濕度對建筑用硬質聚氨酯保溫材料保溫性能的影響

■彭 菁，邵 曌，張喜翠，張曉敏，王婷婷，文昕杰，李其馨

■1.四川產品質量監督檢驗檢測院，四川 成都 610100;2.四川省特種設備檢驗研究院，四川 成都 610061

建筑節能是執行國家環境保護和節約能源政策的主要內容，是貫徹國民經濟可持續發展的重要組成部分。硬質聚氨酯保溫材料作為一種新型建筑材料很早就已用于建筑領域。20 世紀60 年代早期，英國就將硬質聚氨酯做成夾芯板，用在墻體和屋頂。硬質聚氨酯應用于墻體保溫材料時，其性能的變化會影響其墻體的保溫性。因此，研究硬質聚氨酯保溫材料的老化機理非常重要。

保溫材料保溫性能主要以材料本身的導熱系數來衡量，導熱系數是材料本身所固有的屬性，表征物質傳遞熱量能力的大小［1］。鄧朝暉［2］等對影響建筑材料導熱系數的因素進行了綜述，認為影響材料導熱系數的因素有材料密度、濕度、化學成分、空隙大小、閉口孔隙率、空隙內氣體的種類等。硬質聚氨酯泡沫的導熱系數主要取決于泡孔內氣體的熱導率值，氣體熱導率值越低，泡沫的熱導率值也越低［3］。硬質聚氨酯泡沫的老化研究主要集中在熱老化或熱氧降解方面［4-6］。M.R.Salazar［7］采用濕熱老化試驗模擬了聚氨酯彈性體的室內貯存老化，研究結果表面酯基水解是聚氨酯彈性體室內貯存過程中老化的主要原因，劉元俊等［8］通過對比室內貯存老化規律和人工加速濕熱老化規律，同樣表明酯基水解是硬質聚氨酯泡沫塑料壓縮性能下降的主要原因。

本研究在高低溫交變加熱老化試驗條件下，通過對比沒有水分和有水分時硬質聚氨酯保溫材料導熱系數的變化，考察空氣濕度對硬質聚氨酯保溫材料保溫性能的影響。

1 試驗部分

1.1 試樣制備

試驗樣品為市場購買的建筑用硬質聚氨酯泡沫，裁成200 ×200mm大小的試樣，去除其外層材料及表皮，僅剩余單獨的聚氨酯泡沫層，試樣最終試驗尺寸為200 ×200 ×40mm。

1.2 人工加速老化試驗

人工加速老化試驗使用高低溫交變濕熱老化，試驗設備為上海增達環境試驗設備有限公司生產的高低溫交變濕熱試驗箱(ZTH100C型)，高低溫交變試驗以24 小時為一個試驗周期，溫度范圍為-30℃～70℃，濕度范圍為:A∶0～90%;B∶0%，一個老化試驗周期如表1 所示。

表1 24 小時試驗周期詳細計劃

將制備好的硬質聚氨酯泡沫放入高低溫交變試驗箱內，為了使樣品各面都充分處于相同溫濕度環境中，試驗樣品置于中間網格一層，并且樣品之間不重疊不接觸，間距≥10cm。將試樣份兩組，一組直接放置在高低溫交變箱內，一組放于密封袋中以隔絕水分，其余試驗條件均相同。

1.3 導熱系數測定

按照GB/T 21558-2008《建筑絕熱用硬質聚氨酯泡沫塑料》中5.8 導熱系數中給出方方法進行硬質聚氨酯泡沫導熱系數的測定。測試平均溫度為23℃，冷熱板溫差為23℃。檢測設備為德國耐馳儀器公司生產的導熱系數測定儀(HFM436/3/1E 型)。不同老化時間下檢測硬質聚氨酯泡沫的導熱系數，分別是0、1、2、5、10、15、20、25、30、35、40、45、55、65 天。

2 結果與討論

2.1 溫度對硬質聚氨酯泡沫老化后的導熱系數的影響

硬質聚氨酯泡沫在隔絕水分情況下，經過高低溫循環老化，其老化時間與試樣導熱系數變化的關系見圖1。從圖1 可以看出，隨著高低溫循環老化時間的增加，試樣的導熱系數在前40 天基本保持穩定，之后隨著高低溫循環老化時間的增加，試樣的導熱系數呈現增大趨勢。

圖1 溫度對硬質聚氨酯泡沫老化后的導熱系數的影響

2.2 溫濕度對硬質聚氨酯泡沫老化后的導熱系數的影響

在相同高低溫循環老化條件下，考察了溫濕度同時作用對硬質聚氨酯泡沫導熱系數的影響，其老化時間與試樣導熱系數變化的關系見圖2。從圖2 可以看出，隨著高低溫濕熱循環老化時間的增加，試樣的導熱系數呈現增大趨勢。

圖2 溫濕度對硬質聚氨酯泡沫老化后的導熱系數的影響

2.3 老化過程中濕度影響硬質聚氨酯泡沫導熱系數的原因

通過對比單純熱老化和濕熱老化對硬質聚氨酯泡沫導熱系數的影響，從圖1 和圖2 中隨著老化時間導熱系數的變化趨勢可以得到，濕度相對于溫度來說，是影響硬質聚氨酯泡沫導熱系數的一個重要因素。

硬質聚氨酯材料中存在大量的酯基，達到一定溫度時，在水分子的作用下發生水解反應，使分子鏈斷裂而導致聚氨酯材料的降解，進一步影響聚氨酯材料的閉孔率，導致其保溫性能下降。硬質聚氨酯的水解可用式(1)表示:

3 結論

采用高低溫交變濕熱試驗箱對硬質聚氨酯泡沫進行熱老化和濕熱老化，通過對比在相同熱老化過程中，有無濕度參與熱老化時對硬質聚氨酯泡沫導熱系數的影響，實驗結果表明在有濕度參與的老化過程中，硬質聚氨酯泡沫的導熱系數明顯有增大趨勢。表明在濕熱老化條件下酯基的水解是硬質聚氨酯泡沫導熱系數增大的主要原因。

［1］楊強勝，蒲保榮.高等傳熱學［M］.上海交通大學出版社，2001.

［2］鄧朝暉.建筑材料導熱系數的影響因素及測定方法［J］.工程質量，2008(4):15.

［3］姚勇，楊炳元，李芳等.聚氨酯防水保溫材料的性能及防水保溫機理［C］.全國第六次防水材料技術交流大會，2004∶138.

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［6］盧艾，黃銳，王建華.水發泡聚氨酯泡沫塑料的熱分解［J］.中國塑料，1999，13(10):38.

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