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外墙保温隔热材料酚醛泡沫
作者:steven  更新时间:2014-07-24 09:12:07
我国是世界上建筑业发展最快的国家之一,全球保温材料将以每年5%的速度增长,到2014年预计中国将占到全球保温材料市场的29%,目前中国是世界上保温材料需求最多的国家。
    建筑用保温材料大致可分为无机类和有机类。常用的无机类外墙外保温材料有岩棉、珍珠岩、发泡水泥(混凝土)、泡沫玻璃和玻化微珠等,虽然有很好的防火性能,但因导热系数偏高,使用厚度必然加大,增加建筑负荷和建筑成本。有机类外墙保温材料有聚苯乙烯泡沫(PS,分EPS、XPS二类)、聚氨酯泡沫(PU)和酚醛泡沫(PF)等,具有密度小,导热系数低和施工方便等。EPS、XPS燃烧等级为B2级(可燃),受热80℃以上会出现融熔软化、收缩滴落,着火后浓烟滚滚并产生毒气。PU燃烧等级也是B2级,虽软化温度略高(110℃),也无熔滴现象,但着火后产生的烟毒气体杀伤力更大,人们吸了一两口气体就会立即倒地身亡。酚醛泡沫(PF)燃烧等级为B1级(难燃),厚仅30mm的PF平板经受1700℃火焰喷射10分钟后,表面略有炭化却烧不穿,既不着火也不散发浓烟和毒气。
    酚醛泡沫的生产和应用
    酚醛泡沫(PF)是以酚醛树脂为主要原料,与发泡剂、表面活性剂和其他添加剂混合后,通过加入固化剂高速搅拌,充分混合好的浆料浇注在模具内或连续生产线上,控制在某恒定温度时,使发生交联、发泡、固化而成的硬质酚醛树脂泡沫塑料,简称酚醛泡沫(PF)。
    20世纪80年代,国外科学家通过对酚醛树脂及其制品进行研究,发现它们具有突出的防火、无烟、无毒 (Fireproof, Smokeless, Toxicity free, 简称FST)特性和耐热性。制成的酚醛泡沫(Phenolic Foam 简称 PF)密度特轻(0.03~0.08),具有优异的节能保温和隔音作用,特别是PF的耐烧蚀性(ablative resistance),使它在火箭导弹作为耐烧蚀材料而大显身手。
    酚醛泡沫复合材料
    隐身是现代战机要求的一项尖端技术,现代隐身技术主要有材料隐身、涂层隐身、等离子体隐身、结构细节设计隐身等手段。无人机结构多为复合材料泡沫或蜂窝夹层结构,结合结构细节设计以解决无人机复合材料隐身技术。酚醛泡沫是制造无人机用复合材料之一。
    酚醛泡沫原本是一种应用于航天航空的尖端材料,飞机航行在一万多米高空时,舱外温度低到摄氏零下五十多度,而舱内却温暖如春,旅客既舒适又安全。酚醛泡沫既然在气候条件如此恶劣的环境中安然无恙,为什么不能用于建筑领域中?后来国外就将它逐渐推向医院、体育设施和大楼住房等公共与民用建筑领域。将酚醛泡沫应用于建筑墙体上可认为是科学技术上的一大进步。
    20世纪90年代以来,包括PF在内的酚醛复合材料得到很大发展,首先受到英、美等国家军方重视,将其用于航天航空、国防军工领域,后又被应用于民用飞机、船舶、车站、油井等防火要求严格的场所,并逐步推向医院、体育设施和大楼住房等公共与民用建筑领域。
    2010年9月中国建科院建筑防火研究所邀请专家在北京振利高新技术有限公司进行酚醛泡沫铝单板幕墙保温系统窗口燃烧试验,试验结果表明酚醛泡沫复合板在幕墙结构中可以满足建设部46号文件防火A级要求。
    PF保温材料在墙体上的应用
    在欧美等工业发达国家,对重要建筑和高层建筑进行墙体保温均有严格的防火要求。美国有20多个州已禁止使用PS作为墙体保温材料;在英国,18米以上建筑不允许使用PS作为墙体保温材料; 在德国, 22米以上建筑不允许使用PS作为墙体保温材料。因此各国有关建设部门将目光转向既节能又防火的PF用于墙体保温系统中。
    英国金斯潘保温材料公司:金斯潘公司是欧洲酚醛泡沫协会(European Phenolic Foam Association,简称EPFA)主要成员,是世界上最大的PF生产厂家之一。它的PF商标名Kooltherm, 根据用途不同分成10个牌号。常用牌号如下:K3是用于地板保温; K5 是一般传统墙体保温;K7是用于屋面保温;K10是天花板保温;K12是用于钢框架或木框架结构外墙外保温;K17是石膏板贴面用于内保温。
    英国普玛洛克制品公司:普玛洛克制品公司是一家以生产酚醛及矿棉等外墙保温板的知名厂家。普玛洛克制造的酚醛泡沫保温(Permarock phenolic insulation)板的尺寸为900~1200mm ×600mm,最厚不超过100mm。导热系数为0.018W/m·K,防火性能达到BS476-7的class 0。该公司经多年来的开发研究,按照英国标准制定并实施了一套完整成熟的施工应用技术体系规范,在90年代就成功地将酚醛泡沫保温板应用在砖石或混凝土墙面上,而且无论新的或既有的建筑、高层或低层建筑都可应用。经过检测试验和评审,有关建设部门在1997年2月授予了该公司“普玛洛克酚醛外墙保温系统”应用许可证(证号041/97)。
