濕度對建筑用硬質(zhì)聚氨酯保溫材料保溫性能的影響

■彭 菁，邵 曌，張喜翠，張曉敏，王婷婷，文昕杰，李其馨

■1.四川產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢測院，四川 成都 610100;2.四川省特種設(shè)備檢驗研究院，四川 成都 610061

建筑節(jié)能是執(zhí)行國家環(huán)境保護和節(jié)約能源政策的主要內(nèi)容，是貫徹國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。硬質(zhì)聚氨酯保溫材料作為一種新型建筑材料很早就已用于建筑領(lǐng)域。20 世紀60 年代早期，英國就將硬質(zhì)聚氨酯做成夾芯板，用在墻體和屋頂。硬質(zhì)聚氨酯應(yīng)用于墻體保溫材料時，其性能的變化會影響其墻體的保溫性。因此，研究硬質(zhì)聚氨酯保溫材料的老化機理非常重要。

保溫材料保溫性能主要以材料本身的導(dǎo)熱系數(shù)來衡量，導(dǎo)熱系數(shù)是材料本身所固有的屬性，表征物質(zhì)傳遞熱量能力的大?。?］。鄧朝暉［2］等對影響建筑材料導(dǎo)熱系數(shù)的因素進行了綜述，認為影響材料導(dǎo)熱系數(shù)的因素有材料密度、濕度、化學(xué)成分、空隙大小、閉口孔隙率、空隙內(nèi)氣體的種類等。硬質(zhì)聚氨酯泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)主要取決于泡孔內(nèi)氣體的熱導(dǎo)率值，氣體熱導(dǎo)率值越低，泡沫的熱導(dǎo)率值也越低［3］。硬質(zhì)聚氨酯泡沫的老化研究主要集中在熱老化或熱氧降解方面［4-6］。M.R.Salazar［7］采用濕熱老化試驗?zāi)M了聚氨酯彈性體的室內(nèi)貯存老化，研究結(jié)果表面酯基水解是聚氨酯彈性體室內(nèi)貯存過程中老化的主要原因，劉元俊等［8］通過對比室內(nèi)貯存老化規(guī)律和人工加速濕熱老化規(guī)律，同樣表明酯基水解是硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料壓縮性能下降的主要原因。

本研究在高低溫交變加熱老化試驗條件下，通過對比沒有水分和有水分時硬質(zhì)聚氨酯保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的變化，考察空氣濕度對硬質(zhì)聚氨酯保溫材料保溫性能的影響。

1 試驗部分

1.1 試樣制備

試驗樣品為市場購買的建筑用硬質(zhì)聚氨酯泡沫，裁成200 ×200mm大小的試樣，去除其外層材料及表皮，僅剩余單獨的聚氨酯泡沫層，試樣最終試驗尺寸為200 ×200 ×40mm。

1.2 人工加速老化試驗

人工加速老化試驗使用高低溫交變濕熱老化，試驗設(shè)備為上海增達環(huán)境試驗設(shè)備有限公司生產(chǎn)的高低溫交變濕熱試驗箱(ZTH100C型)，高低溫交變試驗以24 小時為一個試驗周期，溫度范圍為-30℃～70℃，濕度范圍為:A∶0～90%;B∶0%，一個老化試驗周期如表1 所示。

表1 24 小時試驗周期詳細計劃

將制備好的硬質(zhì)聚氨酯泡沫放入高低溫交變試驗箱內(nèi)，為了使樣品各面都充分處于相同溫濕度環(huán)境中，試驗樣品置于中間網(wǎng)格一層，并且樣品之間不重疊不接觸，間距≥10cm。將試樣份兩組，一組直接放置在高低溫交變箱內(nèi)，一組放于密封袋中以隔絕水分，其余試驗條件均相同。

1.3 導(dǎo)熱系數(shù)測定

按照GB/T 21558-2008《建筑絕熱用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料》中5.8 導(dǎo)熱系數(shù)中給出方方法進行硬質(zhì)聚氨酯泡沫導(dǎo)熱系數(shù)的測定。測試平均溫度為23℃，冷熱板溫差為23℃。檢測設(shè)備為德國耐馳儀器公司生產(chǎn)的導(dǎo)熱系數(shù)測定儀(HFM436/3/1E 型)。不同老化時間下檢測硬質(zhì)聚氨酯泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)，分別是0、1、2、5、10、15、20、25、30、35、40、45、55、65 天。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對硬質(zhì)聚氨酯泡沫老化后的導(dǎo)熱系數(shù)的影響

硬質(zhì)聚氨酯泡沫在隔絕水分情況下，經(jīng)過高低溫循環(huán)老化，其老化時間與試樣導(dǎo)熱系數(shù)變化的關(guān)系見圖1。從圖1 可以看出，隨著高低溫循環(huán)老化時間的增加，試樣的導(dǎo)熱系數(shù)在前40 天基本保持穩(wěn)定，之后隨著高低溫循環(huán)老化時間的增加，試樣的導(dǎo)熱系數(shù)呈現(xiàn)增大趨勢。

圖1 溫度對硬質(zhì)聚氨酯泡沫老化后的導(dǎo)熱系數(shù)的影響

2.2 溫濕度對硬質(zhì)聚氨酯泡沫老化后的導(dǎo)熱系數(shù)的影響

在相同高低溫循環(huán)老化條件下，考察了溫濕度同時作用對硬質(zhì)聚氨酯泡沫導(dǎo)熱系數(shù)的影響，其老化時間與試樣導(dǎo)熱系數(shù)變化的關(guān)系見圖2。從圖2 可以看出，隨著高低溫濕熱循環(huán)老化時間的增加，試樣的導(dǎo)熱系數(shù)呈現(xiàn)增大趨勢。

圖2 溫濕度對硬質(zhì)聚氨酯泡沫老化后的導(dǎo)熱系數(shù)的影響

2.3 老化過程中濕度影響硬質(zhì)聚氨酯泡沫導(dǎo)熱系數(shù)的原因

通過對比單純熱老化和濕熱老化對硬質(zhì)聚氨酯泡沫導(dǎo)熱系數(shù)的影響，從圖1 和圖2 中隨著老化時間導(dǎo)熱系數(shù)的變化趨勢可以得到，濕度相對于溫度來說，是影響硬質(zhì)聚氨酯泡沫導(dǎo)熱系數(shù)的一個重要因素。

硬質(zhì)聚氨酯材料中存在大量的酯基，達到一定溫度時，在水分子的作用下發(fā)生水解反應(yīng)，使分子鏈斷裂而導(dǎo)致聚氨酯材料的降解，進一步影響聚氨酯材料的閉孔率，導(dǎo)致其保溫性能下降。硬質(zhì)聚氨酯的水解可用式(1)表示:

3 結(jié)論

采用高低溫交變濕熱試驗箱對硬質(zhì)聚氨酯泡沫進行熱老化和濕熱老化，通過對比在相同熱老化過程中，有無濕度參與熱老化時對硬質(zhì)聚氨酯泡沫導(dǎo)熱系數(shù)的影響，實驗結(jié)果表明在有濕度參與的老化過程中，硬質(zhì)聚氨酯泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)明顯有增大趨勢。表明在濕熱老化條件下酯基的水解是硬質(zhì)聚氨酯泡沫導(dǎo)熱系數(shù)增大的主要原因。

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