酚醛泡沫塑料性能的研究*

2013-08-17肖力光刘刚李媛张维鹏

吉林建筑大学学报 2013年2期

肖力光刘刚李媛张维鹏

(1:吉林建筑工程学院材料科学与工程学院，长春 130118;2:中水东北勘测设计研究有限责任公司，长春 130021)

0 引言

酚醛泡沫塑料是一种新型难燃、防火低烟保温材料，是由酚醛树脂加入阻燃剂、抑烟剂、发泡剂、固化剂及其它助剂制成的闭孔硬质泡沫塑料.酚醛泡沫塑料具有导热系数低、耐热性高，尤其耐燃性极优等特点[1－2]，是建筑行业隔热保温的首选材料，能满足高层建筑、大型文体娱乐场馆、高速交通工具对隔热、耐燃建材和构件的需求.酚醛泡沫塑料有很好的透气性，在建筑上，不会产生气雾和霜的现象[3]，既有良好的绝热性能，又有安全防火独特性质的酚醛泡沫塑料，必将越来越被建筑市场青睐[4].

1 主要实验材料及设备

本实验采用日本旭化成化学工业株式会社生产的、表观密度为30 kg/m3的酚醛泡沫塑料保温板，对比样采用国产表观密度为20 kg/m3的EPS保温板.主要设备有CD－DR3030导热系数测定仪;CDR－4P差示扫描量热仪;SHIMADZU万能试验机;摆锤式悬臂冲击试验机，冲击速度为3.3 m/s;KYKY－2800型扫描电子显微镜(SEM).

2 实验结果与讨论

2.1 酚醛泡沫塑料的导热系数

导热系数是指在稳定传热条件下，1 m厚的材料，两侧表面的温差为1°.在1 s内，通过1 m2面积传递的热量，用λ表示.由CD－DR 3030导热系数测定仪测得，日本旭化成化学工业株式会社生产的、表观密度为30 kg/m3的酚醛泡沫塑料保温板的导热系数为0.026 W(m·k)，对比样表观密度为20 kg/m3的EPS保温板的导热系数为0.037W(m·k).可见，酚醛泡沫保温材料的导热系数比EPS的导热系数更低，保温效果更好.

2.2 酚醛泡沫塑料的热性能

酚醛泡沫塑料的热转变参数是通过DSC技术来测试的.用差热差示扫描量热计测量物质的焓变温度(包括起始温度、外推起始温度和峰温)，并以此来评价物质的热稳定性.

酚醛泡沫塑料经过CDR－4P差示扫描量热仪测得的DSC实验结果见图1，对比样EPS泡沫塑料的DSC实验结果见图2.

图1 酚醛泡沫塑料DSC曲线

图2 EPS泡沫塑料DSC曲线

由图1可以看出，酚醛泡沫塑料玻璃化温度221℃，在372℃之后曲线平缓，证明酚醛泡沫塑料在此温度之后的区间内没有燃烧点，酚醛泡沫塑料在800℃内不会燃烧;

由图2可以看出，EPS泡沫塑料的玻璃化温度为120℃，再次之后417℃出现熔融吸热峰值，在449.7℃时候达到了分解放热最高峰.

对比以上两种保温绝热材料，酚醛泡沫塑料在遇高温时候更安全，不会产生燃烧.

2.3 酚醛泡沫塑料的拉伸性能

酚醛泡沫塑料的拉伸性能实验结果见表1.

表1 酚醛泡沫塑料拉伸试验数据

由表1数据求得酚醛泡沫塑料的拉伸强度平均值为0.204 MPa.

2.4 酚醛泡沫塑料的冲击强度

材料在冲击、振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时也能产生一定塑性变形而不致破坏的性质成为韧性或冲击韧性.材料在外力作用下，直至断裂前只发生很小的弹性变形，不出现塑性变形而突然破坏的性质称为脆性，具有这种性质的材料称为脆性材料.通过抗冲击实验，可判断材料的韧性或脆性的大小(见表2).

表2 酚醛泡沫塑料冲击实验数据

由表2求得酚醛泡沫塑料的冲击强度平均值为1.592 KJ/m2.可见，酚醛泡沫塑料抗冲击性能比较差，脆性大.

2.5 酚醛泡沫塑料的微观结构

通过扫描电子显微镜可以看到，酚醛泡沫泡孔径小，孔与孔分布较均匀，闭孔率高(见图3)，这就是酚醛导热系数低保温效果好主要的原因.

图3 酚醛泡沫塑料的微观结构

泡沫塑料的传热方式有3种:即气相和聚合物相的热传导、气相中的对流、泡孔壁的热辐射，酚醛泡沫的导热系数小，具有优良的保温隔热性能.

2.6 酚醛泡沫塑料的受热体积变化

将酚醛泡沫塑料和EPS泡沫塑料分别切割成150 mm长，100 mm宽，25 mm厚的试样放在烘箱内，可以发现，随着时间和温度的增长，EPS泡沫塑料逐渐缩小，而酚醛泡沫塑始终保持不变.通过观察测试，两种泡沫塑料升温开始30℃ ～90℃体积基本不变，升温到105℃时，EPS泡沫塑料从原来的体积收缩了8%，升温到140℃时，EPS泡沫塑料收缩了50%.当火灾引起高温时，EPS泡沫塑料保温材料因受热膨胀或缩小而导致墙面开裂脱落，暴露在外的EPS泡沫塑料被引燃，迅速传播蔓延而难以扑救.酚醛泡沫塑料始终呈水平直线状态，甚至加热到300℃以上也能保持体积不变，这说明其热稳定性好.