剂、催干剂等。
2. 常用建筑涂料
建筑涂料的品种繁多，性能各异，按用途有外墙涂料、内墙涂料及地面涂料。
(1)外墙涂料
①苯乙烯一丙烯酸酯乳液涂料
苯乙烯―丙烯酸酯乳液涂料是以苯―丙乳液为基料的水乳型涂料，简称苯一丙乳液涂料。苯―丙乳液涂料具有优良的耐水性、耐碱性、耐湿擦洗性，外观细腻、色彩艳丽、质感好，与水泥混凝土等大多数建筑材料的粘附力强，并具有高耐光性和耐候性。
②丙烯酸酯涂料
丙烯酸酯涂料是以热塑性丙烯酸酯树脂为基料的外墙涂料。分为溶剂型和水乳型。丙烯酸酯涂料的耐水性、耐高低温性和耐候性良好，不易变色、粉化或脱落，有多种颜色。可以刷涂、喷涂或滚涂。丙烯酸酯涂料的装饰性好，寿命可达以上，是目前国内外应用最多的外墙涂料。丙烯酸酯涂料主要用于外墙复合涂层的罩面涂料。溶剂型涂料在施工中需注意防火、防爆。
③聚氨酯涂料
聚氨酯涂料是以聚氨酯树脂或聚氨酯与其他树脂复合物为主要成膜物质，加入填料、助剂组成的优质溶剂涂料。该涂料的弹性和抗疲劳性好，并具有极好的耐水、耐碱、耐酸性能。
其涂层表面光洁度高，呈陶瓷质感，耐候性、耐玷污性能好，使用寿命可达以上。聚氨酯涂料价格较贵，主要用于办公楼、商店等公用建筑。
④砂壁状涂料
砂壁状涂料是以合成树脂乳液为成膜物质，加入彩色骨料以及其他助剂配制而成的粗面厚质涂料，又称彩砂涂料。彩色骨料可用粒径小于2mm的高温烧结彩色砂粒、彩色陶粒或天然彩色石屑。彩砂涂料采用喷涂法施工，涂层具有丰富的色彩和良好石材质感，保色性、耐热性、耐水性及耐化学腐蚀性能良好，使用寿命可达10年以上。砂壁状涂料主要用于办公楼、商店等公用建筑的外墙立面。
(2)内墙涂料
①聚醋酸乙烯涂料
聚醋酸乙烯涂料是以聚醋酸乙烯乳液为基料的乳液型内墙涂料。该涂料无毒、不燃、涂膜细腻、平滑、色彩鲜艳、装饰效果良好、价格适中、施工方便。但是，耐水性及耐候性较差。
②醋酸乙烯一丙烯酸酯涂料
醋酸乙烯一丙烯酸酯涂树是以乙一丙共聚乳液为基料的水乳型内墙涂料。该涂料的耐水性、耐候性和耐碱性优于聚醋酸乙烯乳液涂料，并且有光泽，是一种中高档的内墙装饰涂料。
③多彩涂料
多彩涂料是以合成树脂及颜料等为分散相，以含有乳化剂和稳定剂的水为分散介质的水乳型涂料，按其介质特性分为水中油型和油中水型。以水中油型的贮存稳定性最好。通常所用的多彩涂料均为水中油型。
多彩涂料具有良好的耐水性、耐油性、耐化学药品性、耐刷洗性，并具有较好的透气性。多彩涂料对基层的适应性强、可在各种建筑材料上涂刷使用。
(3)地面涂料
①聚氨酯地面涂料
聚氨酯地面涂料是以聚氨酯为基料的双组分常温固化型橡胶类涂料。其整体性好，色彩多样，装饰性好，并具有良好的耐油性、耐水性、耐酸碱性和耐磨性，有一定的弹性，脚感舒适。该涂料主要适用于水泥砂浆或水泥混凝土地面。
②环氧树脂厚质地面涂科
环氧树脂厚质地面涂料是以环氧树脂为基料的双组分常温固化涂料。环氧树脂厚质地面涂料与水泥混凝土等基层材料的粘结性能优良，涂膜坚韧、耐磨，具有良好的耐化学腐蚀、耐油、耐水等性能，以及优良的耐老化、耐候性和装饰性。
7.2.3胶粘剂
1. 胶粘剂的基本概念
