新型非織造建筑材料的應(yīng)用探索

吳 銳 陳繼智 張奇龍

福建鑫華股份有限公司，福建 晉江 362241

新型非織造建筑材料的應(yīng)用探索

吳 銳 陳繼智 張奇龍

福建鑫華股份有限公司，福建 晉江 362241

對非織造材料結(jié)合膠化蜂巢技術(shù)研制出的新型非織造建筑材料——非織造蜂巢復(fù)合板進(jìn)行介紹，其一般理化性能滿足建筑外墻用有機保溫材料的需求，并擁有卓越的阻燃、耐火、保溫等特性，在生產(chǎn)流程、生產(chǎn)效率、節(jié)約資源方面遠(yuǎn)超傳統(tǒng)外墻保溫材料。

非織造蜂巢復(fù)合板，建筑材料，外墻，保溫，阻燃，耐火

2010年11月15日上海靜安區(qū)高層住宅的10～12層意外起火，整棟高樓瞬間被大火包圍。此次火災(zāi)共造成58人死亡，而起火的原因竟是高樓當(dāng)時正在進(jìn)行的外墻保溫節(jié)能改造工程。施工中焊接的火花濺射到外墻保溫材料上，引發(fā)外墻保溫材料起火，火勢迅速蔓延至整棟高樓，并產(chǎn)生了大量的煙塵和有毒氣體，大量人員被困于樓中無法逃生，最終釀成慘劇[1]。這一慘劇向人們提出了建筑保溫材料防火、阻燃新課題。

1 建筑用有機保溫材料當(dāng)前狀況

節(jié)約能源是資源節(jié)約型社會的重要組成部分。建筑能耗占社會總能耗的30%～40%。建筑外墻使用保溫隔熱材料是降低建筑能耗的一項重要舉措。2013年北京市在國內(nèi)率先實施建筑節(jié)能新標(biāo)準(zhǔn)——DB11/T 891—2012《居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)提出了建筑節(jié)能設(shè)計75%的目標(biāo),即以1980—1981年的建筑能耗為基礎(chǔ)，實現(xiàn)節(jié)能75%。目前,各方為達(dá)到此節(jié)能效果都在積極研發(fā)新材料，努力提升產(chǎn)品效能[2]。

建筑市場現(xiàn)有有機保溫材料主要包括苯板(EPS)、擠塑板(XPS)和聚氨酯(PU)等三種，它們的主要特點是質(zhì)輕、保溫性好、施工便捷，但也存在防火安全性差、易老化等根本性缺陷。它們不僅易燃，而且燃燒時會產(chǎn)生大量的有毒氣體。一旦突發(fā)火災(zāi)，由它們包裹的建筑不僅會被大火迅速包圍，而且建筑內(nèi)外都會充滿有毒氣體，這不僅提高了火災(zāi)發(fā)生的概率，還加大了救援的難度，影響被困人員的安全撤離和逃生[3]。

另據(jù)相關(guān)部門調(diào)查，目前外墻有機保溫材料的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行尚不規(guī)范。生產(chǎn)廠商基于成本、市場等因素各自為陣，不能全面按照消防設(shè)計要求生產(chǎn)相應(yīng)的防火材料，耐火等級等重要指標(biāo)離國家的規(guī)范要求和評價體系尚有差距，這為建筑火災(zāi)事故的發(fā)生埋下了先天性的安全隱患。加之建筑施工周期長，作業(yè)現(xiàn)場隱患叢生，易存在火災(zāi)隱患的盲點，如材料在施工現(xiàn)場的存放也是安全施工的重要組成部分。

因此，改進(jìn)建筑外墻用有機保溫材料，克服其燃燒速度快、燃燒隱匿，以及一旦燃燒便很難控制等缺點，是材料業(yè)界創(chuàng)新的重點課題。

2 非織造產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)

非織造產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)突破了傳統(tǒng)的紡織原理，無需經(jīng)過傳統(tǒng)的紡織加工工藝。將紡織原料或長絲進(jìn)行定向或隨機的排列以形成纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)，然后采用機械、熱黏合或化學(xué)等方法加固，即得非織造產(chǎn)品，具有生產(chǎn)流程短、自動化程度高、效率高、生產(chǎn)成本低、加工原料種類豐富等優(yōu)勢。而將非織造產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用于建筑保溫材料，可在很大程度上降低保溫材料的生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率，且更加節(jié)能環(huán)保、更具資源綜合利用性，同時還可賦予產(chǎn)品多樣的功能性等[4]。

當(dāng)前，非織造布已經(jīng)過近三十年的發(fā)展，其世界產(chǎn)量每年在以10%～14%的增長率向前發(fā)展[5]。我國非織造產(chǎn)業(yè)基于不斷的創(chuàng)新，加之已經(jīng)適應(yīng)多元化的市場，自2010年以來，一直保持著飛速發(fā)展，現(xiàn)今我國已成為全球最大的非織造布生產(chǎn)國及消費國，擁有成熟的非織造生產(chǎn)工藝，以及足量乃至過剩的非織造布生產(chǎn)產(chǎn)能[6]。

