建筑塑料的特性与用途：密度轻强度高，防老化稳定剂的应用

2023-09-01 理论教育版权反馈

【摘要】：为防止塑料在热、光及其他条件下过早老化而加入的少量物质称为稳定剂。密实塑料的导热系数为0.23～0.70 W/（m·k），泡沫塑料的导热系数则接近于空气。其密度在1.5～2.0 g/cm3之间，是钢的1/5～1/4，而抗拉强度却达到或超过碳素钢，其比强度与高级合金相近，属轻质高强材料。表9.1列出了常用建筑塑料的特性与用途。

塑料（Plastic）是指以合成树脂为基体材料，加入适量的辅助剂（如填料、增塑剂、稳定剂和着色剂等），在高温高压下塑化成型，且能在常温常压下保持制品形状不变的材料。塑料的名称是根据树脂的种类确定的。

建筑塑料具有轻质、高强、多功能等特点，符合现代材料发展的趋势，是一种理想的可用于替代木材、部分钢材和混凝土等传统建筑材料的新型材料。世界各国都非常重视塑料在建筑工程中的应用和发展。随着塑料资源的不断开发及工艺的不断完善，塑料性能更加优越，成本不断下降，有着非常广阔的发展前景。建筑塑料常用作塑料门窗、扶手、踢脚、塑料地板、地面卷材、下线管、上下水管道等。

1.建筑塑料的组成

建筑塑料是由树脂和添加剂两类物质组成的。

（1）合成树脂

合成树脂即是合成高聚物，是指由低分子量的化合物经过各种化学反应而制得的高分子量的树脂状物质，一般在常温常压下是固体，也有的是黏稠状液体。合成树脂是塑料的基本组成材料，占30%～60%，在塑料中起胶结作用，能将其他材料牢固地胶结在一起。

按生产时化学反应的不同，合成树脂分加聚树脂（如聚乙烯、聚氯乙烯等）和缩聚树脂（如酚醛、环氧聚酯）。按受热时性能变化的不同，又分为热固性树脂和热塑性树脂。热固性塑料的共同点是加热冷却成型后，不会再变软；而热塑性塑料，在热作用下会逐渐变软、塑化甚至熔融，冷却后则凝固成型，这一过程可反复进行。

（2）添加剂

添加剂是能够帮助塑料易于成型以及赋予塑料更好的性能而加入的各种材料的统称。如改善使用温度，提高塑料强度和硬度，增加化学稳定性、抗老化性、阻燃性和抗静电性，提供各种颜色及降低成本等等。

①填料。也称填充剂，在合成树脂中加入填充剂可以提高塑料的强度、硬度及耐热性，减少塑料制品的收缩，并能有效地降低塑料的成本。常用的无机填充剂有滑石粉、硅藻土、石灰石粉、石棉、炭黑和玻璃纤维等；有机填料有木粉、棉布及纸屑等。

②增塑剂。塑料中掺加增塑剂的目的是增加塑料的可塑性及柔软性，减少脆性。增塑剂通常是沸点高、难挥发的液体，或是低熔点的固体。其缺点是会降低塑料制品的机械性能及耐热性等。常用的增塑剂有邻苯二甲酸酯类、磷酸酯类等

③着色剂。一般为有机染料或无机颜料。要求色泽鲜明，着色力强，分散性好，耐热耐晒，与塑料结合牢靠；在成型加工温度下不变色、不起化学反应，不因加入着色剂而降低塑料性能。有时也采用能产生荧光或磷光的颜料。

④稳定剂。为防止塑料在热、光及其他条件下过早老化而加入的少量物质称为稳定剂。常用的稳定剂有抗氯化剂和紫外线吸收剂。

⑤其他添加剂。除上述组成材料以外，在塑料生产中还常常加入一定量的其他添加剂，使塑料制品的性能更好、用途更广泛。如加入发泡剂可以制得泡沫塑料；加入阻燃剂可以制得阻燃塑料；在塑料里加入金属微粒如银、铜等就可制成导电塑料；加入一些磁铁粉，就制成磁性塑料；掺入放射性物质与发光物质，可制成发光塑料（冷光）等。

