金属面层硬质聚氨酯泡沫夹芯板的技术及应用.doc

-34 2002年金属面层硬质聚氨酯泡沫夹芯板的技术及应用唐大斌 曹立峰(北京华都化工建材集团)19世纪及20世纪初，欧洲工业建筑一般是采用工程砖块建造的，它是以砖块结构来承受柱子、穹顶 和墙体的压力；同时它作为耐季候表面，保护建筑物免遭风雨的侵蚀，并起到一定的绝热保温作用。随 着大型多层建筑物的增多，要求越来越多的建筑使用尽可能少的支撑材料和支撑点。这样，砖墙结构的 应用达到了其极限点，继而被钢架结构所替代，这是因为钢结构构件能符合支撑点的承重要求。因此， 一种用来搭建在支撑点问的墙体及屋顶的新型建筑材料金属噩氨酯夹芯板应运而生。这种可以用作外墙 和屋顶的抗剪切夹芯板是在两层金属薄板问填充聚氨酯泡沫制成的。它既能满足外墙构造的坚固性和物 理要求，又不昂贵，是一种理想的材料。目前，工业建筑用外墙材料的一大主要要求是，它必须具有高 效保温效果。金属聚氨酯夹芯板则正好具有这一特点。下面将从各个方面对这一卓越的建筑材料进行论 述。1金属面层硬质聚氨酯泡沫夹芯板简介 金属聚氨酯夹芯板是由两层防水彩色涂层钢板或其他金属做面板，中间注入自熄型聚氨酯硬质泡沫液体，再固化加压成型。聚氨酯材料优越的粘结性能使泡沫和金属面板之间形成一个牢固的整体，从而 不再需要其他粘结材料。加之金属面板可以辊压出不同的波形，从而使其整体刚度强，承载力高。可用 于建筑行业的屋顶和墙体，满足了建筑物表面物理性能和静力学要求，是现代经济领域里，一种不可替 代的经济、理想的建筑材料。金属聚氨酯夹芯板的主要应用范围包括：冷藏设施金属聚氨酯夹芯板的诞生，使建造低能耗的大型冷库成为可能。它的镶嵌连接结构可 在夹芯板的成型中制成。这样，板材安装时可具有卓越的密封效果(这对制冷业非常重要)，越是任何其 它保温材料所无法比拟的。大型工业厂房、净化车问。仓库、货栈。超级市场。体育场馆、展览场馆、候机楼。车库门。 金属聚氨酯夹芯板具有如下特点：高效保温 由于聚氨酯所用发泡剂的导热系数比空气低得多(保温性能好)，所以聚氨酯硬泡的隔热性能优于那些只含空气的材料如：矿棉、玻璃纤维和聚苯乙烯。而且，其特有的闭孔性和高抗气体扩 散性使之具有优越的长期绝缘性能，它的隔热保温性能可持续20-50年或更久。绝佳的抗腐蚀性聚氨酯硬泡的闭孔结构和使用的金属面材，使其具有更优越的耐空气和耐水气 性能，并且它在成型时就可制成镶嵌连接结构，易于后装配。它不需要额外的绝缘层防潮，省去了许多 铺设绝缘层的麻烦。这些性能都是其他绝缘材料所无法同时具备的。宽幅、轻质、薄墙 由于聚氨酯硬质泡沫同时充当结构材料，使得整体结构具有重量轻、跨度大、 负荷高的优点。与其他绝缘材料相比，聚氨酯硬泡具有最好的热绝缘性能。因此，较薄的聚氨酯夹芯板 材就可以满足有关建筑能耗极限的有关规定，这样就允许在建造时使用较薄的板材，节省建筑空间。质量稳定、生产效益高如今，在需求量急剧上涨的情况下，聚氨酯夹芯板的生产基本上靠连续中国聚氨酯工业协会第十一次年会论文集35复合生产线生产。这种大工业化的生产，除r方便控制质量，更为其带来r良好的经济性和竞争性。耐候性好、便于安装聚氨酯夹芯板在工厂里预制好以后，可直接用来建筑安装，不需额外工序，施工快捷。而且无需顾及天气的变化，按计划进行生产。2夹芯板芯层保温材料聚氨酯硬质泡沫塑料 全球能耗的增加使由二氧化碳引起的温室效应成为全世界，尤其是工业国越来越关注的课题。目前，建筑业一大趋势就是在民用及工业建筑上使用保温材料，从而降低其取暖能耗。在这一过程中，聚 氨酯硬质泡沫塑料从众多保温材料中脱颖而出。建筑业之所以选用聚氨酯作为绝热材料，除r考虑到它 的非常好的机械性能和化学性能以外，主要还是由于它的节约能源的特点。