聚苯乙烯泡沫塑料国内外的发展状况.doc

综 合 实 践聚苯乙烯泡沫塑料国内外的发展状况 专业：高分子材料与工程专业班级：学号：姓名：日期：2011.5.22聚苯乙烯泡沫塑料国内外的发展状况摘要：本文通过收集多篇文章对聚苯乙烯国内外的应用现状进行了总结，同时对EPS和XPS的具体应用进行举例，将两种材料的进行比较。关键词：聚苯乙烯；泡沫塑料；保温材料1 概述：泡沫塑料作为建筑节能所用的保温材料在我国刚刚开始推广使用，未来10年肯定会有高速发展，市场前景非常广阔，但存在的竞争也非常激烈。聚苯乙烯泡沫塑料分为膨胀型EPS和连续性挤出型XPS板两种。1.1 可发性聚苯乙烯(简称EPS)我国可发性聚苯乙烯(简称EPS)泡沫塑料的工业生产始于20世纪60年代，1994年EPS制品的消费量是10万吨，到1997年已达30万吨的规模,其中在建筑中的应用约占50%左右。1.1.1 国内外EPS塑料发展概况1.1.1.1 国外EPS消费量全世界的EPS消费量在过去10年中每年增长约5%，1997年已达到212万吨，其中55%用于建筑。西欧在建筑中应用的比例最大,1997年消费的75万吨中占70%(51.1万吨)，生产EPS的最大企业是BASF、DOW、SHELL和BP。从图1、图2和图3可以看到全世界的年消费量增长的情况、各地区EPS消费量达到的比例和用于建筑中的比例不断增长的情况。1.1.1.2 国内EPS消费量根据中国石化咨询公司介绍,估计1994年EPS的消费量为10万吨(聚苯乙烯总消费量是61万吨) ,在EPS泡沫塑料中45%是板材(不包括挤出泡沫片材)即4.5万吨。中国塑料工程信息57期报道,1997年我国进口EPS是283659吨。 根据网上信息,1997年我国国内生产聚苯乙烯树脂33.9万吨,进口139.5 万吨。综合以上信息估算,我国1997年EPS消费量约为30万吨(其中EPS板材约15万吨)。我国生产EPS 的主要企业汇于表1 。1.1.2 EPS泡沫塑料在建筑上的应用的机遇1、2“可持续发展战略”已经成为世界各国的共识。为了使国民经济能够与人口、资源、环境协调、持续地发展,我国必须尽快地在建筑节能上赶上国际先进水平。建筑物的保温是建筑节能的基础。因为我国过去的建筑不重视保温,建筑物的保温性能要比发达国家差到几倍,造成在冬季取暖和夏季空调降温时能源的巨大浪费。每年我国用在建筑取暖上的能耗早已超过1亿吨标准煤,住宅使用能耗已占我国能源供给的15.6%。北京地区每年采暖用煤近800万吨,大约占北京地区全部用煤的1/3。这不仅造成经济损失和资源浪费，还严重地污染环境。从世界各国的发展动向看，随着对“可持续发展战略”的重视，对建筑节能提出的要求愈来愈高。值得注意的是我国目前执行的新建筑节能标准和发达国家现在的建筑节能标准比还有不小的差距，我国住宅的能耗比同纬度发达国家高出3倍(见表2) 。近年来我国政府采取了一系列重大举措来推动建筑节能3，包括用法律和行政手段来强制推行节能,现已开始执行新的民用建筑设计节能标准（标准号为JGJ26-95)。新的标准要求新建筑的保温性4能要比80年代的建筑提高50% ,同时开始有步骤地改造大量保温性能不好的旧建筑。可以肯定，随着经济的发展,今后我国对于建筑节能会更加重视并提出更高的要求。根据新的节能标准,采用传统的建筑节能材料很难达到要求,如外墙如果单独采用黏土砖要达到标准要求的保温效果, 在北京地区砖墙的厚度要达490mm ,在哈尔滨要达到1020mm ,这显然是不可行的,所以,我国迫切需要发展新型建筑保温材料。根据发达国家的经验,EPS泡沫塑料作为建筑保温材料有很大的优势。