改性聚苯板性能试验研究.pdf

江西建材工程技术与应用2762023年7 月改性聚苯板性能试验研究彭 强1，彭 莉1，莫甲杰21.江西省建筑技术促进中心，江西 南昌 330046；2.江西省建科工程咨询有限公司，江西 南昌 330046摘 要：文中分析了改性聚苯板的特点，对普通模塑聚苯板、石墨改性聚苯板和热固复合模塑聚苯板进行了测试分析，石墨改性能够降低模塑聚苯板导热系数，热固改性复合模塑聚苯板燃烧性能能够达到 A（A2）级。关键词：改性聚苯板；测试；燃烧性能中图分类号：TU55 文献标识码：A 文章编号：1006-2890（2023）07-0276-03Experimental Study on Modified Polystyrene BoardPeng Qiang1，Peng Li1，Mo Jiajie21.Jiangxi Building Technology Promotion Center,Nanchang,Jiangxi 3300462.Jiangxi Building Sciences Engineering Consult Co.Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330046Abstract:This paper analyzes the characteristics of the modified polystyrene board,the ordinary molded polystyrene board,graphite modified polystyrene board and thermosetting composite molded polystyrene board were tested and analyzed.The graphite modification property reduced the thermal conductivity of the molded polystyrene board,and the combustion performance of the thermosetting modified composite molded polystyrene board could reach A(A2)level.Key words:Modified polystyrene board;Testing;Burning behavior0 引言自推行建筑节能以来，我国外墙保温技术飞速发展。外墙有机保温材料主要有模塑聚苯板、聚氨酯板、挤塑板、改性聚苯板；无机保温材料主要有保温砂浆、岩棉板、发泡陶瓷保温板、水泥发泡板。有机保温材料具有保温节能效果好、耐候性好、价格低廉等优点，应用广泛，在我国市场占有率高达90 以上，常用的有机保温材料为模塑聚苯板。模塑聚苯板价格便宜、密度小、导热系数低，使用时易切割成不同形状，厚度也可根据需求生产，易于施工，养护周期短，能有效节约工期。聚苯乙烯板具有一定弹性，不易破碎，运输和施工时可减少破损损耗。相比无机类材料，模塑聚苯板材料燃烧性能较差，目前市面上质量好的产品燃烧性能等级可达 B1 级，但是绝大部分为B2 级。模塑聚苯板遇火燃烧时，会产生大量有毒的黑色烟雾，且在高温条件下也发生热解，产生苯乙烯、苯和甲烷等气体1。因此，提高阻燃性，对模塑聚苯板材料的推广应用具有重要意义。GB 500162014建筑设计防火规范（2018 版）第6 章6.7 节明确了建筑保温系统的防火要求，建筑保温系统宜采用燃烧性能 A级保温材料，B1 级及以下材料受到诸多限制。