硬质聚氨酯与聚苯乙烯泡沫塑料在建筑节能中的应用

廖国胜，曾 骐，孙建刚

（武汉科技大学城市建设学院，武汉 430065）

硬质聚氨酯与聚苯乙烯泡沫塑料在建筑节能中的应用

廖国胜，曾 骐，孙建刚

（武汉科技大学城市建设学院，武汉 430065）

对硬质聚氨酯泡沫塑料和聚苯乙烯泡沫塑料的主要工程特性进行了对比分析，同时介绍了两种材料在外墙保温、屋顶保温、楼地面保温等建筑工程中的应用及存在的问题，并对硬质聚氨酯－聚苯乙烯复合材料的研究方向进行了初步的探讨。

硬质聚氨酯泡沫塑料； 聚苯乙烯泡沫塑料； 保温； 性能对比

聚苯乙烯泡沫塑料是聚苯乙烯中加入发泡剂加热时软化、产生气体，形成的一种硬质闭孔结构的轻型高分子材料。均匀封闭的空腔结构使其具有介电性能优良、吸水性小、力学强度较高及质量轻等特点。在土木工程中，有效的解决了建筑物的保温、防潮以及水利设施的保温防渗、防冻的工程问题［1］。

硬质聚氨酯泡沫塑料是由有机异氰酸酯与多元醇化合物相互作用而得的高分子聚合物材料。它是一种性能优良的结构材料和绝热材料，一般而言，较高密度的硬质聚氨酯泡沫塑料可用作结构材料，较低密度的硬质聚氨酯泡沫塑料主要用作隔热保温材料。它多为闭孔结构，比强度大、重量轻、施工方便，同时还具有电绝缘、防震、隔音、耐溶剂、耐寒、耐热等特点。它用途非常广，例如用于房屋建筑的保温结构以及石油化工管道、冷柜、冰箱等的隔热保温［2］。

1 硬质聚氨酯与聚苯乙烯泡沫塑料的主要工程特性对比分析

密度是泡沫塑料的一项重要性能指标。密度对泡沫的其他性能有明显的影响。不同使用对象，选用的泡沫塑料密度不等。建筑用复合板材、芯材泡沫塑料密度大体上为30kg／m3或略大一些［3］。

1.1 密度和压缩性能

压缩强度是泡沫塑料最重要的性能之一，当试样受到外部持续压力后会发生变形，最终导致泡孔完全破坏。密度与压缩强度有着密切的关系，通常情况下，泡沫塑料的密度越大，泡孔结构越小，泡沫塑料的压缩强度就越好，见图1。

由图1可以看出，不管是硬质聚氨酯泡沫塑料还是聚苯乙烯泡沫塑料，都是随着密度的增加，压缩强度提高，并且泡沫塑料密度在20～40kg／m3的范围内基本保持线性增长趋势，但泡沫塑料密度在40kg／m3以上的范围，聚苯乙烯泡沫塑料的压缩强度增长幅度更大一些。在两种材料密度相同的情况下，聚苯乙烯泡沫塑料的压缩强度要略高于硬质聚氨酯泡沫塑料。

1.2 密度和热导率

作为保温材料的泡沫塑料，热导率是最重要的特性。热导率越小，保温材料的绝热性能越优良。密度是影响泡沫塑料热导率的因素之一，而对于硬质聚氨酯泡沫塑料，选择一氟三氯甲烷（CFC－11）和二氧化碳发泡的热导率差异见图2。

图2中矩形数据标记曲线表示二氧化碳发泡的硬质聚氨酯泡沫塑料热导率与密度的关系，三角数据标记曲线表示CFC－11发泡的硬质聚氨酯泡沫塑料热导率与密度的关系。由这两条曲线可知，硬质聚氨酯泡沫塑料的热导率与密度的关系大体趋势是随着密度增加，热导率增大，但这种增大与密度的增加并不成正比，泡沫塑料密度在30～60kg／m3的范围内热导率较小。同时我们发现，发泡剂的不同也导致硬质聚氨酯泡沫塑料的热导率有差异，其中用CFC－11发泡的硬质聚氨酯泡沫塑料的热导率要明显低于二氧化碳作发泡剂时的热导率。菱形数据标记曲线表示的是聚苯乙烯泡沫塑料热导率与密度的关系，可以看出密度对热导率的影响较小，大体趋势是基本维持不变，泡沫密度在20～30kg／m3的范围内略微单调下降，之后保持稳定在0.039mW／（m·K）左右。

由图2整体对比分析可知，硬质聚氨酯泡沫塑料不管是采用二氧化碳发泡还是CFC－11发泡，其热导率都明显低于聚苯乙烯泡沫塑料，保温效果上有显著优势。

1.3 热导率和吸水率

除密度之外，吸水率是影响泡沫塑料热导率的另外一个主要因素，保温材料在使用过程中都会直接或间接的吸收水分，水分的渗入必然会影响保温材料的热导性能，见图3。

由图3可以看出，两种材料都是随着吸入水分的增加，热导率逐步增加，呈现的是一种单调递增的趋势，并且增长幅度也相当。在同等吸水条件下，硬质聚氨酯泡沫塑料的保温性能优于聚苯乙烯泡沫塑料。

