新型匀质防火保温板的设计及性能研究

摘　要：以膨胀珍珠岩、EPS颗粒为主体材料，脲醛树脂为粘结剂，通过添加其它助剂，采用冷压成型的方法制备出一种新型匀质防火保温板。文章讨论了粘结剂的用量和压缩比对匀质防火保温板的性能的影响。实验表明，制备新型匀质防火保温板的最优条件为粘结剂的用量为50%、压缩比1.5、保压时间1h、过硫酸铵/甲酸溶液复合固化剂4%，所得到的新型匀质防火保温板密度为176kg/m3、导热系数0.042W/（m·K）、抗压强度0.46MPa、拉伸粘结强度0.18MPa、抗折强度0.67MPa。

关键词：膨胀珍珠岩；EPS颗粒；脲醛树脂；新型匀质防火保温板

建筑节能包括建筑围护结构的节能、采暖供热系统的节能、建筑照明的节能，起重建筑围护结构的贡献率最高，约占40~60%。另外，随着社会的发展，建筑能耗已经成为制约社会经济发展的瓶颈，国家能源战略把建筑节能列为强制执行标准，当前严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准规定建筑节能率为65%，在高节能率的强制要求下，具有优异保温性能的有机类保温材料颇受市场青睐。

然而，作为建筑材料，另外一个关键的性能决不能被忽视-防火。几些年来，我国因建筑外保温材料引发的火灾事故频频发生，如上海胶州路教师公寓火灾、沈阳“第一高楼”皇朝万鑫大厦火灾以及北京“央视大火”等，造成了众多人员伤亡以及财产损失，使得人们越来越关注外墙保温材料的防火性能。2014年8月27 日中华人民共和国住房和城乡建设部发布国家标准GB50016-2014《建筑设计防火规范》的公告，自2015年5月1日起实施，新国标中对于民用建筑防火设计要求更为严格，标准要求：建筑的内外保温系统，宜采用燃烧性能为A级的保温材料，不宜采用B2级的保温材料，严禁采用B3级的保温材料。

然而目前市场上燃烧性能为A级的保温材料大都是无机类的保温材料，如膨胀珍珠岩绝热制品，泡沫混凝土，岩棉等，这些保温材料虽然燃烧性能可以达到A级不燃，然而作为外墙外保温用绝热制品各自都存在难以克服的缺陷，如：板材自重偏高、导热系数偏高、垂直于板面的抗拉强度偏低等，这些对于建筑外墙保温工程的安全性以及保温效果都有着很大的影响。因此研发一种可以集优异的防火性能、保温性能以及力学性能于一身的新型保温材料迫在眉睫。

本文以膨胀珍珠岩、EPS颗粒为主体材料，脲醛树脂为粘结剂，通过添加其它助剂，采用冷压成型的方法制备出一种新型匀质防火保温材料。该材料不仅防火级别可以达到A级不燃，而且拥有优异的保温性能和力学性能，在将来的建筑外墙保温市场上有着广阔的应用前景。

1　实验

1.1　原料及仪器设备

膨胀珍珠岩：工业级，堆积密度70~90kg/m3，信阳某公司；

EPS颗粒：工业级，堆积密度15~20 kg/m3，信阳某公司；

脲醛树脂：工业级，固含量35%，郑州某公司；

多功能高速搅拌机：上海志程机械设备有限公司；

电子万能试验机：WDW-50，上海华龙测试仪器股份有限公司；

智能化导热系数检测仪：DRCD-3030，沈阳合兴检测设备有限公司；

1.2　实验过程

将膨胀珍珠岩、EPS 颗粒、脲醛树脂以及适量助剂混合均匀，装模，然后以不同压缩比冷压成型，即可得到新型匀质防火保温板，制备工艺流程见图1。

 

试验中各原料质量百分数分别为：脲醛树脂30~70%，膨胀珍珠岩20~60%，EPS 颗粒15~45%，助剂4%。压缩比为0.5~2.0，保压时间1h。

1.3　性能测试

参照GB/T 5486-2008《无机硬质绝热制品试验方法》、GB/T10303-2001《膨胀珍珠岩绝热制品》和JG/T 287-2013《保温装饰板外墙外保温系统材料》对保温材料性能的要求，试验中主要测试了样品的表观密度、导热系数、拉伸粘结强度、抗压强度以及抗折强度。

