硬泡聚氨酯在外墻保溫系統中的應用研究

艾相仁

摘 要：20世紀以來，世界可再生能源大量開采，生態環境的惡化，隨之而來是能源危機的爆發。據統計，在全球總能耗中，建筑耗能占30%，而在建筑能耗中，通過外墻損失的熱量高達27%。外墻保溫已經成為建筑節能的重中之重。硬泡聚氨酯（RPU）以其良好的保溫性、防水性及施工簡便而備受關注。近年來硬泡聚氨酯復合材料層出不窮，通過性能改良，可使其抗壓、抗折強度及阻燃性大大提高。

關鍵詞：硬泡聚氨酯;保溫;外墻;節能

1.國內外的研究現狀

1937年德國Otto Bayer教授首次發現聚氨酯，其后英美等國取得聚氨酯制造技術并很快進入工業化生產。聚氨酯以其良好的可塑性、黏結性率先用于修補二戰破壞的房屋。其后人們發現聚氨酯具有良好的保溫性、防水性及施工簡易，便迅速用于建筑外墻及屋頂的保溫。20世紀60年代，美國為達到50%～70%的節能率，對建筑的外墻及屋頂大量使用聚氨酯外保溫處理，主要采用噴涂和外貼的工藝，減低能耗，施工效率也得到了提高。

德國是較早研究聚氨酯技術的，經過在實際應用中的不斷發展，成功地提高了發泡材料的閉孔率，使保溫材料同時具備了防水功能。聚氨酯硬泡體防水保溫一體化材料在外墻和屋面上的使用，構成了可靠的防水保溫系統。一些早期的聚氨酯防水保溫一體面系統工程時至今日任然保持良好的保溫與防水性能。60年代末，英國已將硬泡聚氨酯用于外墻保溫系統并得到大力推廣。

目前，硬泡聚氨酯復合材料在歐美各國廣泛用于外墻保溫改造與新建建筑的節能標準中。這種復合保溫板構造為兩面貼OSB板材，中間用硬泡聚氨酯泡沫做夾心層，不僅提高了抗壓、抗折強度，防火性和耐用性也穩步提升。

我國是能源消耗大國，外墻和屋面保溫隔熱工程在我國建筑節能的重要性不言而喻。自20世紀80年代以來，我國在各大城鄉大力推廣建筑保溫與節能技術。90年代后，硬泡聚氨酯保溫材料逐漸用于嚴寒和寒冷地區，節能性能顯著。以其導熱系數小，防水性強，便于施工等優勢逐漸形成了中國特色的硬泡聚氨酯外墻保溫系統。在應用上我國主要采用外墻噴涂、現澆成型、聚氨酯復合板等形式。

2.硬泡聚氨酯的應用優勢

2.1熱工性能良好。硬質聚氨酯導熱系數低，熱工性能好。當硬質聚氨酯密度為35～40kg/m3時，導熱系數僅為0.018～0.024w/（m.k），約相當于傳統保溫材料的10%，是目前所有保溫材料中導熱系數較低的，也是目前最理想的保溫材料之一。聚氨酯可澆注成型，能預制成各種形狀的保溫型材，可用于各保溫節點和構件交接處，提高墻體保溫性能。在墻和樓層、混凝土圈梁以及構造柱等連接處能實現連續噴涂，從而減小熱橋效應，大大增強保溫性能。由于聚氨酯板材具有優良的隔熱性能，在達到同樣保溫要求下，可使減少建筑物外圍護結構厚度，從而增加室內使用面積。

2.2硬泡聚氨酯自重輕，減小負荷。Pu硬泡密度小、質量輕，其密度約為35～60kg/m3。相當于巖棉的一半。用在屋面保溫時，能減小屋面的荷載，與傳統的保溫屋面比，能減小屋面承重層上部荷載的四分之一，這對改善房屋整體結構降低工程造價十分重要，因而也更適合用于大跨度、薄殼屋面建筑。硬泡聚氨酯具有較強的自粘性，用于外墻保溫時，不僅能減小自重，還能提高保溫構造的致密性，保護承重結構。

2.3硬泡聚氨酯綜合性能好，能防水。聚氨酯材料孔隙率結構穩定，閉孔率達90%以上，屬憎水性材料，防水防潮性能優良，而且抗凍融、吸聲性也好。硬泡聚氨酯保溫構造的平均壽命，在正常使用與維修的條件下，能達到30年以上。能夠做到在結構的壽命期正常使用條件下，在干燥、潮濕或電化腐蝕，以及由于昆蟲、真菌或藻類生長或者由于嚙齒動物的破壞等外因影響，都不會受到破壞。

