МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

ФГБОУ ВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

А.А. Аскадский, М.Н. Попова 

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ 
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ 

Учебное пособие 

М о с к в а   2017

2-е издание (электронное)

УДК 678:541(075.8) 
ББК 24.7 
А 90 

Р е ц е н з е н т ы: 
доктор химических наук  Н. А. Халтуринский, 
заведующий лабораторией Института химической физики РАН; 
доктор технических наук В. В. Козлов, профессор  
кафедры строительных материалов ФГБОУ ВПО «МГСУ» 

Рекомендовано научно-методическим советом ИСА МГСУ 

Аскадский, Андрей Александрович.
А 90    Структура и свойства полимерных строительных материалов [Элек-

тронный ресурс] : учебное пособие / А. А. Аскадский, М. Н. Попова ; М-во 
образования и науки Рос. Федерации, Моск. гос. строит. ун-т. — 2-е изд. 
(эл.). — Электрон. текстовые дан. (1 файл pdf : 203 с.). — М. : Издатель-
ство МИСИ—МГСУ, 2017. — Систем. требования: Adobe Reader XI либо 
Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10".

ISBN  978-5-7264-1741-7
Рассмотрены вопросы, связанные с изучением структуры и свойств по-
лимерных строительных материалов, с моделированием свойств полиме-
ров по предложенным расчетным схемам. Приведенные сведения необхо-
димы при производстве полимерных материалов и изделий.  
Для бакалавров и магистров, обучающихся по направлению 08.03.01, 
08.04.01 «Строительство», а также для аспирантов и работников научных 
учреждений. 

УДК 678:541(075.8) 
 ББК 24.7 

ISBN  978-5-7264-1741-7  

Деривативное электронное издание на основе печатного издания: 
Структура и свойства полимерных строительных материалов : учебное 
пособие / А. А. Аскадский, М. Н. Попова ; М-во образования и науки Рос. 
Федерации, Моск. гос. строит. ун-т. — М. : Издательство МИСИ—МГСУ, 
2013. — 203 с. — ISBN 978-5-7264-0726-5.

©  Национальный исследовательский

Московский государственный 
строительный университет, 2013

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техни-
ческими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя 
возмещения убытков или выплаты компенсации.

ВВЕДЕНИЕ 

Строительство — наиболее широкая область применения поли-
мерных материалов. Их используют как: 

отделочные материалы (декоративные пленки, линолеум,
бумажно-слоистый пластик); 

эффективные теплоизоляционные материалы (пено-, поро- и
сотопласты); 

гидроизоляционные и герметизирующие материалы (пленки,
прокладки, мастики); 

погонажные изделия (поручни, плинтусы);

санитарно-технические изделия (трубы);

а также в технологии бетона (полимербетоны и бетонополи-
меры) и для модификации строительных материалов. 
Широкое применение полимерных материалов связано, во-
первых, с доступность сырья для их производства (большинство по-
лимеров получают из нефти, газа, угля и других распространенных 
веществ), во-вторых, с возможностью получать материалы с заранее 
заданным комплексом свойств (существуют пластмассы термостой-
кие, морозостойкие, водоотталкивающие, электроизоляционные и 
др.), в-третьих, процесс их производства поддается полной механи-
зации и автоматизации. 
Все применяемые в наши дни полимеры можно разбить на 4 типа, 
в соответствии с формой изделий, наиболее общими свойствами и 
способом производства: 
1 тип: конструкционные пластики — твердые вещества с раз-
рывной прочностью от 5 до 200 МПа и относительным удлинением 
в момент разрыва не более 100 % (гетинакс (связующее ФФС, на-
полнитель — бумага); текстолит (наполнитель — х/б ткань); древес-
ные пластики (ДСП, ДВП); эбонит и др.)). 
2 тип: эластомеры — характеризуются высокой эластичностью, 
т.е. способностью к большим обратимым деформациям (у лучших 
образцов резины она может достигать 500 %). На их основе изготав-
ливают клеи и мастики, а также герметизирующие материалы. 
3 тип: волокна и нити. Свойства материалов, изготовленных из 
них, анизотропны, т.е. прочность, гибкость, твердость различны, 
если измерять их вдоль одной оси и вдоль двух других. Анизотропия 
объясняется химической структурой и общими свойствами исходного 
полимера. 
Волокна могут быть полиамидные (найлон-(HN-(CH2)6-NHОС-
(CH2)4-СО-)n), полиэфирные (лавсан), вискозные и др. На основе 
полимерных волокон и нитей получают строительные материалы: 

