建筑絕熱用石墨改性擠塑聚苯乙烯泡沫板的應(yīng)用及標(biāo)準(zhǔn)解讀

金福錦，郝雨楠?，焦紅文，趙宏宇

（1.建筑材料工業(yè)技術(shù)監(jiān)督研究中心，北京 100024；2.中國(guó)塑料加工工業(yè)協(xié)會(huì)XPS專業(yè)委員會(huì)，北京 100021；3.北京奧克森節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰?，北京 102446）

0 前言

擠塑聚苯乙烯泡沫塑料板（以下簡(jiǎn)稱為XPS板）是一種有機(jī)高分子保溫材料，高閉孔率的蜂窩狀結(jié)構(gòu)使其具有較低的吸水率和熱導(dǎo)率、較好的壓縮強(qiáng)度，較其他絕熱保溫材料具有一定優(yōu)勢(shì)[1]。XPS板自從20世紀(jì)90年代末進(jìn)入我國(guó)后，因城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快，各地新建建筑面積持續(xù)增長(zhǎng)以及老舊小區(qū)改造需求的增加等，在我國(guó)的市場(chǎng)占有率迅速攀升，2010年占建筑保溫材料的市場(chǎng)份額就已超過(guò)20%[2]。隨著我國(guó)對(duì)能源問(wèn)題的日益重視，對(duì)建筑節(jié)能的進(jìn)一步控制，越來(lái)越多的新材料、新工藝被引入建筑保溫領(lǐng)域，沖擊著XPS板的市場(chǎng)。XPS板所用材料本身易燃，必須添加阻燃劑提升燃燒性能。目前可使用的阻燃劑價(jià)格較高，成本占XPS板總成本的比例較大，近幾年受行業(yè)低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)的影響，出現(xiàn)了阻燃性較差的低品質(zhì)產(chǎn)品，極大地影響了XPS板的應(yīng)用和推廣，也影響了整個(gè)行業(yè)的產(chǎn)品口碑。加上XPS板在外墻外保溫工程中應(yīng)用時(shí)，受制于施工質(zhì)量影響，頻發(fā)安全事故，多地陸續(xù)出臺(tái)政策限制使用，進(jìn)一步壓縮了XPS板的市場(chǎng)。

為了提升產(chǎn)品質(zhì)量、尋求市場(chǎng)突破，研究機(jī)構(gòu)及生產(chǎn)企業(yè)對(duì)XPS進(jìn)行改性研究，發(fā)現(xiàn)添加石墨可有效降低產(chǎn)品的熱導(dǎo)率、提升燃燒性能。石墨是黑色鱗片狀結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)元素結(jié)晶礦物，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的紅外線反射性，可以改善材料的輻射傳熱性能。模塑聚苯乙烯泡沫塑料（以下簡(jiǎn)稱EPS板）通過(guò)添加石墨，成功提升了燃燒性能，改性產(chǎn)品——石墨改性模塑聚苯乙烯泡沫塑料板（以下簡(jiǎn)稱GEPS板）的熱導(dǎo)率降低到0.033 W/（m·K），燃燒等級(jí)可達(dá)到GB 8624《建筑材料及制品燃燒性能分級(jí)》的B1級(jí)。XPS板經(jīng)石墨改性，改性產(chǎn)品——石墨改性擠塑聚苯乙烯泡沫板（以下簡(jiǎn)稱GXPS板）的導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)0.024 W/（m·K），燃燒等級(jí)在B2級(jí)以上，在相同建筑保溫要求條件下，可降低保溫層厚度，北方地區(qū)的應(yīng)用效果顯著。

筆者作為GB/T 10801.2—2002《絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的起草人，一直關(guān)注著XPS及相關(guān)產(chǎn)品及行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，為了體現(xiàn)GXPS板區(qū)別于普通XPS板的特點(diǎn)，于2016年提出建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑絕熱用石墨改性擠塑聚苯乙烯泡沫板（GXPS）》的立項(xiàng)申請(qǐng)，并于2020年底完成報(bào)批。本文結(jié)合該標(biāo)準(zhǔn)的制定過(guò)程，介紹了GXPS板的主要性能及應(yīng)用方向，分析探討了該產(chǎn)品當(dāng)前面臨的問(wèn)題，希望為后續(xù)研究及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考。

