建筑节能保温材料的分析研究种类及其应用

烟台工程职业技术学院

管理工程系高分子材料加工技术专业 10 级

毕业设计<论文）

题目:建筑节能保温材料的研究种类及其应用

姓名学号

指导教师<签名）王莉燕

二○一三年五月日

附件三

建筑节能保温材料的研究种类及其应用

烟台工程职业技术学院管理工程系高分子材料加工技术10301 柳欢

摘要：目前我国属于能源紧缺型国家，节能技术的应用对于缓解我国能源紧张的现状具重大意义。据相关研究表明，我国的建筑行业是耗能大户，其耗能总量能达到全国耗能总量的30%。本文介绍了当前一些应用广泛的节能建筑材料的种类，并对一些分类展开了详细

的叙述，在叙述的同时介绍了各种材料的化学组成、特点与应用，并对所介绍的材料进行了简单的比较，旨在研究出具有高性能、廉价且易获取的保温材料，以便符合人类的需求和时代发展的潮流。

引言

长期以来，我国建材行业沿用了粗放型传统生产模式，对自然资源重开发、轻保护，对生态环境重利用、轻改善。“十一五”是我国社会建设的重要时期，也是建筑材料发展的一个重要时期，因而建筑材料的发展应以满足建筑节能需要为重，节能建筑材料作为节能建筑的重要物质基础，是建筑节能的根本途径。在建筑中使用各种节能建材，一方面可提高建筑物的隔热保温效果，降低采暖空调能源损耗；另一方面又可以极大地改善建筑使用者的生活、工作环境。因此，走环保节能建材之路，大力开发和利用各种高品质的节能建材，是节约能源，降低能耗，保护生态环境的迫切要求，同时又对实现我国21世纪经济和社会的可持续性发展有着现实和深远的意义。此外，在传统建筑材料基础上大力发展新型建筑材料也是节能建材研究领域一个重要的方面，主要包括新型墙体材料、保温隔热材料、防水密封材料、陶瓷材料、新型化学建材、装饰装修材料以及各种工业废渣的综合利用等。因此，发展新型节能型建筑材料，就成为未来建筑材料的主要发展方向和趋势，对于落实科学发展观和构建资源节约型社会具有重要的现实意义。

一、建筑节能材料的概念

建筑节能这一概念内涵丰富，在发达国家，这一说法经历了三个阶段“建筑节能”、“在建筑中保持能源”、“提高建筑中的能源利用效率”。在我国，现在仍通成为建筑节能，但其含义应该尽到第三层意思，即在建筑中合理使用和有效利用能源，不断提高能源利用率，降低建筑能耗量。建筑能耗包含广义的建筑能耗和狭义的建筑能耗。目前所说的建筑能耗，常常指的是狭义的建筑能耗，即建筑物在施工建设过程中所必须耗费的资源、能量；广义的建筑能耗还包括维持建筑物日常使用过程中所耗费的资源，包括采暖、空调、热水供应、炊事、照明、家用电器等方面的能源。

而所谓节能建筑，概括地说就是“凡是利用新型节能材料如混凝土空心砌块，在建筑设计、结构、门窗密封、围护结构、屋面材料等方面的新措施，与普通建筑相比使室内达到更好的隔热保温性能的建筑”。节能建筑一般可分为集中式采暖系统和被动式采暖两大类。被动式采暖节能建筑是利用太阳能的能量

而基本上不用正规能源来达到节能的目的，在北方并不常用。而所谓集中式采暖系统，是以减少外围护结构的传热系数或加大热阻系数来节约能耗的，也是建筑节能的主要发展方向。

从以上分析可知，建筑节能材料就是指维持建筑物日常使用过程中能耗低的建材，通过改变材料自身的特性来达到建筑节能的目的。节能材料属于保温绝热材料；绝热材料是指用于建筑围护或者热工设备、阻抗热流传递的材料或者材料复合体，既包括保温材料，也包括保冷材料。绝热材料的意义，一方面是为了满足建筑空间或热工设备的热环境，另一方面是为了节约能源[1]。

