酚醛泡沫应用于彩钢夹芯板的分析与探讨

酚醛泡沫应用于彩钢夹芯板的分析与探讨（本文发表于《墙材革新与建筑节能》2010年第八期）

摘　要　本文着重分析当前彩钢夹芯板保温芯材应用状况，介绍酚醛泡沫的防火、保温优点以及其作为彩钢夹芯板保温芯材的应用优势。*后，阐述酚醛泡沫在建筑保温领域的应用前景。

彩钢夹芯板是由上下两层彩色涂层钢板作为面层，以既有刚度又可保温而强度比较低的材料，如硬质泡沫塑料、岩棉板等保温材料作为芯材，在专用的自动化生产线上复合而成的，具有承载能力的结构板材。因其构造特征，此种板也被称为“三明治”板。按照建筑物的使用部位和面板板型的不同，可分为屋面板、墙板、隔墙板和吊顶板等。
作为一种多功能新型建筑板材，彩钢夹芯板同时具有保温隔热出色、隔音、承载力强、色泽鲜艳、安装灵活、造价低、防水、抗震等特点，自20世纪80年代开始已广泛应用于大型工业厂房、钢结构厂房、活动房、洁净车间、建筑物加层、临时房屋、仓库、冷库、体育馆、超市以及需要保温隔热防火的场所。
彩钢夹芯板外形美观，色泽艳丽，整体效果好，它集承重，保温，防火，防水于一体，且无需二次装修，安装快捷方便，施工周期短，综合效益好，是一种用途广泛，极具潜力的高效建材。
彩钢夹芯板的良好性能不仅仅取决于面板及面板与芯材的*佳组合，更重要的是取决于芯材的材质。然而，目前彩钢夹芯板普遍使用的保温芯材或多或少都有一些弊端，大多无法同时满足高效防火保温、耐高温、环境友好性等特点；另一方面，该种产品的厂商越来越多，并且生产出来的产品大同小异，造成市场竞争十分激烈。因此，企业应采用一种新型替代保温芯材来赶上彩钢夹芯板领域不断更新发展的强劲势头，提高产品竞争优势，取得更大的经济效益。
1 彩钢夹芯板保温芯材种类及现状
彩钢夹芯板的保温、隔热、吸声等性能主要取决于它的芯材——绝热材料。这种材料不仅要保温性好，同时还需要有足够的强度和刚度，与彩钢板也要有很好的粘合力，只有这样，组合的复合板才能承受设计荷载，满足建筑功能要求。
彩钢夹芯板芯材材料按其产品的化学成分可分为两大类，即一类是有机化学泡沫材料，如聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、酚醛泡沫塑料、三聚氨泡沫塑料等。另一类是无机纤维材料，如岩棉板、矿棉板、玻璃棉板等。
目前，国内彩钢夹芯板生产商使用的彩钢夹芯板保温层芯材*广泛的有聚苯乙烯夹芯板（EPS夹芯板）、硬质聚氨酯夹芯板（PU夹芯板）、岩棉夹芯板即RW夹芯板。但聚氨酯、聚苯乙烯等有机材料耐热温度低、遇火易燃烧、易产生毒气，成为火灾事故的主要因素之一。
近年来，建筑防火已得到人们的广泛重视，一些建筑物由于使用防火性能差的保温材料，火灾事件也是层出不穷。如2009年2月9日发生的央视新台址园区文化中心特大火灾事故，就是因为在建工程使用易燃材料及不合格保温板引发火灾造成巨大损失。因此，国家政府极其重视。2009年9月25日，由中华人民共和国公安部、住房和城乡建设部联合颁布的《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》里*一章第二条就有明文规定：“民用建筑外保温材料的燃烧性能宜为A级，且不应低于B2级”，同时第四章第十一条规定：“用于临时性居住建筑的金属夹芯复合板材，其芯材应采用不燃或难燃保温材料”。
然而，普遍采用的彩钢夹芯板保温芯材——聚氨酯泡沫本身不防火，燃烧后产生的大量浓烟里含有氰化氢，危害人体健康。而聚苯板除了不防火、用久后会收缩外保温性能也很差。聚苯乙烯泡沫和聚氨酯泡沫都易燃，不耐高温，严重影响建筑工程质量和防火安全，目前正受到消防部门的限制使用。岩棉、玻璃棉等无机矿物棉材料虽然能达到防火要求，但是对环境不友好（施工过程中漂浮的棉絮对人体有害）、容易滋生细菌、吸水率高、绝热效果较差，并且强度也不够好，使用寿命较短。
而新型的酚醛泡沫材料（PF），在阻燃、毒性方面具有非常优秀的性能，其市场前景广阔，经济潜力巨大，将逐步取代其他的泡沫材料。
2 酚醛泡沫介绍
酚醛泡沫保温材料常简称为酚醛泡沫。酚醛泡沫是以酚醛树脂和阻燃剂、抑烟剂、固化剂、发泡剂、及其它助剂等多种物质，经科学配方制成的闭孔型硬质泡沫塑料。酚醛泡沫具有导热系数低、容重轻、不燃、无毒、无烟、吸水率低于无机保温材料如玻璃棉、岩棉等。同时，机械强度大于其他泡沫塑料，且加工性好，施工方便，在建筑保温、墙体保温中具有无可争议的优势，是当前*新*好的泡沫保温材料，被誉为“保温之王”。
20世纪80年代，国外科学家开始对酚醛树脂及其制品进行研究，20世纪90年代以后，包括酚醛泡沫在内的酚醛复合材料得到很大发展。近些年来，由于高层建筑、交通运输、舰船、航空、空间技术等方面对合成泡沫塑料的热稳定性和耐燃性提出了严格要求，使得酚醛泡沫的应用得到了广泛关注和迅速发展。
3 酚醛泡沫作为彩钢夹芯板保温芯材的优势
酚醛泡沫作为一种新型安全的保温节能材料，性能及生产工艺均达到世界先进水平。总的来说，酚醛泡沫作为彩钢夹芯板保温芯材较其他的保温材料具有以下多种优异的特性。
3.1 优异的防火性能：聚氨酯和聚苯等有机保温材料，燃烧后，会产生浓烟和剧毒，容易造成人员死亡，同时也增加灭火难度。而酚醛泡沫遇火不燃，燃烧性能*高达A级，*高使用温度为180℃（允许瞬时250℃），100 mm厚的酚醛泡沫抗火焰能力可达 1 小时以上而不被穿透。在火焰的直接作用下具有结碳、无滴落物、无卷曲、无熔化现象，火焰燃烧后表面形成一层“石墨泡沫”层，有效地保护层内的泡沫结构。
3.2 优良的绝热性能：导热系数低（＜0.025W/m×K，为聚苯的2倍多，与聚氨酯相近），为保温、隔热的优良材料；
3.3 抗腐蚀抗老化：几乎能够耐所有无机酸、有机酸、有机溶剂的侵蚀。长期暴露于阳光下，无明显老化现象，因而具有较好的耐老化性；
3.4 密度小、重量轻：酚醛泡沫材料的密度为80㎏/m3以下，可达到50㎏/m3左右。可减轻建筑物的自重，降低建筑物的载荷，减少结构造价，且施工简便、快捷，可提高工效；
3.5 吸声性能：酚醛泡沫具有优良的吸声性能，开孔型的泡沫结构更有利于吸声；
3.6 环保：岩棉、玻璃棉对环境和人有伤害，聚氨酯、聚苯乙烯燃烧受热时会分解出氰化氢、一氧化碳等剧毒气体。而酚醛泡沫采用无氟发泡技术，无纤维，符合国家、国际的环保要求。
3.7 使用寿命：聚苯板、聚氨酯的使用寿命一般在10年左右，耐候性比较差，而酚醛泡沫不收缩不变形，使用寿命可高达30年，是不可多得的建筑保温材料。
酚醛泡沫这些独特的优势将对我国工业与民用建筑尤其是钢结构建筑的质量水平起到良好的促进作用，同时，也提高了我国隔热保温材料行业的竞争力。