胶粘剂又称粘合剂，是通过粘附作用使被粘物结合在一起的材料。
胶粘剂一般由基料和多种辅助成分组成。基料是胶粘剂的主要成分，起粘接作用，要求有良好的粘附性和润湿性。合成树脂、合成橡胶、天然高分子以及无机化合物等都可做基料。辅助成分主要包括固化剂、溶剂、增塑剂、填料、偶联剂、引发剂、促进剂、防老化剂、稳定剂等。
固化剂用以使粘合剂交联固化，提高粘合剂的粘合强度、化学稳定性、耐热性等，是以热固性树脂为主要成分的粘合剂所必不可少的成分;溶剂溶解、稀释主料以调节粘度便于施工;填料具有降低固化时的收缩率、提高尺寸稳定性、耐热性和力学强度、降低成本等作用;
增塑剂用于提高韧性。
按受力情况胶粘剂分为结构胶粘剂和非结构胶粘剂。结构胶粘剂用于能承受荷载或受力结构件的粘结。非结构胶粘剂用于不受力或受力不大的各种场合。
胶粘剂能够将被粘结材料牢固地粘结在一起，是因为胶粘剂与材料间存在有粘附力以及胶粘剂本身具有内聚力。粘附力和内聚力的大小，直接影响胶粘剂的粘结强度。当粘附力大于内聚力时，粘结强度主要取决于内聚力;当内聚力高于粘附力时，粘结强度主要取决于粘附力。一般认为粘附力主要来源于以下几个方面：
(1)机械粘结力 胶粘剂渗入材料表面的凹陷处和孔隙内，在固化后如同镶嵌在材料内部，靠机械锚固力将材料粘结在一起。对非极性多孔材料，机械粘结力常起主要作用。
(2)物理吸附力 胶粘剂和被粘材料靠分子间的物理吸附力产生粘结。
(3)化学键力 胶粘剂与材料间能发生化学反应，靠化学键力将材料粘结为一个整体。 不同的胶粘剂和被粘材料，粘附力的主要来源不同，当机械粘附力、物理吸附力和化学键力共同作用时，可获得很高的粘结强度。
就实际应用而言，一般认为影响粘结强度的因素主要有：胶粘剂性质，被粘材料的性质，被粘材料的表面粗糙度，被粘材料的表面处理方法。胶粘剂对被粘材料表面的浸润程度，被粘材料的表面含水状况，粘结层厚度，粘结工艺等。
2.土木工程常用的胶粘剂
(1)结构胶粘剂
①环氧树脂胶粘剂
环氧树脂胶粘剂是当前应用最广泛的胶粘剂，因环氧树脂胶粘剂中含有环氧基、羟基、氨基和其他极性基团，对大部分材料有良好的粘结能力，有万能胶之称。其抗拉强度和抗剪切强度高，固化收缩率小，耐油和耐多种溶剂，耐潮湿.抗蠕变性好，是较好的结构胶粘剂。环氧树脂胶粘剂根据固化剂类型的不同可室温固化或高温固化，固化时间有明显的温度依赖性。环氧树脂胶粘剂在土木工程中的应用很多，主要用于裂缝修补、结构加固和表面防护等。
②不饱和聚酯树脂胶粘剂
不饱和聚酯树脂胶粘剂的特点是粘结强度高，抗老化性及耐热性较好。可在室温和常压下固化，固化速度快，但固化时的收缩大，耐碱性较差，适于粘结陶瓷、玻璃、木材、混凝土和金属结构构件。
(2)非结构胶粘剂
①聚醋酸乙烯胶粘剂
聚醋酸乙烯胶粘别是由醋酸乙烯单体聚合而成，俗称白乳胶。其特性是使用方便、价格便宜、润湿能力强，有较好的粘附力，适用于多种粘结工艺。但其耐热性、对溶剂作用的稳定性及耐水性较差，只能作为室温下使用的非结构胶。
②聚氨酯胶粘剂