a、保温效果好5、6(如表3 所示) 在温差40 ,相对湿度80%条件下,50mm 厚的EPS发泡板的隔热效果等于1075mm厚砖墙的隔热效果。b、质轻价格低一般应用的EPS板密度为20kg/m左右,目前价格为300元/m左右。一般在保温工程中只占总造价的1/10左右。c、施工简便。d、耐老化性能好德国BASF已有使用30年的实际经验。EPS泡沫塑料的最大缺点是耐火性能较差,目前只能做到自熄(氧指数OI为30左右)，而难燃程度只能做到B1级(德国标准DIN4102第1部分)，在设计和应用中必须给予充分的注意。1.1.3 EPS 泡沫塑料7在其它领域应用1.1.3.1 道路工程8 用作软土地基路堤填料在软土地基上修筑路堤经常会产生路基不均匀沉降和沉降量过大问题。EPS自身密度小的超轻质特性和其特有的力学性能，决定了EPS能够有效地减轻路堤、基础自重荷载，从而达到减小地基变形、有效控制路堤沉降、保证路面使用质量的目的。用于路桥过渡段填筑由于路桥过渡段的特殊性，施工质量难于控制，并且基于桥台与路堤结构的差异，使得在过渡段处容易产生沉降差，从而影响行车的安全与舒适。利用EPS质轻、竖向受压后产生侧向压力小的特点，把EPS用于桥台、挡墙的填料，既能减轻自重，有效防止基础下沉，避免桥台与路基连接处的沉降差异，消除桥头跳车现象，同时又可大幅减小路堤对桥台的侧向压力。修建直立挡墙 由于EPS具有直立性好、侧向变形小的特点，在山区陡坡和城市道路建设中可以利用EPS修建占地面积小、外表美观的直立挡墙。用于减轻地下结构物顶部的土压力路堤下埋设的刚性结构物往往会由于结构物上部土体与两侧土体不均匀沉陷而产生过大的附加压力，垂直土压力系数可达1.2，当填土较高时甚至可达2.0，即在结构物顶部存在应力集中现象。把EPS这种良好的可压缩性材料铺设在结构顶部，形成一个“人工沟槽”9，可大大减小结构物所受的土壤压力。这种人为调整位移场分布、改善结构物上应力分布的方法，可用于改善深埋涵洞、管道和高坝防渗芯墙的应力分布，以防止其开裂。用于防止路基冻害旧10 在寒冷地区，道路路基每到冬季都会发生冻害，使道路不平顺，严重时将危及行车安全。传统的整治方法如注盐、换土、铺炉渣等方法效果都不佳。由于EPS具有良好的保温隔热性能，在路基顶面铺设EPS作防冻层，可减少因填筑路基引起地表下冰冻层溶解而产生的沉降及防护边坡的冻胀破坏，并减小路基的冻结深度，从而消除路基冻害，保持线路结构的稳定和减小变形。1.1.3.2 水利工程11采用EPS板作为涵闸基础保温层，可明显地减小或消除基础板下地基土的冻胀力，实现基础浅埋，节省基础开挖量和施工排水费用，尤其是对水饱和地基更具有实用价值。目前北方地区仅用10cm厚的EPS板作基础隔热保温层可相应减少冻深100cm以上，使冻结深度减小80%以上，降低基础工程造价30%一40%。另外，近年来山东、山西、宁夏等省区在渠道河流衬砌的工程中也大量使用EPs板作防渗透、防冻融材料以解决渠道的渗透和冻融问题，均取得了很好的效果。1.2 聚苯乙烯泡沫塑料( 简称XPS)挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）是国外20世纪50、60年代开发出的一种新型绝热材料。它具有优异的和持久的绝热功能、独特的抗蒸汽渗透性、极高的压缩强度, 易于加工安装, 在诸多领域得到了广泛应用, 主要包括: 墙体保温、倒置式屋面保温、钢板屋面保温、 冷库保温、地暖系统、地板安装辅材、复合风管、彩钢夹 芯板、建筑物底面、路基等,所以在世界上得到了广泛的使用。