桑 穎 慧

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

改性聚苯板與傳統(tǒng)聚苯板的性能特點(diǎn)分析

桑 穎 慧

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

解釋了膨脹聚苯乙烯泡沫板(EPS板)、石墨模塑聚苯乙烯泡沫塑料板(SEPS板)和熱固性改性聚苯乙烯泡沫塑料板(熱固性EPS板)的定義，對(duì)6個(gè)不同廠家生產(chǎn)的EPS板、SEPS板、熱固性EPS板的主要物理性能進(jìn)行了研究，得出了一些有實(shí)用價(jià)值的結(jié)論。

EPS板，SEPS板，熱固性EPS板，密度，材料

0 引言

目前，我國建筑能耗約占總能耗的1/3，建筑節(jié)能已越來越引起人們的重視。絕熱材料是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的最根本、最重要的材料，膨脹聚苯乙烯泡沫板(簡稱EPS板)因具備質(zhì)輕、導(dǎo)熱系數(shù)小、吸水率低等諸多優(yōu)點(diǎn)而備受保溫材料界的重視。但是傳統(tǒng)的EPS板也存在諸多缺陷：首先，傳統(tǒng)EPS板屬易燃材料，雖然加入阻燃劑可提高其阻燃性，但隨著阻燃劑的揮發(fā)，EPS板阻燃性能會(huì)下降；其次，傳統(tǒng)EPS板屬于熱塑性材料，遇火攻擊后收縮、熔化、流淌，火災(zāi)蔓延速度快，過火面積大，難以撲救，且燃燒釋放煙霧，人體吸入易造成傷亡。于是，市場上相繼出現(xiàn)了新的保溫材料，石墨模塑聚苯乙烯泡沫塑料板(簡稱SEPS板)和熱固性改性聚苯乙烯泡沫塑料板(簡稱熱固性EPS板)。本文對(duì)這三種材料的主要性能進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究分析，對(duì)山西地區(qū)聚苯板的生產(chǎn)應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

1 定義

EPS板是以苯乙烯通過懸浮聚合、充模、蒸氣加熱、發(fā)泡、冷卻、養(yǎng)護(hù)而成的硬質(zhì)泡沫塑料。其生產(chǎn)過程是聚乙丙烯材料在常壓下自由發(fā)泡，發(fā)泡及養(yǎng)護(hù)過程經(jīng)歷數(shù)天，形成大板材后切割成不同厚度的板材。

EPS板是高阻燃聚苯乙烯保溫材料，其生產(chǎn)工藝是在可發(fā)性聚苯乙烯中添加阻燃劑，通過懸浮聚合的方法制備膨脹EPS顆粒，這樣生產(chǎn)出來的同樣厚度的SEPS板和普通的EPS板相比，所使用的苯乙烯的量明顯減少。

熱固性EPS板是以普通聚苯乙烯顆粒為主要原材料，改變原有的通過聚苯乙烯分子改性或添加阻燃劑來提高阻燃耐火性能的技術(shù)路線，運(yùn)用新材料和新技術(shù)，采用“顆粒防火隔離膜”技術(shù)，在EPS顆粒外表面裹覆一層新型復(fù)合阻燃耐火材料，使覆膜后的EPS顆粒固化并在加熱的條件下壓制成型，每個(gè)EPS顆粒形成相對(duì)獨(dú)立的防火單元，使EPS板由熱塑性改進(jìn)為熱固性。

2 分析用產(chǎn)品及方法

2.1 分析用產(chǎn)品

取6個(gè)不同廠家生產(chǎn)的EPS板、SEPS板、熱固性EPS板，產(chǎn)品規(guī)格：1 200 mm×600 mm×50 mm。

2.2 分析方法

依據(jù)GB/T 10801.1-2002絕熱用模塑聚苯乙烯泡沫塑料，GB/T 6343-2009泡沫塑料與橡膠表觀密度的測定，GB/T 8810-2005硬質(zhì)泡沫塑料吸水率試驗(yàn)方法，GB/T 8811-2008硬質(zhì)泡沫塑料壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)方法，GB/T 10294-2008絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及其相關(guān)特征的測定 防護(hù)熱板法進(jìn)行試樣制備和性能測試。

