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不同因素對xps擠塑板導熱性能的影響分析

文章來源:石墨擠塑板 發布時間:2018-11-08 18:42:59 瀏覽次數:

返回:公司新聞

導熱系數是評價保溫材料性能的重要指標,通過長期大量的實驗數據從不同角度對xps擠塑板這一廣泛使用的保溫材料的導熱系數進行分析,總結各類因素對xps擠塑板導熱性能的影響程度,尋找其中的規律,為生產和施工應用提供參考依據。

1 引言

建筑節能對減少能源消耗的意義不言而喻,在建筑節能中約30%的能耗來自于圍護結構保溫系統,其中保溫材料的性能是決定因素,而導熱系數又是評價隔熱性能重要的指標。導熱系數作為材料的一個重要的熱傳遞性質,其定義是在穩定傳熱條件下,在單位溫度梯度作用下物體內所產生的熱流密度。保溫材料的導熱系數越小,保溫隔熱性能越好。在眾多節能材料中,擠塑板因其輕質、抗壓、耐潮、低導熱等優點而被廣泛應用于各類建筑工程的保溫構造中。本文通過實驗數據分析不同因素對其導熱性能的影響,總結其中的規律,從而更好地指導實踐應用。

xps擠塑板

2 影響因素分析

2.1 原料和生產工藝因素

2.1.1 原料因素

xps擠塑板是以聚苯乙烯樹脂或其共聚物為主要成分,添加少量添加劑,通過加熱擠塑成型而制得的具有閉孔結構的硬質泡沫塑料。在生產過程中,發泡劑氣化,膨脹充盈,形成氣泡孔,與聚苯乙烯膜泡包裹在一起,儲存在氣泡內部,被吸收和溶解。當這種溶解達到飽和之后,多余的發泡劑會擴散到外部,與此同時,向擠內部擴散的空氣與發泡劑一起形成混合氣體,導致泡孔內部氣壓上升,由于空氣的導熱系數高于發泡孔的導熱系數,因此混合氣體的導熱系數也隨之增大?諝庀騼葦U散的速度大于發泡劑向外擴散的速度,所以這個階段導熱系數急劇增大。當空氣的擴散結束后,空氣充滿泡孔內,xps擠塑板內部的發泡劑將持續以非常緩慢的速度向外擴散(陳化過程),表現為導熱系數緩慢增長。由于孔隙中的氣體傳導了大部分熱量,氣泡內氣體的導熱系數又貢獻了約60%的影響,因此選用一種低導熱,同時可以在氣泡內儲存較長時間的發泡劑顯得尤為關鍵。表1為各類發泡劑的氣相導熱系數。

從以上表格中的數據可以看出,氟利昂的導熱系數小,約為空氣導熱系數的1/3,目前國內生產采用的發泡劑也多為氟利昂,但由于氟利昂會破壞大氣臭氧層,造成臭氧層空洞,形成溫室效應,理應被限制使用并終淘汰,而逐步過渡到其他類別的發泡劑。

2.1.2 生產工藝因素

生產工藝因素的影響主要是溫度和壓力,體現在密度、閉孔率和泡孔尺寸方面。在生產過程中,在特定的溫度和壓力控制下,熔融原料被擠出機器?,因為壓力的突然改變,熔于混合原料中的發泡劑被氣化,膨脹成為微小氣泡,被原料的膜泡包裹著,與模板摩擦、冷卻后形成均勻表皮,內部通過自然冷卻終形成閉孔蜂窩狀的板材。當絕熱材料在穩態時,周圍溫度及壓力不變,材料內部空氣溫度、密度穩定,在這種情況下,孔隙內的空氣導熱系數僅與氣體分子碰撞相關,孔隙小且封閉時,氣體分子碰撞的自由程就小,空隙間的空氣導熱系數就小,孔隙尺寸越小,閉孔越多,導熱系數越低。當工作溫度升高時,材料固體分子熱運動加強,孔隙中空氣的導熱以及孔壁間輻射效應也有所增加,表現為溫度上升,導熱系數增加。一般而言固相的導熱系數大于氣相的導熱系數,因此保溫隔熱材料往往具有很高的氣孔率,密度則直接反映了材料的氣孔率,故而保溫材料的密度通常較小,其密度多在25~45kg/m3之間,雖然國標《絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料》(GB/T 10801.2-2002)中對密度沒有要求,但在實際工程驗收中常常涉及該項指標,因此密度也是常規檢測項目。大量的實驗測試表明,密度與導熱系數之間的關系并非絕對的線性相關,當密度小于某個臨界值后,孔隙率變大,空隙中原本靜止的空氣開始對流換熱,氣體的熱輻射效應升高,使得導熱系數反而增大,因此存在一個在對流換熱系數、導熱系數、輻射換熱系數三者之和小才具有低絕熱性能所對應的佳密度,它們之間的關系如圖1所示。