2 硬质聚氨酯与聚苯乙烯泡沫塑料在建筑工程中的应用

2.1 建筑外墙保温

聚苯乙烯泡沫塑料保温板材可直接粘贴于建筑物外墙面，使用证明保温效果良好，施工简便、造价低，同时还可以制作建筑外装饰的造型。但墙体整体性差，构造柱和局部圈梁部位热桥问题还没得到有效的解决；而硬质聚氨酯泡沫塑料对砖墙以及水泥砂浆的附着力强，墙体整体性好，采用喷涂硬质聚氨酯泡沫塑料不但保温节能，而且能够有效的解决局部热桥问题，特别适用于高层建筑剪力墙结构外墙保温。

2.2 屋顶保温

传统的屋顶保温结构是在屋顶的结构层上作好找平层后，先铺隔热保温层（膨胀珍珠岩、加气混凝土、矿棉等），再作防水层。防水层由于暴露在外面，受高低温和日光的作用，防水层极易开裂老化，加之传统的保温材料都容易吸水，而且吸水后就失去了保温隔热性［4］。与传统做法相反，采用屋顶保温倒置法利用聚苯乙烯泡沫塑料的低吸水性和耐久性，可改变防水层的工作环境，使其防水功能长期有效。相比聚苯乙烯泡沫塑料，硬质聚氨酯泡沫塑料不仅具有低吸水性和耐久性，而且由于屋顶长期的温度变化范围为－30～90℃［5］，优良的保温隔热性能更使硬质聚氨酯泡沫塑料能承受阳光长期照射在屋顶表面所产生的高温以及季节变化产生的低温。

2.3 地面保温

在室内地面保温时，无论是在楼板下铺设保温层，还是在地面上进行保温，聚苯乙烯泡沫塑料和硬质聚氨酯泡沫塑料都特别有用。由于硬质聚氨酯泡沫塑料热导率低于聚苯乙烯泡沫塑料，一般20～40mm厚的硬质聚氨酯泡沫塑料板块就能够满足要求，而聚苯乙烯泡沫塑料则需要30～60mm。另一方面，楼地面保温时泡沫塑料要在长期的压力荷载下工作，相比硬质聚氨酯泡沫塑料，聚苯乙烯泡沫塑料的压缩性能略好，更能够保持良好的稳定性。

3 存在的问题及发展方向

我国幅员辽阔，建筑保温材料的应用情况在各地差异较大。但就其综合性能来讲，聚苯乙烯泡沫塑料因具有一定的保温效果、成本低的优点应用较广，但施工性能差，与基体结合不牢、阻燃性差等缺点成为该材料应用的一个障碍［6］。随着建筑围护结构热工性能要求的不断提高，保温性能更高的硬质聚氨酯泡沫塑料已经越来越多地取代了曾大量使用的聚苯乙烯泡沫塑料［7］，硬质聚氨酯泡沫塑料其热导率要显著低于聚苯乙烯泡沫塑料，而且能形成连续的保温层，可保证墙体与保温材料的共同作用并有效阻断热桥，适合结构较为复杂、节能标准较高的多层和高层建筑，但由于综合造价投入较大且对工人技术要求较高，目前使用率仅占我国外墙保温市场的5%［8］。

综上所述，结合二者的性能优势，同时赋予硬质聚氨酯－聚苯乙烯复合材料阻燃等性能，开发出具有力学性能好，保温性能优异，具备一定阻燃效果等性能优势的复合型保温材料。这种材料具有广阔的市场前景，完全有能力实现建筑节能60%的目标。

［1］张卫兵.聚苯乙烯在工程中的应用［J］.工程塑料应用，2004，32（7）：39.

［2］杨春栢.硬质聚氨酯泡沫塑料研究进展［J］.中国塑料，2009，23（2）：12.

［3］朱吕民 刘益军.聚氨酯泡沫塑料［M］.（第三版）.北京：化学工业出版社，2005，553－554.

［4］李 焉，张玉川.发展EPS泡沫塑料的新机遇—EPS泡沫塑料在建筑上应用的调研［J］.化学建材（特辑），2001，30（4）：27.

［5］徐归德.应用于建筑工业的硬质聚氨酯泡沫塑料［J］.化学推进剂与高分子材料，2004，2（5）：2.

［6］张 娟，高 敏.建筑节能保温材料的应用现状［J］.科技致富向导，2011（23）：367.

［7］钱伯章，朱建芳.建筑节能保温材料技术进展［J］.建筑节能，2009（2）：57.

［8］许志中，李铁东.有机建筑保温材料发展前景的思考［J］.新型建筑材料，2011（7）：90.

Application of Rigid Polyurethane and Polystyrene Foams in Building Energy

LIAO Guo－sheng，ZENG Qi，SUN Jian－gang
（School of Urban Construction，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430065，China）

In this paper，the main characteristic of the rigid polyurethane and polystyrene foams are analyzed.At the same time，the application and disadvantage of the two materials in construction engineering are introduced，including the exterior wall insulation，roof insulation，floor surface heat preservation，etc.It also conduct a preliminary study in the research direction of rigid polyurethane－polystyrene composites.

rigid polyurethane foams； polystyrene foams； heat preservation； performance comparison

10.3963／j.issn.1674－6066.2014.02.007

2014－02－24.

廖国胜（1971－），副教授.E－mail：115811597＠qq.com