建筑材料：塑料制品，第2版

塑料：以天然或合成高聚物为基本成分，配以一定量的辅助剂，如填料、增塑剂、稳定剂、着色剂等，经加工塑化成型，它在常温下保持形状不变。塑料可作为结构材料、装饰材料、保温材料和地面材料等使用。

按塑料的热变形行为分为热塑性塑料和热固性塑料。

热塑性塑料：聚乙烯（PE）塑料；聚氯乙烯（PVC）塑料；聚苯乙烯（PS）塑料；聚丙烯（PP）塑料；聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）塑料；聚碳酸酯（PC）塑料等。

热固性塑料：酚醛树脂（PF）塑料；环氧树脂（EP）塑料；聚氨酯（PU）塑料；聚酯树脂（UP）塑料；脲醛树脂（UF）塑料；有机硅树脂（Si）塑料；玻璃纤维增强（GRP）塑料等。

1）热塑性塑料

热塑性塑料是以热塑性树脂为基本成分的塑料，一般具有链状的线型或支链结构。它在变热软化的状态下能受压进行模塑加工，冷却至软化点以下能保持模具形状。其质轻、耐磨、润滑性好、着色力强；但耐热性差、易变形、易老化。

（1）聚乙烯（PE）塑料

聚乙烯由乙烯单体聚合而成，它是塑料工业中产量最高、用途最广的一个品种，目前使用量也最大，它主要制备成管材、板材、薄膜和容器，广泛用于工农业和日常生活。

聚乙烯是不透明或半透明、质轻、无臭、无毒的塑料。它有优良的耐低温性能，电绝缘性、化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀，但不耐热。根据密度不同可分为三类：高密度聚乙烯（HDPE）（俗称硬性软胶，学名高密度聚乙烯、低压聚乙烯）、中密度聚乙烯（MDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）（俗称花料或筒料，学名低密度聚乙烯、高压聚乙烯）。

HDPE的优点是耐酸碱，耐有机溶剂，电绝缘性优良，低温时仍能保持一定的韧性，表面硬度、拉伸强度、刚性等机械强度都高于LDPE，接近于PP，比PP韧，但表面光洁度不如PP，缺点是机械性能差，透气差，易变形，易老化，易发脆，脆性低于PP，易应力开裂，表面硬度低，易刮伤，用于给水管材；LDPE的优点是耐酸碱，耐有机溶剂，电绝缘性优良，低温时仍能保持一定的韧性，缺点是机械性能差，透气差，易变形，易老化，易发脆，易应力开裂，表面硬度低，易刮伤，用于软管、各种薄膜等。

高密聚乙烯建筑塑料制品有：给排水管、燃气管、大口径双型波纹管、绝缘材料、防水防潮薄膜、卫生洁具、中空制品、钙塑泡沫装饰板等。

（2）聚氯乙烯（PVC）塑料

目前PVC的年产量仅次于PE。PVC的单体为氯乙烯，它由乙炔和氯化氢加成生成。其优点是转化率高，设备简单；缺点是耗电高、成本大。

聚氯乙烯是多组分塑料，加入30%～50%增塑剂时形成软质PVC制品，若加入了稳定剂和外润滑剂则形成硬质PVC。硬质PVC力学强度较大，有良好的耐老化和抗腐蚀性能，但使用温度较低。软质PVC质地柔软，它的性能决定于加入增塑剂的品种、数量及其他助剂的情况。

改性的氯化聚氯乙烯（CPVC），其性能与PVC相近，但耐热性、耐老化、耐腐蚀性有所提高。另外，氯乙烯还能分别与乙烯、丙烯、丁二烯、醋酸乙烯进行共聚改性，特别是引入了醋酸乙烯，使PVC塑性加大，改善了其加工性能，并减少了增塑剂的用量。

软质PVC可挤压或注射成板片、型材、薄膜、管道、地板砖、壁纸等，还可以将PVC树脂磨细成粉悬浮在液态增塑剂中，制成低黏度的增塑溶胶，喷塑或涂于金属构件、建筑物表面作为防腐、防渗材料。软质PVC制成的密封带，其抗腐蚀能力优于金属止水带。