3 研究方案

對(duì)6個(gè)生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品進(jìn)行表觀密度、壓縮密度、導(dǎo)熱系數(shù)、體積吸水率和尺寸穩(wěn)定性的分析研究。采用2.2的方法制得試件尺寸為100 mm×100 mm×50 mm的長方體試塊，進(jìn)行表觀密度、壓縮強(qiáng)度、體積吸水率和尺寸穩(wěn)定性分析，采用試件尺寸為300 mm×300 mm×30 mm的長方體試塊，進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)分析。

4 結(jié)果分析

1)不同產(chǎn)品進(jìn)行表觀密度、壓縮強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)結(jié)果分析。

選用6個(gè)廠家生產(chǎn)的EPS板、SEPS板和熱固性EPS板來進(jìn)行表觀密度，壓縮強(qiáng)度以及導(dǎo)熱系數(shù)結(jié)果分析，其分析結(jié)果如表1所示。

表1 EPS板、SEPS板和熱固性EPS板的表觀密度、壓縮強(qiáng)度及導(dǎo)熱系數(shù)分析結(jié)果

由表1和圖1可以看出，熱固性EPS板的表觀密度和壓縮強(qiáng)度最大，EPS和SEPS板的較低。這是由于熱固性EPS板添加了特殊的防火阻燃材料，采用“顆粒防火隔離膜”技術(shù)，在保持EPS板原有優(yōu)異物理性能的基礎(chǔ)上，使EPS板從熱塑性改為熱固性，通過改性提高了EPS板的壓縮強(qiáng)度和保溫性能，壓縮強(qiáng)度增大，表觀密度也隨之增大。

由表1和圖2可以看出，SEPS板的導(dǎo)熱系數(shù)最小。這是由于SEPS板中含有特殊的石墨顆粒，可以像鏡子一般反射熱輻射，并且其中含有能夠大幅度提升保溫隔熱性能的紅外線吸收物，從而減少房屋的熱損失。EPS板可以穿透過去，而石墨聚苯板可以將一部分反射回來，并且可以吸收一部分紅外線。

由表1可以看出，EPS板的導(dǎo)熱系數(shù)不一定隨著表觀密度的增大而增加，相近密度的EPS板導(dǎo)熱系數(shù)并不完全相同，這種情況主要與生產(chǎn)廠家生產(chǎn)所用的原材料及生產(chǎn)工藝有關(guān)。因?yàn)镋PS板是由可發(fā)性的聚苯乙烯顆粒加熱預(yù)發(fā)泡后，在模具中加熱成型。EPS板由直徑為0.2 mm～0.5 mm，壁厚為0.001 mm的完全封閉的多面體形蜂窩構(gòu)成，而截留在蜂窩內(nèi)的空氣是惰性氣體，對(duì)其絕熱性能起決定性作用。由于目前各廠家的原材料質(zhì)量不同，導(dǎo)致材料內(nèi)形成的蜂窩的數(shù)量及大小都不同，即使密度相近，導(dǎo)熱系數(shù)也有一定差異。

2)不同產(chǎn)品進(jìn)行體積吸水率和尺寸穩(wěn)定性結(jié)果分析。

選用6個(gè)廠家生產(chǎn)的EPS板，SEPS板和熱固性EPS板進(jìn)行體積吸水率和尺寸穩(wěn)定性結(jié)果分析，分析結(jié)果如表2所示。

表2 EPS板、SEPS板和熱固性

體積吸水率是EPS材料的重要指標(biāo)之一，它與原材料在加工時(shí)的性能和加工條件有密切的關(guān)系。含水率是影響保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)變化的因素之一，EPS板吸水后，保溫性能下降，在低溫情況下，水易結(jié)冰，破壞了EPS板的結(jié)構(gòu)，使EPS板的壓縮強(qiáng)度及保溫性能下降。

EPS板的尺寸變化分為熱效應(yīng)和后收縮兩種。每延米EPS板熱膨脹系數(shù)為0.05 mm/℃～0.07 mm/℃，即約17 ℃的溫度變化就引起0.1%的尺寸變化。后收縮是指由于EPS板中殘留發(fā)泡劑向外擴(kuò)散而導(dǎo)致進(jìn)一步尺寸變化，殘留發(fā)泡劑的含量與EPS板加工條件有關(guān)。

