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建筑用聚氨酯硬泡体保温材料浅析
聚氨酯硬泡体自二十世纪六十年代进入建筑市场开始，即在建筑防水保温领域引发了一场防水保温隔热材料及其工艺的变革，2001年聚氨酯全球年产量已突破1000万吨，且每年仍以6%~9%的速度增长，其中硬泡约占聚氨酯总产量的60%以上。聚氨酯硬泡以其卓越的保温功能，优异的自粘强度和较为理想的防水性能，在工业发达国家建筑防水保温领域得到了广泛的应用，一些国家还通过立法把它做为建筑业法定用材。一、硬质聚氨酯泡沫的特点聚氨酯（即聚氨基甲酸酯，英文缩写PU）是在高分子主键上含有许多重复的—NHCOO—基团的高分子化合物。聚氨酯系列产品一般是由二元或多元有机异氰酸酯和多元醇在多种助剂的作用下，经过聚合反应得到的高分子化合物，两种主材中若都只含两个或以下羟基官能团时，聚合反应得到的是线型结构的化合物，若其中一种或两种主材中，部分或全部具有三个或以上官能团时，则可得到体型结构的聚合物，由于聚合物的结构不同，性能差异很大。就像钢材一样，虽然都是铁碳合金，但铁碳配比不同，热处理工艺不同，其性能截然不同。聚氨酯原料在各行业应用非常广泛，因应用的行业特性和生产的产品不同，各行业对以聚氨酯为主要原料的组合材料的性能要求也不同。承担保温防水双功能的聚氨酯硬泡（SPF）也完全不同于用于冰箱、冷库仅起保温作用的聚氨酯(PUR)，尽管它们外观结构看似非常相像，但作为建筑保温防水一体化材料，聚氨酯硬泡打破了传统建材功能单一、防水的不保温、保温的不防水、防水层一旦出现渗漏、保温层随即失去保温功能的通病。与其它单功能保温或防水材料相比，聚氨酯硬泡具有明显的优势：1、导热系数低，保温隔热效果好。聚氨酯发泡时闭孔率高，所以当硬质聚氨酯泡沫密度为35-40Kg/m3时，导热系数仅为0.018-0.023W/（m·K），在同样保温效果下，保温层厚约相当于EPS的一半，在目前所有保温材料中导热系数最低，其热工性能优越。2、.聚氨酯硬泡体连续致密的表皮和近于100%的高强度互联壁闭孔，具有理想的不透水性。采用喷涂法施工达到防水保温层连续无接缝，形成无缝屋盖和整体外墙保温壳体，防水抗渗性能优异。3、硬质聚氨酯泡沫体直接喷涂于墙体与屋面，反应物料受压力作用,通过喷枪形成混合物直接发泡成型,液体物料具有流动性、渗透性，可进入到墙面基层空隙中发泡，与基层牢固地粘合并起到密封空隙的作用，抗风和抗负风压性能良好。4、现场喷涂或浇注施工，整体性好。硬质聚氨酯泡沫采用喷涂或浇筑施工，施工具有连续性，独特的施工技术使整个保温层无接缝、具有整体性，墙体形成无接缝连续壳体。 5、柔性渐变技术可有效阻止防水层开裂， 硬质聚氨酯泡沫吸水率低，抗水蒸气渗透性好，泡沫孔呈独立状态，互不连通，闭孔率达95%以上，是结构致密的微孔泡沫材料，与空气接触的表面更加致密，不易透水，连续无接缝特性和无粘结剂工序保证了无空腔墙体更优秀的抗风性能，阻断了毛细管导致的墙体反碱途径,因此防水效果好，且不会因吸潮而增大导热系数，防水性能可靠。6、机械化作业、自动配料、质量均一、施工快周期短。7、化学性质稳定，使用寿命长，对周围环境不构成污染。 8、离明火自熄，且燃烧时只炭化不滴淌，炭化层尺寸和外形基本不变，能有效隔断空气的进入，阻止火势的蔓延，防火安全性能好。