建筑用聚氨酯保温材料的性能分析
作者：史章华 来源：南京长三角防水保温材料有限公司
核心提示：
建筑业用聚氨酯硬泡体保温材料是聚氨酯工业的一个重要分支，其特点是一材多用，同时具备保温、防水等功能。该类产品自上世纪60年代在欧洲建筑业应用以来已有40年历史，一些国家还通过立法把聚氨酯作为建筑业指定的保温防水用材。近年来，随着我国建筑节能市场的迅速发展，聚氨酯硬泡体保温产品在建筑保温防水领域得到了广泛的应用，已成为主导市场的保温节能产品之一。
聚氨酯（即聚氨基甲酸酯，英文缩写PU）是在高分子主键上含有许多重复的—NHCOO—基团的高分子化合物。聚氨酯系列产品一般是由二元或多元有机异氰酸酯和多元醇在多种助剂的作用下，经过聚合反应得到的高分子化合物，两种主材中若都只含两个或以下羟基官能团时，聚合反应得到的是线型结构的化合物，若其中一种或两种主材中，部分或全部具有三个或以上官能团时，则可得到体型结构的聚合物，由于聚合物的结构不同，性能差异很大。就像钢材一样，虽然都是铁碳合金，但铁碳配比不同，热处理工艺不同，其性能截然不同。聚氨酯原料在各行业应用非常广泛，因应用的行业特性和生产的产品不同，各行业对以聚氨酯为主要原料的组合材料的性能要求也不同。承担保温防水双功能的聚氨酯硬泡（SPF）也完全不同于用于冰箱、冷库仅起保温作用的聚氨酯(PUR)，尽管它们外观结构看似非常相像，但作为建筑保温防水一体化材料，聚氨酯硬泡打破了传统建材功能单一、防水的不保温、保温的不防水、防水层一旦出现渗漏、保温层随即失去保温功能的通病。与其它单功能保温或防水材料相比，聚氨酯硬泡具有明显的优势：
1.聚氨酯硬泡具有一材多用的功能，同时具备保温、防水、隔音、吸振等诸多功能；
2.保温性能卓越，是目前国内所有建材中导热系数最低（≤0.024，绿色环保无氟发泡技术）、热阻值最高的保温材料，导热系数仅为EPS发泡聚苯板的一半；
3.聚氨酯硬泡体连续致密的表皮和近于100%%的高强度互联壁闭孔，具有理想的不透水性。采用喷涂法施工达到防水保温层连续无接缝，形成无缝屋盖和整体外墙保温壳体，防水抗渗性能优异；
4.超强的自粘性能（无需任何中间粘结材料），与屋面及外墙粘结牢固，抗风揭和抗负风压性能良好；
5.整体喷涂施工，完全消除“热节”和“冷桥”；
6.柔性渐变技术可有效阻止防水层开裂；
7.机械化作业、自动配料、质量均一、施工快周期短；
8.化学性质稳定，使用寿命长，对周围环境不构成污染；
9.离明火自熄，且燃烧时只炭化不滴淌，炭化层尺寸和外形基本不变，能有效隔断空气的进入，阻止火势的蔓延，防火安全性能好。
聚氨酯硬泡体材料本身性能的优劣，对建筑物的使用安全性、保温功能、防水功能有着重大的影响，在选材时必须引起高度重视。
建筑业用聚氨酯硬泡体防水保温材料与冷库、冰箱用聚氨酯硬质泡沫保温材料在性能上的极大差别，主要反映在断裂延伸率、闭孔率、尺寸变化率、粘接强度四项性能指标上。
区别之一：断裂延伸率
断裂延伸率是衡量聚氨酯硬泡抗拒应力作用不产生永久变形的重要性能指标，而仅起保温作用，无防水功能的冷库冰箱用聚氨酯硬质泡沫对此项关键的性能指标并无任何要求。
国家建材行业标准（JC/T998-2006）中明确规定：聚氨酯硬泡如果作为屋面和墙体防水保温一体化材料使用，必须满足延伸率大于10%%的基本要求，才能保证因使用环境温度变化、屋面及墙体的干缩湿胀、严冬冻融破坏以及建筑物基础不均匀沉降造成的防水层断裂、起鼓和龟裂。使聚氨酯硬泡在发挥优异保温功能的同时，充分展示其可靠的防水功能，只有延伸率满足上述国家行业标准的聚氨酯硬泡才能保证建筑物冬暖夏凉，环境舒适，屋面滴水不漏，外墙永无返潮之虑。
