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高效難燃保溫材料及墻體保溫系統課題成果

日期:2015-05-22 23:16
  如今,能源已日益成為我國制約國民經濟發展的重要因素,為了實現社會的可持續發展,對節能的要求越來越高,節能環保是實 現國家經濟轉型的重要手段。建筑能耗是我國三大能源消耗途徑之一,建筑墻體作為建筑物外維護結構,建筑物內外熱交換約有1/3是通過維護結構(墻體)進行的。建筑維護結構的節能在建筑節能中占據重要地位,其節能效果是實現建筑節能指標的重要環節。
  外墻外保溫是現階段我國建筑墻體節能的首選方案,其中保溫材料以EPS、XPS、PU等有機材料為主。建筑外墻外保溫中膨脹聚苯板薄抹灰系統應用量最大, 在達到相同保溫效果時與其他保溫技術相比價格最低。
  近年來,與建筑外墻外保溫系統相關的火災事故頻發,給人們的生命和財產安全造成了重大損失。由于所用保溫材料都是可燃性材料,防火性能差,燃燒時會產生大量有毒煙霧,即使有些產品加入大量阻燃劑提高其難燃等級,但是一般阻燃劑的沸點不足300℃,火災發生時,環境溫度可高達1000℃,阻燃劑揮發,所以防火性能很不理想。現有的保溫材料及系統難以達到建筑防火性能和保護生命財產安全的要求。隨著國家政策逐步的頒布和實施,對外墻保溫系統防火技術的研究和重視程度日益提高,節能標準與防火安全并重是目前國家對墻體保溫工程的基本要求,保溫和防火兼具的保溫材料是未來保溫市場不可逆轉的發展趨勢,但單一類型的保溫材料難以滿足逐步提高的節能標準和安全要求。于是,多種類型的復合保溫材料及系統應運而生。而現有的復合保溫材料,僅是對有機和無機材料的機械混合或簡單粘附,不能有效發揮各材料的優勢。
  為此,科技部批準立項了“十二五”國家科技支撐計劃課題“高效難燃保溫材料及配套墻體保溫系統的研究”。該課題由中國建筑材料科學研究總院(以下簡稱“中國建材總院”)牽頭,中國建筑科學研究院和北新集團建材股份有限公司共同參與承擔。課題主要以提高建筑節能保溫墻體的安全性能和長期耐久性為目標,針對有機保溫材料防火性能差,燃燒釋放出有毒氣體,不能滿足安全防火的要求;無機保溫材料的導熱系數高,容重大,保溫性能較差,不能滿足建筑高效節能要求等問題進行研究。通過優選材料組份和構成,在微觀尺度上設計材料構架,開發全新的加工工藝,充分發揮各自功  能特點和組合優勢,開發新型有機/無機復合保溫材料及配套材料。目前已開發多項技術產品,成功進行了產業化生產,并進行了工程示范,取得了建筑節能和防火安全的雙重效果。
  【成果一】:無機材料改性酚醛復合保溫材料及墻體保溫系統
  酚醛泡沫作為唯一一種不外加阻燃劑就能達到難燃等級的本質阻燃有機保溫材料,具有導熱系數低、保溫隔熱效果好、化學穩定性好、施工方便等優勢。目前,酚醛泡沫存在價格較高、力學性能差、掉粉、脫落、防火性能需進一步提高的問題,限制了其推廣應用,因此需要對其進行改性,提高使用性能,同時降低材料成本。