因此，模塑聚苯板必须进行改性，使其燃烧性能达到 A级要求。1 提高模塑聚苯板阻燃的技术原理研究人员2围绕提高模塑聚苯板燃烧性能进行了研究分析，提出了一些改善燃烧性能、提高阻燃性的方式。（1）反应性改性通过辐射交联、化学交联的方式，在苯乙烯共聚时加入阻燃材料，生产带有阻燃基团的聚苯乙烯，使产品本身具有一定的阻燃性，阻燃效果好。但由于阻燃剂一般为溴化物，含有卤素，可能对人体和环境造成不良影响。（2）添加型改性通过颗粒包覆、混合成型或基板渗透等方式，用阻燃材料对聚苯乙烯泡沫颗粒或板材进行处理，达到阻燃改性目的。通常采用混合成型方式，在泡沫成型阶段，将阻燃剂与预发泡的聚苯颗粒混合在一起，形成阻燃泡沫板材，阻燃效果受包裹材料的性能影响。例如，石墨改性模塑聚苯板。石墨聚苯板的生产工艺是在聚苯乙烯原料中添加阻燃剂（石墨、氢氧化铝）、发泡剂等添加剂，经模具制作成具有闭孔结构的改性聚苯乙烯泡沫塑料板材，用石墨包裹在聚苯乙烯泡孔外壁，形成一层无机防火层。（3）涂覆型复合在模塑聚苯板表面涂覆一层无机类浆料，隔绝板材与外界接触，提高材料的燃烧性能和耐久性。2 不同生产工艺对聚苯板性能的影响（1）采用反应性改性方式生产的改性聚苯板，产品性能均匀性很大程度由反应时间和改性基团与聚苯乙烯的相容性决定。如果反应时间充分且改性基团与聚苯乙烯的相容性较好，则产品质量较好，相反则产品质量得不到有效改善，性能较差。（2）采用基板渗透工艺生产的改性聚苯板，添加剂（阻燃剂）在基体表面渗透快，在基体内部渗透慢，分布不均匀，占比高低不一，同一批材料密度不同，其他物理性能偏差也较大。第一作者：彭强（1989-），男，江西南昌人，硕士，工程师，主要研究方向为建筑节能。江西建材工程技术与应用2772023年7 月（3）采用发泡浆料混合成型工艺生产的改性聚苯板，样品均匀性比较好。但是压制成型后，表面变形大于底部变形，导致材料表面密度大于内部，整体均匀度比渗透工艺要好。（4）采用表面涂覆工艺生产的聚苯板，基本组分及基础性能无太大变化。3 研究内容3.1 研究技术路线对市场上不同的产品进行抽样检测，根据检测数据分析性能特点。同一厂家抽取多种密度产品进行纵向比较，不同厂家产品进行横向比较，测试性能并分析特点。3.2 测试研究结果及分析（1）各类改性聚苯板性能对比分析抽取不同类型的改性聚苯板进行测试，测试结果见表1。表1 不同类型改性聚苯板性能试验结果样品类型密度/（kgm-3）导热系数/W（mK）-1抗压强度（压缩强度）/MPa燃烧性能等级普通模塑聚苯板170.036 10.12B2石墨聚苯板210.032 60.12B1热固复合聚苯板（G 型）1470.055 30.27A2由表1 可知，石墨聚苯板导热系数比 EPS板低一些。这是由于石墨聚苯板含有特殊的石墨颗粒，可反射热辐射，且含有能够大幅度提升保温隔热性能的红外线吸收物3。阻燃剂的掺入提高了材料的燃烧性能等级，从检测数据结果来看，石墨聚苯板密度比普通模塑聚苯板高23.5%，导热系数低16.4%，而压缩强度几乎没有变化，石墨的加入使得普通模塑聚苯板的燃烧等级得到一定的提升。石墨的密度一般为2 0902 300 kg/m3，比膨胀聚苯乙烯颗粒大得多，石墨复合聚苯乙烯颗粒使得材料整体密度增大。同时，石墨是原子晶体结构，熔点很高，在700800 高温下才发生燃烧，且强度随着温度的升高而升高。热固复合聚苯板的表观密度和抗压强度最大，普通模塑聚苯板和石墨聚苯板较低。这是由于无机改性材料在聚苯颗粒表面形成了无机防火层，具有一定的强度。无机改性材料密度较高，掺量越多，材料密度越高，强度也越大，抗压强度能够得到一定提升。与此同时，导热系数随着无机改性材料的增加而不断升高，保温性能下降。