二、保温材料的种类

<一）泡沫型保温材料

泡沫型保温材料主要包括聚合物发泡型保温材料和泡沫石棉保温材料两大类。聚合物发泡型保温材料具有吸收率小，保温效果稳定，导热系数低，在施工中没有粉尘飞扬，易于施工等优点，正处于推广应用期。泡沫石棉保温材料也具有密度小、保温性能好和施工方便等特点，推广发展较为稳定，应用效果也较好，但由于存在一定的缺陷，限制其进一步的推广使用。这些缺陷主要表现在泡沫棉容易受潮，浸入水中易溶解；弹性恢复系数小；不能接触火焰和穿墙管部位使用等。

泡沫型保温材料中较为典型且使用较为广泛的为聚氨酯泡沫保温材料。

1. 聚氨酯泡沫保温材料

聚氨酯(PU>树脂是由异氰酸酯与聚酯树脂或聚醚树脂反应制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物。聚氨酯材料性能优异，用途广泛，制品种类多，其中尤以聚氨酯泡沫塑料的用途最广。20世纪中期，德国首先成功研制聚氨酯泡沫塑料，其采用廉价的石油化工产品环氧丙烷等作为多元醇的原料，大大降低了聚醚和聚酯的生产成本，使聚氨酯泡沫塑料获得了飞速发展[2]。

硬质聚氨酯泡沫(简称PURF>目前仍然是固体材料中隔热性能最好的保温材料之一。其泡孔结构由无数个微小的闭孔所组成，这些微孔互不相通，因此该材料不吸水、不透水，带表皮的PURF的吸水率为零。该材料既保温又防水，是保温防水双全材料，应用在屋顶和墙体上，可代替传统的防水层和保温

层，具有一材双用之功效，以下对其性能和使用效果作简要论述：

1.1 优良的隔热保温性能

因聚氨酯硬泡在成型过程中以氟利昂(F11>为发泡剂，在形成的均匀致密的封闭孔中充满了F11气体，使其具有极低的导热系数(0．0077W／m?K>，仅为空气的1／3。据测算，30ram 硬泡的隔热效果与110ram珍珠石，130mm水泥蛭石，或(165～142>rfUTl泡沫混土相当[3]。

1.2 独特的抗水渗透性能

聚氨酯硬泡是闭孔率高达92％以上的结构致密的微孔泡沫体，吸水率极低(<0．2kg／m2，具有一定的弹性、伸长率和很强的粘接性，能与金属、木材、水泥等多种材料牢固粘合，在施工中采用直接喷涂或浇铸成型技术，没有拼接缝，保温层与基层能形成整体，既不会脱层开裂，也不会由于基层产生一定的变形、裂纹，造成泡沫体破裂。

1.3 较高的机械强度和抗老化、耐用性

因聚氨酯硬泡材质自身物理强度较高，具有均匀致密的闭孔结构，所以泡沫体具有较高的机械强度，其抗压强度相当于水泥蛭石。而且聚氨酯硬泡具有很好的稳定性，在长期使用中不会发生体积变形和强度变形，因而聚氨酯硬泡完全可以直接承受坡屋面彩瓦及上人检修的荷载。同时，由于聚氨酯硬泡物理化学性能稳定，泡沫闭孔结构防止了水分及其它液体、气体浸透和微生物的滋生，从而延缓了泡沫体的老化。据测定其湿抗老化期为l6年，热老化期为60年。根据国外资料表明，用聚氨酯硬泡作屋面绝热层的学校，使用l0年后，其导热系数为0．025W／m?K，水分含量为0．034V，容量为32kg／mL引[4]。

聚氨脂硬质泡沫塑料将传统的绝热、防水层合二为一，近年来逐步推广应用到房屋建设中。其以轻质、绝热、防水等方面的优异性能，代替了传统的隔热、保温、防水做法，特别适合于现浇混凝土坡屋面。既减轻了屋面荷载，又保障了屋面不渗漏、隔热、保温、节能，为现浇混凝土坡屋面保温、防水提供了一条可靠的施工方法。发达国家(如欧美>的PURF有60％作为节能材料用在建筑上，而我国的聚氨脂硬质泡沫塑料60％以上主要用于冰箱、冰柜的隔热保温J。近几年该材料在建筑上开始使用，如：国家大型储备粮库的屋顶采用该材料作为防水保温层。由于PURF的导热系数仅为(0．020～0．073>w／

