基于聚苯乙烯泡沫塑料的室內(nèi)設(shè)計(jì)中保溫材料應(yīng)用

劉夏瀅，姜廣策

（1.河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院人文與設(shè)計(jì)學(xué)院，河南新鄭 451192 ； 2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，鄭州 450002）

近年來隨著高分子材料的快速發(fā)展，其在日常生活中的應(yīng)用也越來越廣泛。樊星[1]詳細(xì)地介紹了現(xiàn)階段建筑市場(chǎng)上的泡沫塑料發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了市場(chǎng)對(duì)于建筑保溫材料的強(qiáng)烈需求。與此同時(shí)，市場(chǎng)上的保溫材料種類繁多。唐啟恒等[2]和王正洲等[3]分別研究的聚丙烯／竹纖維保溫復(fù)合材料、石墨可發(fā)性聚苯乙烯／水泥復(fù)合泡沫材料在保溫性能上也能達(dá)到很好的效果。而市場(chǎng)上在考慮經(jīng)濟(jì)效應(yīng)[4]和相應(yīng)的制備工藝[5]時(shí)，更多的選擇是聚苯乙烯泡沫塑料板。聚苯乙烯泡沫塑料復(fù)合材料作為新型的可回收[6]、綠色環(huán)保[7]、節(jié)能[8]保溫材料在市場(chǎng)上的占有率越來越高。王紅麗等[9]研究發(fā)現(xiàn)：聚苯乙烯泡沫塑料與普通的塑料相比，具有很好的防潮和保溫性能，且易于加工，力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性能也表現(xiàn)良好。揚(yáng)中文等[10]分析了現(xiàn)代建筑外墻中聚苯乙烯泡沫塑料的阻燃技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，并闡述了其作用的機(jī)理。其它文獻(xiàn)研究還發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段建筑外墻外保溫領(lǐng)域內(nèi)熱固性和熱塑性的聚乙烯保溫材料應(yīng)用也很廣泛[11-14]。

以聚苯乙烯泡沫塑料作為研究對(duì)象，對(duì)其不同的壓縮性能、耐火性能和熱導(dǎo)率等分析其獨(dú)特的化學(xué)和物理性能。同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)代室內(nèi)設(shè)計(jì)中屋面、地面和屋頂結(jié)構(gòu)中保溫材料的應(yīng)用，闡述了聚苯乙烯泡沫塑料應(yīng)用與室內(nèi)設(shè)計(jì)保溫材料的可行性和其發(fā)展前景。

1 聚苯乙烯泡沫塑料性能分析

隨著現(xiàn)代建筑節(jié)能的要求，現(xiàn)階段在室內(nèi)設(shè)計(jì)中往往需要考慮建筑材料的節(jié)能。聚苯乙烯泡沫塑料作為一種新型的高分子保溫材料在建筑的室內(nèi)設(shè)計(jì)中得到了很廣泛的應(yīng)用[15]。劉喜山等[16]、郭顏風(fēng)[17]、王永壘等[18]分別對(duì)聚苯乙烯泡沫塑料的阻燃性能進(jìn)行了深入的研究。聚苯乙烯泡沫塑料的性能主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

1.1 壓縮性能

圖1 為聚苯乙烯泡沫塑料的壓縮強(qiáng)度與密度線性擬合的關(guān)系圖[19]。從圖1 可以看出，當(dāng)聚苯乙烯泡沫塑料的密度逐漸增加時(shí)，其壓縮強(qiáng)度也呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。當(dāng)聚苯乙烯泡沫塑料的密度從65 kg／m3增加到80 kg／m3時(shí)，其壓縮強(qiáng)度的變化趨勢(shì)為348 MPa 到365 MPa，此時(shí)聚苯乙烯泡沫塑料的壓縮強(qiáng)度隨著其密度的增加呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。當(dāng)其密度在80 kg／m3到93 kg／m3之間時(shí)，聚苯乙烯泡沫塑料的壓縮強(qiáng)度基本保持不變。當(dāng)聚苯乙烯泡沫塑料的密度從93 kg／m3增加到110 kg／m3時(shí)，其壓縮強(qiáng)度也隨著密度不斷增加。通過相應(yīng)的擬合可以得出聚苯乙烯泡沫塑料壓縮強(qiáng)度與其密度的關(guān)系式。