二、 与其他材料保温体系相比聚氨酯外保温体系优缺点1、保温效果比较1）浇注EPS（膨胀聚苯乙烯泡沫塑）板与XPS（绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料）板外墙外保温体系比较聚苯板的导热系数一般在0.036W/(m.k)左右，而挤塑聚苯板的导热系数一般在0.028W/(m.k)左右，厚度按热工计算一般为40～60mm时能满足节能50％的要求。2）喷涂、浇注PU（聚氨酯）外墙外保温体系聚氨酯发泡时闭孔率高，所以硬质聚氨酯泡沫密度为35～40Kg/m3时，导热系数仅为0.018～0.023 W/(m.k),25mm厚的聚氨酯硬质泡沫塑料的保温效果相当于40mm厚的EPS，在目前所有保温材料中导热系数最低，其热工性能优越。2、施工性能粘贴EPS板与XPS板外墙外保温体系比较：粘结施工，不会造成环保问题，施工较方便，可对板材任意切割，但要注意粘结砂浆的粘结性能，且施工是在主体结构完成后，需另计算工期。1）浇注EPS板与XPS板外墙外保温体系比较施工与结构施工同步，节省工期，解决了板材与墙面的粘结问题，施工效率较高，但浇筑易出现保温板上下受力不均匀，产生应力集中，使保温板不平整，易使表面砂浆出现裂纹。2）喷涂PU外墙外保温体系直接喷涂于墙体发泡成型,液体物料具有流动性、渗透性，可进入到墙面基层空隙与基层牢固地粘合，施工具有连续性，保温层无接缝，墙体形成无接缝连续壳体；适应于任何形状结构，特别是异型层面；维修方便；但施工时须注意天气情况，需注意劳动保护，喷涂厚度需均匀。3）浇注PU外墙外保温体系厚度均匀、表面平整，不存在接缝问题，整体性好，防水保温性能好，节省工期；但浇筑时可能产生浇筑不均匀，形成空洞等，需制作专业模板，表面光滑度较高，处理不当易产生饰面层的起鼓、脱落、开裂等现象。3、防水性能1）粘贴、浇注EPS板与XPS板外墙外保温体系比较体系防水性能不如聚氨酯，水分侵入会可能造成聚苯板保温效果失效。2）喷涂、浇注PU外墙外保温体系硬质聚氨酯泡沫吸水率低，抗水蒸气渗透性好，泡沫闭孔率达95%以上，结构致密，与空气接触的表面更加致密，不易透水，属憎水材料，硬质聚氨酯泡沫防水性能和连续无接缝特性，无粘结剂工序保证了无空腔墙体更优秀的抗风性能，阻断了毛细管导致的墙体反碱途径,因此防水效果好，吸水率≤１％，且不会因吸潮而增大导热系数，防水性能可靠。4、抗裂性能1）粘贴、浇注EPS板与XPS板外墙外保温体系比较体系抗裂性由抹面砂浆承担，因此抗裂砂浆性能要保证，一旦开裂水分侵入保温材料会造成保温材料的失效2）喷涂、浇注PU外墙外保温体系硬质聚氨酯泡沫能依靠自身粘结性能与墙体基面直接粘结，整体性好，聚氨酯自身的抗裂性能优越，水侵入也不会造成保温效果的失效。5、环保性能1）浇注EPS板与XPS板外墙外保温体系比较由于使用的保温板均为工厂加工预制，所以施工和使用的过程中不会存在环保问题。2）喷涂PU外墙外保温体系喷涂硬质聚氨酯泡沫，易受天气影响，造成聚氨酯泡沫飞溅，可能对周边环境产生影响。3）浇注PU外墙外保温体系浇筑聚氨酯保温层由于会受模板限制，泡沫飞溅较轻，影响较小。6、耐久性能1）浇注EPS板与XPS板外墙外保温体系比较由于聚苯板本身的特性，所以在遭受水侵入后极易发生保温失效现象，在遭受高温时易收缩变形，并可能形成滴液，使保温板破坏，失去保温效果，使用的粘结砂浆如粘结强度稍弱，则会发生板材脱落，耐久性相对来说较弱。