(m?K>，因此将该材料应用于建筑物的屋顶、墙体、地面作为节能保温材料，其节能效果将非常显著[5]。

目前，这种保温材料使用的发泡剂F11(一氟三氯甲烷>，因其破坏臭氧层和引起温室效应即将被禁用。而寻找经济适用、环保型的发泡剂替代F11早在80年代已成为世界的热门研究课题。目前，联合国环保署推荐使用的主要是141b和环戊烷。但141b分子中仍有氟和氯原子，臭氧层潜耗值ODP=0．11，所以只能过渡性的替代F11，最终将和F11一起被禁用。有关无氟复合发泡剂的复配研究已经有了一些进展，如：周春雨等开发的天然高分子与水复合的发泡剂。该发泡剂是一种以水为基的含OH根离子的几种高分子原料组合，通过一定的比例混合搅拌的一种高分子复合物。该产品完全无氟，ODP= 0，以它为发泡剂结合其它各种复配材料所产生的聚氨酯硬质塑料的保温性能、表观密度、压缩性能、水蒸气透湿系数、吸水率等多种物理性能指标基本达到含氟产品的水平[6]。

由于聚氨脂泡沫塑料燃烧产烟量大、烟气毒性大、产品很难达到消防安全要求，特别在一些对消防要求高的场所，其使用受到了一定的限制。在欧美日等发达国家其生产和应用比例已呈下降趋势。

2. 聚苯乙烯泡沫保温材料

聚苯乙烯泡沫塑料(EPS>是一类使用由悬浮聚合聚苯乙烯树脂制成的含发泡剂的可发性聚苯乙烯珠粒为原料，采用模压发泡、挤出发泡和挤出发泡吹塑等方法制造的不同品种的泡沫塑料[7]。这类聚苯乙烯泡沫塑料产量大、应用范围广。它具有密度范围宽、价格低、保温隔热性优良、吸水性小、水蒸气渗透性低、吸收冲击性好等优点，可制成建筑和冷库用保温隔热泡沫塑料板和泡沫塑科夹心复合板。目前，聚苯乙烯泡沫板及其复合材料由于价格低廉、绝热性能好而成为外墙绝热及饰面系统的首选绝热材料[8]。

真空聚苯乙烯泡沫材料是将气相泡沫抽真空并密封，真空泡体的热传导能力显著降低，潘晓萍等[9]对真空聚苯乙烯泡沫与传统聚苯乙烯发泡材料进行比较。研究表明：(1>真空聚苯乙烯泡沫用于制冷保温节能效果明显，并随使用的平均温度降低，保温节能效果更好。(2>聚苯乙烯是多孔状材料，应用于制冷保温时，随温度下降，孔内产生结冰现象，降低保温效果，抽真空后的聚苯乙烯

泡沫孔内不存在水蒸气，就不会出现结冰现象。(3>用真空聚苯乙烯泡沫包装材料价格便宜，可大大提高经济效益。(4>真空聚苯乙烯保温材料的节能效果与真空度和钻孔的多少有关。提高真空度应在不影响材料强度的情况下，尽可能多加孔。

我国每年大量废弃的EPS，因其处理与降解困难而成为危害环境的白色污染，以废弃EPS为原料制备出的复合保温材料容重小，其保温隔热性、耐化学腐蚀性优良，且为闭孔憎水结构，不吸水，其韧性、耐水性、耐候性均优于膨胀珍珠岩，因此EPS的回用技术已经成为保温材料的发展热点之一。将废弃EPS加工成粒径(O．5～4>toni的颗粒作为轻骨料，配制的保温砂浆可有效克服珍珠岩保温砂浆吸水率大、抗裂性差的缺陷，且保温隔热性更好。EPS表面为憎水性，与硅酸盐无机胶凝材料不相容[10]。以EPS为轻骨料配制保温砂浆的关键技术之一，就是对EPS实施表面改性，使其由憎水性变为亲水性，使之能被新拌硅酸盐浆体所润湿，以增强EPS与胶凝材料的结合。彭家惠等[11]选择适宜的高分子粘结剂和偶联剂，配制低水灰比的聚合物硅酸盐胶凝材料，利用粘结剂和偶联剂的双重作用，实现复合胶凝材料对EPS的表面包裹，使EPS表面由憎水性改变为亲水性，成功地解决了无机胶凝材料与EPS不润湿、混合料和易性差、粘结强度低的技术难题，为EPS保温砂浆的应用奠定了基础。麦守义等[12]将EPS破碎成具有粒径小于20mm的碎颗粒，然后与水泥和膨胀珍珠盐混合，可用作保温屋面。王武祥等[9]以废EPS为基料，添加水泥并加入适量的聚合物乳液、引发剂、塑化剂、增强纤维等材料，制成轻质混凝土，该混凝土具有良好的物理力学性能，还有极好的保温性能。

