空氣溼度對硬質聚氨酯保溫效能的作用

建築節能是執行國家環境保護和節約能源政策的主要內容，是貫徹國民經濟可持續發展的重要組成部分。硬質聚氨酯保溫材料作為一種新型建築材料很早就已用於建築領域。20世紀60年代早期，英國就將硬質聚氨酯做成夾芯板，用在牆體和屋頂。因此，研究硬質聚氨酯保溫材料的老化機理非常重要。

保溫材料保溫效能主要以材料本身的導熱係數來衡量，導熱係數是材料本身所固有的屬性，表徵物質傳遞熱量能力的大小[1].鄧朝暉[2]等對影響建築材料導熱係數的因素進行了綜述，認為影響材料導熱係數的因素有材料密度、溼度、化學成分、空隙大小、閉口孔隙率、空隙內氣體的種類等。硬質聚氨酯泡沫的導熱係數主要取決於泡孔內氣體的熱導率值，氣體熱導率值越低，泡沫的熱導率值也越低[3].硬質聚氨酯泡沫的老化研究主要集中在熱老化或熱氧降解方面[4-6]zar[7]採用溼熱老化試驗模擬了聚氨酯彈性體的室內貯存老化，研究結果表面酯基水解是聚氨酯彈性體室內貯存過程中老化的主要原因，劉元俊等[8]通過對比室內貯存老化規律和人工加速溼熱老化規律，同樣表明酯基水解是硬質聚氨酯泡沫塑料壓縮效能下降的主要原因。

本研究在高低溫交變加熱老化試驗條件下，通過對比沒有水分和有水分時硬質聚氨酯保溫材料導熱係數的變化，考察空氣溼度對硬質聚氨酯保溫材料保溫效能的影響。

1試驗部分

1.1試樣製備

試驗樣品為市場購買的建築用硬質聚氨酯泡沫，裁成200×200mm大小的試樣，去除其外層材料及表皮，僅剩餘單獨的聚氨酯泡沫層，試樣最終試驗尺寸為200×200×40mm.

1.2人工加速老化試驗

人工加速老化試驗使用高低溫交變溼熱老化，試驗裝置為上海增達環境試驗裝置有限公司生產的高低溫交變溼熱試驗箱(zth100c型),高低溫交變試驗以24小時為一個試驗週期，溫度範圍為-30℃~70℃,溼度範圍為：a0∶~90%;b0∶%,一個老化試驗週期如表1所示。

將製備好的硬質聚氨酯泡沫放入高低溫交變試驗箱內，為了使樣品各面都充分處於相同溫溼度環境中，試驗樣品置於中間網格一層，並且樣品之間不重疊不接觸，間距≥10cm.將試樣份兩組，一組直接放置在高低溫交變箱內，一組放於密封袋中以隔絕水分，其餘試驗條件均相同。

1.3導熱係數測定

按照gb/t21558-2017《建築絕熱用硬質聚氨酯泡沫塑料》中5.8導熱係數中給出方方法進行硬質聚氨酯泡沫導熱係數的測定。測試平均溫度為23℃，冷熱板溫差為23℃。檢測裝置為德國耐馳儀器公司生產的導熱係數測定儀(hfm436/3/1e型).不同老化時間下檢測硬質聚氨酯泡沫的導熱係數，分別是0、1、2、5、10、15、20、25、30、35、40、45、55、65天。

2結果與討論

2.1溫度對硬質聚氨酯泡沫老化後的導熱係數的影響硬質聚氨酯泡沫在隔絕水分情況下，經過高低溫迴圈老化，其老化時間與試樣導熱係數變化的關係見圖1.從圖1可以看出，隨著高低溫迴圈老化時間的增加，試樣的導熱係數在前40天基本保持穩定，之後隨著高低溫迴圈老化時間的增加，試樣的導熱係數呈現增大趨勢。

2.2溫溼度對硬質聚氨酯泡沫老化後的導熱係數的影響在相同高低溫迴圈老化條件下，考察了溫溼度同時作用對硬質聚氨酯泡沫導熱係數的影響，其老化時間與試樣導熱係數變化的關係見圖2.從圖2可以看出，隨著高低溫溼熱迴圈老化時間的增加，試樣的導熱係數呈現增大趨勢。

2.3老化過程中溼度影響硬質聚氨酯泡沫導熱係數的原因通過對比單純熱老化和溼熱老化對硬質聚氨酯泡沫導熱係數的影響，從圖1和圖2中隨著老化時間導熱係數的變化趨勢可以得到，溼度相對於溫度來說，是影響硬質聚氨酯泡沫導熱係數的一個重要因素。

硬質聚氨酯材料中存在大量的酯基，達到一定溫度時，在水分子的作用下發生水解反應，使分子鏈斷裂而導致聚氨酯材料的降解，進一步影響聚氨酯材料的閉孔率，導致其保溫效能下降。硬質聚氨酯的水解可用式(1)表示：

rnhcoor'+h2o→rnhcooh+r'oh(1)

3結論

採用高低溫交變溼熱試驗箱對硬質聚氨酯泡沫進行熱老化和溼熱老化，通過對比在相同熱老化過程中，有無溼度參與熱老化時對硬質聚氨酯泡沫導熱係數的影響，實驗結果表明在有溼度參與的老化過程中，硬質聚氨酯泡沫的導熱係數明顯有增大趨勢。表明在溼熱老化條件下酯基的水解是硬質聚氨酯泡沫導熱係數增大的主要原因。

參考文獻：

[1]楊強勝，蒲保榮.高等傳熱學[m].上海交通大學出版社，2017.

[2]鄧朝暉.建築材料導熱係數的影響因素及測定方法[j].工程質量，2017(4):15.

[3]姚勇，楊炳元，李芳等.聚氨酯防水保溫材料的效能及防水保溫機理[c].全國第六次防水材料技術交流大會，2017∶138.

[4]賈展寧.硬質聚氨酯泡沫塑料老化試驗及使用壽命預估方法[j].炸藥學報，1995(2):30.

[5]朱福海.硬質聚氨酯泡沫塑料老化效能評價[j].合成材料老化與應用，1997(2):5.

[6]盧艾，黃銳，王建華.水發泡聚氨酯泡沫塑料的熱分解[j].中國塑料，1999,13(10):38.

[7]劉元俊，賀川蘭，鄧建國等.硬質聚氨酯泡沫塑料室內貯存老化機理研究[j].含能材料，2017,14(1):56.