1 標(biāo)準(zhǔn)概況

1.1 立項(xiàng)背景

2015年左右，GXPS板出現(xiàn)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，但產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)企業(yè)較少。當(dāng)時(shí)正在修訂的GB/T 10801.2出于上述原因，在新版標(biāo)準(zhǔn)中并沒(méi)有明確提出GXPS的概念。建筑材料工業(yè)技術(shù)監(jiān)督研究中心根據(jù)當(dāng)時(shí)的行業(yè)狀況，聯(lián)合中國(guó)塑料加工協(xié)會(huì)XPS專委會(huì)、中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司共同組織行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)北京奧克森節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰尽⒈冰i建材集團(tuán)股份有限公司、廣州孚達(dá)保溫隔熱材料有限公司、新鄉(xiāng)市英姿建材有限公司等17家單位共同編制了建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑絕熱用石墨改性擠塑聚苯乙烯泡沫板（GXPS）》（2017-1259T-JC），該標(biāo)準(zhǔn)已于2021年7月由工信部報(bào)批公示，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為JC/T 2627-2021。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)范圍及分類

標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)后，經(jīng)編制組討論決定，標(biāo)準(zhǔn)的范圍與分類將有別于以往產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)進(jìn)行分類，據(jù)此確定各分類的應(yīng)用范圍及需要滿足的性能指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)按制品形態(tài)分為泡沫板和保溫模板兩大類。保溫模板是以泡沫板為芯材，水泥基材料為面層的預(yù)制構(gòu)件，作為免拆模板應(yīng)用于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)工程中。泡沫板的壓縮強(qiáng)度和XPS板一樣，優(yōu)于EPS板等其他有機(jī)類建筑絕熱材料，本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景，按壓縮強(qiáng)度對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了分類，其中Ⅰ類（200 kPa≤p<300 kPa）適用于大部分應(yīng)用場(chǎng)景、Ⅱ類（300 kPa≤p<450 kPa）主要針對(duì)車庫(kù)地面等需要一定承載力的部位、Ⅲ類（p≥450 kPa）針對(duì)廠房地面等需較大承載力的部位。GB/T 10801.2—2018中的壓縮強(qiáng)度范圍為150～900 kPa，由于泡沫板密度基本高于28 kg/m3，對(duì)應(yīng)的壓縮強(qiáng)度不會(huì)低于200 kPa，所以標(biāo)準(zhǔn)中并不涉及200 kPa以下的分類。

1.3 試驗(yàn)驗(yàn)證情況

在制定過(guò)程中，共收集14家企業(yè)的20多組樣品進(jìn)行了全項(xiàng)性能試驗(yàn)。中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)有限公司承擔(dān)了本次試驗(yàn)驗(yàn)證工作。樣品采用的發(fā)泡劑種類包括氟類發(fā)泡劑、CO2發(fā)泡劑及其混合類發(fā)泡劑。下面將基于標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中的試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果，對(duì)2類GXPS板的主要性能進(jìn)行介紹。

2 主要性能要求

2.1 泡沫板主要性能

2.1.1 表觀密度

表觀密度可反映企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制情況。目前施工現(xiàn)場(chǎng)材料的進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收，受制于試驗(yàn)條件有限，物理力學(xué)性能檢測(cè)較為困難，表觀密度成為主要驗(yàn)收的性能之一，在GB 50411《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》中，要求表觀密度應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定?，F(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中均無(wú)該指標(biāo)要求，因?yàn)楸碛^密度通常不作為衡量XPS板質(zhì)量的一個(gè)指標(biāo)。在產(chǎn)品出廠時(shí)，往往僅需在供需雙方協(xié)商決定的可接受范圍內(nèi)即可。上述情況導(dǎo)致企業(yè)在工程項(xiàng)目驗(yàn)收時(shí)，表觀密度無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可依，無(wú)法判定是否合格，產(chǎn)生了扯皮推諉等情況，影響項(xiàng)目的正常驗(yàn)收，對(duì)產(chǎn)品的推廣應(yīng)用產(chǎn)生了阻礙。本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)這一情況，增加了該指標(biāo)要求，考慮供需雙方協(xié)商給出的是一個(gè)范圍，無(wú)法據(jù)此合理確定密度偏差，故沿用供需雙方協(xié)商確定的方法，要求在出廠時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)。如此，既給項(xiàng)目驗(yàn)收提供了依據(jù)，也符合生產(chǎn)銷售的實(shí)際情況。企業(yè)給出的表觀密度與實(shí)測(cè)值對(duì)比情況見(jiàn)表1。

