摘 要：為研究綠色建筑節(jié)能保溫硬泡聚氨酯板制備及剪切粘接強(qiáng)度性能測(cè)試，通過(guò)混合一定比例的聚醚多元醇與固化劑等原料制備建筑節(jié)能保溫硬泡聚氨酯板，在不同影響因素下測(cè)試剪切粘接強(qiáng)度性能。結(jié)果表明，硬泡聚氨酯板制備陳化時(shí)間為1 440 min時(shí)，可有效保障其導(dǎo)熱系數(shù)穩(wěn)定、可靠，加工密度宜保持在57.5～60 g/m3，聚醚二元醇、三元醇的配比以1∶1、3∶2為宜，此時(shí)剪切粘接強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率均較高，在浸水、紫外線老化、凍融循環(huán)環(huán)境下，隨著粘接面積的增長(zhǎng)，硬泡聚氨酯板的剪切粘接強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明制備的硬泡聚氨酯板節(jié)能保溫和剪切粘接強(qiáng)度性能較好。

關(guān)鍵詞：粘接面積；綠色建筑；節(jié)能保溫；硬泡聚氨酯板；剪切粘接強(qiáng)度

中圖分類(lèi)號(hào)：

TQ328.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

A文章編號(hào)：

1001-5922（2024）01-0053-05

Preparation and bonding strength and performance test of green energy-saving thermal insulation rigid foam polyurethane board

XU Ruoyi

（Pingmei Shenma Jiangong Group，Pingdingshan 467000，Henan China）

Abstract：To study the preparation and shear bond strength test of green building energy-saving thermal insulation rigid foam polyurethane board，the building energy-saving thermal insulation rigid foam polyurethane board was prepared by mixing a certain proportion of polyether polyol，curing agent and other raw materials，and the shear bonding strength was tested under different influence factors.The results showed that when the preparation and aging time of rigid foam polyurethane board was 1 440 min，it could effectively ensure the stability and reliability of its thermal conductivity coefficient，the processing density should be kept at 57.5～60 g/m3，and the ratio of polyether diol and ternary alcohol should be 1∶1 and 3∶2，respectively，at this time，the shear bonding strength and fracture elongation were both high，under the conditions of immersion，ultraviolet aging and freeze-thaw cycling，the shear bonding strength of rigid foam polyurethane board increased with the increase of the bonding area，indicating that the prepared rigid foam polyurethane board has good energy-saving thermal insulation and shear bonding strength performance.

Key words：bonding area;green building; energy saving thermal insulation;rigid foam polyurethane board;shear bonding strength

硬泡聚氨酯板是通過(guò)起始劑、催化劑聯(lián)合作用在高壓噴涂發(fā)泡形成的高分子聚合物，是一款全新的可以實(shí)現(xiàn)保溫、防水作用的合成材料［3］。為了更加廣泛和科學(xué)地將硬泡聚氨酯板應(yīng)用在綠色建筑節(jié)能保溫設(shè)計(jì)中，有必要研究硬泡聚氨酯板的剪切粘接強(qiáng)度性能影響因素。針對(duì)綠色建筑節(jié)能保溫硬泡聚氨酯板的剪切粘接強(qiáng)度性能，對(duì)聚氨酯硬泡技術(shù)在綠色建筑節(jié)能應(yīng)用中的導(dǎo)熱系數(shù)、粘合強(qiáng)度等性能進(jìn)行了分析［5］，研究硬泡聚氨酯板粘接界面的粘接強(qiáng)度［6］。以上研究考慮的剪切粘接強(qiáng)度影響因素僅局限于內(nèi)部，未對(duì)浸水、紫外線老化、凍融循環(huán)等外部因素進(jìn)行分析。在此研究綠色建筑節(jié)能保溫硬泡聚氨酯板的制備及剪切粘接強(qiáng)度性能測(cè)試。

1 硬泡聚氨酯板的制備

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

制備所需原料：聚醚多元醇（自制）；交聯(lián)劑，雙丙酮丙烯酰胺（蘇州金運(yùn)萊）；催化劑，新癸酸鉀（新典化工）；防水劑，環(huán)氧丙烷（濟(jì)南光訊）；泡沫穩(wěn)定劑，二甲基環(huán)己胺（康迪斯化工）；發(fā)泡劑，十二烷基硫酸鈉（濟(jì)南潤(rùn)輝）；固化劑，異氰酸酯（山東茂發(fā)）。

1.2 聚醚多元醇的制備

按照配方配置聚醚二元醇、三元醇，與起始劑、催化劑共同置入聚合反應(yīng)釜，同時(shí)展開(kāi)攪拌、加熱操作，對(duì)反應(yīng)物料進(jìn)行抽真空操作。當(dāng)反應(yīng)物料升溫至一定情況后，終止抽真空操作。在反應(yīng)釜中加入一定量的防水劑，基于反應(yīng)溫度與壓力的控制完成聚合反應(yīng)，針對(duì)聚合得到的物料展開(kāi)脫水、吸附過(guò)濾操作，制成聚醚多元醇［7-9］。