无机材料隔热性能较差，聚苯颗粒表面的无机材料在热量传导过程中充当热桥，导致材料导热系数升高。热固复合聚苯板燃烧性能最好，能达到 A2 级，石墨聚苯板次之，普通模塑聚苯板较差。热固复合聚苯板采用防火隔离分仓颗粒技术，阻燃浆料将各个模塑聚苯板颗粒隔离，在颗粒表面形成防火隔离层，使每一个颗粒形成相对独立的防火单元4，如遇火焰能够形成断热、阻燃的连续蜂窝状结构，详见图1，降低火焰传播和热量穿透，提高材料的燃烧性能。同时，低热值的无机填料降低了聚苯颗粒的比例和材料的燃烧热值。石墨聚苯板引入了高熔点石墨，具有较好的耐高温和化学稳定性，受热时会吸收一部分热量。石墨在较高温度下，会成为绝热体，从而提高石墨聚苯板的燃烧性能5。图1 热固复合聚苯乙烯板不燃性试验后残余骨架鉴于添加阻燃材料方式改性的聚苯板，能提高材料的防火性能、强度和导热系数，而在节能工程中，保温材料导热系数越低越好。因此，在利用阻燃剂改性模塑聚苯板时，要权衡导热系数和燃烧性能之间的关系，优化整体性能。（2）热固复合聚苯板性能特点分析本文选取了同一厂家不同批次产品，以及不同厂家相近产品，测试材料性能，得到数据如表2 所示。表2 不同厂家相近产品和同一厂家不同批次产品性能测试结果样品类型密度/（kgm-3）导热系数/W（mK）-1抗压强度（压缩强度）/MPa燃烧性能等级备注热固复合聚苯板（G 型）1470.05530.27A2厂家 1热固复合聚苯板（G 型）1500.05730.29A2厂家 1热固复合聚苯板（G 型）1640.05290.36A2厂家 2从表2 可知，同一厂家的热固复合聚苯板，随着密度的增加，导热系数和抗压强度都有一定幅度的提升，但是不同厂家相近的产品性能存在差异，密度和强度高，导热系数却不一致。究其原因，可能是受阻燃填料成分的影响。不同厂家产品不能直接通过密度推断导热系数。张屹东6研究发现，相同标称密度的产品燃烧热值差异大，不可将密度作为判定燃烧性能的唯一依据。（3）热固聚苯板燃烧性能指标分析依据 GB 86242012 建筑材料及制品燃烧性能分级，判定材料燃烧性能是否达到A2级，必须做单体燃烧试验，可以选做不燃性试验或者燃烧热值试验。单体燃烧试验依据 GB/T 202842006建筑材料或制品的单体燃烧试验，检验指标是燃烧增长速率指数 FIGRA0.2MJ120 W/s，火焰横向蔓延未达到试样长翼边缘，600 s的总放热量 THR600s7.5 MJ。燃烧热值试验依据 GB/T 144022007建筑材料及制品的燃烧性能 燃烧热值的测定，测试指标为总热值 PCS3 MJ/kg。不燃性试验依据 GB/T 54642010建筑材料不燃性试验方法，测试指标江西建材工程技术与应用2782023年7 月为炉内温升50、质量损失率50%、持续燃烧时间20 s。根据测试经验，不燃性试验和燃烧热值测定两种试验中一般选择燃烧热值测定。这是因为不燃性试验普遍难以完成。因为在750 条件下，聚苯乙烯颗粒完全燃烧生成二氧化碳和水，部分添加材料中的有机物也会燃烧，持续燃烧时间较长，有的大于1min，超出了持续燃烧时间20 s的要求。表3 六组热固复合聚苯板燃烧性能数据序号密度/（kgm-3）燃烧增长速率指数FIGRA0.2MJ/（Ws-1）600s 的总放热量THR600s/MJ总热值PCS/（MJkg-1）燃烧性能分级116040.613.501.5A（A2）216843.213.981.4A（A2）317352.273.921.6A（A2）419035.692.651.8A（A2）520545.382.581.9A（A2）621737.772.741.7A（A2）本文测试了同一厂家六组不同密度的热固复合聚苯板燃烧性能，密度在160220 kg/m3。