非織造生產(chǎn)技術(shù)最大的優(yōu)勢是吃“雜糧”，其除了可加工傳統(tǒng)的紡織原料外，還可對回收的紡織廢料進(jìn)行綜合再利用，以降低建筑成本，還可使用功能性纖維賦予材料更多的特殊性能[7]。非織造布所涉及的化學(xué)纖維有黏膠纖維、聚酯纖維、聚丙烯纖維、聚酰胺纖維、聚乙烯醇纖維等，且大部分為回收再利用纖維，如由回收瓶片制成的聚酯纖維，符合當(dāng)今資源綜合利用的節(jié)約型綠色環(huán)保理念；所涉及的無機纖維包括玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維、陶瓷纖維等，可利用無機纖維的功能性研制出具有各種特殊性能的非織造產(chǎn)品，這已成為現(xiàn)今非織造行業(yè)的主流科研方向。

3 新型非織造建筑材料

福建鑫華股份有限公司利用非織造產(chǎn)品作為新型建筑材料的基材，并結(jié)合特殊的膠化整理技術(shù)，研制出具有阻燃、保溫、防水等功能性的新型非織造建筑材料——非織造蜂巢復(fù)合板，其選用目前航空航天工業(yè)中應(yīng)用廣泛的蜂巢結(jié)構(gòu)(圖1)，既節(jié)約了原料(與同等體積的同類建筑材料相比，其質(zhì)量要輕得多)，又結(jié)構(gòu)穩(wěn)定(可保證成品的承重能力)，還具有出色的隔聲效能。

(a) 示意

(b) 實物

這種利用特殊膠化整理技術(shù)結(jié)合蜂巢結(jié)構(gòu)制成的非織造蜂巢復(fù)合板，其物性指標(biāo)大體符合建筑外墻用有機保溫材料的要求，還具有耐火、阻燃、防水、抗老化、耐酸堿等性能，可用作建筑外墻用保溫板材。其中，耐火和阻燃性能最為卓越。

3.1 阻燃性能測試

取尺寸為150 mm×120 mm×45 mm的單層非織造蜂巢復(fù)合板放置于鋼管上方，使用日常鋼鐵切割用乙炔火槍，對準(zhǔn)非織造蜂巢復(fù)合板一面的中心位置進(jìn)行噴燒(圖2)。

圖2 乙炔火槍噴燒非織造蜂巢復(fù)合板

持續(xù)噴燒20 s后將火源移開，發(fā)現(xiàn)非織造蜂巢復(fù)合板立即停止燃燒，只在短時間內(nèi)散發(fā)出無刺鼻氣味的白煙并很快散去，且燃燒未產(chǎn)生粉塵物質(zhì)(圖3)。

圖3 噴燒20 s后的非織造蜂巢復(fù)合板

此時用手觸摸噴燒20 s后的非織造蜂巢復(fù)合板完好無損的另一面(圖4)，可感受到些許溫度，這表明該非織造蜂巢復(fù)合板具有高效的隔熱保溫效能，能有效地阻隔火焰的蔓延及熱量的傳導(dǎo)。

圖4 噴燒20 s后的非織造蜂巢復(fù)合板的另一面可觸摸

因此，根據(jù)測試結(jié)果可判斷非織造蜂巢復(fù)合板的燃燒性能已達(dá)到A2級(即難燃級)。發(fā)生火災(zāi)時，非織造蜂巢復(fù)合板不僅可以阻隔火勢的蔓延、避免有毒氣體的產(chǎn)生，還能有效阻隔火災(zāi)產(chǎn)生的熱量的傳導(dǎo)。廣泛應(yīng)用此非織造蜂巢復(fù)合板，可有效減少火災(zāi)事故的發(fā)生、贏得更多的救災(zāi)時間、挽救更多的無辜生命、減少不必要的財產(chǎn)損失。

3.2 阻燃隔熱原理分析

膠化處理使大量的阻燃樹脂填充在非織造布纖維之間，并在一定程度上固化了纖維組織結(jié)構(gòu)。高溫環(huán)境下，樹脂開始分解并釋放出水蒸氣、二氧化碳及氨氣，能在一定程度上起到降溫作用；繼而樹脂開始發(fā)泡膨脹，同時分解出強酸物質(zhì)，纖維開始炭化、脫水，成為耐高溫并具有高強度的無機碳，此時由樹脂發(fā)泡與炭化基材組成的阻燃隔熱層形成。這也是非織造蜂巢復(fù)合板的一面已面對熊熊大火，而另一面仍能處于常溫之下的原因所在，其能實現(xiàn)將千度高溫阻隔在分寸之外。

3.3 生產(chǎn)高效

福建鑫華股份有限公司選用再生纖維——滌綸為原料，通過優(yōu)化的非織造生產(chǎn)技術(shù)，制備出薄型滌綸非織造基布(其滌綸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%)。再通過后整理技術(shù)，將整幅基布浸軋于特殊的膠化劑中，后通過拉幅聯(lián)合機定型。非織造蜂巢復(fù)合板的生產(chǎn)工藝流程如圖5所示。