1.3 硬泡聚氨酯板的配方及制備

硬泡聚氨酯板配方如表1所示。

按照表1所示比例混合各項(xiàng)原料并通過(guò)電動(dòng)攪拌器攪拌至均勻，然后將物料倒入模具等待發(fā)泡，在泡沫完全熟化后對(duì)其展開(kāi)性能測(cè)定［10-13］。

設(shè)置4個(gè)粘接面積分別為50、100、150、200 m2的硬泡聚氨酯板試樣，用以后續(xù)試驗(yàn)。

2 硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度性能試驗(yàn)測(cè)定

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)儀器：ＪＢ９０－ＳＨ／２００３００５

３型攪拌器（佛山南北潮公司）；標(biāo)準(zhǔn)Ｍ１型天平（蓬萊天平配件廠）；ＷＳＳＦ－４１３型溫度計(jì)（江蘇微開(kāi)測(cè)控公司）；ＦＬＴ．Ｈ型聚氨酯高壓發(fā)泡機(jī)（廣東弗雷特公司）；ＨＪ／ＣＱ－８０Ｃ型環(huán)境試驗(yàn)箱（廣東鴻駿儀器公司）；ＴＨ－８１００型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)（卡迪斯測(cè)控公司）。

2.2 試驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 硬泡聚氨酯板節(jié)能保溫性能測(cè)試方法及標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試泡沫性能，通過(guò)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試其力學(xué)性能，通過(guò)環(huán)境試驗(yàn)箱測(cè)試其尺寸穩(wěn)定性。性能指標(biāo)如表2所示。

吸水率依據(jù)HGT 3856—2006進(jìn)行測(cè)試［14-16］。節(jié)能保溫性能的核心指標(biāo)之一為導(dǎo)熱系數(shù)［17-18］，已知硬泡聚氨酯板導(dǎo)熱系數(shù)的影響因素較多，對(duì)其展開(kāi)分析。

熟化時(shí)間：硬泡聚氨酯板試件達(dá)到完全熟化需要的時(shí)間，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)為HB 5244—1993。

2.2.2 硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度性能測(cè)試方法及標(biāo)準(zhǔn)

研究硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度的影響因素，分別測(cè)試密度、聚醚配比、粘接面積等因素對(duì)硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度性能的影響。為了提高測(cè)試的魯棒性，設(shè)置了浸水、紫外線和凍融循環(huán)3種測(cè)試條件。

凍融循環(huán)條件的實(shí)驗(yàn)方法：對(duì)硬泡聚氨酯板試件進(jìn)行浸水、冷凍以及凍融循環(huán)處理，設(shè)浸水的溫度為22 ℃，時(shí)間為8 d；冷凍溫度為-22 ℃，時(shí)間為8 d［19-20］；凍融循環(huán)共8次，先冷凍15 h，然后浸水15 h。在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下測(cè)試浸水、冷凍以及凍融循環(huán)后硬泡聚氨酯板試件的拉伸模量與剪切粘接破壞面積，并對(duì)比未有任何處理的原始硬泡聚氨酯板試件。

測(cè)試指標(biāo)剪切粘接強(qiáng)度：依據(jù)JC/T 547—2005進(jìn)行測(cè)試。

斷裂伸長(zhǎng)率是粘接強(qiáng)度的測(cè)試指標(biāo)，通過(guò)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試硬泡聚氨酯板拉伸破壞后的伸長(zhǎng)長(zhǎng)度，計(jì)算其斷裂伸長(zhǎng)率。

3 結(jié)果與討論

3.1 制備的硬泡聚氨酯板基礎(chǔ)性能測(cè)試結(jié)果

硬泡聚氨酯板的基礎(chǔ)性能測(cè)試結(jié)果如表3所示。

由表2、表3可知，制備的硬泡聚氨酯板基礎(chǔ)性能全部達(dá)標(biāo)，可以應(yīng)用于后續(xù)試驗(yàn)。

3.2 制備的硬泡聚氨酯板綠色節(jié)能保溫性能測(cè)試結(jié)果

3.2.1 陳化時(shí)間對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響

硬泡聚氨酯板常規(guī)條件下的陳化乳白、拉絲和不沾時(shí)間分別為4.5、11.5、16.5 s，硬泡聚氨酯板在乳化周期達(dá)到15 min時(shí)完成硬化處理。差異陳化時(shí)間對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響，結(jié)果如表4所示。