聚氨酯胶粘剂是分子链中含有异氰酸酯基(―NCO)及氨基甲酸酯基(―NH―COO―)，具有很强的极性和活泼性的一类粘合剂。其品种很多，有单组分和双组分两类。聚氨酯胶粘剂有良好的粘结强度，可用于金属、玻璃、陶瓷、橡胶、塑料、织物、木材、纸张等各种材料的粘合;有良好的耐超低温性能，而且粘结强度随着温度的降低而提高，是超低温环境下理想的粘结材料和密封材料;具有良好的耐磨、耐油、耐溶剂、耐老化等性能;可通过调节分子链中软段和硬段比例结构，制成满足各种行业、各种性能要求的高性能粘合剂。但是，在高温和高湿条件下，易水解，会降低粘结强度。
③氯丁橡胶胶粘剂
氯丁橡胶胶粘剂是以氯丁橡胶为主要组成。加入氧化锌、氧化镁、填料、抗老化剂和
抗氧化剂等制成，是目前应用最广的一种橡胶型胶粘剂。氯丁橡胶胶粘剂对水、油、弱酸、弱碱、醇和脂肪烃有良好的抵抗力，可在-50～+80℃的温度下工作，但是，徐变较大，且容易老化。
7.2.4土工合成材料
土工合成材料是以聚合物(如塑料、化纤、合成橡胶等)为原料制成的用于岩土工程的聚合物材料。按照需要，土工合成材料可置于土体内部、表层或各层土体之间，起加强或保护土体的作用。土工合成材料主要有土工织物类材料和超轻型填土材料。土工织物类合成材料的用途见表7―1。
土工纤维、土工布、化纤滤网、塑料网(格栅)、塑料膜等聚合物材料制成的布状或网状物，统称为土工布或土工织物。其中，网格较大者，用硬纤维片或条编制而成，称为土工垫或土工网;而网格更大者，通过塑料挤出成型的各种规格的格栅或用塑料板(带)焊接成的各种格室，称为土工格栅。在格室内充填砂、石或其他材料，用于沙漠、泥泞沼泽地区筑路、护坡等工程。
土工织物是一种多功能材料，主要功能有滤层作用、排水作用、隔离作用、加筋作用、防渗与防潮作用等。 表7―1 土工织物合成材料的用途
分 类
土工织物 用 途 排水、反滤、护坡等
加固垫层、坡、防护植草、排水通
道、滤层等
防冲刷、防流失、用于沙漠和沼泽
地筑路、护坡
防冲刷、防流失、用于沙漠和沼泽
地筑路、护坡
灌入混凝土或砂浆，用于护坡、地
基处理
装入大块石，用于截流、筑堤、防
流失
用于地下建筑的防水，堤围的加筋
材料
用于堤坝、水库、地下建筑游泳池
等的防渗漏
用作排水通道
用于软基处理和排水加固
用于防止管涌、加筋、排水、增强
与土面间的摩擦力
用于路基、隧道、堤坝、结构的墙
后排水等
用于铁路、公路、等的软路基的填
土材料 材料类型 用合成纤维(如锦纶、腈纶等)制成 用塑料条、带编织或压制而成的网状物 用塑料挤压而成，呈网状、蜂窝状结构 用塑料板焊接而成 土工网 透水性的土工材料 土工格栅 土工格室 土工模袋 用合成纤维制成 土工袋 用合成纤维制成绳网、绳带等 不透水性的土工材料 塑料膜 聚氯乙烯、聚丙烯等制成的膜 用纺织布或无纺布防水处理后制成 用聚氨酯制作的开孔型泡沫塑料 透水性土工织物与聚丙烯等塑料挤压而成 透水的土工织物与聚丙烯等塑料挤压而成 以无纺土工织物作芯材制成的塑料排水管 聚苯乙烯泡沫塑料 土工膜 多孔泡沫塑料板 塑料排水管 复合材料 复合土工膜 复合排水材料 EPS填土材料
本章小结
