建筑用聚氨酯保溫材料的性能分析

作者：史章華　　來源：南京長三角防水保溫材料有限公司

核心提示：
　　建筑業用聚氨酯硬泡體保溫材料是聚氨酯工業的一個重要分支，其特點是一材多用，同時具備保溫、防水等功能。該類產品自上世紀60年代在歐洲建筑業應用以來已有40年歷史，一些國家還通過立法把聚氨酯作為建筑業指定的保溫防水用材。近年來，隨著我國建筑節能市場的迅速發展，聚氨酯硬泡體保溫產品在建筑保溫防水領域得到了廣泛的應用，已成為主導市場的保溫節能產品之一。

　　聚氨酯（即聚氨基甲酸酯，英文縮寫PU）是在高分子主鍵上含有許多重復的—NHCOO—基團的高分子化合物。聚氨酯系列產品一般是由二元或多元有機異氰酸酯和多元醇在多種助劑的作用下，經過聚合反應得到的高分子化合物，兩種主材中若都只含兩個或以下羥基官能團時，聚合反應得到的是線型結構的化合物，若其中一種或兩種主材中，部分或全部具有三個或以上官能團時，則可得到體型結構的聚合物，由于聚合物的結構不同，性能差異很大。就像鋼材一樣，雖然都是鐵碳合金，但鐵碳配比不同，熱處理工藝不同，其性能截然不同。聚氨酯原料在各行業應用非常廣泛，因應用的行業特性和生產的產品不同，各行業對以聚氨酯為主要原料的組合材料的性能要求也不同。承擔保溫防水雙功能的聚氨酯硬泡（SPF）也完全不同于用于冰箱、冷庫僅起保溫作用的聚氨酯(PUR)，盡管它們外觀結構看似非常相像，但作為建筑保溫防水一體化材料，聚氨酯硬泡打破了傳統建材功能單一、防水的不保溫、保溫的不防水、防水層一旦出現滲漏、保溫層隨即失去保溫功能的通病。與其它單功能保溫或防水材料相比，聚氨酯硬泡具有明顯的優勢：
　　1.聚氨酯硬泡具有一材多用的功能，同時具備保溫、防水、隔音、吸振等諸多功能；
　　2.保溫性能卓越，是目前國內所有建材中導熱系數最低（≤0.024，綠色環保無氟發泡技術）、熱阻值最高的保溫材料，導熱系數僅為EPS發泡聚苯板的一半；
　　3.聚氨酯硬泡體連續致密的表皮和近于100%%的高強度互聯壁閉孔，具有理想的不透水性。采用噴涂法施工達到防水保溫層連續無接縫，形成無縫屋蓋和整體外墻保溫殼體，防水抗滲性能優異；
　　4.超強的自粘性能（無需任何中間粘結材料），與屋面及外墻粘結牢固，抗風揭和抗負風壓性能良好；
　　5.整體噴涂施工，完全消除“熱節”和“冷橋”； 
　　6.柔性漸變技術可有效阻止防水層開裂；
　　7.機械化作業、自動配料、質量均一、施工快周期短；
　　8.化學性質穩定，使用壽命長，對周圍環境不構成污染；
　　9.離明火自熄，且燃燒時只炭化不滴淌，炭化層尺寸和外形基本不變，能有效隔斷空氣的進入，阻止火勢的蔓延，防火安全性能好。
　　聚氨酯硬泡體材料本身性能的優劣，對建筑物的使用安全性、保溫功能、防水功能有著重大的影響，在選材時必須引起高度重視。
　　建筑業用聚氨酯硬泡體防水保溫材料與冷庫、冰箱用聚氨酯硬質泡沫保溫材料在性能上的極大差別，主要反映在斷裂延伸率、閉孔率、尺寸變化率、粘接強度四項性能指標上。
　　區別之一：斷裂延伸率
　　斷裂延伸率是衡量聚氨酯硬泡抗拒應力作用不產生永久變形的重要性能指標，而僅起保溫作用，無防水功能的冷庫冰箱用聚氨酯硬質泡沫對此項關鍵的性能指標并無任何要求。
　　國家建材行業標準（JC/T998-2006）中明確規定：聚氨酯硬泡如果作為屋面和墻體防水保溫一體化材料使用，必須滿足延伸率大于10%%的基本要求，才能保證因使用環境溫度變化、屋面及墻體的干縮濕脹、嚴冬凍融破壞以及建筑物基礎不均勻沉降造成的防水層斷裂、起鼓和龜裂。使聚氨酯硬泡在發揮優異保溫功能的同時，充分展示其可靠的防水功能，只有延伸率滿足上述國家行業標準的聚氨酯硬泡才能保證建筑物冬暖夏涼，環境舒適，屋面滴水不漏，外墻永無返潮之慮。 