表1 表觀密度出廠范圍與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比Tab.1 Text results of apparent density

2.1.2 尺寸穩(wěn)定性

尺寸穩(wěn)定性是絕熱材料重要的表征性能。GB/T 10801.2中要求XPS板長(zhǎng)、寬、厚3個(gè)方向結(jié)果的平均值應(yīng)不大于1.5%。試驗(yàn)驗(yàn)證中，發(fā)現(xiàn)相同試驗(yàn)條件下，GXPS板的尺寸穩(wěn)定性更好，長(zhǎng)、寬、厚3個(gè)方向測(cè)試結(jié)果絕對(duì)值的平均值均未大于1.5%，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。故本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步加嚴(yán)要求，對(duì)長(zhǎng)、寬、厚3個(gè)方向分別進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，結(jié)果取3塊試樣長(zhǎng)、寬、厚各個(gè)方向測(cè)量結(jié)果絕對(duì)值的平均值。

表2 尺寸穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Text results of dimensional stability

2.1.3 熱導(dǎo)率

熱導(dǎo)率是絕熱材料的核心性能。GB/T 10801.2中對(duì)熱導(dǎo)率的要求如表3所示。GXPS板由于石墨的添加，有效阻隔了熱傳遞中的輻射傳熱，降低了熱導(dǎo)率，在目前常用的建筑絕熱材料中，是具有較高性價(jià)比和較好保溫隔熱效果的一類產(chǎn)品。標(biāo)準(zhǔn)參考GB/T 10801.2的試驗(yàn)方法，對(duì)平均溫度10℃和25℃條件下相同樣品的熱導(dǎo)率進(jìn)行了多次測(cè)試，以觀察隨陳放時(shí)間的延長(zhǎng)熱導(dǎo)率的變化，從而確定熱導(dǎo)率的指標(biāo)值和試驗(yàn)前應(yīng)陳放的時(shí)間。

表3 XPS板的熱導(dǎo)率要求Tab.3 Requirements of thermal conductivity of XPS

試驗(yàn)時(shí)，考慮到氟系發(fā)泡劑產(chǎn)品即將淘汰，企業(yè)新舊發(fā)泡劑替換，產(chǎn)品配方和生產(chǎn)工藝調(diào)試優(yōu)化中，為觀察發(fā)泡劑更換對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響，試驗(yàn)前還對(duì)樣品使用的發(fā)泡劑種類進(jìn)行了標(biāo)注。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，平均溫度為10℃的熱導(dǎo)率最低可達(dá)0.019 W/（m·K），但如果使用CO2發(fā)泡，熱導(dǎo)率則較高達(dá)到0.028 W/（m·K），有一組混合類發(fā)泡的樣品甚至可達(dá)0.034 W/（m·K）。平均溫度為25℃的樣品的熱導(dǎo)率最低可達(dá)0.023 W/（m·K），同樣受發(fā)泡劑的影響，最高達(dá)到0.037 W/（m·K）。但總體而言，半數(shù)樣品的熱導(dǎo)率低于0.024 W/（m·K），其中也有使用CO2類發(fā)泡劑進(jìn)行發(fā)泡產(chǎn)品。樣品陳放時(shí)間和發(fā)泡劑種類，對(duì)熱導(dǎo)率都有較大影響。熱導(dǎo)率隨發(fā)泡劑的持續(xù)揮發(fā)，自生產(chǎn)之日起至90天后，逐漸趨于穩(wěn)定。故本標(biāo)準(zhǔn)要求熱導(dǎo)率的測(cè)定要待樣品陳放90天后進(jìn)行。氟系發(fā)泡劑發(fā)泡的產(chǎn)品相比于CO2類發(fā)泡劑發(fā)泡產(chǎn)品的熱導(dǎo)率要好且更加穩(wěn)定，熱導(dǎo)率平均低0.004～0.009 W/（m·K）。但也有采用CO2類發(fā)泡劑熱導(dǎo)率較好的，說(shuō)明生產(chǎn)企業(yè)工藝技術(shù)和工藝控制對(duì)產(chǎn)品的熱導(dǎo)率也有影響。為了推動(dòng)企業(yè)在氟系發(fā)泡劑徹底禁用前，深入研究新型發(fā)泡劑，提升采用新型發(fā)泡劑產(chǎn)品的性能，穩(wěn)定生產(chǎn)工藝，充分發(fā)揮GXPS板在導(dǎo)熱上的優(yōu)勢(shì)，標(biāo)準(zhǔn)在熱導(dǎo)率指標(biāo)值上與GB/T 10 801.2保持協(xié)調(diào)一致，確定熱導(dǎo)率應(yīng)不大于0.024 W/（m·K）。