保温性能对比表
材料名称 导热系数[W/(m.k)] 容重（kg/m3） 节能保温 *高工作温度
酚醛泡沫 0.02~0.036 40~80 很好 180℃
聚氨酯 0.022~0.036 25~35 很好 110℃
聚苯乙烯 0.033~0.045 25~50 一般 60℃
岩棉板 0.042~0.064 40~60 差 500℃
从表中可以看出，酚醛泡沫塑料具有跟聚氨酯一样优良的保温性能。32mm厚的酚醛泡沫的保温性能相当于30mm的聚氨酯、40mm的聚苯、800mm厚普通砖墙的保温效果。

燃烧性能比较表
项目　　材料 使用温度范围（℃） 极限情况 氧指数（％） 垂直燃烧时间 烟密度等级
    燃烧时间（s） 火焰高度（mm） 指标值 实测值
聚苯乙烯 +75~-80 70℃收缩  ≤30 ≤250 ≤75 60
聚氨酯 +130~-110 140℃软化 ≥32 ≤30 100 ≤75 39
聚乙烯 +65~-80 80℃收缩 ≥32 ≤30   68
酚醛泡沫 +180~-200 220℃变色 ≥52 —— 10 ≤75 1
从表中可以看出，酚醛泡沫塑料具有很好的燃烧性能。具有防止火焰扩散的能力，即绝热材料局部一旦产生火焰，火焰将不扩散而自行熄灭。
4 酚醛泡沫彩钢夹芯板的应用前景
国外对建筑材料的防火性能特别重视，防火规范也很健全。为了满足建筑防火要求，近几年，他们除采用硬质聚氨酯泡沫塑料、聚苯泡沫塑料、岩棉、玻璃棉作为金属复合板的芯材材料外，酚醛泡沫塑料的使用量也日渐增多。国外对酚醛泡沫金属复合板的应用性能做了大量的试验工作，特别是美国、德国、欧洲、日本、澳大利亚等工业发达国家应用很广泛，建筑为实现保温基本离不开此材料。据资料介绍，在美国酚醛泡沫占保温材料的比例是38％，在欧洲是30％。日本政府更是出台法规，将酚醛泡沫作为公共建筑的标准耐燃物。
由于聚苯乙烯泡沫和聚氨酯泡沫都易燃，不耐高温，在一些工业发达国家中正受到消防部门的限制使用，对防火要求严格的场所，政府部门已有明文规定只能用酚醛泡沫及其夹芯板。因而，酚醛泡沫彩钢夹芯板在有苛刻要求的环境条件下使用，有着良好的发展前景。
而近年来国内研发生产酚醛泡沫彩钢夹芯板的厂家也越来越多，以厦门高特高新材料有限公司为代表的一批生产商纷纷投入资金探索并推广酚醛泡沫彩钢夹芯板，取得不错的成绩。相信，在不久的将来，酚醛泡沫在彩钢夹芯板应用领域及其他建筑节能保温领域将得到越来越多人的认可。
5 结语
综上所述，酚醛泡沫材料作为一种新型的保温隔热材料，其各方面性能都大大优于其他材料。随着国家对建筑行业的安全要求越来越高，人们对环保越来越重视，酚醛泡沫在建筑保温领域的作用也将得到更大的发挥。同时，对于每年数千万吨消费量的彩钢夹芯板来说，酚醛泡沫应用在彩钢夹芯板上的推广将创造不可低估的经济效益。

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