桑 穎 慧

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

有機(jī)保溫材料的性能分析

桑 穎 慧

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

對擠塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)、模塑聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)、石墨模型聚苯乙烯泡沫塑料板(SEPS)、熱固型改性聚苯板、聚氨酯保溫板、酚醛樹脂板的主要物理性能進(jìn)行了分析研究，得出了各種材料的優(yōu)劣勢，指出選擇材料時，應(yīng)揚(yáng)長避短，綜合利用，充分發(fā)揮各種材料的優(yōu)勢。

有機(jī)保溫材料，表觀密度，壓縮強(qiáng)度，導(dǎo)熱系數(shù)

保溫材料是指對熱流具有顯著阻抗性的材料和材料復(fù)合體。材料導(dǎo)熱系數(shù)的大小直接決定了材料的保溫性能，導(dǎo)熱系數(shù)越小，則保溫性能越好。建筑保溫材料指的是用于節(jié)能建筑的各種保溫材料。

隨著我國節(jié)能減排工程的進(jìn)行，建筑保溫材料得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在建筑市場有很多種保溫材料，按化學(xué)成分可分為有機(jī)保溫材料，無機(jī)保溫材料及金屬保溫材料；從保溫性能而言，無機(jī)材料比有機(jī)材料差。無機(jī)類保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)一般都較高，大約在0.065 W/(m·K)，有的可能更高，直接導(dǎo)致保溫效果不好。常用的有機(jī)類保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)均在0.020 W/(m·K)～0.041 W/(m·K)范圍之間，導(dǎo)熱系數(shù)相對較低，故保溫效果好。目前建筑工程常用的有機(jī)類保溫材料有酚醛樹脂板，模塑型聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS)，聚氨酯保溫板、擠塑型聚苯乙烯泡沫塑料板(XPS),石墨聚苯板，熱固型改性聚苯板等。材料品種的多樣化導(dǎo)致產(chǎn)品性能指標(biāo)的多樣化。本文對山西省常用有機(jī)保溫材料的性能指標(biāo)進(jìn)行了綜合分析，以便工程使用時參考。

1 定義

EPS，全稱模塑聚苯乙烯泡沫塑料，首先加熱預(yù)發(fā)含有揮發(fā)性液體發(fā)泡劑的可發(fā)性聚苯乙烯珠粒，然后在模具中加熱，即成為具有微細(xì)閉孔結(jié)構(gòu)的白色固體。

XPS，全稱擠塑聚苯乙烯泡沫塑料，主要成分為聚苯乙烯樹脂或其共聚物，添加劑少量，對這些材料進(jìn)行加熱擠塑，即成為具有閉孔結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)泡沫塑料。

SEPS，全稱石墨模型聚苯乙烯泡沫塑料板，它是在可發(fā)性聚苯乙烯(EPS)中導(dǎo)入石墨，使其在保護(hù)優(yōu)良的保溫性能基礎(chǔ)上，具有更加良好的阻燃防火性能。

熱固型改性聚苯板，運(yùn)用“高分子蜂窩狀結(jié)構(gòu)隔離倉”技術(shù)，使高分子閉孔發(fā)泡小球材料與防火隔離層有相同共性，形成獨(dú)特的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，防火隔離層包裹了每個小球顆粒，每個顆粒防火能力增加，再發(fā)泡成型。

酚醛保溫板由酚醛泡沫制成，酚醛泡沫是在酚醛樹脂中加入固化劑、發(fā)泡劑，還有一些其他助劑制成的閉孔硬質(zhì)泡沫塑料。酚醛保溫板是一種新型的不燃，低煙的保溫材料。

聚氨酯保溫板是由聚氨基甲酸酯經(jīng)過一定的工藝制成的具有保溫性能的板材。

2 常見有機(jī)保溫材料物理性能分析

2.1 分析用產(chǎn)品及方法

1)分析用產(chǎn)品。6個不同地區(qū)的保溫材料生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的XPS，EPS，SEPS，熱固型改性聚苯板，酚醛保溫板，聚氨酯保溫板。2)分析方法。依據(jù)GB/T 10801.2—2002絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)，GB/T 10801.1—2002絕熱用模塑聚苯乙烯泡沫塑料，GB/T 21558—2008建筑絕熱用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，GB/T 20974—2007絕熱用硬質(zhì)酚醛泡沫制品(PF)，GB/T 6343—2009泡沫塑料與橡膠表觀密度的測定，GB/T 8813—2008硬質(zhì)泡沫塑料壓縮強(qiáng)度試驗方法，GB/T 8810—2005硬質(zhì)泡沫塑料吸水率試驗方法，GB/T 8811—2008硬質(zhì)泡沫塑料尺寸穩(wěn)定性試驗方法，GB/T 8624—2012建筑材料燃燒性能分級方法。