1. 聚合物是由千万个原子彼此以共价键结合的大分子化合物，有加聚物和缩聚物两大类。一般加聚物为线型高分子，均为热塑性聚合物;而缩聚物部分是线型高分子，是热塑性聚合物，而大部分为体型(网状)高分子，属热固性聚合物。
2. 热塑性聚合物具有受热时软化、遇冷时凝固的性质。通常可反复进行加热软化、熔融和冷却硬化，具有可再生重复使用的特性。而热固性聚合物仅在第一次加热(或加入固化剂前)时能发生软比、熔融，并在此条件下产生化学交联而固化，以后再加热时再不会软化或熔融，也不会被溶解。前者相对更加柔韧而后者更加硬脆。在强度、变形、耐热、耐腐蚀、抗变形等方面，后者要优于前者。但前者可以方便地进行热塑性加工，通常价格低廉。
3. 合成高分子材料具有较小的密度、更高的比强度、更好的隔热保温性和耐腐蚀性，同时还具有良好的防水密封性、电绝缘性和减震消音性，与其他材料的复合性能也十分突出。但耐热性能较差，防火、耐老化是这类材料在使用过程中应该重点考虑的问题。
4. 一般可将聚合物的老化分为聚合物分子的交联与降解两种。交联是指聚合物的分子从线型结构变为体型结构的过程;降解是指聚合物的分子链发生断裂，其分子量降低的过程。老化原因主要是热老化和光老化。
5. 建筑塑料的基本组成为合成树脂、填充料、增塑剂、固化剂、稳定剂和其他添加剂。其中合成树脂是决定塑料类型、性能和用途的根本因素。其他填充料及外加剂是为了改善塑料性能而加入的。
6. 常用的热塑性塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、ABS塑料和有机玻璃等;常用的热固性塑料有酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚氨酯、环氧树脂和有机硅树脂等。
7. 涂料的基本组成包括：成膜物质、颜料、溶剂(分散介质)以及辅料(助剂)。成膜物质是涂料的关键成分。成膜物质分为两大类，一类是转化型(或反应型)成膜物质，另一类是非转化型(或挥发型)成膜物质。建筑涂料常用树脂有聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、丙烯酸树脂、环氧树脂、醋酸乙烯一丙烯酸酯共聚物(乙一丙乳液)、聚苯乙烯一丙烯酸酯共聚物(苯一丙乳液)、聚氨酯树脂等。
8. 胶粘剂一般由基料和多种辅助成分组成。基料是胶粘剂的主要成分，起粘接作用，要求有良好的粘附性和润湿性。合成树脂、合成橡胶、天然高分子以及无机化合物等都可做基料。辅助成分主要包括固化剂、溶剂、增塑剂、填料、偶联剂及其他外加剂。粘附机理主要是机械粘结力、物理吸附力和化学键力。
本章练习
1.聚合物有哪些特征，这些特征与聚合物的性质有何联系?
2. 热塑性树脂与热固性树脂的主要不同点有哪些?
3 线型聚合物有哪几种物理状态?试述聚合物在不同物理状态下的特点。
4.试述聚合物的老化原因和防止措施?
5.建筑塑料的基本组成有哪些?它们各起何作用?
6.胶粘剂的粘结力来源有哪些?建筑上常用的胶粘剂有那些?
7.建筑涂料的组成有哪些?它们各起何作用?建筑涂料有哪些种类?