напольные покрытия — гомогенные и плиточные (виниловые), тек-
стильные обои, армированные шланги для транспортировки агрес-
сивных сред, стропы, веревки (полипропиленовые) и др.  
4  тип:  пленки,  лаки,  краски,  декоративные  покрытия  —  для 
полимеров данного типа характерна сильная анизотропия свойств. 
Кроме того, для лакокрасочных материалов особое значение имеет 
прочность  их  сцепления  с  обрабатываемой  основой  —  адгезия. 
И еще одна особенность материала этого типа — практическое при-
менение обычно не допускает их предварительного формования: их 
применяют на месте, нанося тонким слоем на поверхность. Необхо-
димо, чтобы материал до применения был жидким и легко распре-
делялся по поверхности, а потом становился прочным и твердым. 
Сюда относятся эпоксидные, полиэфирные, полиуретановые краски 
(эстетичны, экономичны, автоматическое нанесение, однослой-
ность), лаки на основе акриловых, эпоксидных смол (атмосферо-
стойки: защита бетона, кирпича). 
Кроме этих 4 основных типов существует несколько вспомога-
тельных: клей, заливочные и герметизирующие смеси и др. 
Такое деление достаточно условно, так как один и тот же материал 
в несколько измененном виде может использоваться для различных 
целей: ПВХ пленка может быть как отделочным, так и гидроизоля-
ционным материалом, а некоторые отделочные пластмассы могут 
выполнять не только декоративные функции, но и роль ограждаю-
щих конструкций, воспринимающих определенные механические 
нагрузки (например, стеклопластик: для декоративной облицовки, 
устройства кровель, а также сильно нагруженные детали конструк-
ций, эксплуатируемых в агрессивных средах). 
Для понимания факторов, влияющих на свойства полимерных 
строительных материалов, в данном пособии рассматриваются во-
просы, связанные с влиянием химического строения и структурных 
особенностей полимеров на их свойства. В первую очередь это во-
просы, связанные с характером молекулярной упаковки цепей поли-
меров, и способы ее оценки на основании Ван-дер-Ваальсовых ра-
диусов атомов, вступающих как в химическое, так и межмолекуляр-
ное взаимодействие. Рассматриваются вопросы упаковки полимер-
ных цепей в монолитных и твердых аморфных телах, способы рас-
чета доли занятого объема (коэффициента молекулярной упаковки), 
плотности полимеров и характера их пористой структуры.  
Особое внимание уделено термомеханическому методу исследо-
вания полимеров, который повсеместно используется для анализа 
изменения их свойств с температурой. Термомеханический метод 

представляет собой измерение зависимости деформации полимера 
при определенной нагрузке с ростом температуры. Анализируется 
механизм деформации для различных случаев поведения полимер-
ного материала при нагревании, оценка температур различных пере-
ходов, в том числе температуры стеклования, при которой полимер 
размягчается. Описываются два механизма застекловывания поли-
меров при их охлаждении и два правила (механизма) пластифика-
ции. Это особенно важно для таких полимеров, как поливинилхло-
рид, находящий обширное применение для получения строительных 
материалов. Здесь же описываются расчетные способы оценки тем-
пературы стеклования, влияние молекулярного веса на эту характе-
ристику, а также механического напряжения.   
Следующий раздел пособия посвящен природе механического раз-
рушения полимеров и полимерных материалов, влиянию продолжи-
тельности действия на долговечность полимеров и на характеристику 
их работоспособности при переменных механических нагрузках. 
Далее большое внимание уделено анализу релаксационных меха-
нических процессов в полимерах. В этом отношении полимеры суще-
ственно отличаются от таких традиционных строительных материалов, 
как бетоны, металлические сплавы и стекло. В полимерах чрезвычайно 
ярко выражены релаксационные процессы, которые заключаются в 
том, что при действии постоянного напряжения деформация не оста-
ется постоянной, а непрерывно развивается во времени. Наоборот, при 
действии постоянной деформации напряжение не остается постоян-
ным, а снижается со временем, т.е. релаксирует. Именно поэтому изу-
чение релаксационных процессов в полимерных строительных мате-
риалах и аппроксимация этих процессов имеют особое значение. 
Наконец, для полимеров, применяемых в строительстве, сущест-
венное значение имеют оптические, диэлектрические и теплофизиче-
ские свойства. Особенное внимание уделено оптико-механическим 
свойствам полимерных материалов, которые используются в методе 
фотоупругости для анализа напряженного состояний сложных 
строительных сооружений. 
Кроме этого, рассматриваются вопросы совместимости полиме-
ров друг с другом и с пластификаторами, поскольку наиболее часто 
полимерные строительные материалы создаются на основе смесей 
полимеров и пластифицированных систем. 
В настоящее время все методы расчета и анализа свойств поли-
мерных материалов компьютеризированы и существуют ЭВМ-
программы, которые позволяют без значительной затраты времени 
получать нужные характеристики. 
 

Г л а в а  1.  УПАКОВКА МАКРОМОЛЕКУЛ В ПОЛИМЕРАХ 
 
1.1. Общие положения 
 
Рассмотрим объемное изображение макромолекул, что необхо-
димо для понимания особенностей структурообразования в полиме-
рах. В основу такого рассмотрения положим представления, разви-
тые А.И. Китайгородским в органической кристаллохимии. Соглас-
но этим представлениям, каждый атом описывается сферой с меж-
молекулярным радиусом R. Величины этих радиусов определяются 
по данным рентгеноструктурного анализа идеальных кристаллов 
органических веществ. При этом считается, что валентно-несвязанные 
атомы, вступающие в межмолекулярное (а не химическое) взаимо-
действие, касаются друг друга по границам сфер. Это схематически 
изображено на рис. 1.1.  
 

