優化硅酸鈣聚氨酯復合保溫墻體的防火性能研究

文/曾麗娟、張杰潔、張沈峰、傅健威、王任杰　汕頭大學工學院土木與環境工程系　廣東汕頭　515063

優化硅酸鈣聚氨酯復合保溫墻體的防火性能研究

文/曾麗娟、張杰潔、張沈峰、傅健威、王任杰汕頭大學工學院土木與環境工程系廣東汕頭515063

墻體材料革新是實現建筑節能的重要方向，硅酸鈣聚氨酯復合墻板在各類保溫材料中具有較為突出的優勢。但其防火性能的提高將提升其實用性。本文以不同配合比的硅酸鈣聚氨酯為原料進行多組發泡實驗，選出最優的實驗原料配比。

建筑節能硅酸鈣聚氨酯防火性能 實驗原料配比

1.引言

在2012年5月住房和城鄉建設部和建筑節能與科技司聯合部署了“十二五”建筑節能專項規劃，把低碳精神、建筑節能、綠色建筑、可再生能源建筑應用等作為重點，其中墻體材料革新是實現建筑節能的關鍵部件。經專家測算，建筑物能耗損失比例，屋面熱能損耗約12%，地面約5%，門窗約40%，墻體約43%［1］。與發達國家相比，我國還處在一個起步、成長階段，目前采用的各項墻體保溫技術還滿足不了建筑節能的需求；應用當中還存在許多問題，例如保溫材料品種單一、設計水平低、施工技術落后、復合墻體的耐久性差、防火性差、不能與建筑物同壽命、缺乏相應的規范標準等［2］。

硅酸鈣聚氨酯復合墻板是采用外層為80mm厚硅酸鈣板，中間為硬質聚氨酯高壓發泡定型而成的一種性能優良的隔熱保溫材料內隔墻板，如1-1圖所示。其保溫、隔音性能良好，質量輕，主要應用于建筑物的非承重內隔墻。墻板的標準尺寸為長*寬*厚=2400mm * 1200mm*90 mm，也可以按照客戶的要求進行定制，長度可達3000mm，寬度最小為300mm，厚度最薄為70mm。因此它可以工廠定制，規模化生產，標準化施工，施工簡便迅速，便于市場的推廣與應用。

圖1-1　硅酸鈣聚氨酯復合板

硬泡聚氨酯在發達國家約60%作為節能材料用在建筑上，而我國的硬泡聚氨酯60%以上用于冰箱、冰柜等工業設備與管道等保溫隔熱領域，在建筑領域應用很少，且生產技術與裝備落后的隔熱保溫。因此，現階段應大力研制和應用保溫性能優良、綠色環保、具有多種功能的建筑硬泡聚氨酯保溫隔熱材料，使節能和健康建筑指標同步實現。

針對現有硅酸鈣聚氨酯復合保溫墻板在防火性能方面的缺點，通過對相同配方不同配比，以及在原來墻板材的外表加上防火涂料，在墻板材的內部夾芯聚氨酯滲入阻燃輔材料和在保溫板間拼接縫隙中嵌入防火密封材料等多種途徑研發優化出在防潮性、隔音性、強度、性價比和施工簡便性方面有所提高，特別是將原有板材的防火性能提升到GB 8624-1997中B1標準的復合保溫材料。同時采用相應的墻體裝配施工工藝，使墻體本身的熱工性能等指標達到節能標準要求，實現集保溫隔熱功能與圍護結構功能于一體的建筑節能的復合保溫墻體。

