輕質(zhì)隔熱保溫材料的研究與應(yīng)用

輕質(zhì)隔熱保溫材料的研究與應(yīng)用

1材料輕薄透熱材料的現(xiàn)狀及應(yīng)用環(huán)保涂料通常指密度小（200kg，3m）、具有一定特點(diǎn)和功能的材料。按材質(zhì)和成分,輕質(zhì)材料大致有以下幾種類型。1.1泡沫及酚醛泡沫有機(jī)化學(xué)合成類材料包括聚苯乙烯泡沫、橡塑海綿、PVC泡沫塑料、鈣塑板、聚氨酯泡沫及酚醛泡沫等材料。這些材料具有質(zhì)輕、保溫效果好等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用在冷庫、冰箱、復(fù)合彩板、油品儲罐、輸油管道及輕型內(nèi)墻體夾芯、吊頂板、吸音板等。1.1.1泡沫材料在涂料體系中的應(yīng)用,容易產(chǎn)生大量有毒氣體。據(jù)《侵權(quán)法》第5第5該材料密度為25~50kg/m3、導(dǎo)熱系數(shù)為0.014W/(m2·K),具有吸水率小、尺寸穩(wěn)定性好及電性能好等優(yōu)點(diǎn)。但力學(xué)性能差,易脆裂,不宜在戶外使用。另外聚苯乙烯泡沫不耐熱,耐溫低(76~93℃),易燃燒(氧指數(shù)為19%),而且燃燒中產(chǎn)生大量有毒氣體。根據(jù)GB50222-95《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計防火規(guī)范》要求,泡沫材料必須做阻燃處理,燃燒性能達(dá)到В2級方可使用。石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范中規(guī)定要求達(dá)到B1級。在不改變泡沫板材的整體性能、特別是不改變密度的情況下,燃燒性能達(dá)到B1級是非常困難的。國內(nèi)家電、儀器儀表、小型設(shè)備的包裝內(nèi)的防護(hù)材料,大多采用聚苯乙烯泡沫材料。如作為阻燃材料使用時,可添加阻燃劑做成阻燃型。國內(nèi)有將聚苯乙烯泡沫板作為輕型墻體芯材的,經(jīng)檢驗(yàn)?zāi)突饦O限小于1h。其原因是高溫作用下,聚苯乙烯泡沫軟化收縮造成空殼現(xiàn)象,溫度迅速從受火面向背面?zhèn)鬟f,使背火面溫度升高而降低了耐火極限。1.1.2施工現(xiàn)場發(fā)泡不論硬泡還是軟泡都是國內(nèi)用量比較大的一種隔熱保溫輕質(zhì)材料。其質(zhì)輕(容重40~60kg/m3)、隔熱保溫好、導(dǎo)熱系數(shù)為0.023~0.030W/(m2·K),特別是可以施工現(xiàn)場發(fā)泡,減少運(yùn)輸困難及運(yùn)費(fèi)高的難題。不經(jīng)阻燃的聚氨酯泡沫氧指數(shù)為19%,屬易燃品。聚氨酯泡沫不論阻燃與否在燃燒中產(chǎn)生大量的有毒煙霧,最大煙霧密度高達(dá)99%。因聚氨酯泡沫使用不當(dāng)引起的火災(zāi)造成惡性事故的案例近幾年來屢有發(fā)生。根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和防火規(guī)范要求聚氨酯泡沫必需要進(jìn)行阻燃處理,達(dá)到B2級(氧指數(shù)≥26%);有的規(guī)范要求達(dá)到B1級(氧指數(shù)≥32%)方可使用。