1.2.1 国内外的应用现状国外几家著名公司都先后用不同工艺流程取得过该产品的专利权，并在各自的领域中大力推广应用。例如道化学公司的蓝色XPS、欧文斯康宁公司的粉红色XPS、巴斯夫公司的绿色XPS等, 他们除在本国拥有广大市场外, 都在国外市场上取得了成功。道化学公司在日本拥有两条以上生产线, 欧文斯康宁公司在我国南京市投资建立的年产10万立方米的生产线投产后迅速打开了市场, 产品的市场认可度很高, 取得了很好的投资效益。XPS产品问世后已经在各种建筑结构中得到了应用，并积累了成熟的经验。在居住建筑中作为绝热材料，特别是屋面绝热材料应用得十分广泛，同时在商业和工业中也不乏成功的范例。比如: 日本的大阪机场、美国的麦当劳公司总部大楼、佛罗里达州的海洋世界、弗吉尼亚州的诺福克市中心隧道、缅因州的牛顿机场跑道、马萨诸塞州的马瑞特大型冷库等。中国的XPS泡沫行业起步较晚, 1999年美国欧文斯科宁公司在南京投资建立了中国境内的第一条XPS生产线，投产后产品迅速打开了市场，XPS逐渐获得市 场的广泛认可。此后，伴随中国经济的快速发展以及国家实施的建筑物节能改造工作的深入开展，XPS得到迅速发展，市场需求迅速增大。大量民营企业看准了迅速扩大的国内市场需求纷纷投入XPS的生产，XPS产量迅速增长，为实现国家建筑节能目标做出了巨大贡献。经过10年的发展，中国XPS泡沫行业已经实现了生产设备的完全国产化。XPS在中国建筑保温材料市场份额已经超过20% , 并且呈逐年上升势头。据不完全统计，中国2009年XPS总产量达1000万立方米, 约300kt。行业生产线保有量约700条，企业数量约500家。XPS生产的重点地区为华东、华北和东北地区。除此之外, 台湾的几家公司也在江苏、北京等地建立了生产基地, 其产品已开始进入市场。在我国的新型建筑中, 如北京的中国银行大楼、东方广场、上海的可口可乐工厂、广州的雀巢冰淇淋厂都使用了XPS作保温材料。1.2.2 XPS板的生产原材料、设备及工艺流程XPS的主要原材料为聚苯乙烯树脂，平均分子量范围在17万50万之间, Mw/Mn2.6, 辅料包括添加剂、发泡剂等。绝大多数国外公司所采用的发泡剂不含卤化碳, 而是使用与空气置换速度较快的烃类发泡剂。这样即避免了对臭氧层的破坏, 又保证在反应的初始阶段就大部分完成了与空气的置换, 使施工后材料的导热系数的变化很小, 除此之外, 还有利用二氧化碳作发泡剂的专利技术。XPS的生产流程同热塑性挤出聚合物13, 生产过程:(原料准备高温高压造粒)配料、上料1号挤塑机2号挤塑机模口挤出整平机牵引机切割机。其中：1号主机可分为：进料段(160170)、压缩段(170190)、塑化段(200220)、混合段(200210)、计量段(200210)。2号主机的整机加热区温度在165180左右。模口温度约为130150。两级主机中的压力都非常高，中间有时能高达15MPa以上。主要设备为混料罐、储气罐、升压机、挤塑机、真空定型机、冷却设备、喷头、聚苯乙烯托架、滚辊、压光机、切割机、包装设备、检验设备。1.2.3 XPS板的优越性能XPS保温板就是挤塑式聚苯乙烯隔热保温板，它是以聚苯乙烯树脂12为原料或加上其他聚合物，通过加热混合同时注入发泡剂，然后挤塑压出成型而制造的硬质泡沫塑料板。从工艺上它克服EPS板繁杂的生产工艺，具有EPS板无法替代的优越性能。它是由聚苯乙烯树脂及其它添加剂经挤压过程制造出的拥有连续均匀表层及闭孔式蜂窝结构的板材，其具体优势如下： (1)保温隔热性能好XPS挤塑板之所以保温性好是与其结构的闭孔性(闭孔率99%)分不开的，尽管发泡聚氨脂也为闭孔性结构，但其闭孔率只有80%左右。