常见绝热材料分析之XPS

发布日期:2017-03-23 15:10:08 预览次数:

地采暖中常见绝热材料分析切入点:

EPS、XPS和发泡水泥主要的工业用途均为建筑外墙、屋面保温,相关技术指标也均根据该行业的使用要求制定,较地采暖使用要求存在以下4点区别:

1.地采暖地面材料荷载较高,对抗压性的要求高于其他应用场合,对抗折性、抗挠曲度要求较低。

2.地采暖地面材料的工作湿度较高,对材料的吸水率性能要求高于其他场合。

3.地采暖地暖材料的工作温度较高,对材料的化学稳定性有较高要求,较墙体节能应用,对尺寸稳定性要求较低。

4.地采暖地面材料应用于室内封闭环境中,与人体直接接触,对环保性有较高的特殊要求。

根据以上4个应用特点对常见绝热材料进行具体分析


 

分析之挤塑式聚苯乙烯XPS

1.XPS挤塑板生产过程

挤塑式聚苯乙烯XPS为聚苯乙烯颗粒与助剂混炼熔融后,与发泡剂混合,在模具处直接挤出成型的闭孔型有机保温材料。和EPS相类似,XPS的成本构成中,聚苯乙烯颗粒原料成本占比最大。但由于其生产原理和EPS不同,EPS的降低成本措施并不完全适用于XPS。


 

2.XPS挤塑板的特点

XPS制造过程中,聚苯乙烯颗粒从室温升至200摄氏度,颗粒从固态变成液态,加入助剂后在螺杆中进行混炼推进。在模具处挤出时,压力从原来的10MPA直接降低至室温。聚苯乙烯溶液从液态重新转化为固态,高压液态发泡剂变为气态,从而在板材内部产生蜂窝。
 


 

即XPS生产过程中同时存在液固转化、液气转化、压力温度急剧下降的变化过程,且该过程为连续不断挤出,压力、温度、螺杆推进量、材料流动系数、助剂添加量等参数的不配合均会严重干扰XPS板材的生产,严重情况下,会直接导致XPS板无法成形。


 

XPS挤塑板的造假技术,均须先克服前述技术难点,譬如说增加石英增重完全不适用于XPS的生产。



XPS板生产设备高度复杂,一套生产线控制参数可达数百项


 

3.陈化时间对XPS的影响

EPS为水蒸气发泡,在制造过程中,在其内部会积蓄一部分的水蒸气,在陈化过程中这些水蒸气会缓慢释放到空气中,逐步降低EPS实际称重。陈化42天后的EPS板重量损失可达5%以上。


 

XPS的发泡剂为CO2.F142b、丁烷等低密度材料。陈化过程中,XPS发泡过程中被伸拉的分子链逐步趋于稳定,应力得到释放,最终影响XPS的质量稳定。在实践中,我们可以观测到XPS陈化时间越长,板材的强度越高,并在90天左右趋于完全稳定。


 

陈化过程中,泡孔中积蓄的发泡剂与外界的空气会进行缓慢的交换,XPS发泡剂密度与空气相当,陈化过程对XPS密度不造成影响。


 

4.XPS密度对质量的影响

通过各种方式降低XPS板密度是国内XPS工业的主要发展方向,全新料聚苯乙烯颗粒经二次真空发泡技术,可将密度最低降至22公斤每立方米左右。但实际上,国内挤塑板的密度均在28-30公斤每立方米左右,这是因为国内挤塑板产业基本上都采用回收料进行生产,回收料流动性低,发泡困难,发泡密度在30KG每立方米已经为技术极限。


 

在原料等级,泡孔结构的一致情况下,挤塑板的强度与密度大致成正比关系。35公斤级密度挤塑板抗压强度较30公斤级挤塑板密度高出30%左右,而一些高抗压的铁路基材用板,密度均在45公斤每立方米之上,抗压可达700KPA以上。


 

挤塑板的导热系数与密度关系较为复杂,密度上升可以带来导热系数的下降,绝热效果的提高。当提高到一定的密度,挤塑板的导热系数反而会有所上升。相关函数如下:


 


由图可见,优质的挤塑板密度在36KG每立方米左右,其导热系数最低可达0.026W/m.k。由于36KG密度的挤塑板成本较普通30KG级挤塑板密度高20%左右,除绿羽、豪适等品牌挤塑板外,目前国内市场主流密度仍为30KG每立方米。


 

5.回收塑料对挤塑板质量的影响

5.1回收塑料国内行业现状

国外聚苯乙烯回收技术以固体物理压缩为主,对原料的各项性能影响较小。国内回收技术是熔融造粒为主,熔融过程中会较大影响聚苯乙烯原料的各项性能指标。

国内国收塑料企业规模较少,行业集中度低,各种类型塑料混杂,外来掺杂物多,更为严重的是国内回收设备简陋,温度控制差,会严重影响回收塑料的使用性能。


 

5.2改苯挤塑板

在挤塑板行业内部,回收料挤塑板又可分为改苯料与非改苯料,价格和性能差异巨大。


 

改苯HIPS全称为改性聚苯乙烯颗粒,又称高抗冲击性聚苯乙烯,高压料,是指将较全新料PS加入5-15%的橡胶成份。回收级HIPS主要来源一般为电视机外壳,这类注塑产品在生产时会加入大量添加剂,这些添加剂的目的,主要用于提高PS强度,提高塑料抗老化性。


 

这些添加剂在用于XPS生产时,均可视为有害物质。一方面会干扰挤塑板的发泡过程,影响成品质量;另一方面,这些添加剂在高温下会释放有害气体,存在严重的环保性问题,很多板材在常温下已有刺鼻气味释放。


 

5.3实际性能影响

在密度均为36KG每立方米的最佳数值下,100%全新料挤塑板、普通回收料挤塑板、改苯料挤塑板的原料成本差距数倍。三种挤塑板的产品性能也存在较大的差距,甚至可以认为是三种完全不同的材料。


 


                                                 参考数据如下
 
项目

抗压KAP

导热w/m.k吸水率使用寿命
100%全新料挤塑板3000.0261%50年
普通回收料挤塑板200
 
0.0301.5%20年
改苯料挤塑板1200.0355%3-5年


100%全新料挤塑板性能极具优越性,即使埋藏于底下,50年内导热系数衰减不超过10%。在欧美发达国家,挤塑板均为全新料制造。在国内,由于全新料挤塑板的成本较普通挤塑板高数倍,在建材领域市场接受度基本为零。


但随着终端消费者环保意识的提高,地暖施工企业对质量的重视,在南方供暖市场,以绿羽白晶板为代表的100%全新料挤塑板也逐渐为市场所接受。


本文来自:中国挤塑板网


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