西方许多国家规定，新建筑 用板材的平均设计导热系数应为o025wmK，为了达到这一热传导系数要求，聚氨酯硬泡的厚度必须 介于80125mm之间。如果所用保温材料的导热系数较高，就得增加其板材厚度(图1)。12。骝 船驹 鞫畿诤豁缟暴数mW-Ic图l保温材料导热系数与绝缘层厚度从图1可以清楚地看出，与其他材料相比，聚氨酯硬泡的保温性能最好，故所需板材厚度也最薄，也 就是说以同样的外形尺寸得到更大的使用空间。而由硬质聚氨酯泡沫带来的额外的费用，则将会由供暖 和制冷费用的大幅度减少而得到抵消。此外，能源的节省也会减少二氧化碳的排放，因而减轻“温室效 应”。事实证明，硬质聚氨酯泡沫对环境保护做出了巨大的贡献，是目前国际公认的世界上隔热性能最好 的建筑保温材料。3金属聚氯酯夹芯板的燃烧特性 请注意：防火设计必须考虑建筑整体情况。仅仅考虑建筑材料是否不燃或易燃是不够的。火载荷房间内可燃物体对燃烧的帮助可能比建筑材料更重要。另一方面，着火时建筑材料不应导致额外的有毒气体。金属聚氨酯夹芯板的燃烧特性主要由以下因素决定： 硬质聚氨酯泡沫材料本身；夹芯板所使用的表面和涂敷材料。 在欧洲和美国，对建筑材料燃烧特性的研究，是将所测样品置于与实际应用情况相符的状态，进行真实燃烧测试。因为只有这样，才可真实评价材料的燃烧特性。单独孤立的材料评价不可能对材料在建筑上的实际应用给予真实准确的答案。所以，纯粹材料测试如氧指数测试法已不被接受为建筑标准分类 方法。经实验表明，仅有有限火焰穿过带金属表面的聚氨酯夹芯板的结合处，聚氨酯泡沫材料仅在直接 与高温接触处损坏，在夹芯板内部没有火焰扩散。结论为：(i3金属聚氨酯夹芯板的失火风险不比其他传 统建筑材料(如木材)高。不可燃涂层和金属表面对其阻燃性能具有巨大的影响。因为硬质聚氨酯泡沫材料是热固型材料，它不熔也不形成燃烧熔融滴落物。这对于在建筑屋顶应用中，避免燃烧熔融滴落物连续点燃物体，有十分重要的意义。 目前，中国没有相似的试验标准。基于上述试验结果，金属表面的聚氨酯夹芯板在欧美等国被广泛接受为安全防火材料而得以普遍应用。仅在欧洲每年已生产并在建筑上使用了约五千万平方米的金属聚氨酯夹芯板材。4金属聚氨酯夹芯板的生产41在模具中注射成型这种制造方法是将金属面材放在模具中，然后将聚氨酯反应混合物注入模具空腔中。反应混合物膨 胀发泡并填满空腔，它粘合在面材上，固化后制成夹芯板。这种方法适合生产形状较为复杂的板材。同 时，可以灵活地调整板材的尺寸和厚度，预埋各种内插件。根据夹芯板的大小和厚度不同，这种成型有多种填充方法及选择不同的位置注入聚氨酯混合料。这 些方法的共同点是，压机必须能够承受泡沫膨胀的强大压力。泡沫密度越大，模温越高，则膨胀压力越 大。另外，夹芯板的脱模时间也是质量控制的一个重要参数。它取决于聚氨酯硬泡体系、模温、流动长 度、泡沫压缩度和脱模后制品的尺寸精确要求程度。一个普通的聚氨酯硬泡体系，其脱模时间一般为610 rain(板材厚度为30 mm)和30-40 min(板材厚度为150 rlana)。4 2连续生产线生产金属薄板的成卷可能，为聚氨酯硬泡的应用开辟了另外一个非常重要的市场：用一双层连续式输送 带大批量生产聚氨酯夹芯板材。原理及过程如下：在上下两层传送带上铺展已带涂层的上下金属面材一将金属面材压制成所需型材，即：用于墙体、屋顶等，预加热金属面材一用高压喷嘴将聚氨酯混合料均匀浇注在底层面板上一 在传输过程中，泡沫在双层加压金属面板中熟化一按所需长度切割+冷却夹芯板材，堆积和包装一条比较先进的生产线可以以14mrain的速度生产厚度在30-60 rflrn的板材。一座现代化工厂的年产量将超过一百万平方米。