中國建筑金屬結構協會
建筑鋼結構分會主辦
酚醛泡沫應用于彩鋼夾芯板的分析與探討（本文發表于《墻材革新與建筑節能》2010年第八期）
劉家鑫 15859206428
（廈門高特高新材料有限公司）
摘 要 本文著重分析當前彩鋼夾芯板保溫芯材應用狀況，介紹酚醛泡沫的防火、保溫優點以及其作為彩鋼夾芯板保溫芯材的應用優勢。最后，闡述酚醛泡沫在建筑保溫領域的應用前景。
關鍵詞 酚醛泡沫; 彩鋼夾芯板; 防火; 保溫
The Analysis and Discussion of Phenolic Foam Sandwich Panel with Painted Steel Sheets
LIU Jia-xin
(Xiamen Goot Advanced Material Co.,Ltd.)
Abstract: This article focuses on the current application of core material Sandwich Panel with Painted Steel Sheets, introduce the advantage in fireproof and insulation of phenolic foam, as well as the advantage of Phenolic Foam Sandwich Panel with Painted Steel Sheets. Finally, elaborate the future of phenolic foam used in the field of insulation applications in building.
Key Words: Phenolic Foam; Phenolic Foam Sandwich Panel; Fireproof; Insulation
0 引言
彩鋼夾芯板是由上下兩層彩色涂層鋼板作為面層，以既有剛度又可保溫而強度比較低的材料，如硬質泡沫塑料、巖棉板等保溫材料作為芯材，在專用的自動化生產線上復合而成的，具有承載能力的結構板材。因其構造特征，此種板也被稱為“三明治”板。按照建筑物的使用部位和面板板型的不同，可分為屋面板、墻板、隔墻板和吊頂板等。
作為一種多功能新型建筑板材，彩鋼夾芯板同時具有保溫隔熱出色、隔音、承載力強、色澤鮮艷、安裝靈活、造價低、防水、抗震等特點，自20世紀80年代開始已廣泛應用于大型工業廠房、鋼結構廠房、活動房、潔凈車間、建筑物加層、臨時房屋、倉庫、冷庫、體育館、超市以及需要保溫隔熱防火的場所。
彩鋼夾芯板外形美觀，色澤艷麗，整體效果好，它集承重，保溫，防火，防水于一體，且無需二次裝修，安裝快捷方便，施工周期短，綜合效益好，是一種用途廣泛，極具潛力的高效建材。
彩鋼夾芯板的良好性能不僅僅取決于面板及面板與芯材的最佳組合，更重要的是取決于芯材的材質。然而，目前彩鋼夾芯板普遍使用的保溫芯材或多或少都有一些弊端，大多無法同時滿足高效防火保溫、耐高溫、環境友好性等特點；另一方面，該種產品的廠商越來越多，并且生產出來的產品大同小異，造成市場競爭十分激烈。因此，企業應采用一種新型替代保溫芯材來趕上彩鋼夾芯板領域不斷更新發展的強勁勢頭，提高產品競爭優勢，取得更大的經濟效益。
1 彩鋼夾芯板保溫芯材種類及現狀
彩鋼夾芯板的保溫、隔熱、吸聲等性能主要取決于它的芯材——絕熱材料。這種材料不僅要保溫性好，同時還需要有足夠的強度和剛度，與彩鋼板也要有很好的粘合力，只有這樣，組合的復合板才能承受設計荷載，滿足建筑功能要求。
彩鋼夾芯板芯材材料按其產品的化學成分可分為兩大類，即一類是有機化學泡沫材料，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。另一類是無機纖維材料，如巖棉板、礦棉板、玻璃棉板等。
目前，國內彩鋼夾芯板生產商使用的彩鋼夾芯板保溫層芯材最廣泛的有聚苯乙烯夾芯板（EPS夾芯板）、硬質聚氨酯夾芯板（PU夾芯板）、巖棉夾芯板即RW夾芯板。但聚氨酯、聚苯乙烯等有機材料耐熱溫度低、遇火易燃燒、易產生毒氣，成為火災事故的主要因素之一。
近年來，建筑防火已得到人們的廣泛重視，一些建筑物由于使用防火性能差的保溫材料，火災事件也是層出不窮。如2009年2月9日發生的央視新臺址園區文化中心特大火災事故，就是因為在建工程使用易燃材料及不合格保溫板引發火災造成巨大損失。因此，國家政府極其重視。2009年9月25日，由中華人民共和國公安部、住房和城鄉建設部聯合頒布的《民用建筑外保溫系統及外墻裝飾防火暫行規定》里第一章第二條就有明文規定：“民用建筑外保溫材料的燃燒性能宜為A級，且不應低于B2級”，同時第四章第十一條規定：“用于臨時性居住建筑的金屬夾芯復合板材，其芯材應采用不燃或難燃保溫材料”。