2）喷涂、浇注PU外墙外保温体系采用聚氨酯做保温层，保温防水一体化，不会因为水侵入而造成保温层的失效，聚氨酯的耐老化性能好，化学性能稳定。屋面喷涂聚氨酯的使用年限已超过26年，至今系统运行的很好。三、聚氨酯硬质泡沫保温材料的性能指标建筑业用聚氨酯硬泡体防水保温材料与冷库、冰箱用聚氨酯硬质泡沫保温材料在性能上的极大差别，主要反映在断裂延伸率、闭孔率、尺寸变化率、粘接强度四项性能指标上。 1、断裂延伸率影响断裂延伸率是衡量聚氨酯硬泡抗拒应力作用不产生永久变形的重要性能指标，而仅起保温作用，无防水功能的冷库冰箱用聚氨酯硬质泡沫对此项关键的性能指标并无任何要求。2、尺寸变化率影响聚氨酯硬泡受使用环境温度变化的影响，尺寸和体积会发生一定的变化，尺寸变化率的大小与原料的类型、泡体的结构、芯材密度、成型工艺及发泡剂的种类等诸多因素有关，耐温差性能较好的聚氨酯硬泡在-20摄氏度至+80摄氏度的环境温度下，尺寸不应发生明显的变化。聚氨酯硬泡的闭孔率高达95%以上，封闭在泡孔中的气体压力随环境温度的变化而变化，如果泡壁的结构强度较小，泡沫尺寸就会因闭孔中气体压力的变化而产生低温收缩或高温膨胀的变形，尺寸相对变形量（即尺寸变化率）越大，聚氨酯防水保温层产生断裂或开口的几率就越大。 3、闭孔率 影响闭孔率是衡量材料吸水率和导热系数的重要指标，闭孔率低的硬泡吸水率和导热系数都较高，对材料的保温功能和抗冻融性能都有着至关重要的影响。建筑用聚氨酯硬泡作为屋面防水保温材料使用时，其泡沫闭孔率至少应大于95%，当闭孔率低于70%时，短时大雨并不会造成屋面渗漏，但在多日连续阴雨的季节，由于硬泡长期浸泡在雨水中，开孔泡中吸水较多，渗入泡中的雨水，在重力作用下会透过串孔进入屋面基层，并被封存在基层和硬泡之间，即使雨过天晴，在烈日照射下短期内也很难经过硬泡保温层和保护层向上排出。相反，由于屋面受阳光照射，上层温度高，下层温度低，水分反而向屋面下层迁移，造成雨天不漏、晴天渗漏的反常现象，这种现象在南方黄梅季节尤甚。 4、抗拉强度和自粘强度的影响 聚氨酯硬泡外墙外保温系统的整体强度取决于聚氨酯母材的抗拉强度（系统强度的最薄弱环节），因此聚聚氨酯硬泡本身的抗拉强度实际上就是整个外墙饰面系统的抗拉拔强度。 另外，建筑业用喷涂聚氨酯硬泡在材料配制时还应充分地考虑外墙外保温系统使用时的粘接强度要求，因此要求其对金属、混凝土、砖石、木材、玻璃等建筑材料具有极好的自粘接性能。国家建材行业标准JC/T998-2006和最近通过的《聚氨酯硬泡外墙外保温工程技术导则》，都对聚氨酯硬泡的自粘接强度规定了强制性指标，这也是喷涂聚氨酯硬泡相对于发泡聚苯板（EPS）和挤塑保温板（XPS）外墙外保温系统安全性具有明显优势的一个重要指标。值得一提的是，强度是聚氨酯硬泡最重要的力学性能，它的大小直接决定着外墙饰面系统的抗风压、抗冲击、抗应变能力以及承载总重量的能力，是评估外墙外保温系统使用安全性的最重要、最直接的性能指标。 经理论计算与工程实践证明，以EPS和XPS为代表的保温材料在厚度限定的情况下难以满足节能65%的要求。随着硬质聚氨酯泡沫的保温性能更优越、更接近于节能65%的要求， 所以说:推广应用硬质聚氨酯泡沫是我国保温材料体系走向高性能化的必然趋势。