1.1 高分子材料的燃烧机理
由于热量的影响, 高分子材料的化学性质会产生极大的变化, 能够分解挥发出许多可燃物质, 受热分解的产物在固相和气相环境下又迅速分解。若燃烧未遵守热平衡的原理, 那么高分子就会伴随其产生的热量和燃烧的热量的改变而产生质的变化。
1.2 高分子材料的阻燃机理
高分子材料的阻燃技术是针对于其燃烧机理而研发的。如果高分子材料稳定燃烧, 那么必须具有可燃性、稳定性, 可以把重质物质隔离起来。因而阻燃技术就是冷却、稀释材料进而达到阻燃的最终目的。
当前的高分子材料阻燃技术的主要方法是添加型, 反应型利用较少, 所以在阻燃材料的研究过程中, 添加剂的应用成为重中之重。
2 高分子材料阻燃添加剂的种类
2.1 磷系阻燃剂
含卤磷酸酯在磷系阻燃剂中应用的最为广泛, 它是在高分子受热降解的过程中促使高分子材料发生脱水碳化反应, 一方面减少可燃气体, 另一方面利用磷化合物不挥发的特性, 隔绝或凝结碳化物, 限制其与外界热量和空气的接触。
2.2 卤系阻燃剂
这是如今使用最广泛的一种阻燃剂, 因为它具有使用量少、效果明显等优势, 是一种有机阻燃剂。卤系阻燃剂也有一些缺点, 比如它在阻燃过程中也会产生许多有毒和腐蚀性的气体。因此, 无卤的阻燃剂, 减少有毒气体的产生成为阻燃剂的研发方向。
2.3 含硅阻燃剂
有机含硅阻燃剂作为一个一项新型的阻燃剂, 主要有硅浣共聚物和有硅树脂这两种。当前由美国通用公司生产出来的SFR—100有机硅阻燃剂是应用最为典型的, 它是将硅酮聚合物与氢氧化物和聚磷酸铵协同使用, , 进一步增强阻燃效果。
2.4本质阻燃剂
所谓本质阻燃剂指的是利用那些高分子材料本身具有的化学结构阻燃性来生产和制作高分子材料的一种阻燃技术。例如芳基乙诀聚合物, 它的炭化层能够承受住1500—2000度的高温, 可以应用于宇宙飞船、火箭等当中。根据本质阻燃剂研发的高分子材料可以从本质上解决其易燃的问题, 是未来高分子材料阻燃技术的发展方向。
2.5 无机阻燃剂
无机阻燃剂的原理是, 阻燃剂受热分解后, 一方面产生水蒸气降低燃烧的温度, 阻止燃烧的继续, 稀释可燃气体;另一方面产生氧化镁和氧化铝等, 与高分子材料燃烧表面所产生的炭化合物进行反应, 形成一层保护膜, 有效隔绝可燃气体和外界的热量、氧气, 从而实现阻燃的目的。可见, 无机阻燃剂具有不产生有毒的气体、阻燃效果较好、无二次污染、稳定性好等优势。
3 高分子材料阻燃技术的运用
3.1 阻燃剂
阻燃剂的使用能够大幅降低高分子材料的可燃性, 缓和燃烧速度。根据高分子结构分子分散的形式, 阻燃剂分为反应型和添加型两种:
3.1.1 反应型
当阻燃剂和热塑性高分子产生化学反应时, 会强烈干扰分子结构的固热性, 此时阻燃剂中的氮系、磷系、锑系、无机磷系、铝镁系等的结构都能够隔绝分子间传输热量。
3.1.2 添加型
添加型阻燃剂是利用催化剂的原理, 对高分子的阻燃结构进行热量转化, 其实际效果比反应型的要好。但因为阻燃过程中阻燃剂会产生出毒性气体, 所以应当增加阻燃剂的吸附能力, 采用有机盐、磷酸脂、多元醇等来提升阻燃剂的安全系数。
3.2 阻燃技术
阻燃技术在消防领域中的应用程度最高, 而阻燃剂作为阻燃技术落实的重要载体, 其高分子结构对阻燃效果的影响巨大, 阻燃技术也是根据阻燃剂的化学性质改变其分子结构, 因此阻燃技术要求在增强高分子材料的脱水碳化时不产生多余可燃性气体和有毒气体。
3.2.1 碳膜
可燃材料在与阻燃剂产生化学反应时, 会生成碳化膜, 碳化膜可以有效隔绝可燃材料和外部环境的进一步接触, 同时还可以隔绝空气, 增强阻燃剂的阻燃效果。
3.2.2 无机阻燃技术