目前整個生產(chǎn)工藝流程已基本實現(xiàn)自動化，單條生產(chǎn)線生產(chǎn)速率可達(dá)10 m2/min以上。理論上，一條生產(chǎn)線生產(chǎn)一棟10層建筑外墻所用板材只需約1～2 h， 一個中型小區(qū)的節(jié)能保溫改造工程所用的材料可在2 d內(nèi)完成。極高的生產(chǎn)效率降低了生產(chǎn)成本和能源消耗。

(a) 基布(芯塊基材)

(b) 基布(面板基材)

(c) 非織造蜂巢復(fù)合板(利用蜂窩紙芯生產(chǎn)線)

3.4 結(jié)構(gòu)性能多樣

非織造蜂巢復(fù)合板制作工藝簡單、靈活，可根據(jù)實際需要調(diào)整單層復(fù)合板的厚度，或制作多層復(fù)合板，還可根據(jù)實際承重需要調(diào)整蜂巢結(jié)構(gòu)的密度。

非織造蜂巢復(fù)合板的理化性能取決于膠化劑，所以只需改變膠化劑的種類，不必改變工藝設(shè)施及工藝流程，便可生產(chǎn)出阻燃、耐火、防潮、防水、耐酸、耐堿、防蟲咬等不同特性的多用途產(chǎn)品，以適應(yīng)不同環(huán)境及需求。

4 產(chǎn)品應(yīng)用及前景展望

4.1 產(chǎn)品應(yīng)用

目前，非織造蜂巢復(fù)合板的膠化整理技術(shù)已成功應(yīng)用于移動板房的建造，并已投入市場。移動板房結(jié)合蜂巢的理念被設(shè)計成六角形，不僅能充分發(fā)揮材料的各項性能，還能充分體現(xiàn)時代感與設(shè)計感(圖6)。建成的移動板房具有阻燃、輕便、成本低等性能。

4.2 前景展望

非織造蜂巢復(fù)合板制作工藝簡單、原料種類豐富、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)周期短、阻燃保溫性能優(yōu)越、承重能力強、輕巧易安裝，還可根據(jù)具體要求調(diào)整其理化性能。它能取代現(xiàn)有市場廣泛使用的建筑外墻用有機保溫材料，大大降低火災(zāi)發(fā)生的概率，有效降低節(jié)能保溫改造工程的成本，能在火災(zāi)發(fā)生時挽救更多無辜的生命，減少財產(chǎn)損失，還可在一定程度上提高建筑用材的安全性(阻燃、防火、抗震等)。非織造蜂巢復(fù)合板不僅適用于一般民居、廠房、移動板房的建造，還可用于特殊要求的場所，如軍工倉庫、軍工制造、化學(xué)易燃易爆品倉庫、航空航天等高端領(lǐng)域，實現(xiàn)節(jié)能降耗。

[1] 李燕.上海高層住宅火災(zāi)提出保溫材料新課題[J].建筑節(jié)能,2010，38(12):5.

[2] 曹越.解讀北京市《居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(DBJ 01-602-2004)[J].墻材革新與建筑節(jié)能,2004(7):11-14.

[3] 孫德民.關(guān)于推廣應(yīng)用苯板(EPS)外墻外保溫技術(shù)的三點質(zhì)疑[J].遼寧建材,2008(9)：28-30.

[4] 馬建偉,陳韶娟.非織造布技術(shù)概論[M].北京：中國紡織出版社,2009：47-47.

[5] 徐樸.我國非織造布工業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展[C]//第四屆全國針刺非織造布、過濾材料生產(chǎn)技術(shù)與應(yīng)用交流會.北京：中國產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)協(xié)會，2007:75-76.

[6] 鄭寧來.我國成為全球最大的非織造布生產(chǎn)國[J].合成技術(shù)及應(yīng)用,2015，30(2):32-32.

[7] 趙永霞.非織造布生產(chǎn)原料的發(fā)展與變遷[J].紡織導(dǎo)報,2008(2):80-83.

Application and exploration of new type of nonwovens for building materials

WuRui，ChenJizhi，ZhangQilong

Fujian Xinhua Co., Ltd., Jinjiang 362241, China

The nonwoven honeycomb composite board, which was a new type of nonwovens for building materials that combined nonwoven materials with gelled honeycomb technology, was introduced. Its general physical and chemical properties could meet the request of building exterior walls with organic insulation materials, and the properties of flame retardant, fire resistance and thermal insulation were excellent. The nonwoven honeycomb composite board was far more than the traditional thermal insulation materials for exterior walls in the production process, production efficiency and resource conservation.

nonwoven honeycomb composite board, building material, external wall, thermal insulation, flame retardant, fire resistance

圖6 六角形移動板房

2016-07-04

吳銳，男，1965年生，工程師，主要從事無紡布的開發(fā)與生產(chǎn)工作

陳繼智，E-mail：chenjz@costingroup.com

TU54，TB332

A

1004-7093(2017)01-0007-04