2.4施工方便，工程進度快。Pu硬泡屋面是現場發泡成型，工藝設備簡單，操作方便，可以噴涂也可以澆注，能夠在任何復雜的墻面施工作業，能減輕勞動強度，改善作業環境，減少對環境的污染。

3.硬泡聚氨酯在建筑外墻保溫系統的應用分析

3.1硬泡聚氨酯外墻保溫系統綜合造價分析

截止至2014年，我國現有建筑面積達600億平方米，且每年以20億平方米的量增長。根據我國建筑50%～70%節能標準，新型、高效的保溫材料和保溫系統的研究將是亟待解決的問題，建筑外墻保溫是建筑節能的重中之重。建筑使用壽命較長，對外墻保溫體系的造價及維護成本，應作綜合性、長足性考慮。保溫材料的價格固然重要，但還需充分考慮施工工藝的難易程度、工人工時利用情況、交通運輸成本、工程耐久性、安全性以及舒適性等因素。雖然硬泡聚氨酯在制止成本及其保溫系統的綜合造價上稍高于EPS、XPS等其他外保溫系統，但從長遠角度和綜合效益考慮，硬泡聚氨酯保溫體系還是值得首肯的。

硬泡聚氨酯密度小，自重輕，據計算在達到同等保溫效果下60毫米厚的PU硬質泡沫板的保溫效果相當于100毫米厚的XPS、115毫米厚的巖棉板、130毫米厚的軟木。因此，如果用硬泡聚氨酯做外墻保溫材料，墻體的保溫層將變薄，建筑物的自重將減輕，房屋面積利用率也會增大，保溫材料的用量也將減少。

3.2硬泡聚氨酯外墻保溫各施工體系優劣勢分析

從大的方面講，聚氨酯硬泡外墻保溫施工體系包括現場施工和工廠預制板材兩種典型工藝。現場施工又可分為噴涂、拆模板澆注和免拆模板澆注三種;預制板材根據施工工藝不同分為連續板材、模塑板材、大塊泡。聚氨酯硬泡作為一個外墻外保溫體系要進行大規模推廣應用，應首推預制板材，因為預制板材產品的質量和規格便于控制，生產和施工不受氣候影響，能夠保證施工工期，對保溫施工人員的聚氨酯硬泡專業技術知識要求低，施工技能容易獲得。

目前，國家建設部大力推廣硬泡聚氨酯外墻保溫系統的技術應用，在全國范圍內全面開展聚氨酯墻體保溫的節能課題研究，至今已經取得實質性進展。預計在未來5年內，硬泡聚氨酯保溫體系將在中國外墻外保溫體系中發揮舉足輕重的作用。

4.硬泡聚氨酯的改良

聚氨酯雖然導熱系數低、密度小、防水隔汽，但其阻燃性差，燃燒時有大量的煙霧并伴有毒氣體，不利于建筑內墻內保溫。但是在聚氨酯中添加阻燃劑便成了RPU保溫板，它一種難燃的自熄性材料，它的軟化點可達到250攝氏度以上，僅在較高溫度時才會出現分解。另外，聚氨酯在燃燒時會在其泡沫表面形成積碳，這層積碳有助隔離下面的泡沫。能有效地防止火焰蔓延。以硬泡聚氨酯為夾心層，兩邊或者單邊附上金屬或者非金屬面層，形成RPU復合板，這樣加大了材料的抗壓、拉強度能力， 吸水率≤4%，燃燒等級可以達到B1級。在聚氨酯泡沫兩面涂上防水涂料，或者用防水油氈、密封膠、防水卷材作面層，形成保溫材料，如此既能達到保溫隔熱作用也能很好的防水、防潮。

參考文獻

[1]朱清瑋，武發德，趙金平.外墻保溫材料研究現狀與進展[J].新型建筑材料，2012（6）：12-16.

[2]張雪芹.外墻外保溫技術及聚氨酯硬泡在建筑節能中的應用研究[J].保溫材料與節能技術，2007（7）：12-17.

基金項目：本文系廣西科技大學鹿山學院2017年度科學基金項目：硬泡聚氨酯在建筑外圍護結構保溫系統中的運用探究（2017LSKY09）。