2.2 研究方案

對6種材料進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)、尺寸穩(wěn)定性、表觀密度、燃燒性能、壓縮強(qiáng)度、體積吸水率分析研究。采用試件尺寸為100 mm×100 mm×50 mm的長方體試塊，進(jìn)行表觀密度、壓縮強(qiáng)度分析；采用試件尺寸為300 mm×300 mm×28 mm的長方體試塊，進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)分析；采用試件尺寸為100 mm×100 mm×50 mm，150 mm×150 mm×50 mm的長方體試塊，進(jìn)行體積吸水率分析；采用試件尺寸為100 mm×100 mm×25 mm的長方體試塊，進(jìn)行尺寸穩(wěn)定性分析；采用試件尺寸為1 500 mm×1 000 mm×50 mm，1 500 mm×500 mm×50 mm，150 mm×90 mm×50 mm的長方體試塊，進(jìn)行燃燒性能分析。

2.3 結(jié)果及分析

1)6個不同產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)、表觀密度、體積吸水率、壓縮強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性結(jié)果分析。選用不同廠家生產(chǎn)的擠塑型聚苯乙烯泡沫板(XPS)，模塑型聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS)，石墨聚苯板(SEPS)，熱固型改性聚苯板，聚氨酯保溫板，酚醛樹脂板進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)、表觀密度、體積吸水率、壓縮強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性結(jié)果分析，分析結(jié)果如表1所示。

表1 不同有機(jī)保溫材料的分析結(jié)果

從表1和圖1可以看出，XPS的壓縮強(qiáng)度最大，聚氨酯保溫板和熱固型改性聚苯板的壓縮強(qiáng)度次之，SEPS的壓縮強(qiáng)度最小。XPS的制作工藝直接決定了它的特性，XPS的主要原料為聚苯乙烯，添加防水劑，還有一些其他原料，混合這些材料的同時加入催化劑進(jìn)行加熱，最后擠壓成型，其內(nèi)部為獨(dú)立的密閉式氣泡結(jié)構(gòu)，發(fā)泡結(jié)構(gòu)緊密相連且無縫隙。聚氨酯保溫板和熱固型改性聚苯板都是加熱固化生成的，壓縮強(qiáng)度也較高。

從表1可以看出熱固型改性聚苯板的表觀密度最大。材料的密度與其孔隙率、孔洞的大小及孔洞的性質(zhì)有關(guān)，而熱固型改性聚苯板為熱固型，且添加了特殊的防火阻燃材料，該材料密度比其他產(chǎn)品添加的阻燃材料密度都大，故表觀密度最大。

由圖2得出，EPS的導(dǎo)熱系數(shù)最大，熱固型改性聚苯板的導(dǎo)熱系數(shù)次之，聚氨酯保溫板的導(dǎo)熱系數(shù)最小。保溫材料保溫性能的重要指標(biāo)是導(dǎo)熱系數(shù)，保溫材料的保溫隔熱性能好，其導(dǎo)熱系數(shù)一定小。保溫材料的分子結(jié)構(gòu)及其化學(xué)成分、濕度、密度和溫度都會直接影響導(dǎo)熱系數(shù)。具有硬泡微孔的聚氨酯保溫板有比空氣的導(dǎo)熱系數(shù)還小的發(fā)泡劑，致使聚氨酯保溫板的導(dǎo)熱系數(shù)較低。但是，發(fā)泡劑由于擴(kuò)散作用，不斷與環(huán)境中的空氣發(fā)生置換，隨著使用時間增長，聚氨酯保溫板的導(dǎo)熱系數(shù)逐漸增大，保溫效果隨之變差。

從表1和圖3可以看出，XPS的體積吸水率最小，熱固型改性聚苯板和聚氨酯保溫板的次之，EPS的最大。吸水率大小直接影響保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的高低，而原材料加工時的性能和加工條件導(dǎo)致吸水量各不相同。吸水率高，則絕熱性能差，保溫材料吸水后在低溫情況下，吸入的水極易結(jié)冰，從而破壞了保溫材料的結(jié)構(gòu)，使其保溫性能下降。