无机阻燃技术的机理是阻燃剂在受热情况下会产生许多有吸热功能的水晶体, 这些水晶体的蒸发能够转换掉大量的热量, 使得高分子材料的温度降低, 其热分解的速率也进一步降低。这一技术主要是根据阻燃剂的导热、蓄热作用及其周期性的变化, 循环吸收多余热量, 扩大阻燃面积。
4 高分子材料阻燃技术未来的发展方向
4.1 接枝和交联改性技术
这一技术主要是利用化学接枝和光敏技术, 把多种无机化合物相结合, 形成共聚化合物, 这种共聚化合物会在燃烧时生成无机绝缘层, 以此来吸收易燃材料中的高分子, 减少助燃成分, 同时这一技术还能够减少燃烧产物, 增强阻燃性能, 达到理想效果。
4.2 纳米技术
随着纳米技术的迅速发展, 其应用领域也不断拓展, 日本曾研发的纳米硅酸盐粘土材料, 阻燃性能非常好, 它的直径为0.4-0.5nm, 燃烧过程中所生成的凝聚产物可以较好的封闭气孔, 隔绝和空气的接触。纳米材料能在燃烧时产生抑制剂, 使物质内部发生质变, 同时延缓热释放速率, 阻燃性能优良, 因而是未来高分子材料阻燃技术的发展方向。
4.3 膨胀技术
顾名思义, 膨胀技术利用发泡做阻燃物质, 而发泡剂具有无毒、无排烟、无滴落等优点, 因此利用膨胀技术做阻燃处理不会产生有毒或腐蚀性的气体, 那么也就不会污染环境和危害人体健康, 不会使腐蚀性液体滴落导致局部被腐蚀。
摘要：随着工业技术的迅速发展, 高分子材料材质的抗破坏能力和阻燃性能也越来越强。但由于高分子燃料在燃烧过程中无法在很短的时间里释放出热量, 有时候还可能产生很多的有毒物质, 所以因高分子的阻燃性能仍然较低所造成的火灾事故还很频繁, 由此而造成的各项经济损失也很大。因此, 如何进一步增强高分子材料的阻燃性能, 还需要加大对其的研究力度。本文将从高分子材料的燃烧及阻燃机理入手, 通过分析高分子阻燃剂的种类, 探讨高分子阻燃技术的实际应用以及未来的发展方向。
关键词：高分子材料,阻燃技术,实际应用,发展方向
参考文献
[1]李备战, 高分子材料的阻燃技术探析[J], 化工管理, 2014.
中学化学中教学中的高分子材料知识点与生活密切相关，在化学选修科目中，介绍了高分子材料的在生活中起了日益重要的作用。在生活中，我们会经常碰到高分子材料，那么，高分子材料有哪些特有的现象呢？
我们先介绍下高分子材料，高分子材料，以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。
天然高分子是生命起源和进化的基础。人类社会一开始就利用天然高分子材料作为生活资料和生产资料，并掌握了其加工技术。如利用蚕丝、棉、毛织成织物，用木材、棉、麻造纸等。19世纪30年代末期，进入天然高分子化学改性阶段，出现半合成高分子材料。1907年出现合成高分子酚醛树脂，标志着人类应用合成高分子材料的开始。现代社会中，高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同，成为科学技术、经济建设中的重要材料。常用的高分子材料按使用特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和功能高分子基复合材料等。
高分子材料在我们的生活中使用越来越广泛，我们可以试着用一些高分子材料的基本知识来解释生活中碰到的一些高分子材料的特有现象。
一 为什么用塑料绳绑东西会越绑越松
日常生活中，我们经常用塑料绳绑东西，可你会发现，用塑料绳绑东西，我们越想绑紧，可不久会发现，塑料绳很快好像变长了似的，变得很松垮，于是再使劲绑起，可依然会发现，过了一会又变松了，这是为什么呢？
这里就要提到一个基本概念---力学松弛，什么叫力学松弛呢？应力松弛，是指高分子材料在总应变不变的条件下，由于试样内部的粘性应变随时间不断增长，使回弹应变分量随时间逐渐降低，从而导致回弹应力随时间逐渐降低的现象。
