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石墨板悬浮法与挤出法的区别

2021-07-16

1、前言

石墨聚苯乙烯(GEPS)是在聚苯乙烯高分子聚合物中导入近纳米级天然鳞片石墨、抗氧化剂、抗老化剂等功能材料,改性合成的石墨聚苯乙烯新型功能材料。由于石墨的特殊层状结构,使其能够均匀分布在GEPS颗粒内部,形成镜面反射热辐射,能够大幅度提高材料的绝热效果。除了具备普通EPS板的所有性能外,还具有以下特点:防火性能达到难燃B1级、绝热能力更强、导热系数≤0.032W/(m·K)。它含有近纳米级的天然鳞片石墨,可以像镜子一般反射热辐射,它的绝热能力比普通的EPS高出30%,有助于提高能效。石墨聚苯乙烯(GEPS)特点:良好的防火性能、导热系数低、尺寸稳定性强、耐候性好、具有良好的耐久性和透汽性。

石墨聚苯板在超低能耗建筑项目中具有性价比优势,其构造作法如图1所示。工程实践表明,聚苯板保温产品在保温领域里应用最广泛,不论是欧洲还是国内,聚苯板保温体系都具有最大的市场份额(如图2、图3所示)。

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1石墨聚苯板在被动房中的一体化应用

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2石墨聚苯乙烯在欧洲被动房中的应用

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3石墨聚苯乙烯在中国被动房中的应用

 

优质石墨聚苯板产品必须满足如下要求:一是优质原料用挤出法工艺生产;二是天然鳞片石墨含量在4.5%~5%,导热系数低,绝热性能稳定,可保证导热系数≤0.032W/(m·K);三是净容重18~30kg/m³,板材呈银灰色;四是折断泡粒断面20%~30%以上,燃烧性能B1级。

石墨聚苯乙烯是由德国BASF公司首先开发的新型隔热保温材料。同普通的EPS板相比,石墨聚苯板具有更低的导热系数和更好的耐久性和耐候性的特性,深受人们喜爱。无论在欧洲还是国内,石墨聚苯乙烯常被选作为被动房外围护结构的保温材料。近年来,国内有企业潜心研发,瞄准中国被动房市场的需求,开发出石墨聚苯乙烯专有技术,其综合性能媲美世界先进水平,在国内外被动房领域大量使用(如图2、图3所示)。

国内的石墨聚苯乙烯的生产主要有两种方法,不但生产工艺大相径庭(如图4所示),而且产品质量有很大差异(见表1)。

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4悬浮法与挤出法生产GEPS工艺对比

1悬浮法GEPS和挤出法GEPS生产工艺对比

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2.1悬浮法工艺

国内众多原料生产厂家利用白色聚苯乙烯生产装置,采用悬浮法生产石墨聚苯乙烯,该工艺是以苯乙烯单体为主要原料,在反应釜内,单体与石墨、引发剂、阻燃剂、分散剂等混合,通过强力搅拌,被分散成无数的小液滴。

悬浮聚合生成的石墨聚苯乙烯分子量较低,内部含水量高,因此板材的强度和稳定性略差。另外,石墨对苯乙烯单体的聚合有一定的阻聚作用,石墨的添加量不能得到有效保证。

目前,在中国市场上出现用炭黑来代替石墨的制品,其颜色为黑色或者浅灰色,导热系数偏高,性能不稳定。主要原因在于:悬浮聚合不稳定,反应周期长,石墨添加量少。为了达到颜色黑的效果,部分原料厂家向反应体系加入少量石墨辅以炭黑调色,或者纯粹加入炭黑代替石墨,生产“黑色”聚苯乙烯。由于石墨/炭黑的阻聚作用,产品分子量偏低,预发后泡粒产生空心现象。这种方法生产出的聚苯乙烯制板粘结性差,板材熟化后收缩变形。其密度≥18kg/m³板材的压缩强度达不到≥0.1MPa的指标要求,石墨含量少,达不到所需的4.5%~5%的最佳加入量,无法满足被动房要求的导热系数≤0.033W/(m·K)的性能指标。

2.2挤出法工艺

挤出法工艺是选用分子量高的聚苯乙烯为主要原料,添加近纳米级的天然鳞片石墨、增韧剂、抗氧剂、阻燃剂等功能材料,通过双螺杆挤出机熔融、切粒而成。颗粒的外形为椭圆形,制品的颜色为银灰色,带有金属光泽,该工艺属于物理混合,可以有效保证石墨的添加量,分子量高,强度大,热导性能更佳、更稳定,同时,由于添加的天然石墨具有阻燃功能,更增强了石墨聚苯乙烯的阻燃性。

3石墨聚苯板在被动房中应用可能存在的问题

3.1没有选择合格石墨聚苯乙烯

石墨聚苯乙烯板材是由石墨聚苯乙烯颗粒预发、成型、切割而成。颗粒的性能对制品的应用性能有决定性作用。石墨聚苯乙烯在国内的使用时间相对较短。有些厂商用非石墨料,如炭黑聚苯乙烯顶替石墨聚苯乙烯。这将导致保温材料抗拉强度、尺寸稳定性、弯曲变形、导热系数等指标达不到性能指标要求。在被动房项目一定采用真正的石墨聚苯乙烯作为保温材料,以保证保温绝热效果。

3.2聚苯乙烯板材加工厂故意造假

为了降低造价,部分板材加工厂存在以次充好以获得市场竞争优势。以下是常见做法:

(1)短斤少两,降低原材料的使用量。这种做法导致板材强度低、导热系数变大,保温隔热性能受损。

(2)掺沙子增加板材重量。这种做法降低了石墨聚苯乙烯的综合物理性能,导致强度低、粘结性差、导热系数变大,严重影响工程质量和房屋使用寿命。

(3)在水中加入表面活性剂,向板材中大量渗水。这种做法导致板材内部的水难以挥发,从而引起保温层鼓泡、脱落;同时,保温隔热效果大大降低。

(4)使用含结晶水的盐做增重物质来提高密度。这种做法损害了保温板的物理性能,导致保温隔热性能、压缩强度、耐久性等严重受损,达不到石墨聚苯乙烯板材品质要求。

3.3板材生产厂家出厂不合格的石墨聚苯板

板材生产厂家出厂养护期过短的板材。熟化时间不够的板材制品性能不稳定,上墙后产生较大的后收缩,进而引起面层开裂;养护期短的聚苯板含水率达不到要求,切板后板材弯曲,板面平整度差。


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