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關于石墨聚苯板,你了解多少?

2019-08-08

1 前言

目前,用于建筑的保溫材料主要有巖棉板、真空絕熱板、擠塑板、聚苯板石墨聚苯板。材料的性能各有優缺點。巖棉和真空絕熱板的防火等級都可達到A級,但是巖棉的吸濕性很大,且材料的導熱系數偏高。真空絕熱板的導熱系數低,但是施工難度大,工地上真空板起鼓現象并不少見。擠塑板和石墨聚苯板的防火等級均能達到B1級,但是擠塑板的尺寸穩定性差,易發生翹曲變形。石墨聚苯板

2 石墨聚苯乙烯特點及應用  

石墨聚苯乙烯(GEPS)是在聚苯乙烯高分子聚合物中導入近納米級天然鱗片石墨、抗氧化劑、抗老化劑等功能材料,改性合成的石墨聚苯乙烯新型功能材料。由于石墨的特殊層狀結構,使其能夠均勻分布在GEPS顆粒內部,形成鏡面反射熱輻射,能夠大幅度提高材料的絕熱效果。除了具備普通EPS板的所有性能外,還具有以下特點:防火性能達到難燃B1級、絕熱能力更強、導熱系數≤0.032W/(m·K)。它含有近納米級的天然鱗片石墨,可以像鏡子一般反射熱輻射,它的絕熱能力比普通的EPS高出30%,有助于提高能效。石墨聚苯乙烯(GEPS)特點:良好的防火性能、導熱系數低、尺寸穩定性強、耐候性好、具有良好的耐久性和透汽性。石墨聚苯板在超低能耗建筑項目中具有性價比優勢,其構造作法如圖1所示。工程實踐表明,聚苯板保溫產品在保溫領域里應用最廣泛,不論是歐洲還是國內,聚苯板保溫體系都具有大的市場份額(如圖2、圖3所示)。

(1)優質石墨聚苯板產品必須滿足如下要求:一是優質原料用擠出法工藝生產;二是天然鱗片石墨含量在4.5%~5%,導熱系數低,絕熱性能穩定,可保證導熱系數≤0.032W/(m·K);三是凈容重18~30kg/m3,板材呈銀灰色;四是折斷泡粒斷面20%~30%以上,燃燒性能B1級。

(2)石墨聚苯乙烯是由德國BASF公司首先開發的新型隔熱保溫材料。同普通的EPS板相比,石墨聚苯板具有更低的導熱系數和更好的耐久性和耐候性的特性,深受人們喜愛。無論在歐洲還是國內,石墨聚苯乙烯常被選作為被動房外圍護結構的保溫材料。近年來,國內有企業潛心研發,瞄準中國被動房市場的需求,開發出石墨聚苯乙烯專有技術,其綜合性能媲美世界先進水平,在國內外被動房領域大量使用(如圖2、圖3所示)。

(3)國內的石墨聚苯乙烯的生產主要有兩種方法,不但生產工藝大相徑庭

圖4懸浮法與擠出法生產GEPS工藝對比

表1懸浮法GEPS和擠出法GEPS生產工藝對比

2.1 懸浮法工藝

國內的懸浮法可發性聚苯乙烯產業已居全球之冠,近期隨著房地產市場的縮量,白色可發性聚苯乙烯已產能嚴重過剩。現在,國內眾多EPS生產廠家利用白色聚苯乙烯生產裝置,采用懸浮法生產石墨聚苯乙烯,該工藝是以苯乙烯單體為主要原料,在反應釜內,單體與石墨、引發劑、阻燃劑、分散劑等混合,通過強力攪拌,被分散成無數的小液滴。懸浮聚合生成的石墨聚苯乙烯分子量較低,內部含水量高,因此板材的強度和穩定性略差。另外,石墨對苯乙烯單體的聚合有一定的阻聚作用,石墨的添加量不能得到有效保證。目前,在中國市場上出現用炭黑來代替石墨的制品,其顏色為黑色或者淺灰色,導熱系數偏高,性能不穩定。主要原因在于:懸浮聚合不穩定,反應周期長,石墨添加量少。為了達到顏色黑的效果,部分EPS廠家向反應體系加入少量石墨輔以炭黑調色,或者純粹加入炭黑代替石墨,生產“黑色”聚苯乙烯。由于石墨/炭黑的阻聚作用,產品分子量偏低,預發后泡粒產生空心現象。這種方法生產出的聚苯乙烯制板粘結性差,板材熟化后收縮變形。其密度≥18kg/m3板材的壓縮強度達不到≥0.1MPa的指標要求,石墨含量少,達不到所需的4.5%~5%的加入量,無法滿足被動房要求的導熱系數≤0.033W/(m·K)的性能指標。

2.2 擠出法工藝

擠出法石墨聚苯乙烯最初通過德國、奧地利進口進入國內市場。國內個別企業很早就緊跟行業發展動態,投巨資引進世界先進設備,自主開發石墨聚苯乙烯新型保溫材料。其產品性能優良,能滿足高端市場需求。

擠出法工藝是選用分子量高的聚苯乙烯為主要原料,添加近納米級的天然鱗片石墨、增韌劑、抗氧劑、阻燃劑等功能材料,通過雙螺桿擠出機熔融、切粒而成。顆粒的外形為橢圓形,制品的顏色為銀灰色,帶有金屬光澤,該工藝屬于物理混合,可以有效保證石墨的添加量,分子量高,強度大,熱導性能更佳、更穩定,同時,由于添加的天然石墨具有阻燃功能,更增強了石墨聚苯乙烯的阻燃性。

3 石墨聚苯板在被動房中應用可能存在的問題

3.1 沒有選擇合格石墨聚苯乙烯

石墨聚苯乙烯板材是由石墨聚苯乙烯顆粒預發、成型、切割而成。顆粒的性能對制品的應用性能有決定性作用。石墨聚苯乙烯在國內的使用時間相對較短。有些廠商用非石墨料,如炭黑聚苯乙烯頂替石墨聚苯乙烯。這將導致保溫材料抗拉強度、尺寸穩定性、彎曲變形、導熱系數等指標達不到性能指標要求。在被動房項目一定采用真正的石墨聚苯乙烯作為保溫材料,以保證保溫絕熱效果。

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3.2 聚苯乙烯板材加工廠故意造假

為了降低造價,部分板材加工廠存在以次充好以獲得市場競爭優勢。以下是常見做法:

(1)短斤少兩,降低原材料的使用量。這種做法導致板材強度低、導熱系數變大,保溫隔熱性能受損。

(2)摻沙子增加板材重量。這種做法降低了石墨聚苯乙烯的綜合物理性能,導致強度低、粘結性差、導熱系數變大,嚴重影響工程質量和房屋使用壽命。

(3)在水中加入表面活性劑,向板材中大量滲水。這種做法導致板材內部的水難以揮發,從而引起保溫層鼓泡、脫落;同時,保溫隔熱效果大大降低。

(4)使用含結晶水的鹽做增重物質來提高密度。這種做法損害了保溫板的物理性能,導致保溫隔熱性能、壓縮強度、耐久性等嚴重受損,達不到石墨聚苯乙烯板材品質要求。

3.3 板材生產廠家出廠不合格的石墨聚苯板

板材生產廠家出廠養護期過短的板材。熟化時間不夠的板材制品性能不穩定,上墻后產生較大的后收縮,進而引起面層開裂;養護期短的聚苯板含水率達不到要求,切板后板材彎曲,板面平整度差。


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