從目前國內(nèi)外的阻燃技術(shù)來看,在樹脂不造成沉淀狀態(tài)和保證泡沫材料的理化性能的前提下,很難達(dá)到阻燃B1級要求。1.1.3酚醛泡沫泡沫以甲階酚醛為主體,經(jīng)發(fā)泡而制成的阻燃防火板材,其耐熱保溫性能與聚氨酯泡沫相當(dāng),導(dǎo)熱系數(shù)為0.043W/(m2·K),酚醛泡沫材料阻燃性能較好,不添加阻燃劑其氧指數(shù)達(dá)35%以上。在空氣中不燃燒,在火焰中不熔、不滴落、只炭化、不收縮、低煙、低毒,經(jīng)檢驗(yàn)最大煙密度為5.7%,這是聚苯乙烯泡沫和聚氨酯泡沫無法比擬的。經(jīng)檢驗(yàn),厚40mm酚醛泡沫板作墻體芯材其耐火極限大于2h,背火面最高溫度為78℃(標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定耐火極限背溫不超過180℃)。因酚醛泡沫密度大、吸水性能好、在插花業(yè)占有很重要的地位。但酚醛泡沫整體強(qiáng)度差,而且成型條件要求較高,現(xiàn)場發(fā)泡困難等。少量噴射成型設(shè)備為國外高價進(jìn)口,因此目前還不能形成商業(yè)化生產(chǎn)。1.2纖維材料保溫國內(nèi)礦物纖維類材料主要有硅酸鋁纖維棉、礦渣纖維棉、巖棉、玻璃纖維棉、海泡石纖維棉等。因這幾種隔熱保溫輕體材料具有不燃性特點(diǎn),作為防火門和軟質(zhì)防火卷簾門芯材及輕型墻體防火芯材在國內(nèi)被廣泛的使用。其不足之處:短纖維對人呼吸系統(tǒng)造成危害;板材強(qiáng)度差;雖能在一定強(qiáng)度上起到隔熱作用,但不能有效阻隔煙氣的流竄。1.2.1硅酸鋁纖維棉硅酸鋁纖維棉是由硅酸鋁礦石經(jīng)高溫熔融拔絲制成,其主要成分為硅酸鋁,纖維棉也叫陶瓷棉,導(dǎo)熱系數(shù)為0.044~0.082W/(m2·K),耐火溫度為700~1300℃,硅酸鋁纖維棉的耐火和隔熱與硅酸鋁含量和纖維密度有關(guān)。硅酸鋁含量高,纖維密度大,耐火溫度高、隔熱好。硅酸鋁纖維棉在國內(nèi)用量比較大,用其制成的氈,可以做高溫爐的隔熱保溫套,防火門的芯材;用其織成的防火布可以做防火包袋;與氈配合作防火隔斷及軟質(zhì)特級防火卷簾門。1.2.2導(dǎo)熱系數(shù)及退火溫度礦渣纖維棉是由金屬冶煉過后殘留的礦石廢渣,經(jīng)高溫熔融拔絲制成,其成分比較復(fù)雜。導(dǎo)熱系數(shù)為0.044~0.082W/(m2·K),耐火溫度為600~800℃,含渣量高,容重大?？捎米龇阑痖T和防火墻的芯材,其耐火極限長短和氈板壓制密度有關(guān)。1.2.3要成分、退火溫度巖棉是由花崗巖、玄武巖等巖石經(jīng)高溫熔融拔絲制成,其主要成分為硅鈣化合物,導(dǎo)熱系數(shù)為0.044~0.082W/(m2·K),耐火溫度為600℃左右。可用做防火門和防火墻的芯材,其耐火極限長短和氈板壓制密度有關(guān)。1.2.4納米地震粉質(zhì)玻璃纖維棉由玻璃粉或廢玻璃經(jīng)高溫熔融拔絲制成,其主要成分為二氧化硅,導(dǎo)熱系數(shù)為0.082W/(m2·K),耐火溫度為600~1000℃。織成玻璃纖維布,可用做管道保溫材料的防火包袋。1.2.5密度海泡石纖維棉是一種天然的非金屬礦物質(zhì),導(dǎo)熱系數(shù)為0.030~0.038W/(m2·K),1~3mm纖長松散密度為110~150kg/m3,耐火溫度為600℃。