建筑用聚氨酯保溫材料的性能分析
2008-08-27 00:00
| 建筑業(yè)用聚氨酯硬泡體保溫材料是聚氨酯工業(yè)的一個(gè)重要分支，其特點(diǎn)是一材多用，同時(shí)具備保溫、防水等功能。該類產(chǎn)品自上世紀(jì)60年代在歐洲建筑業(yè)應(yīng)用以來已有40年歷史，一些國(guó)家還通過立法把聚氨酯作為建筑業(yè)指定的保溫防水用材。近年來，隨著我國(guó)建筑節(jié)能市場(chǎng)的迅速發(fā)展，聚氨酯硬泡體保溫產(chǎn)品在建筑保溫防水領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，已成為主導(dǎo)市場(chǎng)的保溫節(jié)能產(chǎn)品之一。 聚氨酯（即聚氨基甲酸酯，英文縮寫PU）是在高分子主鍵上含有許多重復(fù)的—NHCOO—基團(tuán)的高分子化合物。聚氨酯系列產(chǎn)品一般是由二元或多元有機(jī)異氰酸酯和多元醇在多種助劑的作用下，經(jīng)過聚合反應(yīng)得到的高分子化合物，兩種主材中若都只含兩個(gè)或以下羥基官能團(tuán)時(shí)，聚合反應(yīng)得到的是線型結(jié)構(gòu)的化合物，若其中一種或兩種主材中，部分或全部具有三個(gè)或以上官能團(tuán)時(shí)，則可得到體型結(jié)構(gòu)的聚合物，由于聚合物的結(jié)構(gòu)不同，性能差異很大。就像鋼材一樣，雖然都是鐵碳合金，但鐵碳配比不同，熱處理工藝不同，其性能截然不同。聚氨酯原料在各行業(yè)應(yīng)用非常廣泛，因應(yīng)用的行業(yè)特性和生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，各行業(yè)對(duì)以聚氨酯為主要原料的組合材料的性能要求也不同。承擔(dān)保溫防水雙功能的聚氨酯硬泡（SPF）也完全不同于用于冰箱、冷庫僅起保溫作用的聚氨酯(PUR)，盡管它們外觀結(jié)構(gòu)看似非常相像，但作為建筑保溫防水一體化材料，聚氨酯硬泡打破了傳統(tǒng)建材功能單一、防水的不保溫、保溫的不防水、防水層一旦出現(xiàn)滲漏、保溫層隨即失去保溫功能的通病。與其它單功能保溫或防水材料相比，聚氨酯硬泡具有明顯的優(yōu)勢(shì)： 1.聚氨酯硬泡具有一材多用的功能，同時(shí)具備保溫、防水、隔音、吸振等諸多功能； 2.保溫性能卓越，是目前國(guó)內(nèi)所有建材中導(dǎo)熱系數(shù)最低（≤0.024，綠色環(huán)保無氟發(fā)泡技術(shù)）、熱阻值最高的保溫材料，導(dǎo)熱系數(shù)僅為EPS發(fā)泡聚苯板的一半； 3.聚氨酯硬泡體連續(xù)致密的表皮和近于100%%的高強(qiáng)度互聯(lián)壁閉孔，具有理想的不透水性。采用噴涂法施工達(dá)到防水保溫層連續(xù)無接縫，形成無縫屋蓋和整體外墻保溫殼體，防水抗?jié)B性能優(yōu)異； 4.超強(qiáng)的自粘性能（無需任何中間粘結(jié)材料），與屋面及外墻粘結(jié)牢固，抗風(fēng)揭和抗負(fù)風(fēng)壓性能良好； 5.整體噴涂施工，完全消除“熱節(jié)”和“冷橋”； 6.柔性漸變技術(shù)可有效阻止防水層開裂； 7.機(jī)械化作業(yè)、自動(dòng)配料、質(zhì)量均一、施工快周期短； 8.化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，對(duì)周圍環(huán)境不構(gòu)成污染； 9.離明火自熄，且燃燒時(shí)只炭化不滴淌，炭化層尺寸和外形基本不變，能有效隔斷空氣的進(jìn)入，阻止火勢(shì)的蔓延，防火安全性能好。 