　　區別之二：尺寸變化率
　　聚氨酯硬泡受使用環境溫度變化的影響，尺寸和體積會發生一定的變化，尺寸變化率的大小與原料的類型、泡體的結構、芯材密度、成型工藝及發泡劑的種類等諸多因素有關，耐溫差性能較好的聚氨酯硬泡在-20攝氏度至+80攝氏度的環境溫度下，尺寸不應發生明顯的變化。聚氨酯硬泡的閉孔率高達95%%以上，封閉在泡孔中的氣體壓力隨環境溫度的變化而變化，如果泡壁的結構強度較小，泡沫尺寸就會因閉孔中氣體壓力的變化而產生低溫收縮或高溫膨脹的變形，尺寸相對變形量（即尺寸變化率）越大，聚氨酯防水保溫層產生斷裂或開口的幾率就越大。
　　用于建筑的聚氨酯硬泡按國家行業標準JC/T998-2006的規定，尺寸變化率應≤1%，以適應建筑物在酷暑及嚴寒季節因晝夜溫差急驟變化造成的外墻飾面系統線型尺寸過大的收縮和膨脹。尺寸穩定性顯然與外墻飾面系統安全使用性密切相關，其值越大，安全性越差，尺寸變化率大于1%%的聚氨酯硬泡是不符合國家建材行業標準要求的。 
　　區別之三：閉孔率
　　閉孔率是衡量材料吸水率和導熱系數的重要指標，閉孔率低的硬泡吸水率和導熱系數都較高，對材料的保溫功能和抗凍融性能都有著至關重要的影響。建筑用聚氨酯硬泡作為屋面防水保溫材料使用時，其泡沫閉孔率至少應大于95%%，當閉孔率低于70%%時，短時大雨并不會造成屋面滲漏，但在多日連續陰雨的季節，由于硬泡長期浸泡在雨水中，開孔泡中吸水較多，滲入泡中的雨水，在重力作用下會透過串孔進入屋面基層，并被封存在基層和硬泡之間，即使雨過天晴，在烈日照射下短期內也很難經過硬泡保溫層和保護層向上排出。相反，由于屋面受陽光照射，上層溫度高，下層溫度低，水分反而向屋面下層遷移，造成雨天不漏、晴天滲漏的反�，F象，這種現象在南方黃梅季節尤甚。
　　區別之四：抗拉強度和自粘強度的影響
　　聚氨酯硬泡外墻外保溫系統的整體強度取決于聚氨酯母材的抗拉強度（系統強度的最薄弱環節），因此聚氨酯硬泡本身的抗拉強度實際上就是整個外墻飾面系統的抗拉拔強度。例如：聚氨酯硬泡的抗拉強度是200kpa，整個外墻系統的抗拉拔強度就是200kpa；如果此指標下降為100kpa，則整個外墻系統的抗拉拔強度會隨之降低為原來的一半，安全系數也必然會驟降為原來的一半。
　　另外，建筑業用噴涂聚氨酯硬泡在材料配制時還應充分地考慮外墻外保溫系統使用時的粘接強度要求，因此要求其對金屬、混凝土、磚石、木材、玻璃等建筑材料具有極好的自粘接性能。國家建材行業標準JC/T998-2006和最近通過的《聚氨酯硬泡外墻外保溫工程技術導則》，都對聚氨酯硬泡的自粘接強度規定了強制性指標，這也是噴涂聚氨酯硬泡相對于發泡聚苯板（EPS）和擠塑保溫板（XPS）外墻外保溫系統安全性具有明顯優勢的一個重要指標。值得一提的是，強度是聚氨酯硬泡最重要的力學性能，它的大小直接決定著外墻飾面系統的抗風壓、抗沖擊、抗應變能力以及承載總重量的能力，是評估外墻外保溫系統使用安全性的最重要、最直接的性能指標。
　　綜上所述，用戶在選用聚氨酯硬泡作為建筑保溫防水雙功能材料使用時，必須按國家建材行業標準JC/T998-2006的要求，對材料的密度、強度、斷裂延伸率、尺寸穩定性及閉孔率進行嚴格鑒定。作為目前惟一的保溫防水一體化新型建材，聚氨酯硬泡保溫材料在國內建筑業的應用還處于初始階段�？上驳氖牵瑸榧涌旖ㄖ�保溫材料的革新，促進聚氨酯硬泡在建筑節能領域的推廣應用，建設部還專門成立了“聚氨酯建筑節能應用推廣工作組”，在建設部的高度重視和全力推動下，目前聚氨酯硬泡保溫防水材料在國內建筑節能行業的應用取得了實質性的進展。