我们生活中使用的塑料绳（有的地方叫化学绳）是由线性的聚乙烯或聚丙烯制成，这类高分子材料是典型的非交联线性高分子，在绑紧的过程中，线性的高分子链被拉长，表面看起来很紧，但随着时间的延长，线性高分子链发生了滑移，这种滑移是不可恢复的，链发生滑移后，塑料绳被拉伸的变长了，开始变得不能绑紧，假如此时再使劲绑紧，则线性链继续发生滑移。所以用塑料绳绑东西，绑的越紧最后就会变得越松，松弛发生的厉害。因此，有经验的人用塑料绳绑东西时，都不要绑的太紧，防止线性高分子链发生严重应力松弛。
那怎么样才能避免这种现象呢？要用交联的高分子材料，交联的高分子材料通过交联剂使线性高分子链变成了网状结构，高分子网络链被拉伸变形后，仍能有力的回复。如用橡胶绳绑的话会大大改善这种现象，如橡皮筋绑就会好很多，如用交联很完善的东西绑，譬如用自行车内胎的那种橡胶绑，则基本不会发生松弛现象，会绑的很紧，不信你试试？
二 早上起床刷牙挤牙膏-挤出胀大
我们早上起来刷牙挤牙膏时，发现牙膏从牙膏管口寄出时，牙膏好像突然变大了好多？ 这是因为什么原因呢？
这里就涉及到高分子的一个重要特性---蠕变性。所谓高分子的蠕变，蠕变是指材料在恒定载荷作用下，变形随时间而增大的过程。蠕变是由材料的分子和原子结构的重新调整引起的，这一过程可用延滞时间来表征。当卸去外力时，材料的变形部分地回复或完全地回复到起始状态，这就是结构重新调整的另一现象。
牙膏中含有大量的高分子化合物，如湿润剂、香料、起泡剂等等，这些高分子链在牙膏管中是都是呈自然卷曲的，在被挤出牙膏管口那狭小位置时，高分子链在管口的作用下被迫发生链的舒展成线性状态，在挤出管口后，外力小时，高分子链在无外力作用下回自然呈卷曲状态，从而使体积变大。
三 泡泡糖要咀嚼后才能吹泡泡
好多人都喜欢吹泡泡糖，刚入嘴的时候，比较硬，后来不断的咀嚼后泡泡糖就变得很软，居然能吹出泡泡来？这又是为什么呢？这里我们又要学到一个高分子材料特有的特性---玻璃化转变。
一般来说，高分子材料在不同温度下有三种力学状态，它们是玻璃态、高弹态和粘流态。在温度较低时，材料为刚性固体状，与玻璃相似，在外力作用下只会发生非常小的形变，此状态即为玻璃态：当温度继续升高到一定范围后，材料的形变明显地增加，并在随后的一定温度区间形变相对稳定，此状态即为高弹态，温度继续升高形变量又逐渐增大，材料逐渐变成粘性的流体，此时形变不可能恢复，此状态即为粘流态。
我们通常把玻璃态与高弹态之间的转变，称为玻璃化转变，它所对应的转变温度即是玻璃化转变温度，或是玻璃化温度。
泡泡糖的主要成分是聚醋酸乙烯酯，它的玻璃化温度在28度左右，一般情况下低于其玻璃化温度，其几乎没有流动性保持很好的形态，而在嘴里咀嚼后，高于其玻璃化温度，泡泡糖发生玻璃化转变，有玻璃态向高弹态转变，呈现出高弹态，所以嚼泡泡糖的时候刚开始嚼两下是吹不出泡泡的，等温度升高后，嚼软了以后才行。
四 矿泉水瓶灌入热水后，变成白色
生活中经常用到矿泉水瓶，有时候，会在矿泉水瓶灌入热水，于是会发生一个奇特的现象，透明的矿泉水瓶很快变成白色，这又是为什么呢？
判断一种材料是否透明，要看当中是否含有对光产生衍射、反射和吸收是物质，晶区的结构规整性比较好，容易有反射和散射，这些结构使光线不能透过，结晶度越低越透明，无定形区譬如玻璃是典型的无定性物质，光线就能很好的透过，透明性就很好。
矿泉水瓶是由聚对苯二甲酸乙二酯组成，聚对苯二甲酸乙二酯本身属于易结晶高分子材料，制作矿泉水瓶时，是在高温下吹作法制备的，然后经过退火处理，消除结晶区域才具有光学透明性的。当在矿泉水瓶中加入热水后，聚对苯二甲酸乙二酯在高温下分子链发生重新取向运动，重新产生产生结晶区域从而丧失透明性。
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