单体燃烧试验中，火焰横向蔓延均未达到试样长翼边缘。从表3 中数据可以看出，热固复合聚苯板总热值普遍在1.51.8 MJ/kg，燃烧增长速率指数FIGRA0.2M在3552 W/s，600 s总放热量 THR600s在2.64.0 MJ/kg。随着材料密度的增大，燃烧性能指标没有朝一个方向变化，而是呈现波浪形变化，表明在热固复合聚苯板密度处在一定范围内，燃烧性能相差不大。4 结语（1）普通模塑聚苯板燃烧性能差，可以通过改性方式提高燃烧性能，获得燃烧性能等级为 A级的产品。（2）同一样品厂家产品，一般来说，密度越高，产品的抗压强度越高，导热系数越高，保温性能越差。（3）同厂家的产品不能仅通过密度推断导热系数的高低，这是由于不同厂家生产工艺及生产配方比例存在差异，导致产品各性能指标数值出现不同。（4）所有厂家的各类不同产品，热固复合聚苯板密度性能指标在一定范围内，燃烧性能相差不大。参考文献 1 杨家宽，黄乃瑜，李焰.负压消失模工艺中 EPS 热解产物的研究J.特种铸造及有色合金，2000（4）：22-24，2.2 曹博.阻燃聚苯乙烯泡沫保温板的制备及其机理研究 D.北京：北京化工大学，2017.3 桑颖慧.改性聚苯板与传统聚苯板的性能特点分析J.山西建筑，2014，33（40）：100-101.4 查纯喜，扈钰龙，徐志新.热固型改性聚苯板氧指数的研究J.建设科技，2015（16）：64-65.5 潘玉勤，赵德伟，郑超超.热固改性模塑聚苯板燃烧性能研究与探讨J.墙材革新与建筑节能，2016（3）：62-65.6 张屹东，朱春玲.多因素对改性聚苯板燃烧热值试验结果的影响分析J.工程质量，2021，39（7）：37-41，46.局部修整、加强碾压等强化措施，再次进行检验，以保证施工效果。表4 路基加宽施工质量检验要求检查项目横向搭接宽度/cm纵向搭接宽度/cm平整度搭接缝错开距离黏结力/kPa规定值5.015符合设计施工要求符合设计施工要求 20检查方法和频次抽查 2%抽查 2%每200 m抽查 4 处抽查，2%（2）路基加宽养护。铺设土工格栅后，48 h内尽快安排路基填土作业，填筑后快速进入碾压环节，缩短土工格栅暴露时间。填筑、碾压主要通过机械设备进行，局部调整为人工作业，使公路路基加宽部位均填筑完整、碾压密实。公路路基加宽施工后，安排28 d养护，由专员现场管理，禁止车辆驶入。4 结语综上所述，应用土工格栅加筋技术进行公路路基加宽施工，工程人员必须严格挑选质量可靠的土工格栅、填料及各类施工材料，加强工序协调，有序进行铺设土工格栅、填筑填料、碾压、养护等工序。同时，施工中应加强沉降和稳定性观测，及时处理异常状况。施工单位应贯彻全流程质量管控理念，预防裂缝、不均匀沉降等缺陷。科学施工和全方位管控，有效完成了路基加宽土工格栅加筋作业，提高公路通行服务能力，保障公路稳定性。参考文献 1 张成刚.公路路基加宽土工格栅加筋施工技术探析J.交通世界，2023（8）：63-65.2 崔长俊.软土地基上高速公路路基扩建加宽中的关键环节处理J.江西建材，2017（16）：174，179.3 卢春明，杨小波.高速公路路基加宽工程土工格栅施工技术解析J.江西建材，2015（7）：178.4 郭婷.公路路基加宽土工格栅加筋施工技术研究J.交通世界，2023（8）：85-87.5 王劲松.公路路基加宽土工格栅加筋施工技术 J.交通世界（下旬刊），2020（11）：48-49.6 卢申.高速公路路基加宽土工格栅加筋施工技术J.交通世界（上旬刊），2019（6）：58-59.（上接第275页）