由表2可以看出，熱固性EPS板的體積吸水率和尺寸穩(wěn)定性較EPS板和SEPS板好很多，熱固性EPS板通過改變EPS泡沫的性質(zhì)，使EPS板由熱塑性變?yōu)闊峁绦?，蜂窩壁不透水，熔結(jié)性好，水蒸氣擴(kuò)散阻力增大，吸水率降低。

經(jīng)過改性的熱固性EPS板形成閉合的球狀分子結(jié)構(gòu)，和EPS板、SEPS板比較，線性膨脹系數(shù)較低，不會(huì)因氣候變化收縮變形。

3)不同產(chǎn)品進(jìn)行燃燒性能結(jié)果分析。

選用6個(gè)廠家生產(chǎn)的EPS板、SEPS板和熱固性EPS板進(jìn)行燃燒性能結(jié)果分析，分析結(jié)果如表3所示。

表3 EPS板、SEPS板和熱固性EPS板的燃燒性能結(jié)果分析

由表3可以看出，熱固性EPS板燃燒性能最好，SEPS板燃燒性能次之，EPS板燃燒性能較差。熱固性EPS板采用全新的防火隔離分倉顆粒的慨念，運(yùn)用共聚改性使EPS單體顆粒具有與防火物質(zhì)相同的特征，并運(yùn)用微相復(fù)合技術(shù)在每個(gè)有機(jī)顆粒表面形成防火隔離膜，使每一個(gè)顆粒形成相對(duì)獨(dú)立的有機(jī)顆粒防火單元，遇火焰形成斷熱阻隔連續(xù)蜂窩狀結(jié)構(gòu)，阻隔火焰?zhèn)鞑ズ痛┩?，杜絕燃燒的發(fā)生。

SEPS板引入了高熔點(diǎn)石墨，提高了苯乙烯的熔化溫度以及延長了苯乙烯的熔化時(shí)間。同條件下，SEPS板局部熔化，熔化時(shí)間為50 s；而EPS板幾乎全部熔化，熔化時(shí)間為14 s；近火源烘烤時(shí)，SEPS板無明火，而EPS板有瞬時(shí)明火，火焰容易蔓延。

5 結(jié)語

1)熱固性EPS板燃燒性能、體積吸水率、尺寸穩(wěn)定性最好，性價(jià)比高，施工方便。但熱固性EPS板導(dǎo)熱系數(shù)、表觀密度、阻燃性能呈反方向線性發(fā)展，苯粒含量越高，則阻燃骨料越少，表觀密度越低，阻燃性能越差。

2)SEPS板的導(dǎo)熱系數(shù)比EPS板，熱固性EPS板的導(dǎo)熱系數(shù)小，但其他物理性能不及熱固性聚苯板。

3)熱固性EPS板和SEPS板均是EPS板的改進(jìn)產(chǎn)品，雖保溫性能、阻燃性能、性價(jià)比具備明顯優(yōu)勢，但目前市場應(yīng)用的不是很多，且生產(chǎn)廠家也較少，未來隨著國內(nèi)產(chǎn)能的提升，推廣速度有望加快，前景廣闊。

[1] 常儇宇，張金花，王小安，等.常見保溫材料密度與導(dǎo)熱系數(shù)關(guān)系的研究[J].工程質(zhì)量，2009，27(2)：66-70.

[2] 馬麗萍.聚苯板生產(chǎn)生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究[J].新型建筑材料，2014(1)：67-68.

[3] 李東輝.外墻外保溫用聚苯板的性能指標(biāo)[J].山東建材，2004(6)：21-22.

AnalysisonperformanceofmodifiedEPSboardandtraditionalEPSboard

SANGYing-hui

(ShanxiAcademyofBuildingScience,Taiyuan030001,China)

The paper explains definitions of EPS board, SEPS board and thermosetting EPS board, studies major physical performance of EPS board, SEPS board and thermosetting EPS board produced by six plants, and finally draws some valuable conclusions.

EPS board, SEPS board, thermosetting EPS board, density, material

1009-6825(2014)33-0100-02

2014-09-17

桑穎慧(1982- )，女，工程師

TU532.4

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