硬质PVC力学强度高，是建筑上常用的塑料建材，它适于制作排水管道、外墙覆面板、天窗、建筑配件等。塑料管道质轻，耐腐蚀，不生锈，不结垢，安装维修简便。

（3）聚苯乙烯（PS）塑料

聚苯乙烯（PS）包括普通聚苯乙烯（GPPS）、聚苯乙烯、可发性聚苯乙烯（EPS）、高抗冲聚苯乙烯（HIPS）及间规聚苯乙烯（SPS）。普通聚苯乙烯树脂为无毒、无臭、无色的透明颗粒，似玻璃状脆性材料。其制品具有极高的透明度，透光率可达90%以上，电绝缘性能好，易着色，加工流动性好，刚性好，耐化学腐蚀性好等。普通聚苯乙烯的不足之处在于性脆，冲击强度低，易出现应力开裂，耐热性差及不耐沸水等。由于PS具有透明、价廉、刚性大、电绝缘性好、印刷性能好、加工性好等优点，在建筑中适宜于生产管材、薄板、卫生洁具及与门窗配套的小五金等。

为了克服PS脆性大、耐热性差的缺点，开发了一系列改性PS，其中主要有ABS、MBS、AAS、ACS、AS等。例如ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体组成的热塑性塑料，具有质硬、刚性大、冲击强度高、耐磨性好、电绝缘性高、有一定的化学稳定性、使用温度－40～100℃、应用广泛等特点。AAS是丙烯腈、丙烯酸酯、苯乙烯的三元共聚物，由于不含双键的丙烯酸酯代替了丁二烯，因此AAS的耐候性比ABS高8～10倍。高抗冲聚苯乙烯（HIPS）中加入了合成橡胶，其抗冲强度、拉伸强度都有很大提高。

（4）聚丙烯（PP）塑料

聚丙烯无毒，无味，密度小，强度、刚度、硬度、耐热性均优于低压聚乙烯，可在100℃左右使用，具有良好的电性能和高频绝缘性，不受湿度影响，但低温时变脆、不耐磨、易老化。适于制作一般机械零件、耐腐蚀零件和绝缘零件。常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用，可用于食具。PP是目前发展速度最快的塑料品种，其产量居第四位。用于生产管道、容器、建筑零件、耐腐蚀板、薄膜、纤维等。它是丙烯单体在催化剂（TiCl3）作用下聚合，经干燥后处理制成不同结构的PP粉末。

通过添加防老剂，能够改善PP的耐热、耐光、耐老化、耐疲劳性能，提高PP的模量和强度。采用共聚和共混的技术，能改善聚丙烯的低温脆性。加入韧性高的聚酰胺或橡胶，可以提高PP的低温冲击强度。

塑料管材是我国化学建材推广应用的重点产品之一，建设部曾于2001年发出“关于加强共聚聚丙烯（PP－R、PP－B）管材生产管理和推广应用工作的通知”，要求有关部门共同做好从原料、加工、质量以至管材使用、安装等工作，要严格把好PP管材质量关，以利于更好地做好我国PP管材的生产、应用、推广工作。

（5）聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）塑料

PMMA俗称有机玻璃，是迄今为止合成透明材料中质地最优异，价格又比较适宜的品种。它由甲基丙烯酸甲酯本体聚合而成，透光率达90%～92%。高透明度的无定型热塑性PMMA，透光率比无机玻璃还高，抗冲击强度是无机玻璃的8～10倍，紫外线透过率约73%，使用温度在－40～80℃。

树脂中加入颜料、染料、稳定剂等，能够制成光洁漂亮的制品并用作装饰材料；用定向拉伸改性PMMA，其抗冲强度可提高1．5倍左右；用玻纤增强PMMA，可浇注卫生洁具等。有机玻璃有良好的耐老化性，在热带气候下长期曝晒，其透明度和色泽变化很小，可制作采光天窗、护墙板和广告牌。将PMMA水乳液浸渍或涂刷在木材、水泥制品等多孔材料上，可以形成耐水的保护膜。若用甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸、甲基丙烯酸丙烯酯等交联共聚，可以提高PMMA产品的耐热性和表面硬度。