以其為主體配制的涂料,具有極高的隔熱保溫性能。1.3有機(jī)礦產(chǎn)不燃燒、不燃燒該類材料用量最大的是膨脹蛭石、膨脹珍珠巖及型材;另外還有硅酸鈣保溫絕熱輕體材料,海泡石保溫隔熱材料,均屬不燃性A級。1.3.1膨脹不能膨化成巖的蛭石是一種層狀結(jié)構(gòu)的含鎂的水鋁硅酸鹽,因其受熱膨脹時呈撓曲狀,形狀酷似水蛭,故稱為蛭石。蛭石是含水性硅酸鹽類的一種云母狀礦物,成分中除鎂、鐵、硅、鋁外,還含有8%~13%的結(jié)晶水。膨脹蛭石是蛭石礦片經(jīng)加熱到600~900℃時單片線膨脹10倍左右制得。膨化后的蛭石呈顆粒狀,1~3mm顆粒松散密度為110~180kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)為0.047~0.074W/(m2·K),耐火溫度為700~1200℃。膨脹蛭石具有防火、隔熱、保溫、吸濕、耐冬、抗菌、吸音等特點(diǎn)。用于火車、輪船、飛機(jī)的隔板和建筑物吊頂。用質(zhì)量一般的膨脹蛭石模壓成型做成的防火板,由于在高溫中易變形、失重粉化、其耐火極限時間較短,不宜做甲級防火門芯和復(fù)合耐火墻材。1.3.2膨脹珍珠巖材料膨脹珍珠巖是由珍珠巖礦石砂加熱至700~1000℃時膨脹8~15倍制得。其主要成分為鈣、鎂化合物,導(dǎo)熱系數(shù)為0.044~0.048W/(m2·K)。膨化后的珍珠巖呈顆粒狀,1~3mm顆粒松散密度為60~110kg/m3。膨脹珍珠巖是一種優(yōu)良的絕熱材料,耐火溫度最高達(dá)1300℃。膨脹珍珠巖被廣泛地應(yīng)用在建筑、化工、冶金、農(nóng)業(yè)、消防、環(huán)保等部門。經(jīng)壓力機(jī)壓制而成的膨脹珍珠巖板材整體性好,具有耐火、耐水、隔熱、保溫、隔音、環(huán)保、質(zhì)量輕、成本低等特點(diǎn)。用該材料做防火門芯,高溫受火狀態(tài)下可以保持較高的強(qiáng)度和整體完整性,并且不炸裂,不產(chǎn)生裂紋,具有優(yōu)異的隔熱性能,是硅酸鋁纖維最佳的替代物。即將實(shí)施的防火門國家標(biāo)準(zhǔn)中增加了耐火極限大于或等于2h的指標(biāo)要求。用該材料做防火門芯是最佳選擇。用該材料做防火隔斷墻芯耐火極限高,無毒無味、無放射性、對人體無害、屬綠色建材。采用膨脹珍珠巖板材做板芯,鋼絲網(wǎng)作骨架,表面噴抹水泥砂漿,是建設(shè)部大力推廣的新型墻體材料;板芯和水泥砂漿粘結(jié)性能好,墻體強(qiáng)度高,隔熱、保溫、隔音,符合國家提倡建筑節(jié)能的要求。用該材料做冷庫隔熱保溫耐火墻體,替代泡沫塑料材料和國際接軌是大勢所趨。用該板材做彩板芯材,可以滿足鋼結(jié)構(gòu)框架建筑的要求。膨脹珍珠巖屬環(huán)保材料。無污染、進(jìn)入田地可起到疏松土壤,增加土壤透氣性及保水性的作用,有利于植物生長。1.3.3纖維和無機(jī)輔料硅酸鈣保溫絕熱輕體材料以二氧化硅和氧化鈣為主要原料,經(jīng)高溫高壓反應(yīng),配以增強(qiáng)纖維和無機(jī)輔料,壓制成型。硅酸鈣板密度約220~420kg/m3,最高使用溫度為1100℃,導(dǎo)熱系數(shù)為0.062W/(m2·K),主要用于窯爐節(jié)能保溫。