圖1 聚苯乙烯泡沫塑料密度與壓縮強(qiáng)度之間的關(guān)系

從圖1 中的擬合曲線可以看出，聚苯乙烯泡沫塑料的壓縮強(qiáng)度與其密度呈現(xiàn)正相關(guān)的變化趨勢(shì)。泡沫材料的物理性能中一個(gè)很重要的性能是壓縮性能。當(dāng)外界的力作用于聚苯乙烯泡沫塑料上時(shí)，隨著其密度的逐漸增加，其壓縮強(qiáng)度能保持增加的趨勢(shì)，故綜合考慮可以選用相對(duì)較大密度的聚苯乙烯泡沫塑料，以使其能夠很好地發(fā)揮抵抗外力的作用。

1.2 熱導(dǎo)率

為了能夠很好地了解材料的保溫性能，研究了材料的熱導(dǎo)率。圖2 為聚苯乙烯泡沫塑料的熱導(dǎo)率隨著其密度變化的趨勢(shì)[19]。通過不同的測(cè)量值可以發(fā)現(xiàn)，隨著聚苯乙烯泡沫塑料的密度逐漸增加，其熱導(dǎo)率也基本保持著線性變化的趨勢(shì)。

圖2 聚苯乙烯泡沫塑料密度隨熱導(dǎo)率變化趨勢(shì)

從圖2 的擬合曲線可以看出,聚苯乙烯泡沫塑料的熱導(dǎo)率與其密度呈現(xiàn)同比例增減的變化趨勢(shì)。熱導(dǎo)率對(duì)于材料保溫性能來說是一個(gè)很重要的參數(shù)。聚苯乙烯泡沫由于其獨(dú)特的孔洞結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其能夠有很大的透氣性能，在相同的密度情況下，其能夠表現(xiàn)很好的導(dǎo)熱傳遞性能。同時(shí)，隨著其密度逐漸增加，聚苯乙烯泡沫塑料的熱導(dǎo)率不斷增加，其保溫隔熱性能相應(yīng)的降低。

1.3 吸水率

聚苯乙烯的吸水率對(duì)于建筑的防火性能有著很大的影響[19]。泡沫塑料的吸水率與其密度呈相反的變化趨勢(shì)。聚苯乙烯材料屬于易燃的物質(zhì)，在使用其作為保溫材料的過程中需要結(jié)合其吸水率的特性考慮其防火和安全性能[20-21]。聚苯乙烯泡沫塑料在吸水的過程中，其孔隙率逐漸變小，熱導(dǎo)率卻不斷的增加。圖3 為聚苯乙烯泡沫塑料的熱導(dǎo)率隨著吸水率的變化趨勢(shì)[19]。

圖3 吸水率與熱導(dǎo)率的關(guān)系

2 聚苯乙烯泡沫塑料保溫材料特性

聚苯乙烯泡沫塑料按照其成型方式劃分可以分為：模塑、擠塑聚苯乙烯泡沫塑料。這兩種材料相對(duì)于普通的泡沫塑料有著很低的吸水率，同時(shí)由于其結(jié)構(gòu)為蜂窩狀，導(dǎo)致其導(dǎo)熱性能也很低。由于泡沫塑料的普遍耐火性能不強(qiáng)，現(xiàn)階段還沒有很好的方式能夠完美的解決其防火安全性能。聚苯乙烯泡沫塑料特殊的蜂窩結(jié)構(gòu)決定了其內(nèi)部的通氣性能良好，在空氣中能夠不斷地補(bǔ)充氧氣，火災(zāi)發(fā)生時(shí)不易撲滅。因此，現(xiàn)階段的聚苯乙烯泡沫塑料用于室內(nèi)設(shè)計(jì)保溫時(shí)往往需要增加相應(yīng)的耐火涂料或阻燃技術(shù)。蘇云輝等[22]和周瑩[23]分別研究了在新疆地區(qū)和栽培種植管理相同的全聚苯乙烯泡沫板墻體(200 mm)日光溫室不同情況下聚苯乙烯泡沫塑料在建筑墻體中的保溫效果。

劉素芳等[24]研究發(fā)現(xiàn)，擠塑聚苯乙烯泡沫塑料相對(duì)于模塑聚苯乙烯泡沫塑料有更加明顯的優(yōu)點(diǎn)：其在潮濕的氛圍下吸水性很差，從而滿足了在特定情況下的使用。同時(shí)，擠塑聚苯乙烯泡沫塑料能夠在保溫隔熱的前提下達(dá)到抵抗水蒸氣侵蝕的效果。