圖1 材料密度與導熱系數的關系

在對100組實驗樣本測試后的數據進行分析后,繪制分布曲線,得到密度與導熱之間的關系如圖2、圖3所示。

2.2 使用過程中的環境因素

xps擠塑板在實際使用過程中受到環境因素的影響,導熱性能因此而產生變化。國標《絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料》(GB/T 10801.2-2002)中規定:“導熱系數和熱阻試驗應將樣品自生產之日起在環境條件下放置90天進行”,目的是通過一定的陳化時間,使導熱系數趨于穩定。

2.2.1 時間因素

實驗數據表明,隨著陳化過程的進行,導熱系數逐步升高。通過兩個樣品在150天內不同時間節點測得的數據對比分析,樣品1和樣品2的導熱系數在90天內分別從初始的0.0264、0.0229增至0.0364、0.0349,增幅38%、52%,可知導熱系數隨陳化時間逐漸增長,在初的一個月,空氣快速擴散進入xps擠塑板內部使得導熱系數快速上升。60天后增速減緩,90天后基本趨于穩定。如圖4所示。

2.2.2 濕度因素

xps擠塑板內部呈緊密封閉蜂窩狀結構,閉孔率達到99%,是一種典型的非吸濕性材料,濕度對其導熱系數的影響需要很長時間。圖5為實驗測得在同一溫度(25℃),不同濕度下導熱系數變化趨勢。

圖5 同時期不同濕度下導熱系數變化

由圖可見,在短期內相對濕度逐漸增大的情況下,其導熱系數波動很小,大相對偏差僅為1.0%。而在陳化過程中改變濕度條件,導熱系數則有明顯變化。實驗選取常溫下50%和90%兩個相對濕度作為養護條件,分別測定樣品在7d、14d、30d、60d、90d、120d、150d的導熱系數進行比較,如圖6所示。

圖6 陳化過程中不同濕度下的導熱系數變化

由圖可知,樣品在濕度50%的導熱系數均比濕度90%的導熱系數要高,說明高濕環境可以減緩陳化的進行,降低導熱系數變化速率。

2.2.3 溫度因素

溫度對導熱系數有直接影響,呈正相關。當溫度上升時,內部固體分子熱運動加速,導熱系數增大。在選取60℃和80℃兩種干燥溫度環境對xps擠塑板進行狀態調節后測試,并與標準狀態下調節后測試的樣品進行數據對比,見表2。

表2 不同狀態調節后的導熱系數

樣品在60℃的溫度下放置3天與常溫放置90天的導熱系數相當,80℃的溫度又縮短了陳化的時間,2天即能達到常溫90天的導熱系數。

xps擠塑板

3 結束語

通過大量實驗數據并結合理論分析可知,其導熱性能主要受內部(生產過程)和外部(使用環境)因素影響,呈現出不同的表現形式,具有一定規律性。而在實際生產和工程應用中,xps擠塑板原料來源多樣,出于成本考慮多為回收料,導致即便配方相同,不同批次不同廠家的產品性能之間存在差異,同時在利益和效率驅使下,xps擠塑板從生產到施工周轉時間不會超過1個月,難以保證陳化時間達到90天后再使用。國標中對產品放置時間的規定與現實存在矛盾之處。在現有的規范下,根據其內部分子結構和外部環境影響規律,從溫度和濕度的狀態調節上加速陳化,縮短放置時間,提前了解趨于穩定時的產品性能不失為一種便捷有效的檢測方法。國標《絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料》(GB/T 10801.2-2002)自2002年頒布實施以來,已經15年未更新,再次修訂時應將實際生產、流通、使用各領域存在的問題考慮在內,避免脫節現象,以更好地指導實踐,促行業良性持續發展。

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