5世界聚氨酯夹芯板市场现状及与中国市场之比较60年代末，国际上开始认识到硬质聚氨酯泡沫的各种好处，如：K因素低；卓越的机械和化学性能；适合用于金属，泡沫夹芯板结构；优越的加工性能。在建筑业，传统的劳动力密集的建造方法如砌砖加瓦法，也越来越无法满足现代工业建筑的要求。 迅速开发新的技术和材料成为建筑业发展的必然趋势。在这种背景下，金属聚氨酯夹芯板的开发不仅给 现代建筑业带来了新的契机，同时也扩大了聚氨酯硬质泡沫的应用范围。几十年过去了，金属聚氨酯夹 芯板在全球市场上占据了越来越大的市场份额。这从硬质聚氨酯泡沫在全球市场的销售情况中可以清楚地看到：2001年聚氨酯全球消耗840万吨，其中，硬质泡沫218万吨，占26；硬质聚氨酯泡沫里：建筑130万吨，占59；技术绝缘(电冰箱等)88万吨，占41。箕宅站台帮1潞图2聚氨酯在建筑行业的应用中国聚氨酯工业协会第十一次年会论文集。37在过去30年间，聚氨酯的消耗总量从30万吨，增加到1996年的700万吨，再到2001年的840万 吨。如今，全球硬质泡沫的60左右，约130万吨均用于建筑工业。可见，在现代建筑领域里，聚氨酯 所起的作用是非常巨大的。它在建筑行业的应用分布如图2所示。从数量上显示，聚氨酯夹芯板在建筑用聚氨酯硬泡的应用里，占有相当大的比重，而且从图3、4里我们还可以清楚地看到其潜在的生命力。翌式(滁翁b走疆滓自 隆爨攒匿燃渊熊图3 2001年世界聚氨酯分区消耗矗攀ifl，每笨-lb必寒鞯叁恕贸焉区 口群夔口嚣歇一氧靛巨掌堑悫苇基括宜事)图4 2001年各地区人均消耗聚氨酯情况从图3、4我们可以清楚看出，亚太地区只占全世界聚氨酯消耗量的17，人均消耗仅04公斤。这 明显低于世界其他大区域。但是基于亚太地区拥有全世界人口的三分之一的缘故，因此亚太地区具有巨 大的增长潜力。另外，从电冰箱行业的发展来看，聚氨酯硬泡在其亚太地区的消耗已经达到全球消耗总 量的20。过去的经验告诉我们，建筑领域必须紧密跟随，以使冷藏链完满和确保新鲜食品的供应。因 此，摆在我们面前的是惹人注目的挑战。华都公司白1991年成立以来，一直致力于聚氨酯产品的研制和开发，积累了丰富的经验。同时，根据这些科研成果，又先后成立了三家分公司，以生产和销售不同用途的聚氨酯夹芯板：用于轻钢结构建筑的聚氨酯夹芯板；用于冷藏和净化的聚氨酯保温夹芯板；用于中央空调风管的聚氨酯夹芯板。同时，也承揽建筑体“交钥匙”工程，并进行产品研究开发、为顾客提供建筑设计方案。公司拥有 十余条现代化连续生产线以及制造、安装轻钢结构的自动焊接、探伤等先进设备，可生产十余种不同板 形的夹芯板用于屋顶及墙面使用。其生产的金属聚氨酯夹芯板材，从制造技术、产品质量和使用效果等 方面，均已达到国际水平。中国的建筑业发展迅速，特别是近二十年来，随着我国经济的高速发展，建筑业更加突飞猛进，成绩骄人。但是我们也应该看到，和世界先进国家比较，聚氨酯在我国建筑业的应用比例仍然有限，聚氨酯夹芯板的应用也尚未普及，2001年聚氨酯夹芯板的概况及对夹芯板市场的预测如下：西欧 中国 华都 人口4乙 387 129 聚氨酯连续生产线数条124 9 1 连续夹芯板PU用量7t176 025 0 0375 连续夹芯板平米数73-m2 9000 120 15 冷藏净化板Pu用量t 70000 2000 300 冷藏净化板平米数37 m2 1750506合计PU板平米数)7 m2 10750 17021 中国2001年金属面层夹芯板用量(估算)7f m2 3400-4000 聚氨酯夹芯板用量所占百分比4s 预计中国夹芯板用量年增长率 10-15 预计2005年聚氨酯夹芯板占板材市场份额20 预计2005年聚氨酯夹芯