XPS尺寸穩(wěn)定性最差，這是由于XPS是以聚苯乙烯樹脂或其共聚物為主要成分，添加少量添加劑，通過加熱擠塑成型而制得的硬質(zhì)泡沫塑料。這樣的材性決定XPS在相同的溫差變化情況下，內(nèi)部將會產(chǎn)生較其他保溫板更大的溫度應(yīng)力和溫度變形。而聚氨酯保溫板是雙組分液體交聯(lián)發(fā)泡，液體呈熱固性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，閉孔率高，抗壓強(qiáng)度大且耐熱穩(wěn)定性好，完全使用溫度達(dá)120 ℃，而EPS，XPS屬熱塑性發(fā)泡呈顆粒和線體結(jié)構(gòu)，熱敏感較大，熱穩(wěn)定性差耐熱度僅為70 ℃，在較高環(huán)境溫度下使用存在二次發(fā)泡體積形變風(fēng)險。因此，聚氨酯保溫板外墻外保溫系統(tǒng)因保溫板變形造成的開裂隱患最小。

2)不同材料燃燒性能結(jié)果分析。運(yùn)用不同廠家生產(chǎn)的擠塑聚苯乙烯泡沫板(XPS)，模塑聚苯乙烯泡沫板(EPS)，石墨聚苯板(SEPS)，熱固型改性聚苯板，聚氨酯保溫板，酚醛樹脂板進(jìn)行燃燒性能結(jié)果分析，分析結(jié)果如表2所示。

表2 不同有機(jī)保溫材料燃燒性能測試結(jié)果

從表2看出，熱固型改性聚苯板燃燒性能可達(dá)到等效A2級。XPS，EPS，聚氨酯保溫板燃燒性能差。熱固型改性聚苯板是一種新型高分子防火保溫材料，運(yùn)用“高分子蜂窩狀結(jié)構(gòu)隔離倉”技術(shù)，使防火隔離層與高分子閉孔發(fā)泡小球材料相結(jié)合，形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)非常獨(dú)特，能使小球顆粒外表面都形成防火隔離層，使每個顆粒單獨(dú)具有防火能力。其著火面碳化，無縱、橫向明火蔓延，離火即自熄，無阻燃，天燃屑滴落，能有效阻絕火焰和高熱向內(nèi)傳導(dǎo)，整體結(jié)構(gòu)完整，且煙氣量低無毒。

3 結(jié)語

保溫材料的性能指標(biāo)相互影響，聚氨酯導(dǎo)熱系數(shù)最小，尺寸穩(wěn)定性最好，但隨著時間推移導(dǎo)熱系數(shù)值會增大；XPS吸水率最小，尺寸穩(wěn)定性最差；熱固型改性聚苯板燃燒性能最好。所以選用保溫材料時，應(yīng)本著“理化性能良好，綜合價格適中”的原則。無論是SEPS還是熱固型改性聚苯板，XPS等，它們都各有千秋。選擇保溫材料時，應(yīng)結(jié)合工程實際情況，揚(yáng)長避短，綜合利用，這樣才能充分發(fā)揮各種材料的優(yōu)勢。

[1] 周廣德.有機(jī)和無機(jī)保溫材料的研究與應(yīng)用[A].全國新型墻體保溫材料新技術(shù)、新產(chǎn)品及施工應(yīng)用技術(shù)交流大會[C].2009.

[2] 羅振海.淺談有機(jī)保溫材料性能與應(yīng)用[J].廣東化工，2013(19)：20-21.

[3] 田軍縣.有機(jī)保溫材料在建筑節(jié)能工程中的作用及風(fēng)險評估[J].建筑技術(shù)，2011(1)：5-6.

On analysis of performance of organic insulation materials

Sang Yinghui

(ShanxiAcademyofBuildingResearch,Taiyuan030001,China)

The paper analyzes and researches the main physical performances of rigid extruded polystyrene foam board(XPS), expanded polystyrene(EPS), and SEPS, thermosetting modification of polystyrene, polyurenthane sandwich panel and phenolic resin plane, concludes advantages and disadvantages of these materials, and points out the necessity for applying their advantages and having comprehensive utilities to exert their advantages in selecting materials.

organic insulation material, performance density, compression strength, heat conductivity coefficient

2015-06-23

桑穎慧(1982- )，女，工程師

1009-6825(2015)25-0192-02

TU201.5

A