新型非织造建筑材料的应用探索

2017-03-30陈继智张奇龙

产业用纺织品 2017年1期

关键词：复合板织造布蜂巢

吴锐陈继智张奇龙

福建鑫华股份有限公司，福建晋江 362241

新型非织造建筑材料的应用探索

吴锐陈继智张奇龙

福建鑫华股份有限公司，福建晋江 362241

对非织造材料结合胶化蜂巢技术研制出的新型非织造建筑材料——非织造蜂巢复合板进行介绍，其一般理化性能满足建筑外墙用有机保温材料的需求，并拥有卓越的阻燃、耐火、保温等特性，在生产流程、生产效率、节约资源方面远超传统外墙保温材料。

非织造蜂巢复合板，建筑材料，外墙，保温，阻燃，耐火

2010年11月15日上海静安区高层住宅的10～12层意外起火，整栋高楼瞬间被大火包围。此次火灾共造成58人死亡，而起火的原因竟是高楼当时正在进行的外墙保温节能改造工程。施工中焊接的火花溅射到外墙保温材料上，引发外墙保温材料起火，火势迅速蔓延至整栋高楼，并产生了大量的烟尘和有毒气体，大量人员被困于楼中无法逃生，最终酿成惨剧[1]。这一惨剧向人们提出了建筑保温材料防火、阻燃新课题。

1 建筑用有机保温材料当前状况

节约能源是资源节约型社会的重要组成部分。建筑能耗占社会总能耗的30%～40%。建筑外墙使用保温隔热材料是降低建筑能耗的一项重要举措。2013年北京市在国内率先实施建筑节能新标准——DB11/T 891—2012《居住建筑节能设计标准》，该标准提出了建筑节能设计75%的目标,即以1980—1981年的建筑能耗为基础，实现节能75%。目前,各方为达到此节能效果都在积极研发新材料，努力提升产品效能[2]。

建筑市场现有有机保温材料主要包括苯板(EPS)、挤塑板(XPS)和聚氨酯(PU)等三种，它们的主要特点是质轻、保温性好、施工便捷，但也存在防火安全性差、易老化等根本性缺陷。它们不仅易燃，而且燃烧时会产生大量的有毒气体。一旦突发火灾，由它们包裹的建筑不仅会被大火迅速包围，而且建筑内外都会充满有毒气体，这不仅提高了火灾发生的概率，还加大了救援的难度，影响被困人员的安全撤离和逃生[3]。

另据相关部门调查，目前外墙有机保温材料的行业标准执行尚不规范。生产厂商基于成本、市场等因素各自为阵，不能全面按照消防设计要求生产相应的防火材料，耐火等级等重要指标离国家的规范要求和评价体系尚有差距，这为建筑火灾事故的发生埋下了先天性的安全隐患。加之建筑施工周期长，作业现场隐患丛生，易存在火灾隐患的盲点，如材料在施工现场的存放也是安全施工的重要组成部分。

因此，改进建筑外墙用有机保温材料，克服其燃烧速度快、燃烧隐匿，以及一旦燃烧便很难控制等缺点，是材料业界创新的重点课题。

2 非织造产品生产技术

非织造产品生产技术突破了传统的纺织原理，无需经过传统的纺织加工工艺。将纺织原料或长丝进行定向或随机的排列以形成纤网结构，然后采用机械、热黏合或化学等方法加固，即得非织造产品，具有生产流程短、自动化程度高、效率高、生产成本低、加工原料种类丰富等优势。而将非织造产品生产技术应用于建筑保温材料，可在很大程度上降低保温材料的生产成本、提高生产效率，且更加节能环保、更具资源综合利用性，同时还可赋予产品多样的功能性等[4]。

当前，非织造布已经过近三十年的发展，其世界产量每年在以10%～14%的增长率向前发展[5]。我国非织造产业基于不断的创新，加之已经适应多元化的市场，自2010年以来，一直保持着飞速发展，现今我国已成为全球最大的非织造布生产国及消费国，拥有成熟的非织造生产工艺，以及足量乃至过剩的非织造布生产产能[6]。

非织造生产技术最大的优势是吃“杂粮”，其除了可加工传统的纺织原料外，还可对回收的纺织废料进行综合再利用，以降低建筑成本，还可使用功能性纤维赋予材料更多的特殊性能[7]。非织造布所涉及的化学纤维有黏胶纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维等，且大部分为回收再利用纤维，如由回收瓶片制成的聚酯纤维，符合当今资源综合利用的节约型绿色环保理念；所涉及的无机纤维包括玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、陶瓷纤维等，可利用无机纤维的功能性研制出具有各种特殊性能的非织造产品，这已成为现今非织造行业的主流科研方向。

3 新型非织造建筑材料

福建鑫华股份有限公司利用非织造产品作为新型建筑材料的基材，并结合特殊的胶化整理技术，研制出具有阻燃、保温、防水等功能性的新型非织造建筑材料——非织造蜂巢复合板，其选用目前航空航天工业中应用广泛的蜂巢结构(图1)，既节约了原料(与同等体积的同类建筑材料相比，其质量要轻得多)，又结构稳定(可保证成品的承重能力)，还具有出色的隔声效能。

(a) 示意

(b) 实物

这种利用特殊胶化整理技术结合蜂巢结构制成的非织造蜂巢复合板，其物性指标大体符合建筑外墙用有机保温材料的要求，还具有耐火、阻燃、防水、抗老化、耐酸碱等性能，可用作建筑外墙用保温板材。其中，耐火和阻燃性能最为卓越。

3.1 阻燃性能测试

取尺寸为150 mm×120 mm×45 mm的单层非织造蜂巢复合板放置于钢管上方，使用日常钢铁切割用乙炔火枪，对准非织造蜂巢复合板一面的中心位置进行喷烧(图2)。