2　實驗部分：

通過查閱資料、咨詢相關企業，在普通保溫板發泡原料中加入玻化微珠、玻化微珠保溫砂漿、阻燃劑，提高復合板材料的防火性能。

2.1實驗原料：聚酯多元醇（PS-2412）、MDI（PM-200/PAPI）

催化劑（PC-41PC-5TMR-2）、發泡劑（HCFC-141b）

阻燃劑（DMMPTCEP）、泡沫穩定劑（AK-8805）

玻化微珠、玻化微珠無機保溫砂漿［3］。

2.2實驗設備：電動攪拌機、電子天平、自制鐵制模具100mm*100mm*300mm、滴管。

2.3基礎配方：

表2.1　基礎配方質量比

2.4實驗條件：環境溫度：19～25℃

原料溫度：19～25℃

攪拌速度：1500～2000r/min

攪拌時間：30～50s

2.5自由發泡實驗：

將黑料、白料、催化劑及阻燃劑等原料按設定比例混合均勻，在電動攪拌機上混合攪拌30s～50s，隨后倒入模具中，密封加壓，待發泡徹底再測定其性能。

2.6發泡性能測試：

測定其質量、密度、峰值力和防火性能。（注：防火性能的檢測自行用火燒的方法進行估測）

3　結果與討論：

經過完成多次硬泡聚氨酯配合比實驗（圖3.1），現將實驗數據收集整理制成圖表并進行分析：

圖3.1



3.1基本配合比實驗組［4］：

按基本配合比（黑料MDI：白料 PS-2412=1：1）做出的材料試件全部能夠點燃，且隨著試件密度的下降，其峰值力和防火性能也下降（見圖3.2），試件燃燒后不能自熄滅。

圖3.2

3.2添加玻化微珠對聚氨酯硬泡阻燃性能的影響［5］

在基本配比基礎上添加不同比例的玻化微珠做出的材料試件全部能夠點燃，且隨著試件密度的上升，其峰值力下降和防火性能提高，試件燃燒后能夠自熄滅。

圖3.3

3.3添加玻化微珠保溫砂漿對聚氨酯硬泡阻燃性能的影響

在基本配比基礎上添加不同比例的玻化微珠保溫砂漿做出的材料試件全部能夠點燃，且隨著試件密度的上升，其峰值力下降和防火性能提高，試件燃燒后不能自熄滅。

圖3.4

3.4添加阻燃劑對聚氨酯硬泡阻燃性能的影響［6］

在基本配比基礎上添加阻燃劑（DMMP）和不同比例的玻化微珠做出的材料試件全部不能點燃，防火性能較前三組實驗最優，隨著試件密度的上升，其峰值力基本呈下降趨勢（圖3.5）。

4　結論：

以上四組實驗組中，基本配合比+阻燃劑+不同比例的玻化微珠做出的材料試件強度高，防火性能好，不能點燃。成果實現在與酒精燈火焰（400—1000℃）接觸的環境下，持續接觸一分鐘以上，不會燃燒起火的防火性能，為最佳實驗配方。

［1］林凱鑫. XPS 擠塑聚苯板外墻外保溫施工技術［J］. 廣東土木與建筑，2012，01：6-7+26.

［2］劉柱平. 建筑墻體保溫材料的研究現狀與發展趨勢［J］. 廣東化工，2010，07：91-92.

［3］劉新民，許春霞，張瓊. 復合保溫板用聚氨酯硬泡的阻燃性能研究［J］. 聚氨酯工業，2004，02：17-20.

［4］王立為. 聚氨酯發泡保溫材料優化配比［J］. 暖通空調，2004，01：80-81.

［5］劉新民，張叢，許春霞，豐效周. 復合板用聚氨酯硬泡的研制［J］. 現代塑料加工應用，2004，01：3-7.

［6］李兆星，段燕芳. 阻燃聚合物聚醚多元醇的合成及其阻燃性能的研究［J］.聚氨酯工業，2011，04：21-24.

［1］曾麗娟（1973 年 04 月），汕頭大學工學院，博士，教授，碩士導師，高新引進高層次人才項目（粵財教［2012］328 號）資助；

［2］張杰潔 （1990 年 09 月），汕頭大學工學院土木系 14 級碩士研究生，研究方向結構工程；

［3］張沈峰（1992年02月），汕頭大學工學院土木系14級碩士研究生，研究方向建筑與土木工程 ；

［4］傅健威（1991 年 11 月）研發團隊，汕頭大學工學院土木系 11 級土木工程，國家級大學生創新創業訓練計劃項目資助；

［5］王任杰（1992 年 12 月）研發團隊，汕頭大學工學院土木系 11 級土木工程，工學院級大學生創新創業訓練計劃項目資助；

Wall materials innovation is the important direction to realize building energy efficiency，calcium silicate polyurethane composite board in all kinds of insulation material has outstanding advantages. Butits fire prevention performance will improve its practicability. With different ratio of calcium silicate polyurethane composite thermal insulation material as a raw material for multiple sets of experiment to choose the optimal ratio of raw materials for experiment.

Building energy efficiency；Calcium silicate polyurethane；fire prevention performance；The ratio of raw materials