有機保溫材料的性能分析

桑 穎 慧

(山西省建筑科學研究院，山西 太原 030001)

有機保溫材料的性能分析

桑 穎 慧

(山西省建筑科學研究院，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，應揚長避短，綜合利用，充分發(fā)揮各種材料的優(yōu)勢。

有機保溫材料，表觀密度，壓縮強度，導熱系數(shù)

保溫材料是指對熱流具有顯著阻抗性的材料和材料復合體。材料導熱系數(shù)的大小直接決定了材料的保溫性能，導熱系數(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)能減排工程的進行，建筑保溫材料得到了廣泛的應用。現(xiàn)在建筑市場有很多種保溫材料，按化學成分可分為有機保溫材料，無機保溫材料及金屬保溫材料；從保溫性能而言，無機材料比有機材料差。無機類保溫材料的導熱系數(shù)一般都較高，大約在0.065 W/(m·K)，有的可能更高，直接導致保溫效果不好。常用的有機類保溫材料的導熱系數(shù)均在0.020 W/(m·K)～0.041 W/(m·K)范圍之間，導熱系數(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致產(chǎn)品性能指標的多樣化。本文對山西省常用有機保溫材料的性能指標進行了綜合分析，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，即成為具有微細閉孔結構的白色固體。

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，對這些材料進行加熱擠塑，即成為具有閉孔結構的硬質泡沫塑料。

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)中導入石墨，使其在保護優(yōu)良的保溫性能基礎上，具有更加良好的阻燃防火性能。

熱固型改性聚苯板，運用“高分子蜂窩狀結構隔離倉”技術，使高分子閉孔發(fā)泡小球材料與防火隔離層有相同共性，形成獨特的蜂窩狀結構，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建筑絕熱用硬質聚氨酯泡沫塑料，GB/T 20974—2007絕熱用硬質酚醛泡沫制品(PF)，GB/T 6343—2009泡沫塑料與橡膠表觀密度的測定，GB/T 8813—2008硬質泡沫塑料壓縮強度試驗方法，GB/T 8810—2005硬質泡沫塑料吸水率試驗方法，GB/T 8811—2008硬質泡沫塑料尺寸穩(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種材料進行導熱系數(shù)、尺寸穩(wěn)定性、表觀密度、燃燒性能、壓縮強度、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，進行表觀密度、壓縮強度分析；采用試件尺寸為300 mm×300 mm×28 mm的長方體試塊，進行導熱系數(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，進行燃燒性能分析。

2.3 結果及分析

1)6個不同產(chǎn)品的導熱系數(shù)、表觀密度、體積吸水率、壓縮強度和尺寸穩(wěn)定性結果分析。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，酚醛樹脂板進行導熱系數(shù)、表觀密度、體積吸水率、壓縮強度和尺寸穩(wěn)定性結果分析，分析結果如表1所示。

表1 不同有機保溫材料的分析結果

從表1和圖1可以看出，XPS的壓縮強度最大，聚氨酯保溫板和熱固型改性聚苯板的壓縮強度次之，SEPS的壓縮強度最小。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行加熱，最后擠壓成型，其內部為獨立的密閉式氣泡結構，發(fā)泡結構緊密相連且無縫隙。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有關，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的導熱系數(shù)最大，熱固型改性聚苯板的導熱系數(shù)次之，聚氨酯保溫板的導熱系數(shù)最小。保溫材料保溫性能的重要指標是導熱系數(shù)，保溫材料的保溫隔熱性能好，其導熱系數(shù)一定小。保溫材料的分子結構及其化學成分、濕度、密度和溫度都會直接影響導熱系數(shù)。具有硬泡微孔的聚氨酯保溫板有比空氣的導熱系數(shù)還小的發(fā)泡劑，致使聚氨酯保溫板的導熱系數(shù)較低。但是，發(fā)泡劑由于擴散作用，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熱系數(shù)的高低，而原材料加工時的性能和加工條件導致吸水量各不相同。吸水率高，則絕熱性能差，保溫材料吸水后在低溫情況下，吸入的水極易結冰，從而破壞了保溫材料的結構，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泡沫塑料。這樣的材性決定XPS在相同的溫差變化情況下，內部將會產(chǎn)生較其他保溫板更大的溫度應力和溫度變形。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)狀結構，閉孔率高，抗壓強度大且耐熱穩(wěn)定性好，完全使用溫度達120 ℃，而EPS，XPS屬熱塑性發(fā)泡呈顆粒和線體結構，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果分析。運用不同廠家生產(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，酚醛樹脂板進行燃燒性能結果分析，分析結果如表2所示。

表2 不同有機保溫材料燃燒性能測試結果

從表2看出，熱固型改性聚苯板燃燒性能可達到等效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，運用“高分子蜂窩狀結構隔離倉”技術，使防火隔離層與高分子閉孔發(fā)泡小球材料相結合，形成蜂窩狀結構，該結構非常獨特，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傳導，整體結構完整，且煙氣量低無毒。

3 結語

保溫材料的性能指標相互影響，聚氨酯導熱系數(shù)最小，尺寸穩(wěn)定性最好，但隨著時間推移導熱系數(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，應結合工程實際情況，揚長避短，綜合利用，這樣才能充分發(fā)揮各種材料的優(yōu)勢。

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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

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