图2 乙炔火枪喷烧非织造蜂巢复合板

持续喷烧20 s后将火源移开，发现非织造蜂巢复合板立即停止燃烧，只在短时间内散发出无刺鼻气味的白烟并很快散去，且燃烧未产生粉尘物质(图3)。

图3 喷烧20 s后的非织造蜂巢复合板

此时用手触摸喷烧20 s后的非织造蜂巢复合板完好无损的另一面(图4)，可感受到些许温度，这表明该非织造蜂巢复合板具有高效的隔热保温效能，能有效地阻隔火焰的蔓延及热量的传导。

图4 喷烧20 s后的非织造蜂巢复合板的另一面可触摸

因此，根据测试结果可判断非织造蜂巢复合板的燃烧性能已达到A2级(即难燃级)。发生火灾时，非织造蜂巢复合板不仅可以阻隔火势的蔓延、避免有毒气体的产生，还能有效阻隔火灾产生的热量的传导。广泛应用此非织造蜂巢复合板，可有效减少火灾事故的发生、赢得更多的救灾时间、挽救更多的无辜生命、减少不必要的财产损失。

3.2 阻燃隔热原理分析

胶化处理使大量的阻燃树脂填充在非织造布纤维之间，并在一定程度上固化了纤维组织结构。高温环境下，树脂开始分解并释放出水蒸气、二氧化碳及氨气，能在一定程度上起到降温作用；继而树脂开始发泡膨胀，同时分解出强酸物质，纤维开始炭化、脱水，成为耐高温并具有高强度的无机碳，此时由树脂发泡与炭化基材组成的阻燃隔热层形成。这也是非织造蜂巢复合板的一面已面对熊熊大火，而另一面仍能处于常温之下的原因所在，其能实现将千度高温阻隔在分寸之外。

3.3 生产高效

福建鑫华股份有限公司选用再生纤维——涤纶为原料，通过优化的非织造生产技术，制备出薄型涤纶非织造基布(其涤纶质量分数为100%)。再通过后整理技术，将整幅基布浸轧于特殊的胶化剂中，后通过拉幅联合机定型。非织造蜂巢复合板的生产工艺流程如图5所示。

目前整个生产工艺流程已基本实现自动化，单条生产线生产速率可达10 m2/min以上。理论上，一条生产线生产一栋10层建筑外墙所用板材只需约1～2 h，一个中型小区的节能保温改造工程所用的材料可在2 d内完成。极高的生产效率降低了生产成本和能源消耗。

(a) 基布(芯块基材)

(b) 基布(面板基材)

3.4 结构性能多样

非织造蜂巢复合板制作工艺简单、灵活，可根据实际需要调整单层复合板的厚度，或制作多层复合板，还可根据实际承重需要调整蜂巢结构的密度。

非织造蜂巢复合板的理化性能取决于胶化剂，所以只需改变胶化剂的种类，不必改变工艺设施及工艺流程，便可生产出阻燃、耐火、防潮、防水、耐酸、耐碱、防虫咬等不同特性的多用途产品，以适应不同环境及需求。

4 产品应用及前景展望

4.1 产品应用

目前，非织造蜂巢复合板的胶化整理技术已成功应用于移动板房的建造，并已投入市场。移动板房结合蜂巢的理念被设计成六角形，不仅能充分发挥材料的各项性能，还能充分体现时代感与设计感(图6)。建成的移动板房具有阻燃、轻便、成本低等性能。

4.2 前景展望

非织造蜂巢复合板制作工艺简单、原料种类丰富、生产成本低、生产周期短、阻燃保温性能优越、承重能力强、轻巧易安装，还可根据具体要求调整其理化性能。它能取代现有市场广泛使用的建筑外墙用有机保温材料，大大降低火灾发生的概率，有效降低节能保温改造工程的成本，能在火灾发生时挽救更多无辜的生命，减少财产损失，还可在一定程度上提高建筑用材的安全性(阻燃、防火、抗震等)。非织造蜂巢复合板不仅适用于一般民居、厂房、移动板房的建造，还可用于特殊要求的场所，如军工仓库、军工制造、化学易燃易爆品仓库、航空航天等高端领域，实现节能降耗。

[1] 李燕.上海高层住宅火灾提出保温材料新课题[J].建筑节能,2010，38(12):5.

[2] 曹越.解读北京市《居住建筑节能设计标准》(DBJ 01-602-2004)[J].墙材革新与建筑节能,2004(7):11-14.

[3] 孙德民.关于推广应用苯板(EPS)外墙外保温技术的三点质疑[J].辽宁建材,2008(9)：28-30.

[4] 马建伟,陈韶娟.非织造布技术概论[M].北京：中国纺织出版社,2009：47-47.

[5] 徐朴.我国非织造布工业的现状和发展[C]//第四届全国针刺非织造布、过滤材料生产技术与应用交流会.北京：中国产业用纺织品行业协会，2007:75-76.

[6] 郑宁来.我国成为全球最大的非织造布生产国[J].合成技术及应用,2015，30(2):32-32.

[7] 赵永霞.非织造布生产原料的发展与变迁[J].纺织导报,2008(2):80-83.

Application and exploration of new type of nonwovens for building materials

WuRui，ChenJizhi，ZhangQilong

Fujian Xinhua Co., Ltd., Jinjiang 362241, China

The nonwoven honeycomb composite board, which was a new type of nonwovens for building materials that combined nonwoven materials with gelled honeycomb technology, was introduced. Its general physical and chemical properties could meet the request of building exterior walls with organic insulation materials, and the properties of flame retardant, fire resistance and thermal insulation were excellent. The nonwoven honeycomb composite board was far more than the traditional thermal insulation materials for exterior walls in the production process, production efficiency and resource conservation.

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