硬泡聚氨酯在外墙保温系统中的应用研究

艾相仁

摘 要：20世纪以来，世界可再生能源大量开采，生态环境的恶化，随之而来是能源危机的爆发。据统计，在全球总能耗中，建筑耗能占30%，而在建筑能耗中，通过外墙损失的热量高达27%。外墙保温已经成为建筑节能的重中之重。硬泡聚氨酯（RPU）以其良好的保温性、防水性及施工简便而备受关注。近年来硬泡聚氨酯复合材料层出不穷，通过性能改良，可使其抗压、抗折强度及阻燃性大大提高。

关键词：硬泡聚氨酯;保温;外墙;节能

1.国内外的研究现状

1937年德国Otto Bayer教授首次发现聚氨酯，其后英美等国取得聚氨酯制造技术并很快进入工业化生产。聚氨酯以其良好的可塑性、黏结性率先用于修补二战破坏的房屋。其后人们发现聚氨酯具有良好的保温性、防水性及施工简易，便迅速用于建筑外墙及屋顶的保温。20世纪60年代，美国为达到50%～70%的节能率，对建筑的外墙及屋顶大量使用聚氨酯外保温处理，主要采用喷涂和外贴的工艺，减低能耗，施工效率也得到了提高。

德国是较早研究聚氨酯技术的，经过在实际应用中的不断发展，成功地提高了发泡材料的闭孔率，使保温材料同时具备了防水功能。聚氨酯硬泡体防水保温一体化材料在外墙和屋面上的使用，构成了可靠的防水保温系统。一些早期的聚氨酯防水保温一体面系统工程时至今日任然保持良好的保温与防水性能。60年代末，英国已将硬泡聚氨酯用于外墙保温系统并得到大力推广。

目前，硬泡聚氨酯复合材料在欧美各国广泛用于外墙保温改造与新建建筑的节能标准中。这种复合保温板构造为两面贴OSB板材，中间用硬泡聚氨酯泡沫做夹心层，不仅提高了抗压、抗折强度，防火性和耐用性也稳步提升。

我国是能源消耗大国，外墙和屋面保温隔热工程在我国建筑节能的重要性不言而喻。自20世纪80年代以来，我国在各大城乡大力推广建筑保温与节能技术。90年代后，硬泡聚氨酯保温材料逐渐用于严寒和寒冷地区，节能性能显著。以其导热系数小，防水性强，便于施工等优势逐渐形成了中国特色的硬泡聚氨酯外墙保温系统。在应用上我国主要采用外墙喷涂、现浇成型、聚氨酯复合板等形式。

2.硬泡聚氨酯的应用优势

2.1热工性能良好。硬质聚氨酯导热系数低，热工性能好。当硬质聚氨酯密度为35～40kg/m3时，导热系数仅为0.018～0.024w/（m.k），约相当于传统保温材料的10%，是目前所有保温材料中导热系数较低的，也是目前最理想的保温材料之一。聚氨酯可浇注成型，能预制成各种形状的保温型材，可用于各保温节点和构件交接处，提高墙体保温性能。在墙和楼层、混凝土圈梁以及构造柱等连接处能实现连续喷涂，从而减小热桥效应，大大增强保温性能。由于聚氨酯板材具有优良的隔热性能，在达到同样保温要求下，可使减少建筑物外围护结构厚度，从而增加室内使用面积。

2.2硬泡聚氨酯自重轻，减小负荷。Pu硬泡密度小、质量轻，其密度约为35～60kg/m3。相当于岩棉的一半。用在屋面保温时，能减小屋面的荷载，与传统的保温屋面比，能减小屋面承重层上部荷载的四分之一，这对改善房屋整体结构降低工程造价十分重要，因而也更适合用于大跨度、薄壳屋面建筑。硬泡聚氨酯具有较强的自粘性，用于外墙保温时，不仅能减小自重，还能提高保温构造的致密性，保护承重结构。

2.3硬泡聚氨酯综合性能好，能防水。聚氨酯材料孔隙率结构稳定，闭孔率达90%以上，属憎水性材料，防水防潮性能优良，而且抗冻融、吸声性也好。硬泡聚氨酯保温构造的平均寿命，在正常使用与维修的条件下，能达到30年以上。能够做到在结构的寿命期正常使用条件下，在干燥、潮湿或电化腐蚀，以及由于昆虫、真菌或藻类生长或者由于啮齿动物的破坏等外因影响，都不会受到破坏。