然而，普遍采用的彩鋼夾芯板保溫芯材——聚氨酯泡沫本身不防火，燃燒后產生的大量濃煙里含有氰化氫，危害人體健康。而聚苯板除了不防火、用久后會收縮外保溫性能也很差。聚苯乙烯泡沫和聚氨酯泡沫都易燃，不耐高溫，嚴重影響建筑工程質量和防火安全，目前正受到消防部門的限制使用。巖棉、玻璃棉等無機礦物棉材料雖然能達到防火要求，但是對環境不友好（施工過程中漂浮的棉絮對人體有害）、容易滋生細菌、吸水率高、絕熱效果較差，并且強度也不夠好，使用壽命較短。
而新型的酚醛泡沫材料（PF），在阻燃、毒性方面具有非常優秀的性能，其市場前景廣闊，經濟潛力巨大，將逐步取代其他的泡沫材料。
2 酚醛泡沫介紹
酚醛泡沫保溫材料常簡稱為酚醛泡沫。酚醛泡沫是以酚醛樹脂和阻燃劑、抑煙劑、固化劑、發泡劑、及其它助劑等多種物質，經科學配方制成的閉孔型硬質泡沫塑料。酚醛泡沫具有導熱系數低、容重輕、不燃、無毒、無煙、吸水率低于無機保溫材料如玻璃棉、巖棉等。同時，機械強度大于其他泡沫塑料，且加工性好，施工方便，在建筑保溫、墻體保溫中具有無可爭議的優勢，是當前最新最好的泡沫保溫材料，被譽為“保溫之王”。
20世紀80年代，國外科學家開始對酚醛樹脂及其制品進行研究，20世紀90年代以后，包括酚醛泡沫在內的酚醛復合材料得到很大發展。近些年來，由于高層建筑、交通運輸、艦船、航空、空間技術等方面對合成泡沫塑料的熱穩定性和耐燃性提出了嚴格要求，使得酚醛泡沫的應用得到了廣泛關注和迅速發展。
3 酚醛泡沫作為彩鋼夾芯板保溫芯材的優勢
酚醛泡沫作為一種新型安全的保溫節能材料，性能及生產工藝均達到世界先進水平?？偟膩碚f，酚醛泡沫作為彩鋼夾芯板保溫芯材較其他的保溫材料具有以下多種優異的特性。
3.1 優異的防火性能：聚氨酯和聚苯等有機保溫材料，燃燒后，會產生濃煙和劇毒，容易造成人員死亡，同時也增加滅火難度。而酚醛泡沫遇火不燃，燃燒性能最高達A級，最高使用溫度為180℃（允許瞬時250℃），100 mm厚的酚醛泡沫抗火焰能力可達 1 小時以上而不被穿透。在火焰的直接作用下具有結碳、無滴落物、無卷曲、無熔化現象，火焰燃燒后表面形成一層“石墨泡沫”層，有效地保護層內的泡沫結構。
3.2 優良的絕熱性能：導熱系數低（＜0.025W/m×K，為聚苯的2倍多，與聚氨酯相近），為保溫、隔熱的優良材料；
3.3 抗腐蝕抗老化：幾乎能夠耐所有無機酸、有機酸、有機溶劑的侵蝕。長期暴露于陽光下，無明顯老化現象，因而具有較好的耐老化性；
3.4 密度小、重量輕：酚醛泡沫材料的密度為80?/m³以下，可達到50?/m³左右。可減輕建筑物的自重，降低建筑物的載荷，減少結構造價，且施工簡便、快捷，可提高工效；
3.5 吸聲性能：酚醛泡沫具有優良的吸聲性能，開孔型的泡沫結構更有利于吸聲；
3.6 環保：巖棉、玻璃棉對環境和人有傷害，聚氨酯、聚苯乙烯燃燒受熱時會分解出氰化氫、一氧化碳等劇毒氣體。而酚醛泡沫采用無氟發泡技術，無纖維，符合國家、國際的環保要求。
3.7 使用壽命：聚苯板、聚氨酯的使用壽命一般在10年左右，耐候性比較差，而酚醛泡沫不收縮不變形，使用壽命可高達30年，是不可多得的建筑保溫材料。
酚醛泡沫這些獨特的優勢將對我國工業與民用建筑尤其是鋼結構建筑的質量水平起到良好的促進作用，同時，也提高了我國隔熱保溫材料行業的競爭力。
保溫性能對比表
|
材料名稱 |
導熱系數[W/(m.k)] |
容重（kg/m³） |
節能保溫 |
最高工作溫度 |
|
酚醛泡沫 |
0.02~0.036 |
40~80 |
極佳 |
180℃ |
|
聚氨酯 |
0.022~0.036 |
25~35 |
極佳 |
110℃ |
|
聚苯乙烯 |
0.033~0.045 |
25~50 |
一般 |
60℃ |
|
巖棉板 |
0.042~0.064 |
40~60 |
差 |
500℃ |
從表中可以看出，酚醛泡沫塑料具有跟聚氨酯一樣優良的保溫性能。32mm厚的酚醛泡沫的保溫性能相當于30mm的聚氨酯、40mm的聚苯、800mm厚普通磚墻的保溫效果。
燃燒性能比較表
|
項目 材料 |
使用溫度范圍（℃） |
極限情況 |
氧指數（%） |
垂直燃燒時間 |
煙密度等級 |
||
|
燃燒時間（s） |
火焰高度（mm） |
指標值 |
實測值 |
||||
|
聚苯乙烯 |
+75~-80 |
70℃收縮 |
|
≤30 |
≤250 |
≤75 |
60 |
|
聚氨酯 |
+130~-110 |
140℃軟化 |
≥32 |
≤30 |
100 |
≤75 |
39 |
|
聚乙烯 |
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