3 聚苯乙烯泡沫塑料保溫材料在室內(nèi)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在現(xiàn)代建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)中，為了能夠滿足節(jié)能和工程成本的要求，保溫材料中大量地使用了聚苯乙烯泡沫塑料。同時(shí)，聚苯乙烯泡沫顆粒和酚醛樹脂泡沫顆粒進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕旌蠎?yīng)用在建筑中起到很好的阻燃效果[25-27]。主要從墻體、地面和屋頂三個(gè)方面的保溫材料的使用闡述聚苯乙烯泡沫塑料的應(yīng)用狀況。

3.1 墻體保溫

在砌體建筑結(jié)構(gòu)中墻體普遍使用的是普通的黏土磚或者燒結(jié)磚，當(dāng)溫度很低時(shí)，其保溫性能很差，不能很好地隔絕室內(nèi)和室外的溫差。現(xiàn)今在室內(nèi)設(shè)計(jì)墻體中很多會(huì)使用復(fù)合墻體。張雙喜等[28]、孫春榮[29]研究的新型門窗和外墻保溫材料都含有一定的聚苯乙烯泡沫塑料。其主要包含普通的承重結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的保溫復(fù)合材料。其中使用最廣泛的就是聚苯乙烯泡沫塑料。聚苯乙烯泡沫塑料能夠根據(jù)不同的墻體形態(tài)進(jìn)行特定的制取，當(dāng)室內(nèi)外溫差不大時(shí)可以直接在墻體噴涂聚苯乙烯泡沫塑料復(fù)合漿體保溫材料[30-31]。

3.2 地面保溫

室內(nèi)地面在設(shè)計(jì)之初有多種選擇，普通的保溫材料不能滿足全部材質(zhì)的選擇，但聚苯乙烯泡沫塑料能夠針對(duì)不同的地面具有很好的保溫效果。在北方由于氣溫的影響，對(duì)于建筑室外的渠道都會(huì)考慮相應(yīng)的保溫效果[32-33]。劉群昌等[34]通過研究聚苯乙烯泡沫塑料板，分析了其針對(duì)北方渠道和室外地面的保溫效果。

聚苯乙烯泡沫塑料的壓縮性能優(yōu)越，能夠適應(yīng)于室內(nèi)地板的荷載，同時(shí)還能保持一定的保溫隔熱性能。通常在室內(nèi)地面上使用聚苯乙烯泡沫塑料的厚度為30～80 mm，能夠很好地與地面地板結(jié)合，達(dá)到抗壓和保溫雙重效果。

3.3 屋頂保溫

以往屋頂設(shè)計(jì)中在考慮保溫效果時(shí)一般采用的是雙層通風(fēng)屋頂和高反射率的屋面隔熱涂料作為保溫層，同時(shí)在其上方加鋪一層防水材料[35]。這樣的設(shè)計(jì)由于屋頂最上的防水層外于暴露的狀態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間的作用下其防水效果極易破壞。同時(shí)，防水層的破壞還會(huì)導(dǎo)致屋頂?shù)乃致亟傅奖貙又校瑢?duì)屋頂?shù)谋匦Ч鸬胶艽蟮呢?fù)面影響。

以節(jié)能和安全性能來考慮屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)時(shí)，需要注意以下兩點(diǎn)：一是保溫層的相對(duì)承重結(jié)構(gòu)的質(zhì)量不能太大，對(duì)承重體系會(huì)產(chǎn)生影響；二是屋頂材料的吸水效果應(yīng)很低，吸水性能好的屋頂材料會(huì)加重屋頂結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，同時(shí)還會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。相比于傳統(tǒng)的屋頂保溫材料，聚苯乙烯泡沫塑料既能夠作為保溫層又能夠作為防水層。其密度小、吸水率低、保溫隔熱效果好，使用年限能夠達(dá)到50 年以上。

4 結(jié)語

聚苯乙烯泡沫塑料由于其獨(dú)特的性能可很好地應(yīng)用于室內(nèi)設(shè)計(jì)中墻體、屋頂和地面的保溫隔熱。在墻體保溫中主要是將聚苯乙烯泡沫塑料制作為特定的保溫漿體噴涂在墻體中組成復(fù)合的保溫隔熱墻體；在屋頂保溫中主要是由于其密度小、吸水率低、保溫隔熱效果好，直接作為保溫和防水層；在地面保溫中能夠很好地與地面地板結(jié)合，達(dá)到抗壓和保溫雙重效果。