（6）聚碳酸酯（PC）塑料

聚碳酸酯无色透明，耐热，抗冲击，阻燃BI级，在普通使用温度内都有良好的机械性能，特别是抗冲强度是目前工程塑料中最高的品种之一。同性能接近的聚甲基丙烯酸甲酯相比，聚碳酸酯的耐冲击性能好，折射率高，加工性能好。但是聚甲基丙烯酸甲酯相对聚碳酸酯价格较低，并可通过本体聚合的方法生产大型器件。随着聚碳酸酯生产规模的日益扩大，聚碳酸酯同聚甲基丙烯酸甲酯之间的价格差异在日益缩小。PC不耐强酸，耐磨性差，不耐强碱，改性可以耐酸耐碱。一些用于易磨损的聚碳酸酯器件需要对表面进行特殊处理。

PC耐热性能好，热变形温度为130～140℃，脆化温度－100℃，能长期在－60～110℃环境下应用；PC本身极性小，吸水性低，因此在低温下具有良好的电绝缘性；PC能耐酸、盐水溶液、油、醇，但不耐碱、酯、芳香烃，易溶于卤代烃；PC不易燃，具有自熄性，可制作室外亭、廊、屋顶等的采光装饰材料。

2）热固性塑料

热固性塑料是以热固性树脂为基本成分的塑料，加工成形后成为不溶不熔状态。一般具有网状体形结构，受热后不再软化，强热会分解破坏。热固性塑料耐热性、刚性、稳定性较好。

（1）酚醛树脂（PF）塑料(www.xing528.com)

酚醛树脂是酚类化合物和醛类化合物经缩聚反应制备的热固性塑料。热固性和热塑性PF能够相互转化，热固性PF在酸性介质中用苯酚处理后，可转变为热塑性PF；热塑性PF用甲醛处理后，能转变成热固性PF。当苯酚和甲醛以1∶（0．8～0．9）的量在酸性条件下反应，由于醛量不足，得到的是线型PF，当提供多量的甲醛，线型PF发生固化生成体型树脂。

PF机械强度高、性能稳定、坚硬耐腐、耐热、耐燃、耐湿、耐大多数化学溶剂，电绝缘性良好，制品尺寸稳定、价格低廉。PF加入木粉制得的PF塑料通常称为“电木”；将各种片状填料（棉布、玻璃布、石棉布、纸等）浸以热固性PF，可多次叠加热压成各种层压板和玻璃纤维增强塑料；还能制作PF保温绝热材料、胶黏剂和聚合物混凝土等。应用于装饰、护墙板、隔热层、电气件等。

酚醛中的羟基一般难以参加化学反应而容易吸水，造成固化制品电性能、耐碱性和力学性能下降。引入与PF相容性好的成分分隔和包围羟基，从而达到改变固化速度、降低吸水率的目的。例如：聚乙烯醇缩醛改性PF，可以提高树脂对玻璃纤维的黏结力，改善PF的脆性，提高力学强度，降低固化速率，有利于低压成型，成为工业上应用最多的产品。又如用环氧树脂改性PF，能使复合材料具有环氧树脂黏结性好、酚醛树脂良好耐热性的优点；同时又改进了环氧树脂耐热性差、酚醛树脂脆性较大的弱点。

（2）环氧树脂（EP）塑料

凡分子结构中含有环氧基团的高分子化合物统称为环氧树脂。固化后的环氧树脂具有良好的物理化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的黏结强度，介电性能良好，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定，因而广泛应用于国防、国民经济各部门，用作为浇注、浸渍、层压料、黏结剂、涂料等。环氧树脂的种类很多，主要有以下两类：

①缩水甘油基型EP，包括双酚A型EP、缩水甘油酯EP、环氧化酚醛、氨基EP等。

②环氧化烯烃，如环氧化聚丁二烯等。但90%以上是由双酚A和环氧氯丙烷缩聚而成，所得到的EP为线型，属热塑性。能溶于酮类、脂类、芳烃等溶剂，在未加固化剂时可以长期贮存。由于链中含有脂肪类羟基和环氧基，可以与许多物质发生反应，固化反应就是利用这些官能团而生成体型结构。

