第一情报 ---材料工业

难燃建筑外墙保温材料——酚醛泡沫

供稿人:申群兵  供稿时间:2011-1-14   关键字:酚醛泡沫  保温材料  难燃  
上世纪80年代,国外科学家通过对酚醛树脂及其制品进行研究,发现它们具有突出的难燃、低烟、低毒(fireproof,low smoke,low toxicity或简称FST)特性和优异的耐热性。用酚醛树脂制成的酚醛泡沫(PF)密度特小(0.03~0.08),具有优异的节能保温和隔音作用。PF由于导热系数低,相比传统的保温材料,如岩矿棉、玻璃棉及膨胀珍珠岩等,其节能保温性能高约1倍,人们公认其节能保温性能居于所有保温材料之首,也有人称其为“保温之王”或“第三代保温材料”。PF成本低廉,价格相当于PU的2/3,所以PF取代PS和PU用于墙体保温材料,应是利国利民的重大改进。
上世纪90年代以来,包括PF在内的酚醛复合材料得到很大发展,首先受到英、美等国家军方重视,将其用于航天航空、国防军工领域,后又被应用于民用飞机、船舶、车站、油井等防火要求严格的场所,并逐步推向医院、体育设施和大楼住房等公共与民用建筑领域。
 
一、酚醛泡沫的燃烧和耐热性能
1、燃烧性能
PF的难燃程度是目前广泛使用的PS和PU所远远不及的。厚度仅为30mm的PF平板,经受1700℃火焰喷射10分钟后,表面略有炭化却烧不穿,既不着火也不散发浓烟和毒气。取3种不同聚合物制成的泡沫,PF、挤塑型聚苯乙烯泡沫(XPS)和PU,分别切割成长100mm、宽100mm、厚25mm的试样放在火源上,经过30秒钟燃烧后,XPS近火即熔化滴落并燃烧;PU燃烧时浓烟滚滚散发毒气;PF点火30秒后表面仅有小面积炭化薄层,既无火焰又无烟气发出。
2、耐热性能
PF长期使用温度为150℃,相比之下PS仅有80℃,PU也只有110℃,都不耐热。取3种不同聚合物制成的泡沫,PF、XPS和膨胀型聚苯乙烯泡沫(EPS),分别切割成长150mm、宽100mm、厚25mm的试样放在实验室用烘箱内。随着时间和温度的增长,XPS先膨胀后缩小,EPS则逐步缩小,而PF始终保持不变。通过观察测试,3种泡沫开始从30℃升温到90℃体积基本不变;130分钟后升温到105℃时,EPS从原来的体积收缩了8%,XPS相反却扩大了15%;220分钟后升温到140℃,EPS收缩了50%,XPS竟收缩了70%,因此在耐热性能方面,XPS是最不稳定的。当火灾引起高温时,PS类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PS被引燃,迅速传播蔓延,使现场极具危险性而难以扑救。PF甚至加热到300℃以上也能保持体积不变,说明它的热稳定性很好。
 
二、酚醛泡沫的制造过程
首先合成热固性甲基酚醛树脂,在甲醛过量、碱性条件下,通过控制适当的工艺,制得有一定活性、适合发泡的可发性树脂,当加热或在酸性催化剂条件下,分子中的活性基为羟甲基和苯环上羟基邻位上的氢原子之间的失水反应激烈,最终交联生成坚硬不熔不溶的产物,称为“固化”。在甲基酚醛树脂中加入物理发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂、改性剂等,通过机械混合,快速升温,气体膨胀发泡形成泡沫塑料。
酚醛泡沫生产分间歇式和连续式发泡工艺,间歇式工艺生产法流程:模具中发泡→切割→与面料粘贴→成品(泡沫板材、三文治复合夹心泡沫板材或管道)。连续式发泡生产工艺类似于聚氨酯发泡工艺:各种原材料→储罐→计量→高速混合头混合→浇注到发泡平台上→进入泡沫成型履带加热→泡沫成型→成品(泡沫板材或三文治复合夹心泡沫板材)。
 
三、酚醛泡沫使用性能的改进
近年来随着国内外相关研究的深入,通过对原料酚醛树脂增韧改性、纤维增强和发泡工艺配方的改进,PF易粉化掉渣、脆性大和强度低的缺点正在或已经解决。
美国南加州大学用玻纤或芳纶纤维增强PF,它的剥离强度比未增强PF要提高7倍,而它的防火性能却未见减弱。日本旭化成建材公司的新曙光产品,由于独特的发泡技术和工艺配方改进,使其闭孔率达到95%,不仅吸水率降低,而且泡沫表面细致光滑,已经不再存在粉化掉渣的问题。我国郑百哲和刘昭清等用酚醛泡沫注入蜂窝芯孔内,形成强度高的复合芯,再用阻燃胶与面板黏结便制成了酚醛泡沫蜂窝板。这种酚醛泡沫蜂窝板的主要用途是制作内外保温墙板、轻体节能隔墙、冷库、车船舱板等。
值得关注的是我国有关科研单位和企业在发泡技术和改进工艺配方方面,最近已有了三大新的突破,其一是克服了PF粉化掉渣、脆性大和强度低的缺点,其二是PF的成本更接近PS,其三是产品的pH值接近中性,对金属无腐蚀性。
 
参考文献
1、殷宜初:酚醛泡沫——建筑外墙最佳防火保温材料. http://www.chsima.com/news/2010/1-20/H101442705.htm
2、陈小霞,黄兵,陈汉楚. 新型难燃隔热保温材料——酚醛泡沫. 环境技术,2007,(6)

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