    美国西碧化学公司:西碧化学公司建立于1966年,多年来主要从事于酚醛树脂、表面活性剂、催化剂及相关发泡设备的生产销售和研究开发。30多年来该公司致力于开发名为Tripolymer的PF,1975年得到了美国能源部的支持和认可,经过三年来的深入研究和试验,成功地将它推出市场。如今公司在美国国内已有8个生产厂,在英国、德国和澳大利亚也建立了工厂。36年来已在新建或既有的民用和商用建筑上共装配了3.9亿平方英尺的Tripolymer。据称在911事件中被毁的纽约世界贸易中心也曾用它作为墙体保温材料。此外,在美国各地的沃尔玛(Wal-Mart)大超市、万豪(Marriott)大酒店和会议中心等知名建筑中都曾用过。值得一提的是在25年前用于水泥砌块中的Tripolymer至今仍无损坏现象。
    近年来西碧公司又开发了一种直接将发泡浆料通过喷枪现场喷注到空心砖或中空水泥砌块中的专利技术,发泡浆料是改性酚醛树脂共聚物与固化剂的双组份Tripolymer予聚体。
    由于Tripolymer具有最好的防火性和隔音性,所以它已广泛用于学校、医院和民宅。通过美国标准<燃烧级别测试准则>(ASTM E-119),证明没有其它能现场喷注的有机泡沫可达到现场喷注Tripolymer优良防火性能。
    美国泡沫技术公司:美国泡沫技术公司的Thermo-Cor是采用喷注或挤出成型PF保温材料。该产品的结构强度比相同密度的普通PF泡沫更高,完全符合联邦航空安全条例(FAR25.853)的各项技术指标,在222℃高温下不分解。它的FST特性极好,因此,以该产品为芯材制成的复合材料可用在飞机、高速列车、船舶发动机罩等部位。Thermo-cor也适用于医院、楼房等防火要求严格的墙体保温系统,该产品pH值为6~6.5,接近中性,对金属几乎不存在腐蚀问题,尤其将它用在金属屋面和防火门更是合适。
    该公司也开发了一种常温喷注专利技术,A、B双组份分别装在大铁桶内,A是树脂助剂等组份;B是PSA等固化剂组份。通过专用计量喷枪将双组份高速混合插进中空墙体砌块中进行现场发泡,也可喷注在金属屋面和防火门内发泡。
    美国爱默西奇尔公司:爱默西奇尔公司早年以生产玻璃钢起家,后转产飞机用蜂窝板材等高档复合材料。由于航空工业需要,1993年又研发成功商品名为Gillfoam 2019的PF,密度为4-20PCF(或320kg/m3),产品符合FAR25.853的严格要求,能达到FST和热释放量指标。其机械强度接近甚至超过PU和聚氯乙烯(PVC)。以Gillfoam 2019填入Nomex蜂窝结构制成的夹心板,其机械强度更高,热稳定性最高可达232℃,隔热隔音,是飞机内舱壁最理想用材,已应用在波音、麦道和空中巴士飞机上。为了向建筑行业开发市场,该公司又将纸蜂窝与PF结合而成的夹心板应用于防火门,快装墙板。产品既保温又隔音,既结实又安全。
    日本旭化成建材公司:旭化成建材公司为了保护地球环境和改善居住环境,多年来对PF保温材料进行了深入研究开发。近年来该公司推出了商标名为新曙光(Neoma)的PF新产品。在生产过程中,发泡剂采用碳氢化合物代替会破坏臭氧层的CFC、HCFC,从而保护了地球环境。新曙光PF保温板已通过了日本、中国和英国的防火等各项试验,由于达到了日本标准<燃烧性>的技术指标(JIS D1201),得到了日本不燃材料认定证书(证书号:NM-0315),并且获得了日本经济产业厅和环境厅的节能和环保大奖。
    我国酚醛泡沫发展现状和未来
    虽然我国目前生产的PF与国外相比,在工艺技术和施工应用上还存在一定差距,到目前为止,国内已建有全自动连续化生产线300条。据统计,今年1~9月我国PF产量已达到51万m3,与去年同期45万m3相比,增长率高达20%。在提高防火性能方面,国内已有三家企业研发的复合型PF板,经过国家防火建筑材料质量监督检验中心的检测其燃烧性能达到GB8624 A级。这说明了PF作为一种安全、绿色的新型节能建筑材料,其优点已经得到越来越多建设部门和公安消防部门人士的认可。
    值得关注的是,近年来我国有关科研单位和企业在酚醛树脂改性和发泡技术已有了新的突破,其一是克服了PF粉化掉渣、脆性大和强度低的缺点;其二是PF的成本更接近PS;其三是产品的pH值接近中性,对金属无腐蚀性。近年来PF经过专家严格评审,并经有关建筑建材业市场管理总站批准,有些厂家已经推出PF板外墙外保温系统关于设计、施工和验收等相关方面的应用图集和标准,并且已完成一千多万平方米的外墙外保温工程实例,为PF在墙体保温市场的发展带来了新的曙光。
    节能的建筑首先它的前提是安全,离开安全,建筑也就失去了存在的意义。只有杜绝了可燃、易燃、危险的保温材料在建筑墙体上使用,才能从源头上遏制重大火灾事故的发生,PF作为墙体保温材料,不失为减免火灾和降低火灾危害的最有效办法。
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