  課題組經過多年的努力和實踐驗證,成功開發了無機材料改性酚醛復合保溫材料。一方面對酚醛樹脂進行柔性改性,增加材料韌性,改性酚醛樹脂硬化后力學性能得到改善;另一方面利用無機材料輕質、耐火、價格低廉的優點,采用表面改性處理的無機改性劑降低材料的燃燒熱值,提高材料的耐燃燒性能;使用偶聯劑增強有機和無機的相界面性能,通過將表面改性的合適密度及粒徑的無機材料和酚醛樹脂發泡材料復合發泡,制備出復合保溫材料。這種新型復合保溫材料保留了酚醛泡沫保溫材料優秀的保溫性能,提高了材料的防火性能、熱穩定性、壓縮性能,同時大幅度降低材料成本。可應用在建筑的外墻外保溫、防火隔離帶等,可以作為保溫板,也可以作為芯材,用于制作保溫裝飾一體化板,滿足了市場的多方位需求。同時開發的建筑節能保溫系統的配套材料——儲能調溫砂漿,進一步使建筑能耗平均每年節省15%。目前,該復合保溫材料已工業化生產,產品在北京的老舊小區改造工程上示范應用,達到了舊房改造65%的節能指標。
  【成果二】:聚氨酯——玻化微珠復合保溫材料及墻體保溫系統
  硬質聚氨酯泡沫塑料具有非常優越的絕熱性能。但因其價格較高、噴涂施工會對環境造成污染,而且聚氨酯泡沫塑料畢竟是一種有機高分子可燃材料,在生產、儲存及使用過程中都有可能引發火災事故,限制了它的使用。
  利用無機顆粒相對低廉的價格、優異的防火性能、良好的耐久和耐候性,來對聚氨酯進行改性,充分發揮聚氨酯材料的優異保溫性能、質量輕、粘著力強、防水、隔音、抗老化等優點,制備保溫性能和使用性能優異的復合保溫材料。課題組選用玻化微珠作為改性的無機材料,采用噴涂的工藝途徑制備了聚氨酯——玻化微珠復合保溫材料產品。復合產品燃燒性能在B1級-A2級之間可調,導熱系數為0.030W/(m.k),體積吸水率1.1%,復合材料綜合性能優異,且在一定范圍內可根據使用需求調節。針對該產品,課題組還開發了保溫裝飾一體化應用技術,建立1條年產100萬m2的生產線,并在示范工程中應用。
  【成果三】:高等級防火外墻外保溫系統用改性巖棉保溫材料
  巖棉是一種優質高效的保溫材料,它具有良好的保溫隔熱、隔聲及吸聲性能,與傳統保溫材料相比,具有密度小、導熱系數低、不燃燒、防火無毒、適用范圍廣、化學性能穩定、使用周期長等優點,是國內外公認的理想保溫材料。在歐美的建筑市場中大量使用了巖棉制品,美國巖礦棉占70%,德國超過22m高的建筑外保溫幾乎全部采用巖棉保溫材料。但在我國,巖棉作為建筑保溫材料的使用率還較低,主要原因是國內產品的質量不高,吸濕率、抗拉強度、短期吸水量等性能與國外產品有差距,與大規模用于墻體保溫的要求還相差甚遠。
  課題組通過對巖棉原材料進行優選,在爐料配比、爐況調整、熔體溫度控制、熔體冷卻過程控制、甩絲過程與工藝控制、集棉、定型過程控制等多環節進行綜合攻關,改善材料的酸度系數,提高耐水性能,同時對材料進行憎水處理,進一步提升材料的憎水性能;通過新開發的深度打褶加工工藝,提高材料的強度性能;對生產工藝過程中的溫度、助劑、固化等進行優化,綜合提高巖棉產品的使用性能。改性后的巖棉保溫材料,其酸度系數為2.0,抗拉強度為13.8KPa,導熱系數為0.040W/(m·K),解決了巖棉大規模用于高等級防火外墻外保溫的關鍵技術難題。
  利用本課題的研究成果,成功改造了年產2萬T的巖棉生產線,產品在國內多個重大工程中得到了應用。
  隨著國家節能和綠色建筑發展的需求,對保溫材料提出了高效節能、綠色、環保、安全的要求,開發與應用兼具保溫和防火功能的復合保溫材料是未來保溫材料發展的主流趨勢,將具有很好的市場應用前景。

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