 
 
Рис. 1.1. Схема касания двух атомов  
при межмолекулярном взаимодействии  
 
Если в касание входят два одинаковых атома, межмолекулярный 
радиус определится из соотношения  

,2
/l
R 
  
 
 
       (1.1) 
где l — расстояние между центрами масс двух одинаковых валентно-
несвязанных атомов, которые, однако, способны к межмолекуляр-
ному взаимодействию. 
Согласно этим же представлениям, химическое взаимодействие 
двух атомов всегда приводит к их спрессовке, так как длина химиче-
ской связи всегда меньше, чем сумма межмолекулярных радиусов: 
   
. 
2
1
R
R
d


  
 
 
       (1.2) 

Это отчетливо видно на рис. 1.2, где схематически изображены два 
химически связанных атома.  

Рис. 1.2. Схема спрессовки двух атомов 
при химическом взаимодействии 

Если известны межмолекулярные радиусы Ri для всех атомов, 
входящих в повторяющееся звено полимера, а также все длины хи-
мических связей между этими атомами, можно легко рассчитать 
собственный (Ван-дер-Ваальсов) объем повторяющегося звена и по-
строить модель этого звена (или большого фрагмента макромоле-
кулы), в которой объем каждого атома окантован сферой с межмо-
лекулярным радиусом Ri. 
На рис. 1.3 показана такая модель фрагмента цепи полиэтилена. 
Хорошо видно, что атомам в молекуле очень тесно. 

Рис. 1.3. Модель фрагмента цепи полиэтилена 

В табл. 1.1 приведены межмолекулярные радиусы для некоторых 
широко распространенных атомов, из которых построено большин-
ство полимеров. 
Таблица 1.1 
  
Значения межмолекулярных радиусов ряда атомов 
 

Атом
R, нм
Атом
R, нм

Углерод C
0,180
Сера S
0,221

Водород H
0,117
Фосфор P
0,190

Кислород O
0,136
Бор, B
0,165

Азот N
0,157
Бром Br
0,195

Хлор Cl
0,178
Олово Sn
0,210

Фтор F
0,150
Свинец Pb
0,220

Кремний Si
0,210
Йод I
0,221

 
Таблица 1.2 
 
Длины химических связей  di  между некоторыми атомами 
 

Связь*
di, нм
Связь*
di, нм
Связь*
di, нм

С–С
0,154
C–Si
0,168
O–Si
0,164

С–С
0,148
C–F
0,134
O–F
0,161

С=С
0,140
C–F
0,131
O=N
0,120

С=С
0,134
C–Cl
0,177
O=S
0,144

С=С
0,119
C–Cl
0,164
O=P
0,145

С–Н
0,108
C–Br
0,194
N–P
0,165

С–O
0,150
C–Br
0,185
N–P
0,163

C–O
0,137
C–I
0,221
N–P
0,158

C–N
0,140
C–I
0,205
S–S
0,210

C–N
0,137
C–B
0,173
Si–Si
0,232

C=N
0,131
C–Sn
0,215
P–F
0,155

C=N
0,127
C–Pb
0,220
P–Cl
0,201

C=N
0,134
H–O
0,108
P–S
0,181

С≡С
0,116
H–S
0,133
B–B
0,177

C–S
0,176
H–N
0,108
Sn–Cl
0,235

C–S
0,156
H–B
0,108
C–As
0,196

C–Si
0,188
O–S
0,176
As–As
0,242

В табл. 1.2 имеются длины связей для различных комбинаций 
атомов, также характерных для большинства существующих сейчас 
полимеров. Зная эти величины, можно рассчитать объем повторяю-
щегося звена практически любого из полимеров. Чтобы проделать 
это, необходимо предварительно определить собственный объем 
каждого атома, входящего в повторяющееся звено. Расчет проводится 
по формуле 
 



3
2
4
1
3
3
3
i
i
i
V
R
h
R
h






,  
 
       (1.3) 

 
где Vi — инкремент собственного объема данного атома; R — 
межмолекулярный (Ван-дер-Ваальсов) радиус этого атома; hi — вы-
сота шарового сегмента, который отсекается на данном атоме сосед-
ним химически связанным с ним атомом (см. рис. 1.2). Величина  hi  
вычисляется по соотношению 
 

2
2
2

2
i
i
i
i

R
d
R
h
R
d




,  
 
       (1.4) 

 
где Ri — межмолекулярный радиус соседнего, валентно-связанного 
атома;  di — длина связи (см. рис. 1.2). 
Инкременты объемов различных атомов и атомных групп приве-
дены в табл. 1.3. 
 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица 1.3 
 
Инкременты Ван-дер-Ваальсовых объемов атомов