2.1.4 斷裂彎曲負(fù)荷

GB/T 30595—2014《擠塑聚苯板（XPS）薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)材料》中要求XPS板的彎曲變形應(yīng)不小于20 mm，用以保證XPS板在使用過(guò)程中受到外力時(shí)不會(huì)輕易斷裂。但GB/T 10801.2中沒(méi)有對(duì)XPS板的彎曲變形提出要求，GB/T 10801.1《絕熱用模塑聚苯乙烯泡沫塑料》中對(duì)EPS板提出了該指標(biāo)要求，并按產(chǎn)品密度的不同規(guī)定了彎曲變形和斷裂彎曲負(fù)荷應(yīng)滿足的具體指標(biāo)，具體見(jiàn)表4。本標(biāo)準(zhǔn)從實(shí)際應(yīng)用和與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致的角度出發(fā)，參考GB/T 10801.1所規(guī)定的試驗(yàn)方法，對(duì)泡沫板進(jìn)行了試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果給出了泡沫板的具體指標(biāo)要求，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表4 EPS板斷裂彎曲負(fù)荷和彎曲變形Tab.4 Requirements of flexural properties of EPS

表5 斷裂彎曲負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Text results of breaking load

泡沫板的密度基本處在30～40 kg/m3的區(qū)間內(nèi)，GB/T 10801.1中對(duì)該密度范圍內(nèi)的EPS板的彎曲變形要求為不大于20 mm，斷裂彎曲負(fù)荷要求不大于35 N。GXPS泡沫板的斷裂彎曲負(fù)荷基本大于120 N，達(dá)到GB/T 10801.1中對(duì)EPS板斷裂彎曲負(fù)荷的最高要求。但GXPS泡沫板彎曲變形較小，基本遠(yuǎn)低于GB/T 30595規(guī)定的20 mm，說(shuō)明該材料可承受較大負(fù)荷，但受材料性能影響彎曲變形量較小。從反應(yīng)材料抗壓性能的角度考慮，斷裂彎曲負(fù)荷比彎曲變形更適合，所以標(biāo)準(zhǔn)將斷裂彎曲負(fù)荷作為泡沫板的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，要求應(yīng)不低于120 N。

2.1.5 垂直于板面拉伸強(qiáng)度

GB/T 30595—2014中要求XPS板的垂直于板面的拉伸強(qiáng)度應(yīng)≥0.20 MPa。本標(biāo)準(zhǔn)按GB/T 30595規(guī)定的試驗(yàn)方法對(duì)泡沫板進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。試驗(yàn)的樣品中，除一個(gè)樣品的垂直于板面拉伸強(qiáng)度低于0.20 MPa，其余樣品的垂直于表面拉伸強(qiáng)度都超過(guò)GB/T 30595—2014中規(guī)定的值，部分樣品甚至可達(dá)到0.65 MPa，遠(yuǎn)超GB/T 30595規(guī)定的指標(biāo)值，結(jié)果表明，泡沫板在拉伸性能上優(yōu)于XPS板。