2　结果与讨论

固定保压时间为1h，固化剂为过硫酸铵，用量为粘结剂用量的4%，分别考察粘结剂用量为10%、20%、30%、40%、50%、60% 及70% 时不同压缩比所制得样品的性能。

2.1　粘结剂的用量及压缩比对样品干密度的影响

经试验研究发现，当粘结剂用量小于20% 时，由于用量过少，样品不能成型，用量过大时，在冷压过程中粘结剂会溢出造成原料浪费，并且，随着粘结剂用量的增大，所制得样品的干密度也随之增大。结果如图2所示：

 

图2 不同压缩比时粘结剂用量对干密度的影响曲线

由图2中我们可以看出，同样压缩比，样品的干密度随着粘结剂用量的增加而变大，粘结剂用量相同时，样品的干密度随着研所逼的增加而增大。所制得样品的干密度为121.8 kg/m3~258.4 kg/m3。

2.2　粘结剂的用量及压缩比对样品导热系数的影响

图3为不同粘结剂用量及不同压缩比对所制得样品导热系数的影响曲线。

 

图3 不同压缩比时粘结剂用量对导热系数的影响曲线

可以看出，图3曲线的趋势和图2曲线的趋势基本一致，也都符合绝热材料的一般特性：对于同一材料，密度越大，其导热系数越高。实验结果显示，所制得的新型匀质防火保温板的导热系数为0.041~0.062 W/（m·K）。

2.3　粘结剂的用量及压缩比对样品力学性能的影响

图4为不同粘结剂用量及不同压缩比对所制得样品力学性能（抗压强度、抗折强度、拉伸粘结强度）的影响曲线。

 

图4 不同压缩比时粘结剂用量对力学性能的影响曲线

由图4可以看出，相同压缩比，随着粘结剂用量的增加，所制得样品的抗压强度、抗折强度和拉伸粘结强度也随之增大，原因是随着粘结剂用量的增加，所制得样品的密度也随之增大，使得其抗压强度、抗折强度和垂直于板面抗拉强度也随之增大。GB/T 10303-2001中规定膨胀珍珠岩绝热制品的抗压强度要求为：250号产品的抗压强度≥0.4Mpa，优等品的抗折强度≥0.25Mpa，JG/T287-2013对于外墙外保温材料的拉伸粘结强度要求为≥0.15MPa。

作为合格的外墙外保温材料，首先要考虑的是安全因素，即力学性能要达到标准要求，然后在此基础上尽可能提高其保温效果，即降低其导热系数，从实验中我们可以看出，材料的干密度是一个十分关键的指标，一般情况下，同种材料，密度越，其导热系数越低，然而，密度低的样品，其力学性能都不十分理想。因此，要得到既保温效果好，力学性能又能达到标准要求的产品，必须找到一个平衡点。从试验数据中我们可以看出，达到力学性能指标要求的样品中，干密度最小为176kg/m3，此时导热系数为0.042 W/（m·K），压缩比1.5，粘结剂用量为50%。

3　结语

本文以膨胀珍珠岩、EPS颗粒为主体材料，脲醛树脂为粘结剂，通过添加其它助剂，采用冷压成型的方法制备出一种新型匀质防火保温板。

新型匀质防火保温板的密度对于其性能有指导性作用，密度变大，其力学性能越好，导热系数也随之增高；密度变小，其导热系数降低，但是其力学性能变差。

经试验，我们得到制备新型匀质防火保温板的最优实验条件为：粘结剂的用量为50%、压缩比1.5、保压时间1h、过硫酸铵/甲酸溶液复合固化剂4%。所得到的新型匀质防火保温板密度为176kg/m3、导热系数0.042W/（m·K）、抗压强度0.46MPa、拉伸粘结强度0.18MPa、抗折强度0.67MPa。

 

 

 

---摘自《建材发展导向》