防火防火型聚苯乙烯模塑泡沫塑料的性能研究

防火防火型聚苯乙烯模塑泡沫塑料的性能研究

聚苯乙烯泡沫塑料（ps）包括普通聚苯乙烯（ep）、可發(fā)性聚苯乙烯（ep）和茂金屬聚苯乙烯（pms）。其中又分為膨脹型(EPS)和連續(xù)擠出型(XPS),最高使用溫度80℃,應(yīng)用較廣泛。其具有良好的特性:質(zhì)輕、保溫、隔熱、吸聲、防震、力學(xué)強(qiáng)度、韌性、抗腐蝕性、防水、防潮性、隔熱,以切割、易成型、便于安裝。例如,板材、夾芯板,導(dǎo)熱系數(shù)0.040[W/(m·K)]。大量使用于建筑的外墻外保溫、內(nèi)墻內(nèi)保溫、屋頂、冷庫(kù)等絕熱材料中,比其他保溫材料性能優(yōu)越(詳見(jiàn)表1)。在常用的建筑保溫隔熱材料中,EPS和XPS達(dá)到同樣保溫效果時(shí)的保溫層厚度分別為40mm、50mm,導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.039~0.041[W/(m·K)]、0.027~0.035[W/(m·K)],相比較絕熱性優(yōu)于其他材料。在生產(chǎn)中加入阻燃劑,產(chǎn)品能滿足防火阻燃的要求。鑒于在建筑節(jié)能和絕熱保溫中的大量使用,產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊,加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督勢(shì)在必行,通過(guò)對(duì)保溫絕熱性和密度的測(cè)定,為生產(chǎn)者、消費(fèi)者和第三方?jīng)Q策提供依據(jù),期望在滿足使用要求的情況下,采用價(jià)格便宜的板材,達(dá)到降低成本,節(jié)約開(kāi)支的目的。泡沫塑料導(dǎo)熱系數(shù)的優(yōu)劣與表觀密度有很大的關(guān)系,密度越小,導(dǎo)熱系數(shù)越小,絕熱保溫性能越好。但此類測(cè)試分析目前鮮有報(bào)道,筆者對(duì)此進(jìn)行了初步探討。1.1表觀密度、導(dǎo)熱系數(shù)和尺寸穩(wěn)定性絕熱聚苯乙烯板材(EPS、XPS),甘肅大眾新型建材有限公司生產(chǎn),按照GB/T10801.1—2002絕熱聚苯乙烯模塑泡沫塑料測(cè)試,試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)GB/T2918—1998;表觀密度按照GB/T6343測(cè)定,試樣數(shù)量:6個(gè),試樣尺寸:(100±1)×(100±1)×(50±1)mm3;導(dǎo)熱系數(shù)按照GB/T10294測(cè)定,數(shù)量6組,試驗(yàn)厚度25mm,溫差15~20℃,平均氣溫25℃;尺寸穩(wěn)定性按照GB/T8811測(cè)定,溫度70℃,時(shí)間48d,試樣尺寸100×100×25mm3,數(shù)量6個(gè)。壓縮強(qiáng)度按GB/T8813—1988,相對(duì)形變10%的壓縮力,試驗(yàn)速度5mm/min,試樣尺寸(100±1)×(100±1)×(50±1)mm3,數(shù)量6個(gè)。1.2壓力和速度雙平板導(dǎo)熱儀,DRP-1,天津市中環(huán)試驗(yàn)儀器高頻設(shè)備公司;電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,DHG9070A,上海一恒科技公司;計(jì)數(shù)電子天平,JS-15BHG,深圳市新三思公司;微機(jī)控制電子拉力,CMT4304,深圳市新三思公司。2實(shí)驗(yàn)原理2.1復(fù)合材料的熱性能導(dǎo)熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下,1m厚的材料,兩側(cè)表面的溫差為1℃,在1s內(nèi),通過(guò)1m2面積傳遞的熱量,單位為W/(m·K),此處K可用℃代替。導(dǎo)熱系數(shù)與材料的組成結(jié)構(gòu)、密度、含水率、溫度等因素有關(guān)。非晶體結(jié)構(gòu),密度較低的材料,導(dǎo)熱系數(shù)較小。材料的含水率、溫度較低時(shí),導(dǎo)熱系數(shù)較小。通常將導(dǎo)熱系數(shù)較低的材料稱保溫材料,而將導(dǎo)熱系數(shù)在0.05W/(m·K)以下的材料稱為高效保溫材料。