聚苯乙烯泡沫塑料作为保温材料也有与聚乙烯泡沫塑料相类似的防火性能较差和使用温度低的缺点。

<二）复合硅酸盐保温材料

可塑性强、导热系数低、耐高温、浆料干燥收缩率小等特点。

主要种类有硅酸镁、硅镁铝、稀土复合保温材料等。而近年出现的海泡石保温隔热材料作为复合硅酸盐保温材料中的佼佼者，由于其良好的保温隔热性能和应用效果，已经引起了建筑界的高度重视，显示了强大的市场竞争力和广阔的市场前景。海泡石保温隔热材料是以特种非金属矿物质——海泡石为主要

原料，辅以多种变质矿物原料、添加助剂，采用新工艺经发泡复合而成。该材料无毒、无味，为灰白色静电无机膏体，干燥成型后为灰白色封闭网状结构物。其显著特点是导热系数小，温度使用范围广，抗老化、耐酸碱，轻质、隔音、阻燃，施工简便，综合造价低等。主要用于常温下建筑屋面、墙面、室内顶棚的保温隔热以及石油、化工、电力、冶炼、交通、轻工和国防工业等部门的热力设备和管道的保温隔热和烟囱内壁、炉窑外壳的保温(冷>工程。这种保温隔热材料将以其独特的性能开创保温隔热节能的新局面。

<三）硅酸钙绝热制品保温材料

在80年代，硅酸钙绝热制品保温材料曾被公认为块状硬质保温材料中最好的一种，其特点是密度小、耐热度高，导热系数低，抗折、抗压强度较高，收缩率小。

但进入90年代以来，其推广使用出现了低潮，主要原因表现在90年代初许多厂家采用纸浆纤维，这样解决了无石棉问题，但由于纸浆纤维不耐高温，由此影响了保温材料的耐高温性和增加了破碎率；虽然这种保温材料在低温部位使用，性能不受影响，但并不经济。

<四）纤维质保温材料

纤维质保温材料在80年代初市场上占有较大的份额，是因为其优异的防火性能和保温性能，主要适用于建筑墙体和屋面的保温。

但由于投资大，所以生产厂家不多，限制了它的推广使用，因而现阶段市场占有率较低。

<五）其他新型保温材料

1. 酚醛树脂保温材料

酚醛树脂保温材料的特点是保温、隔热、防火、质轻，作为绝热、节能、防火的新材料可广泛应用于中央空调系统、轻质保温彩钢板、房屋隔热降能保温、化工管道的保温材料<尤其是深低温的保温）、车船等场所的保温领域。酚醛泡沫因其导热系数低，保温性能好，被誉为保温之王。

酚醛泡沫不仅导热系数低、保温性能好，还具有难燃、热稳定性好、质轻、低烟、低毒、耐热、力学强度高、隔音、抗化学腐蚀能力强、耐侯型好等多项优点，酚醛泡沫塑料原料来源丰富，价格低廉，而且生产加工简单，产品