由于壓制成型的板材尺寸小和成本高等不足,使用受到限制。2國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀的比較(1)中國廣泛使用聚苯乙烯泡沫如幾乎所有物品內(nèi)包裝、裝飾性雕刻物、建筑構(gòu)件保溫夾芯、飯盒、保溫箱、防火墻芯等。大部分發(fā)達(dá)國家早已不生產(chǎn)、使用聚苯乙烯泡沫。(2)中國廣泛使用氨基泡沫如管道保溫、冰箱及冷庫保溫材料、建筑構(gòu)件保溫夾芯等。部分發(fā)達(dá)國家使用改性聚氨酯泡沫,做冰箱及冷庫保溫、建筑構(gòu)件保溫夾芯等。(3)酚醛泡沫材料在建筑構(gòu)件保溫體系中的應(yīng)用如插花材料、保溫防火板及防火墻芯。20世紀(jì)80年代,發(fā)達(dá)國家大量生產(chǎn)酚醛泡沫材料,廣泛應(yīng)用在插花業(yè)、航天業(yè)、冰箱及冷庫保溫材料及建筑構(gòu)件保溫夾芯。(4)國內(nèi)礦纖維材料的生產(chǎn)和使用非常廣泛如重質(zhì)油罐保溫材料、加熱設(shè)備保溫夾芯、防火門及防火墻芯材、彩板保溫芯材等。發(fā)達(dá)國家禁止生產(chǎn)、使用礦物纖維類材料。(5)保溫及防火保護(hù)如:建筑上做屋頂保溫層、設(shè)備管道保溫材料、防火板及防火墻芯材等。硅酸鈣保溫絕熱材料使用量較小,如冶煉工業(yè)窯爐節(jié)能保溫、鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)等。國外膨脹蛭石、膨脹珍珠巖、硅酸鈣保溫絕熱材料,早在20世紀(jì)90年代就已有報道,用作保溫、隔熱、防火保護(hù)等用途。據(jù)報道,德國富豪夫結(jié)構(gòu)物理研究所取得專利的一種新絕熱材料“石膏泡沫”,該材料隔音絕熱性能相當(dāng)于或超過礦物纖維、聚苯乙烯泡沫及聚氨酯泡沫。3阻燃材料的匹配和使用問題聯(lián)合國環(huán)境開發(fā)署對破壞地球臭氧層的氟立昂生產(chǎn)、使用、儲存早有規(guī)定,在中國以氟立昂為原料的氣體滅火劑已經(jīng)全部停產(chǎn)。據(jù)了解,聯(lián)合國環(huán)境開發(fā)署和國家環(huán)保局正在對泡沫塑料生產(chǎn)單位進(jìn)行調(diào)查和指導(dǎo),做出盡快停止以氟立昂為泡沫塑料發(fā)泡劑的決定。聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫及酚醛泡沫材料均在其中。由于改用新型發(fā)泡劑最終效果需要較長的時間驗(yàn)證,其中也包括阻燃材料匹配的研究。為此,幾種輕質(zhì)隔熱泡沫材料的生產(chǎn)和使用,將在一定時期內(nèi)受到影響及限制。值得注意的是有機(jī)合成類的輕質(zhì)隔熱泡沫材料由于自然降解非常困難,特別是聚苯乙烯泡沫根本不能自然降解,造成極大的環(huán)境污染。從國家日趨加強(qiáng)和重視環(huán)保角度來看,這類輕質(zhì)隔熱泡沫材料退出市場只是時間的問題。發(fā)達(dá)國家響應(yīng)國際衛(wèi)生組織號召,已經(jīng)立法規(guī)定禁止使用礦物纖維類物質(zhì)作防火門充填材料和建筑構(gòu)件材料;并禁止進(jìn)口充填各種礦物纖維的防火門和建筑構(gòu)件。據(jù)了