聚氨酯硬泡體材料本身性能的優(yōu)劣，對(duì)建筑物的使用安全性、保溫功能、防水功能有著重大的影響，在選材時(shí)必須引起高度重視。 建筑業(yè)用聚氨酯硬泡體防水保溫材料與冷庫、冰箱用聚氨酯硬質(zhì)泡沫保溫材料在性能上的極大差別，主要反映在斷裂延伸率、閉孔率、尺寸變化率、粘接強(qiáng)度四項(xiàng)性能指標(biāo)上。 區(qū)別之一：斷裂延伸率 斷裂延伸率是衡量聚氨酯硬泡抗拒應(yīng)力作用不產(chǎn)生永久變形的重要性能指標(biāo)，而僅起保溫作用，無防水功能的冷庫冰箱用聚氨酯硬質(zhì)泡沫對(duì)此項(xiàng)關(guān)鍵的性能指標(biāo)并無任何要求。 國(guó)家建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JC/T998-2006）中明確規(guī)定：聚氨酯硬泡如果作為屋面和墻體防水保溫一體化材料使用，必須滿足延伸率大于10%%的基本要求，才能保證因使用環(huán)境溫度變化、屋面及墻體的干縮濕脹、嚴(yán)冬凍融破壞以及建筑物基礎(chǔ)不均勻沉降造成的防水層斷裂、起鼓和龜裂。使聚氨酯硬泡在發(fā)揮優(yōu)異保溫功能的同時(shí)，充分展示其可靠的防水功能，只有延伸率滿足上述國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的聚氨酯硬泡才能保證建筑物冬暖夏涼，環(huán)境舒適，屋面滴水不漏，外墻永無返潮之慮。 區(qū)別之二：尺寸變化率 聚氨酯硬泡受使用環(huán)境溫度變化的影響，尺寸和體積會(huì)發(fā)生一定的變化，尺寸變化率的大小與原料的類型、泡體的結(jié)構(gòu)、芯材密度、成型工藝及發(fā)泡劑的種類等諸多因素有關(guān)，耐溫差性能較好的聚氨酯硬泡在-20攝氏度至+80攝氏度的環(huán)境溫度下，尺寸不應(yīng)發(fā)生明顯的變化。聚氨酯硬泡的閉孔率高達(dá)95%%以上，封閉在泡孔中的氣體壓力隨環(huán)境溫度的變化而變化，如果泡壁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較小，泡沫尺寸就會(huì)因閉孔中氣體壓力的變化而產(chǎn)生低溫收縮或高溫膨脹的變形，尺寸相對(duì)變形量（即尺寸變化率）越大，聚氨酯防水保溫層產(chǎn)生斷裂或開口的幾率就越大。 用于建筑的聚氨酯硬泡按國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T998-2006的規(guī)定，尺寸變化率應(yīng)≤1%，以適應(yīng)建筑物在酷暑及嚴(yán)寒季節(jié)因晝夜溫差急驟變化造成的外墻飾面系統(tǒng)線型尺寸過大的收縮和膨脹。尺寸穩(wěn)定性顯然與外墻飾面系統(tǒng)安全使用性密切相關(guān)，其值越大，安全性越差，尺寸變化率大于1%%的聚氨酯硬泡是不符合國(guó)家建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的。 區(qū)別之三：閉孔率 閉孔率是衡量材料吸水率和導(dǎo)熱系數(shù)的重要指標(biāo)，閉孔率低的硬泡吸水率和導(dǎo)熱系數(shù)都較高，對(duì)材料的保溫功能和抗凍融性能都有著至關(guān)重要的影響。