用途广泛。

2. PVC外墙挂板

采用经过独特工艺处理的聚氯乙烯

三、不同种类的保温材料应用

<1）非幕墙类：当外墙为面砖时，可使用岩棉板，玻璃棉，聚苯板，胶粉聚苯颗粒保温浆料，硬质聚氨酯板，聚氨酯发泡材料等。

当外墙为涂料时，可使用聚苯板，玻璃棉，挤塑板，聚氨酯发泡材料，胶粉聚苯颗粒保温浆料等。

<2）幕墙类：当外墙为玻璃幕墙时，一般玻璃幕墙层间使用保温棉加1.5mm镀锌钢板做保温的；若选用真空Low-e玻璃，其本身就具有隔热保温功能。

当外墙为石材幕墙和铝板幕墙时层间使用保温棉做保温

现在石材幕墙和铝板幕墙也流行用厚EPS聚苯板做保温工程

四、三种常见保温材料的比较及目前市场上的应用

现在市场所用外墙保温材料主要使用聚苯板、挤塑板以及聚氨酯。聚苯板最便宜，保温效果一般，会吸水发生变形。做完保温层之后需要做其他的一些防水等措施。挤塑板相较苯板要好很多，导热系数比苯板低，价格要稍高一点。聚氨酯是现有保温材料里面性能最好的一种，冰箱冷库等领域的保温材料用的就是聚氨酯。导热系数远远低于聚苯板和挤塑板，基本上一半厚度的聚氨酯保温层就可以达到苯板喝挤塑板原厚度的保温效果，不过价格要比苯板和挤塑板高出不少。

保温效果：聚氨酯泡沫最好，挤塑板次之，苯板最差；

耐冷热性能：聚氨酯泡沫最好，挤塑板次之，苯板最差；

吸水率<性）：挤塑板最低，聚氨酯次之，苯板最易吸水；

使用寿命：聚氨酯泡沫最长，挤塑板次之，苯板最差；

价格：聚氨酯泡沫最高，挤塑板次之，苯板最低；

聚氨酯现场发泡<喷涂）可直接现场喷涂成型<液体膨胀），成型、运输方

便；其他两种板材需要运输、粘贴，较为麻烦且会存在一定的破损，有拼接缝存在。

五、结论与展望

随着能源和制冷领域的发展，对高性能的保温材料的需求越来越迫切，保温材料沿着复合化、轻型化和低成本方向发展，使泡沫保温材料的应用领域不断拓宽。但是泡沫材料与无机保温材料相比，其耐热性、防火性等方面仍有比较大的差距；同时泡沫保温材料本身所带来的环境问题也是不容忽视的，性能与环境安全性的矛盾始终存在，尽管已经开发出各种绿色添加剂，但以环境和性能双赢的方式发展保温材料产业仍然任重而道远总之，节能环保型建材具有低物耗，少污染、可再生等特征，我们应大力发展资源节约型建材、能源节约型建材以及环境友好型建材，将可持续发展真正落到实处，这必将成为未来建筑材料发展的方向和趋势，并且符合人类的需求和时代发展的潮流。

谢辞

当我以学子的身份踏入大学校门的那天起，便已注定我将在这里度过人生中最美丽的青春年华。提笔写下“谢辞”，我才惊觉自己即将真正离开，人生亦从此展开新的画卷。

三年的大学生活不知不觉中就要结束了，在这段难忘的生活中，有我许多美好的回忆。在这份大学的最后一页里，首先感谢党、感谢学院给我们提供这个能自我展示的平台，感谢我们的指导老师、王莉燕老师的论文方向的选定，到最后的整篇文论的完成，都非常耐心的对我进行指导。给我提供了大量数据资料和建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误，修改论文。谢谢我们辅导员，大一到大三你的悉心教导、孜孜不倦我们才能顺利的完成学业。我要感谢在我三年的学习中无私传授我知识的各位老师，是你们将自己宝贵的财富无私地奉献给了我们，让我们能在学业上有所成绩；是你们让我倍感教师职业的伟大，交给我们知识，又不忘教育我们如何做人！在此，我还要感谢所有的同学在我三年的学习生活过程中给予的鼓励和帮助。

参考文献：

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01>

[2]欧阳修赫.新型建筑节能材料应用与发展展望，2018

[3]张德信．建筑保温隔热材料[M]．北京：化学工业出版社，2006．

[4]郭延辉，赵霄龙.墙体保温材料及应用技术[M].中国电力出版社,2006.

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[12] 钟鸣方．我国节能门窗的发展趋势[J]．上海建材，2004(4>:25-26．

附件四

烟台工程职业技术学院

毕业<设计）成绩评定评分表

分<含90分）以上记为优秀,80分<含80分）以上为良好，70分<含70分）以上记为中等，60分<含60分）以上记为及格，60分以下记为不及格。

附件四

烟台工程职业技术学院

毕业设计<论文）成绩评定评审等级表