环氧树脂分子中含有环氧基、羟基、醚键等极性基因，因此对金属、玻璃、陶瓷、木材、织物、混凝土、玻璃钢等多种材料都有很强的黏结力，有“万能胶”之称，它是当前应用得最广泛的胶种之一。EP固化后黏结力大、坚韧、收缩性小、耐水、耐化学腐蚀、电性能优良、易于改性、使用温度范围广、毒性低，但脆性较大，耐热性差。EP主要用作黏合剂、玻璃纤维增强塑料、人造大理石、人造玛瑙等。

（3）聚氨酯（PU）塑料

大分子链上含有NH—CO链的高聚物，称为聚氨基甲酸酯，简称聚氨酯。由二异氰酸酯与二元醇可制得线型结构的PU，而由二元或多元异氰酸酯与多元醇则制得体型结构的PU，若用含游离羟基的低分子量聚醚或聚酯与二异氰酸酯反应则制得聚醚型或聚酯型PU。

线型PU一般是高熔点结晶聚合物，体型PU的分子结构较复杂。工业上线型PU多用于热塑性弹性体和合成纤维，体型PU广泛用于泡沫塑料、涂料、胶黏剂和橡胶制品等。聚氨酯橡胶具有很好的耐磨性、耐臭氧、防紫外线和耐油的特性。PU大量用于装饰、防渗漏、隔离、保温等，广泛用于油田、冷冻、化工、水利等。

目前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的各种垫材、隔音材料等；硬泡沫塑料主要用于家用电器隔热层、房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；半硬泡沫塑料用于汽车仪表板、方向盘等。市场上已有各种规格用途的泡沫塑料组合料（双组分预混料），主要用于（冷熟化）高回弹泡沫塑料、半硬泡沫塑料、浇铸及喷涂硬泡沫塑料等。

（4）聚酯树脂（UP）塑料

聚酯树脂是不饱和聚酯胶黏剂的简称。不饱和聚酯胶黏剂主要由不饱和聚酯树脂、引发剂、促进剂、填料、触变剂等组成。胶黏剂黏度小、易润湿、工艺性好，固好后的胶层硬度大，透明性好，光亮度高，可室温加压快速固化，耐热性较好，电性能优良。缺点是收缩率大、胶黏强度不高，耐化学介质性和耐水性较差，用于非结构胶黏剂。主要用于胶黏玻璃钢、硬质塑料、混凝土、电气罐封等。

合成聚酯树脂时，若通过化学反应引入一些其他成分，可拥有聚酯树脂原本不具备的性能，以改善和突出某种性能，达到特殊的应用性能要求，目前使用较多的是环氧、丙烯酸、有机硅改性聚酯树脂。

涂料中所用的聚酯树脂一般是低分子量的、无定形、含有支链、可以交联的聚合物。它一般由多元醇和多元酸酯化而成，有纯线型和支化型两种结构。纯线型结构树脂制备的漆膜有较好的柔韧性和加工性能；支化型结构树脂制备的漆膜的硬度和耐候性较突出。通过对聚酯树脂配方的调整，如多元醇过量，可以得到羟基终止的聚酯。如果酸过量，则得到的是以羧基终止的聚酯。涂料行业最常用的饱和聚酯树脂是含端羟基官能团的聚酯树脂，通过与异氰酸酯、氨基树脂等树脂交联固化成膜。

建筑工程上UP主要用来制作玻璃纤维增强塑料、装饰板、涂料、管道等。

（5）脲醛树脂（UF）塑料

UF是氨基树脂的主要品种之一，它由尿素与甲醛缩聚反应而成。UF质坚硬、耐刮痕、无色透明、耐电弧、耐油、耐霉菌、无毒、着色性好、黏结强度高、价格低、表面光洁如玉，有“电玉”之称，可制成色泽鲜艳、外观美丽的装饰品、绝缘材料、建筑小五金；UF经发泡可制成泡沫塑料，是良好的保温、隔声材料；用玻璃丝、布、纸制成的脲醛层压板，可制作建筑装饰板材等，它是木材工业应用最普遍的热固性胶黏剂。