由表4可知，硬泡聚氨酯板在陳化時(shí)間為600～1 440 min時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)的增加量具有較大程度的變化，硬泡聚氨酯板的導(dǎo)熱系數(shù)增量高約5%，大于其他陳化時(shí)間的導(dǎo)熱系數(shù)增加量變化程度。由此可見(jiàn)，硬泡聚氨酯板陳化時(shí)間為1 440 min時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)較高，可以達(dá)到綠色建筑節(jié)能保溫要求。

3.2.2 密度對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響

密度對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)影響如表5所示。

由表5可知，當(dāng)密度由31.5 g/m3增至65.5 g/m3過(guò)程中，其導(dǎo)熱系數(shù)表現(xiàn)出先下降后提升又下降的發(fā)展趨勢(shì)，且在57.5 g/m3時(shí)達(dá)到最高點(diǎn)。

綜上所述，將陳化時(shí)間設(shè)置為1 440 min，密度保持在57.5 g/m3時(shí)，制備的硬泡聚氨酯板為合格的綠色建筑節(jié)能保溫硬泡聚氨酯板。

3.3 節(jié)能保溫硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度性能測(cè)試結(jié)果

3.3.1 密度對(duì)硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度的影響

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還要分析密度對(duì)硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度性能的影響，結(jié)果如表6所示。

由表6可知，密度對(duì)硬泡聚氨酯板的剪切粘接強(qiáng)度存在影響，硬泡聚氨酯板的剪切粘接強(qiáng)度跟隨密度的增加而提升。為保證硬泡聚氨酯板的整體性能與質(zhì)量，結(jié)合表5數(shù)據(jù)，加工密度為57.5～60 g/m3時(shí)，剪切粘接強(qiáng)度性能較好。

3.3.2 聚醚配比對(duì)硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度的影響

測(cè)試不同聚醚配比對(duì)硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度性能的影響，結(jié)果如表7所示。

由表7可知，隨聚醚二元醇配比量的提升，硬泡聚氨酯板的剪切粘接強(qiáng)度減小，斷裂伸長(zhǎng)率增加。當(dāng)聚醚二元醇、三元醇的配比為1∶1、3∶2時(shí)，硬泡聚氨酯板的剪切粘接強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率均較高，所以聚醚二元醇、三元醇的配比以1∶1、3∶2為宜。

3.3.3 粘接面積對(duì)硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度的影響

分析浸水、紫外線以及凍融循環(huán)3種條件下，粘接面積對(duì)硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度的影響。

（1）浸水條件。

浸水條件下，粘接面積對(duì)硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度的影響，結(jié)果如表8所示。

由表8可知，浸水時(shí)間越長(zhǎng)，相同粘接面積的硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度總體呈增高態(tài)勢(shì)，斷裂伸長(zhǎng)率下降；在同一浸水時(shí)間、粘接面積增加的情況下，硬泡聚氨酯板的剪切粘接強(qiáng)度隨粘接面積的增大而增大，斷裂伸長(zhǎng)率隨粘接面積的增大而下降，說(shuō)明硬泡聚氨酯板剪切強(qiáng)度基本不受浸水影響。

（2） 紫外線條件。

對(duì)硬泡聚氨酯板展開(kāi)紫外線加速老化試驗(yàn)，粘接面積對(duì)硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度影響的結(jié)果如表9所示。

由表9可知，紫外線老化前后，粘接面積為50 m2的硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度增大、黏度變高、斷裂伸長(zhǎng)率下降，粘接破壞形式為內(nèi)聚破壞；紫外線老化后，隨粘接面積的增加，硬泡聚氨酯板的剪切粘接強(qiáng)度增大，說(shuō)明硬泡聚氨酯板具有較強(qiáng)的抗紫外線性能。

（3） 凍融循環(huán)。

長(zhǎng)時(shí)間凍融循環(huán)會(huì)破壞建筑外墻外保溫的硬泡聚氨酯板粘接界面，凍融測(cè)試不同處理形式下，粘接面積對(duì)硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度影響的結(jié)果如表10所示。

由表10可知，粘接面積相同的情況下，浸水處理的硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度值最小，凍融循環(huán)

次之，冷凍處理的硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度最大；相同處理?xiàng)l件下，硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度值跟隨粘接面積的增大而增大。由此可見(jiàn)，硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度性能受凍融循環(huán)條件影響較小。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)研究綠色建筑節(jié)能保溫硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度性能，分析內(nèi)部因素和外部因素對(duì)綠色建筑節(jié)能保溫硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度的影響。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知在不同環(huán)境下建筑節(jié)能保溫硬泡聚氨酯板剪切粘接強(qiáng)度與粘接面積存在正向關(guān)系。制備的硬泡聚氨酯板能夠提高綠色建筑的節(jié)能保溫效果，且能夠抵御各種惡劣環(huán)境條件的腐蝕，達(dá)到較好的應(yīng)用效果，令建筑結(jié)構(gòu)更加安全穩(wěn)固。

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