圖1 垂直于表面拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.1 Text results of tensile strength perpendicular to faces

2.2 保溫模板性能介紹

2.2.1 拉伸粘接強(qiáng)度

GXPS保溫模板是企業(yè)以泡沫板為芯材制作的一種預(yù)制構(gòu)件。旨在配合我國(guó)目前大力推進(jìn)的裝配式建筑，以及解決外墻外保溫應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的絕熱材料脫落問(wèn)題?，F(xiàn)行的JC/T 2493—2018《建筑用免拆復(fù)合保溫模板》、JG/T 287—2013《保溫裝飾板外墻外保溫系統(tǒng)》等標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)拉伸粘接強(qiáng)度的要求如表6所示。

表6 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中拉伸粘接強(qiáng)度的技術(shù)要求Tab.6 Requirements of tensile strength

JC/T 2493根據(jù)保溫芯材種類的不同，規(guī)定了不同的拉伸粘接強(qiáng)度，JG/T 287則根據(jù)保溫裝飾板密度的不同，規(guī)定了不同的拉伸粘接強(qiáng)度。本標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的保溫模板和JG/T 287中保溫裝飾板類似，故參考JG/T 287的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Tab.7 Text results of tensile strength

可以看出，大部分樣品的拉伸粘接強(qiáng)度都≥150 kPa，滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)XPS板的拉伸粘接強(qiáng)度的要求。樣品11-3、14-2、15-2、16-2是目前市場(chǎng)上存在的一種“AB型”產(chǎn)品，產(chǎn)品芯材為泡沫板與巖棉板復(fù)合而成。AB型保溫模板的拉伸粘接強(qiáng)度受到芯材中巖棉板性能的影響，所以拉伸粘接強(qiáng)度比單獨(dú)用泡沫板作芯材的要低。標(biāo)準(zhǔn)在與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致，并能反應(yīng)產(chǎn)品特性的基礎(chǔ)上，將保溫模板的拉伸粘接強(qiáng)度指標(biāo)確定為應(yīng)不小于100 kPa。

2.2.2 彎曲荷載

JG/T 287中要求彎曲荷載不應(yīng)低于板的自重，JC/T 2493中要求不應(yīng)低于2 000 N。標(biāo)準(zhǔn)參考JG/T 287的試驗(yàn)方法進(jìn)行了試驗(yàn)。所有樣品的彎曲荷載均大于2 000 N，甚至遠(yuǎn)超該指標(biāo)值。彎曲荷載試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 彎曲荷載試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Text results of bending load

2.2.3 熱導(dǎo)率

標(biāo)準(zhǔn)對(duì)保溫模板的熱導(dǎo)率也進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果如表8所示。考慮到當(dāng)保溫模板對(duì)其芯材的熱導(dǎo)率進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，會(huì)在剝離芯材的過(guò)程中被迫去掉芯材泡沫板的表皮，故試驗(yàn)時(shí)，對(duì)泡沫板進(jìn)行了去皮處理，測(cè)試去掉表皮對(duì)熱導(dǎo)率的影響。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，保溫模板芯材的熱導(dǎo)率比同種泡沫板高0.002 W/（m·K）左右，故確定保溫模板芯材熱導(dǎo)率指標(biāo)要求為≤0.026 W/（m·K）。

表8 保溫模板芯材的熱導(dǎo)率試驗(yàn)結(jié)果Tab.8 Text results of thermal conductivity of insulation formwork core material