2.4施工方便，工程进度快。Pu硬泡屋面是现场发泡成型，工艺设备简单，操作方便，可以喷涂也可以浇注，能够在任何复杂的墙面施工作业，能减轻劳动强度，改善作业环境，减少对环境的污染。

3.硬泡聚氨酯在建筑外墙保温系统的应用分析

3.1硬泡聚氨酯外墙保温系统综合造价分析

截止至2014年，我国现有建筑面积达600亿平方米，且每年以20亿平方米的量增长。根据我国建筑50%～70%节能标准，新型、高效的保温材料和保温系统的研究将是亟待解决的问题，建筑外墙保温是建筑节能的重中之重。建筑使用寿命较长，对外墙保温体系的造价及维护成本，应作综合性、长足性考虑。保温材料的价格固然重要，但还需充分考虑施工工艺的难易程度、工人工时利用情况、交通运输成本、工程耐久性、安全性以及舒适性等因素。虽然硬泡聚氨酯在制止成本及其保温系统的综合造价上稍高于EPS、XPS等其他外保温系统，但从长远角度和综合效益考虑，硬泡聚氨酯保温体系还是值得首肯的。

硬泡聚氨酯密度小，自重轻，据计算在达到同等保温效果下60毫米厚的PU硬质泡沫板的保温效果相当于100毫米厚的XPS、115毫米厚的岩棉板、130毫米厚的软木。因此，如果用硬泡聚氨酯做外墙保温材料，墙体的保温层将变薄，建筑物的自重将减轻，房屋面积利用率也会增大，保温材料的用量也将减少。

3.2硬泡聚氨酯外墙保温各施工体系优劣势分析

从大的方面讲，聚氨酯硬泡外墙保温施工体系包括现场施工和工厂预制板材两种典型工艺。现场施工又可分为喷涂、拆模板浇注和免拆模板浇注三种;预制板材根据施工工艺不同分为连续板材、模塑板材、大块泡。聚氨酯硬泡作为一个外墙外保温体系要进行大规模推广应用，应首推预制板材，因为预制板材产品的质量和规格便于控制，生产和施工不受气候影响，能够保证施工工期，对保温施工人员的聚氨酯硬泡专业技术知识要求低，施工技能容易获得。

目前，国家建设部大力推广硬泡聚氨酯外墙保温系统的技术应用，在全国范围内全面开展聚氨酯墙体保温的节能课题研究，至今已经取得实质性进展。预计在未来5年内，硬泡聚氨酯保温体系将在中国外墙外保温体系中发挥举足轻重的作用。

4.硬泡聚氨酯的改良

聚氨酯虽然导热系数低、密度小、防水隔汽，但其阻燃性差，燃烧时有大量的烟雾并伴有毒气体，不利于建筑内墙内保温。但是在聚氨酯中添加阻燃剂便成了RPU保温板，它一种难燃的自熄性材料，它的软化点可达到250摄氏度以上，仅在较高温度时才会出现分解。另外，聚氨酯在燃烧时会在其泡沫表面形成积碳，这层积碳有助隔离下面的泡沫。能有效地防止火焰蔓延。以硬泡聚氨酯为夹心层，两边或者单边附上金属或者非金属面层，形成RPU复合板，这样加大了材料的抗压、拉强度能力， 吸水率≤4%，燃烧等级可以达到B1级。在聚氨酯泡沫两面涂上防水涂料，或者用防水油毡、密封胶、防水卷材作面层，形成保温材料，如此既能达到保温隔热作用也能很好的防水、防潮。

参考文献

[1]朱清玮，武发德，赵金平.外墙保温材料研究现状与进展[J].新型建筑材料，2012（6）：12-16.

[2]张雪芹.外墙外保温技术及聚氨酯硬泡在建筑节能中的应用研究[J].保温材料与节能技术，2007（7）：12-17.

基金项目：本文系广西科技大學鹿山学院2017年度科学基金项目：硬泡聚氨酯在建筑外围护结构保温系统中的运用探究（2017LSKY09）。