2.建筑塑料的主要性质

建筑塑料品种繁多、性能各异，将其性能归纳如下：

（1）密度小、吸水率低

塑料的密度通常在800～2 200 kg/m3之间，约为钢材的1/5，混凝土的1/2～2/3。大部分塑料是耐水材料，吸水率很小，一般不超过1%。

（2）孔隙率可控

塑料的孔隙率在生产时可在很大范围内加以控制，例如，塑料薄膜和有机玻璃额空隙率几乎为零，而泡沫塑料孔隙率可高达95%～98%。

（3）耐热性差、导热性低

塑料一般都具有受热变形的问题，甚至产生分解，使用时要注意它的限制温度。密实塑料的导热系数为0.23～0.70 W/（m·k），泡沫塑料的导热系数则接近于空气。

（4）强度较高

如玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）的抗拉强度高达200～300 MPa 许多塑料的抗拉强度与抗弯强度相近。

（5）弹性模量小

约为混凝土的1/10，同时具有徐变特性，所以塑料在受力时有较大的变形。

（6）耐腐蚀性好

大多数塑料对酸、碱、盐等腐蚀性物质的作用都具有较高的化学稳定性，但有些塑料在有机溶剂中会溶解或溶胀，使用时应注意。

（7）易老化

在使用条件下，塑料受光、热、大气等作用，内部高聚物的组成与结构发生变化，致使塑料失去弹性、变硬、变脆、出现龟裂（分子交联作用引起）或变软、发黏、出现蠕变（分子裂解引起）等现象，这种性质劣化的现象称为老化。

（8）易燃

塑料属于可燃性材料，在使用时应注意，建筑工程用塑料应为阻燃塑料。

（9）毒性

一般来说，液体状态的树脂几乎都有毒性，但完全固化后的树脂则基本上无毒。

3.常用建筑塑料及制品

土木工程中应用的塑料品种很多。塑料在土木工程中常用于制作管材、板材、门窗、壁纸、地毯、器皿、绝缘材料、装饰材料、防水及保温材料等，在选择和使用塑料时应注意其耐热性、抗老化能力、强度和硬度等性能指标。

常用的热塑性塑料有聚氯乙烯塑料（PVC）、聚乙烯塑料（PE）、聚丙烯塑料（PP）、聚苯乙烯塑料（PS）、改性聚苯乙烯塑料（ABS）、聚甲基丙烯酸（PMMA）；常用的热固性塑料有酚醛树脂塑料（PF）、脲醛树脂塑料（UF）、三聚氰胺树脂塑料（MF）、环氧树脂塑料（EP）、不饱和聚酯树脂塑料（UP）、有机硅树脂塑料（SI）等。

特别值得一提的是，玻璃纤维增强塑料（GRP），俗称玻璃钢。玻璃钢是用玻璃纤维增强酚醛树脂、聚酯树脂或环氧树脂等合成而得到的一种热固性塑料。一般采用化学稳定性高、价格较低的不饱和聚酯树脂。其密度在1.5～2.0 g/cm3之间，是钢的1/5～1/4，而抗拉强度却达到或超过碳素钢，其比强度与高级合金相近，属轻质高强材料。其主要弱点是弹性模量低，刚度不如金属材料。玻璃钢在航空、宇航、高压容器及其他需要减轻自重的军用、民用制品上得到广泛的应用。在土木工程中，玻璃钢可用作建筑结构材料、围护材料、屋面采光材料、门窗框架等，还可做成各种容器、管道、便池、浴盆、家具等。

玻璃钢成型方法主要有手糊法、模压法、喷射法和缠绕法等。

增强纤维常用玻璃纤维或玻璃布，有特殊要求时也采用碳纤维或硼纤维。对耐酸性要求高的玻璃钢应选用酚醛或环氧树脂等做胶结材料，且应选用无碱纤维。表9.1列出了常用建筑塑料的特性与用途。

表9.1　常用建筑塑料的特性及用途

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建筑塑料的特性与用途：密度轻强度高，防老化稳定剂的应用

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