2.3 燃燒性能

燃燒性能是各類建筑材料最重要的性能指標(biāo)。聚苯乙烯泡沫塑料屬于高分子材料，必須通過(guò)添加阻燃劑以使其具備一定耐火性能。隨著新材料的出現(xiàn)，XPS板同業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致阻燃劑添加不足，降低了XPS板的燃燒性能。石墨作為元素碳的同素異形體，碳元素穩(wěn)定、性質(zhì)不活潑，熔點(diǎn)為（3 850±50）℃，沸點(diǎn)為4 250℃，不易燃燒，在EPS板通過(guò)石墨改性，有效解決了耐火問(wèn)題后[3]，XPS板也嘗試通過(guò)石墨改性的方法提升燃燒性能。試驗(yàn)結(jié)果顯示，石墨的添加對(duì)其燃燒性能的提升效果雖然沒(méi)有GEPS板明顯，但也將部分泡沫板產(chǎn)品的燃燒等級(jí)提升到了B1。

保溫模板的燃燒性能優(yōu)于泡沫板。保溫模板在保證良好絕熱保溫性能的同時(shí)，由于采用預(yù)制的方式，將泡沫板夾在水泥基材料面層中間，避免了泡沫板直接接觸高溫或火源，進(jìn)一步提升了燃燒等級(jí)。標(biāo)準(zhǔn)以制品最終應(yīng)用狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，保溫模板的燃燒性能可達(dá)到在B1級(jí)以上。所以，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定保溫模板在進(jìn)行燃燒性能試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)以制品最終應(yīng)用狀態(tài)進(jìn)行，使試驗(yàn)結(jié)果更接近實(shí)際，避免由于試驗(yàn)方法與實(shí)際情況不符，產(chǎn)生一定的偏差。圖3為泡沫板和保溫模板燃燒性能試驗(yàn)結(jié)果。

圖3 燃燒性能試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Text results of combustion performance

3 面臨的問(wèn)題

3.1 性能的穩(wěn)定

GXPS板的的熱導(dǎo)率較低，用于建筑保溫有極大的優(yōu)勢(shì)。表9中給出了常見(jiàn)的幾種絕熱材料的熱導(dǎo)率。其中，XPS板、GEPS板、巖棉板是建筑常用的絕熱材料，真空絕熱板和氣凝膠也可用于建筑保溫，但真空絕熱板安裝使用時(shí)打孔受限，氣凝膠的價(jià)格較高，所以從保溫隔熱性能及性價(jià)比來(lái)看，GXPS泡沫板具備極大的推廣優(yōu)勢(shì)。

表9 各種絕熱材料的熱導(dǎo)率Tab.9 Thermal conductivity of insulation materials

長(zhǎng)期以來(lái)，企業(yè)采用氟系發(fā)泡劑生產(chǎn)XPS板，對(duì)該類發(fā)泡劑的性能和相關(guān)生產(chǎn)工藝的控制較好，所以采用氟系發(fā)泡劑生產(chǎn)的GXPS板的熱導(dǎo)率也較好。但《蒙特利爾議定書(shū)》第19次締約方大會(huì)通過(guò)了HCFCs加速淘汰調(diào)整案，我國(guó)政府已發(fā)布禁令，規(guī)定從2008年1月1日起全面禁止使用氯氟烴（CFCs）物質(zhì)作為發(fā)泡劑，聚苯乙烯行業(yè)將在2025年底完全淘汰。CO2發(fā)泡劑作為新興發(fā)泡劑類型，在實(shí)際應(yīng)用中導(dǎo)致產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，目前許多科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)都在努力解決該問(wèn)題，探索更多的方向。

3.2 阻燃劑的淘汰與替代

XPS板的成型溫度較高，絕大多數(shù)阻燃劑會(huì)在高溫中分解，失去應(yīng)有的阻燃性，所以阻燃XPS板的生產(chǎn)難度比較大。目前，國(guó)內(nèi)XPS板普遍使用六溴環(huán)十二烷（簡(jiǎn)稱HBCD），GXPS板和XPS板生產(chǎn)工藝相同，也使用HBCD作阻燃劑。HBCD是一種多溴代白色固體物質(zhì)，少量添加即可達(dá)到較好的阻燃效果，并且對(duì)材料本身物理性能影響較小[4]。我國(guó)于20世紀(jì)90年代開(kāi)始生產(chǎn)HBCD，主要用作EPS板和XPS板的阻燃劑。目前，我國(guó)已經(jīng)成為世界上HBCD的主要生產(chǎn)國(guó)，生產(chǎn)企業(yè)主要分布在山東、江蘇、河北等地，年產(chǎn)量約18 kt。2009年至今，我國(guó)HBCD總產(chǎn)量累計(jì)超過(guò)200 kt。