建筑用聚氨酯硬泡作為屋面防水保溫材料使用時(shí)，其泡沫閉孔率至少應(yīng)大于95%%，當(dāng)閉孔率低于70%%時(shí)，短時(shí)大雨并不會(huì)造成屋面滲漏，但在多日連續(xù)陰雨的季節(jié)，由于硬泡長(zhǎng)期浸泡在雨水中，開孔泡中吸水較多，滲入泡中的雨水，在重力作用下會(huì)透過串孔進(jìn)入屋面基層，并被封存在基層和硬泡之間，即使雨過天晴，在烈日照射下短期內(nèi)也很難經(jīng)過硬泡保溫層和保護(hù)層向上排出。相反，由于屋面受陽光照射，上層溫度高，下層溫度低，水分反而向屋面下層遷移，造成雨天不漏、晴天滲漏的反?，F(xiàn)象，這種現(xiàn)象在南方黃梅季節(jié)尤甚。 區(qū)別之四：抗拉強(qiáng)度和自粘強(qiáng)度的影響 聚氨酯硬泡外墻外保溫系統(tǒng)的整體強(qiáng)度取決于聚氨酯母材的抗拉強(qiáng)度（系統(tǒng)強(qiáng)度的最薄弱環(huán)節(jié)），因此聚氨酯硬泡本身的抗拉強(qiáng)度實(shí)際上就是整個(gè)外墻飾面系統(tǒng)的抗拉拔強(qiáng)度。例如：聚氨酯硬泡的抗拉強(qiáng)度是200kpa，整個(gè)外墻系統(tǒng)的抗拉拔強(qiáng)度就是200kpa；如果此指標(biāo)下降為100kpa，則整個(gè)外墻系統(tǒng)的抗拉拔強(qiáng)度會(huì)隨之降低為原來的一半，安全系數(shù)也必然會(huì)驟降為原來的一半。 另外，建筑業(yè)用噴涂聚氨酯硬泡在材料配制時(shí)還應(yīng)充分地考慮外墻外保溫系統(tǒng)使用時(shí)的粘接強(qiáng)度要求，因此要求其對(duì)金屬、混凝土、磚石、木材、玻璃等建筑材料具有極好的自粘接性能。國(guó)家建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T998-2006和最近通過的《聚氨酯硬泡外墻外保溫工程技術(shù)導(dǎo)則》，都對(duì)聚氨酯硬泡的自粘接強(qiáng)度規(guī)定了強(qiáng)制性指標(biāo)，這也是噴涂聚氨酯硬泡相對(duì)于發(fā)泡聚苯板（EPS）和擠塑保溫板（XPS）外墻外保溫系統(tǒng)安全性具有明顯優(yōu)勢(shì)的一個(gè)重要指標(biāo)。值得一提的是，強(qiáng)度是聚氨酯硬泡最重要的力學(xué)性能，它的大小直接決定著外墻飾面系統(tǒng)的抗風(fēng)壓、抗沖擊、抗應(yīng)變能力以及承載總重量的能力，是評(píng)估外墻外保溫系統(tǒng)使用安全性的最重要、最直接的性能指標(biāo)。 綜上所述，用戶在選用聚氨酯硬泡作為建筑保溫防水雙功能材料使用時(shí)，必須按國(guó)家建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T998-2006的要求，對(duì)材料的密度、強(qiáng)度、斷裂延伸率、尺寸穩(wěn)定性及閉孔率進(jìn)行嚴(yán)格鑒定。作為目前惟一的保溫防水一體化新型建材，聚氨酯硬泡保溫材料在國(guó)內(nèi)建筑業(yè)的應(yīng)用還處于初始階段。可喜的是，為加快建筑保溫材料的革新，促進(jìn)聚氨酯硬泡在建筑節(jié)能領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，建設(shè)部還專門成立了“聚氨酯建筑節(jié)能應(yīng)用推廣工作組”，在建設(shè)部的高度重視和全力推動(dòng)下，目前聚氨酯硬泡保溫防水材料在國(guó)內(nèi)建筑節(jié)能行業(yè)的應(yīng)用取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。 |
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