UF塑料制品经热处理后表面硬度能得到进一步的提高，但抗冲强度和抗拉强度会下降。若用三聚氰胺代替部分脲或以硫脲与脲和甲醛共缩聚，能克服UF耐水性差的弱点，并能提高UF的耐热性和强度。UF中含有的甲醛是公认的建筑物中的潜在致癌物，通过改变尿素与甲醛的摩尔比降低胶黏剂中的游离甲醛；通过控制反应过程中的pH值和温度，调整UF和树脂结构来控制羟甲醛含量，减少树脂中的亚甲醛醚键，从而制备出环保型的脲醛树脂。

（6）有机硅树脂（Si）塑料

有机硅即有机硅氧烷，聚有机硅氧烷含有无机主链和有机侧链（如甲基、乙基、乙烯基、丙基和苯基等），因此它既有一般天然无机物（如石英、石棉）的耐热性，又具有有机聚合物的韧性、弹性和可塑性。

有机硅树脂的耐高温性能较好，可在200～250℃环境下长期使用；聚有机硅分子对称性好，硅氧链极性不大，其耐寒性好，例如有机硅油的凝固点为－50～－80℃，硅橡胶在－60℃仍保持弹性；聚有机硅不溶于水，吸水性很低，表现出很好的憎水性；聚有机硅分子有对称性和非极性侧基，使它具有很高的电绝缘性；用有机硅树脂和玻璃纤维复合的材料，可耐10%～30%硫酸、10%盐酸、10%～15%氢氧化钠，醇类、脂肪烃、油类对其影响不大。但在浓酸和某些溶剂（四氯化碳、丙酮和甲苯等）中易溶蚀。聚有机硅固化后力学性能不高，若在主链上引入亚苯基，则可提高其刚性、强度和使用温度。有机硅树脂还具有优良的耐候性，可制成耐候、保色、保温涂料，有机硅涂料在很大的温度范围内黏度变化很小，具有良好的流动性，这给涂料施工带来很大的方便。硅树脂的水溶液可作为混凝土表面的防水涂料，增加混凝土的抗水、抗渗和抗冻能力。

有机硅聚合物可分为液态（硅油）、半固态（硅脂）、弹性体（硅橡胶）和树脂状流体（硅树脂）等多种形态。

（7）玻璃纤维增强（GRP）塑料

玻璃纤维增强塑料又称玻璃钢。玻璃钢是以不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等为基体，以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带和毡等）为增强体制成的复合材料。由于基体的材料不同，玻璃钢有很多种类。

玻璃钢的力学性能主要取决于玻璃纤维。聚合物将玻璃纤维黏结成整体，使力在纤维间传递载荷，并使载荷均衡。玻璃钢的拉伸、压缩、剪切、耐热性能与基体材料的性能、玻璃纤维在玻璃钢中的分布状态密切相关。

与传统的金属材料及非金属材料相比，玻璃钢材料及其制品具有强度高、性能好、节约能源、产品设计自由度大以及产品使用适应性广等特点。因此，从一定意义上说，玻璃钢材料是一种应用范围极广、开发前景极大的材料品种之一。目前我国的玻璃钢工业已经具备了一定的规模，在产品的品种数量及产量方面，以及在技术水平方面，均已经取得了巨大的进展，在国民经济建设中发挥了重要的作用。玻璃钢成型性好，制作工艺简单，质轻强度高，透光性好，耐化学腐蚀性强，具有基材和加强材的双重特性，价格低，主要用作装饰材料、屋面及围护材料、防水材料、采光材料、排水管等。

玻璃钢的成型方法主要有手糊法、模压法、喷射法和缠绕法。玻璃钢制品的制作成型方法有很多种，它们的技术水平要求相差很大，对原材料、模具、设备投资等的要求也各不相同，当然，它们所生产产品的批量和质量也不会相同。

复习思考题

1．高分子化合物的性能与高分子建筑材料的特性。

2．举例说明热塑性塑料和热固性塑料的区别。