其余材质的保温材料均系开孔性，导热系数大，所以其它屋面保温材料要达到25mm厚的XPS的保温效果需要120mm厚水泥珍珠岩，50mm厚发泡聚苯乙烯。(2)抗渗性好，吸水率低吸水率是衡量保温材料优劣的一个重要参数。保温材料吸水后保温性能随之下降，在低温情况下，吸入的水极易结冰，破坏了保温材料的结构，从而使板材的抗压及保温陛能下降，一般的保温材料结构呈一粒粒的球状分布，虽然其材料本身也为拒水性的，但由于其结构中的球状物之间留有空隙，空隙能回吸水。而XPS是由聚苯乙烯树脂加上添加剂之后加压成型，其结构为连接均匀的表层及闭孔式的细胞组成，这些细胞互联，细胞壁有一致的厚度，因此，空隙是不可能产生的，这就是XPS板吸水率特别低的主要因素。(3)挤压强度高由于XPS板的挤压强度高，因而能承受各系统地面荷载。根据XPS板的不同型号及厚度，其抗压强度可以在150KPa一500KPa以上，其它材料的抗压强度均低于XPS板。(4)质地轻、坚固耐用，处理安装方便由于质地轻，挤塑保温板用于屋面保温时，荷载轻，不会影响结构的承受能力，且由于其优良的物理性能，安装极为方便。(5)性能稳定，不易老化发泡式的保温材料，如硬质高密度发泡保温材料，使用五年之后即老化，随之导致吸水、造成性能下降。而XPS挤塑板可用3050年，具有优异的抗湿性能，在高水蒸汽压力的环境下，仍能保持低导热性能，用于低温储藏室内极佳，如冷库、冷藏车，工作温度为-5474。1.2.4 XPS在建筑领域的应用(1) 复合墙体中的隔热保温材料。这种墙体形象地说就像夹芯饼干, 而XPS就是中间的夹芯层，它的作用是阻止墙体与外界的热流交换, 从而起到绝热保温的作用。(2) 建筑物地下墙体基础。在寒冷地区经常出现广泛冰霜渗入的情况，并引致地面冻胀，基层结构受损。由于XPS吸水率低，所以用于地下建筑有很好的防潮、防水性。将XPS置于基层之下，可以令冰霜渗透和易受冰霜影响的基础出现结冰的情况减至最低，有效地控制地面冻胀。(3) 屋面内保温和外保温。当XPS作内保温时，通常与其它材料如石膏板复合使用，作外保温时，使用专用的粘接剂和固定件将XPS覆盖在墙体外层，然后进行外装饰。(4）屋顶绝热保温。其中比较著名的做法是倒置屋顶, 即首先完成屋顶防水层的施工, 然后在防水层上做保温。(5) 公路、机场跑道、停车场等需要防止路面返浆,又要抗压的场所。(6) 冷库等低温储藏设备。XPS在结冰、解冻周期的环境下能够保持重要的结构特性，所以适合在冻融的条件下使用。1.2.5 XPS板在其它方面的应用13、14(1）屋面保温层保护屋面防水层，把保温隔热材料安装在钢筋砼屋面防水层之上是保护防水层的最理想方法，使其不受或减少紫外光、极端气温、脚踏及其它损害源的损害。(2) 外墙保温隔热除大幅增加外墙的保温隔热功能外，还为外墙装饰提供平滑的表面，用于西山墙和北墙的保温隔热节能效果极佳。(3) 低温储藏设施低温储藏设施采用本材料具有优异的抗湿性,在高水蒸汽压力的环境下，仍能保持低导热性，应用在设有保温隔热装置的砼地面层下(如地下冷藏库)，该产品可发挥重要的结构性承重效果。(4) 用于路面及路基之下尤其在北方，能减少冰霜渗入及易受冰霜影响的泥土结冰等情况的出现，控制地面冻胀的情况，有效阻隔地气免于湿气破坏。(5) 用于粘贴各种板材如：门板、隔热砖、榻榻米、天花板等，从而达到降低成本、隔热、隔音、防潮、质轻、加工便利等特性。1.2.6 XPS的应用前景对于发达国家而言, 绝热材料的市场是十分巨大的。据不完全统计，美国的人均销量0.76立方米，挪威0.70立方米、芬兰0.51立方米、丹麦0.49立方米、德国0.41立方米、奥地利0.38立方米、比利时0.30立方米、法国0.27 立方米。