区别之二：尺寸变化率
聚氨酯硬泡受使用环境温度变化的影响，尺寸和体积会发生一定的变化，尺寸变化率的大小与原料的类型、泡体的结构、芯材密度、成型工艺及发泡剂的种类等诸多因素有关，耐温差性能较好的聚氨酯硬泡在-20摄氏度至+80摄氏度的环境温度下，尺寸不应发生明显的变化。聚氨酯硬泡的闭孔率高达95%%以上，封闭在泡孔中的气体压力随环境温度的变化而变化，如果泡壁的结构强度较小，泡沫尺寸就会因闭孔中气体压力的变化而产生低温收缩或高温膨胀的变形，尺寸相对变形量（即尺寸变化率）越大，聚氨酯防水保温层产生断裂或开口的几率就越大。
用于建筑的聚氨酯硬泡按国家行业标准JC/T998-2006的规定，尺寸变化率应≤1%，以适应建筑物在酷暑及严寒季节因昼夜温差急骤变化造成的外墙饰面系统线型尺寸过大的收缩和膨胀。尺寸稳定性显然与外墙饰面系统安全使用性密切相关，其值越大，安全性越差，尺寸变化率大于1%%的聚氨酯硬泡是不符合国家建材行业标准要求的。
区别之三：闭孔率
闭孔率是衡量材料吸水率和导热系数的重要指标，闭孔率低的硬泡吸水率和导热系数都较高，对材料的保温功能和抗冻融性能都有着至关重要的影响。建筑用聚氨酯硬泡作为屋面防水保温材料使用时，其泡沫闭孔率至少应大于95%%，当闭孔率低于70%%时，短时大雨并不会造成屋面渗漏，但在多日连续阴雨的季节，由于硬泡长期浸泡在雨水中，开孔泡中吸水较多，渗入泡中的雨水，在重力作用下会透过串孔进入屋面基层，并被封存在基层和硬泡之间，即使雨过天晴，在烈日照射下短期内也很难经过硬泡保温层和保护层向上排出。相反，由于屋面受阳光照射，上层温度高，下层温度低，水分反而向屋面下层迁移，造成雨天不漏、晴天渗漏的反常现象，这种现象在南方黄梅季节尤甚。
区别之四：抗拉强度和自粘强度的影响
聚氨酯硬泡外墙外保温系统的整体强度取决于聚氨酯母材的抗拉强度（系统强度的最薄弱环节），因此聚氨酯硬泡本身的抗拉强度实际上就是整个外墙饰面系统的抗拉拔强度。例如：聚氨酯硬泡的抗拉强度是200kpa，整个外墙系统的抗拉拔强度就是200kpa；如果此指标下降为100kpa，则整个外墙系统的抗拉拔强度会随之降低为原来的一半，安全系数也必然会骤降为原来的一半。
另外，建筑业用喷涂聚氨酯硬泡在材料配制时还应充分地考虑外墙外保温系统使用时的粘接强度要求，因此要求其对金属、混凝土、砖石、木材、玻璃等建筑材料具有极好的自粘接性能。国家建材行业标准JC/T998-2006和最近通过的《聚氨酯硬泡外墙外保温工程技术导则》，都对聚氨酯硬泡的自粘接强度规定了强制性指标，这也是喷涂聚氨酯硬泡相对于发泡聚苯板（EPS）和挤塑保温板（XPS）外墙外保温系统安全性具有明显优势的一个重要指标。值得一提的是，强度是聚氨酯硬泡最重要的力学性能，它的大小直接决定着外墙饰面系统的抗风压、抗冲击、抗应变能力以及承载总重量的能力，是评估外墙外保温系统使用安全性的最重要、最直接的性能指标。
综上所述，用户在选用聚氨酯硬泡作为建筑保温防水双功能材料使用时，必须按国家建材行业标准JC/T998-2006的要求，对材料的密度、强度、断裂延伸率、尺寸稳定性及闭孔率进行严格鉴定。作为目前惟一的保温防水一体化新型建材，聚氨酯硬泡保温材料在国内建筑业的应用还处于初始阶段。可喜的是，为加快建筑保温材料的革新，促进聚氨酯硬泡在建筑节能领域的推广应用，建设部还专门成立了“聚氨酯建筑节能应用推广工作组”，在建设部的高度重视和全力推动下，目前聚氨酯硬泡保温防水材料在国内建筑节能行业的应用取得了实质性的进展。
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