導(dǎo)熱系數(shù)是非常重要的熱物理學(xué)參數(shù),是物質(zhì)極其重要的性質(zhì)之一。導(dǎo)熱系數(shù)很大程度上決定了物質(zhì)的使用環(huán)境,是評(píng)價(jià)絕熱、保溫材料性能和質(zhì)量?jī)?yōu)劣的主要技術(shù)指標(biāo)。熱量是一種能量,是由溫差引起的處于遷移狀態(tài)的能量。熱量的傳遞方式有導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射等。物體導(dǎo)熱的機(jī)理有兩種:一種是通過(guò)分子間的相互作用。處在較高能級(jí)的分子把能量傳遞給鄰近的出處于較低能級(jí)的分子。這類傳熱發(fā)生在固體、液體、氣體組成的系統(tǒng)內(nèi),且有溫度梯度存在于系統(tǒng)中。EPS、XPS、PU正是該類系統(tǒng);另一種是借助于純金屬固體中的自由電子來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此,導(dǎo)熱基本上是一種需要溫度梯度作為推動(dòng)力的現(xiàn)象。熱量通過(guò)介質(zhì)從高溫區(qū)域傳導(dǎo)至低溫區(qū)域,或者說(shuō)從高溫物體傳導(dǎo)至低溫物體的這一物理變化過(guò)程,遵守傅里葉導(dǎo)熱定律。傅氏導(dǎo)熱定律可用熱流量方程描述,熱流量Q正比于垂直于熱流量方向的壁面面積A與內(nèi)外壁的溫差△t,與壁厚L成反比。公式表示為Q=λ·△t·A/L式中:λ為比例常數(shù),亦即導(dǎo)熱系數(shù)。導(dǎo)熱的機(jī)理與自由電子有關(guān),而導(dǎo)電的機(jī)理同樣與自由電子相關(guān),因此,導(dǎo)熱與導(dǎo)電有很大的相似性,一般來(lái)說(shuō),凡是良導(dǎo)體的材料,大都是良導(dǎo)熱體。亦即導(dǎo)熱必導(dǎo)電,導(dǎo)電必導(dǎo)熱。2.2熱面溫度測(cè)試實(shí)際測(cè)定中的導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算,取決于不同的儀器。本試驗(yàn)采用導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算:式中:I為主加熱器的電流,A;△t為冷熱面平均溫度,℃;δ為試件厚度,mm,試樣尺寸:φ200×25mm,表面平整,不平度<0.05mm;th為熱面溫度,℃,加熱絲溫度系數(shù)(1/℃)為1.75×10-5;1.14為儀器常數(shù),根據(jù)選用加熱絲材料特性確定。試樣熱面溫度的測(cè)量是在上下熱板中埋入熱電偶而測(cè)得。穩(wěn)定導(dǎo)熱狀態(tài)的判斷:對(duì)于低導(dǎo)熱系數(shù)試件[λ<0.1W/(m·K)],熱電勢(shì)變化的絕對(duì)值小于2μV,可視為穩(wěn)定導(dǎo)熱狀態(tài);對(duì)于高導(dǎo)熱系數(shù)試件[λ>0.1W/(m·K)],熱電勢(shì)變化的絕對(duì)值小于4μV,即可視為穩(wěn)定導(dǎo)熱狀態(tài)。3確保了建筑中大量的密度,密度對(duì)確保性能的影響從表2可以看出,密度在30~40kg/m3時(shí),導(dǎo)熱系數(shù)最低,絕熱性能最好,驗(yàn)證了導(dǎo)熱系數(shù)與密度的關(guān)系。不存在密度越大,絕熱性能越好的情況。建筑中使用的泡沫塑料主要是閉孔結(jié)構(gòu)的發(fā)泡材料,實(shí)際是以空氣為分散體,而塑料為分散介質(zhì)的體系。相互隔離的空氣(泡孔)不僅導(dǎo)熱系數(shù)低,而且避免了對(duì)流傳熱,故而絕熱效果好。經(jīng)測(cè)試力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、抗壓性能幾乎沒(méi)有受到影響;基本滿足GB/T10801.1—2002絕熱聚苯乙烯模塑泡沫塑料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。4導(dǎo)熱系數(shù)和保溫預(yù)熱(1)本試驗(yàn)旨在測(cè)定密度與絕熱性能的關(guān)系,存在密度越小,導(dǎo)熱系數(shù)越小。但是有較優(yōu)情況,即表觀密度為30kg/m3和40kg/m3時(shí),其導(dǎo)熱系數(shù)最低,保溫絕熱