对于欧洲整体市场来说，绝热材料的销量为每年9千万立方米, 价值400亿元人民币。在上面所提到的巨大市场中，泡沫塑料占1/3。换言之，聚苯乙烯、聚氨酯等材料组成的绝热材料在欧洲市场上的年销量超过3000万立方米, 美国2000万立方米。我国的绝热材料市场起步较晚，特别是有机类的绝热材料的市场开发更是滞后。长期以来，大量的使用集中在包装上。但是近年来，随着经济的发展和国外技术的进入，有机类材料在建筑上的使用取得了极大的发展，仅用于建造厂房的彩钢夹芯板聚苯乙烯、聚氨酯的用量每年就超过150万立方米，其中大量使用的是二次发泡的EPS，随着经济的发展，这个市场势必还要扩大，而且将有很大一块市场被XPS取代。我国政府的能源方针是“开发和节约并重”，把节约放在首位。节约能源依然是中国能源工业的战略要点。1986年建设部颁布了民用建筑节能设计标准,其后又将标准的指标进一步提高。在实施建筑节能标准以前，我国历年建造住宅面积累积近80亿平方米。从2000年起，对采暖区热环境差或能耗大的原有建筑的节能改造工作已经开始。2005年重点城镇开始成片进行建筑热环境及节能改造。而XPS由于具有导热系数低、质轻、高强、防水、防渗、便于施工等优异性能，所以在旧房改造中极具吸引力。“十五”期间，我们的住宅建设还会有一个巨大的发展。现在城市建筑的保有量大概是70多亿平方米，其中住宅有40多亿平方米，在未来10年城乡还要建57亿平方米的住宅, 其中城市27亿平方米，农村30亿平方米。在这个情况下，保温材料的发展要产业化。以前我们只搞了1.8亿平方米的节能住宅，其中节能30%的有相当比例，工业化水平很低，不能满足现代工业化发展的需要。新建住宅将从规划、设计、相关材料及设备的应用等方面采取节能措施，提高住宅质量，提倡使用新材料、新技术、新工艺、带动建筑材料工业的升级换代。所以要有更高水平的绝热技术、绝热材料，XPS面对的是一个巨大的市场。2 结语 由于聚苯乙烯塑料的拥有很多良好的优点，现在已经应用在生活中的很多领域，并且已经有了很好的效果，同时聚苯乙烯塑料涉及了很多领域，在工程和建筑方面有很多突出的贡献，相信在以后的几年中，聚苯乙烯塑料会有更广阔的应用。参考文献:1戊培康,张福来等.国外建筑节能与墙体新材料发展动向J.现代与未来的国内外新型建筑材料。2潘雪雯.新型墙体材料在建筑中应用的政策和建议J.现代与未来的国外新型建筑材料。3张玉祥.我国节能与保温材料发展研究J.现代与未来的国内外新型建筑材料。4张玉祥.有机保温材料的发展与应用J.现代与未来的国内外新型建筑材料。5冯金秋.聚苯乙烯泡沫塑料在建筑外保温中的应用J.新型建筑材料，1989,4.6孙克光.采用高效保温隔热材料提高住宅建筑节能水平J.建筑学报1997 ,7.7张玉祥.泡沫塑料应用现状J.化学建材,1996 ,5.8范业宏，杜竹媛.聚苯乙烯泡沫板在建筑节能中的应用J.低温建筑技术,1992 ,2.9 陈建中， 发泡聚苯乙烯在道路工程中的应用。 国外公路，1991(3):485210白冰，泡沫塑料在道路工程中的应用。公路，1993(4):313311那文杰，王波聚苯乙烯泡沫(EPS)的特性及在土工中的应用黑龙江水利科技，2003(2)：10712何世英. 我国聚苯乙烯树脂生产,应用及需求分析J。中国塑料,1996 ,3.13孙克光. 挤压型聚苯乙烯泡沫板的性能及应用J。保温材料与节能技术, 1997, 4:10.14孙克光.挤压型聚苯乙烯泡沫板的性能及应用J.保温材料与节能技术,1997 ,4.