HBCD作為一種添加型阻燃劑，在生產(chǎn)、使用和產(chǎn)品廢棄過(guò)程中均易以滲溢等形式釋放到周圍環(huán)境中。且由于溴含量高，環(huán)境介質(zhì)中的HBCD很容易進(jìn)入并富集在生物體內(nèi)，構(gòu)成潛在的長(zhǎng)期危害。因此，2013年5月，聯(lián)合國(guó)發(fā)布《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》，要求HBCD在全球范圍內(nèi)禁用。2016年7月，第十二屆全國(guó)人大常委會(huì)第二十一次會(huì)議審議批準(zhǔn)了《〈關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約〉新增列六溴環(huán)十二烷修正案》，決定自2016年12月26日起禁止HBCD的生產(chǎn)、使用和進(jìn)出口。用于建筑物保溫材料XPS和EPS方面的阻燃劑的HBCD獲得了5年豁免期，但也將于2021年12月25日終止。

目前，行業(yè)內(nèi)可行的HBCD替代品有兩種，分別是苯乙烯和丁二烯的溴化共聚物（Br-SBS）和甲基八溴醚（TBBPA-DBPE）。其中，Br-SBS分子量大，不具生物積累性，毒性較小，性能與HBCD相近，熱穩(wěn)定性較高與聚苯乙烯的相容性較好，對(duì)原使用HBCD的加工工藝影響很小。TBBPA-DBPE是溴系阻燃劑中的重要品種，廣泛用作塑料、墻體保溫材料阻燃劑。產(chǎn)品符合環(huán)保要求，具有極高的阻燃效率，可以在極小的用量下達(dá)到優(yōu)良的阻燃效果，且無(wú)須添加其他輔助阻燃劑。相對(duì)傳統(tǒng)的阻燃劑，TBBPA-DBPE具有較低的添加成本。但TBBPA-DBPE被美國(guó)環(huán)保署、歐盟REACH認(rèn)證具有一定危險(xiǎn)性，并被列入CORAP計(jì)劃等待進(jìn)一步評(píng)估，目前暫時(shí)可以使用。

4 結(jié)語(yǔ)

GXPS泡沫板的熱導(dǎo)率低，可達(dá)0.024 W/（m·K），且尺寸穩(wěn)定、斷裂彎曲負(fù)荷和垂直于板面拉伸強(qiáng)度等性能優(yōu)于其他保溫材料。使用泡沫板制成的GXPS保溫模板在拉伸粘接強(qiáng)度、彎曲荷載和燃燒性能上具備很大的優(yōu)勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)XPS生產(chǎn)企業(yè)約700～1 000家，XPS生產(chǎn)線約1 800條左右，年生產(chǎn)量在800 kt左右，其中GXPS生產(chǎn)企業(yè)主要集中在山東和河北地區(qū)，約占XPS市場(chǎng)份額的10%。JC/T 2627—2021《建筑絕熱用石墨改性擠塑聚苯乙烯泡沫板（GXPS）》標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和實(shí)施，將進(jìn)一步有助推產(chǎn)品的應(yīng)用，有效改善企業(yè)生產(chǎn)無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可依的現(xiàn)狀，為GXPS板爭(zhēng)取更多的市場(chǎng)份額。目前，GXPS板面臨發(fā)泡劑和阻燃劑更換所致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定這一重大問(wèn)題，但同時(shí)，也是企業(yè)的機(jī)遇，工藝控制更好、研發(fā)實(shí)力更強(qiáng)的企業(yè)將在這一階段占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，獲得更多的市場(chǎng)份額，也將倒逼其他企業(yè)乃至整個(gè)行業(yè)的技術(shù)提升。現(xiàn)有研究中，尚未有石墨對(duì)XPS、EPS等改性機(jī)理的相關(guān)研究，該類研究將對(duì)GXPS、GEPS產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)一步提升起到重要作用。