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eps隔音保温板XPS在隔热性能上的比较

来源://www.isbdoo.com/index.asp?/gnews/84.html  时间:2020-10-28

(一)概述

控制温度的红外隐身材料包括隔热材料、吸热材料和高发射率聚合物。隔热材料是用来阻隔装备发出的热量使之难以外传,从而降低装备的红外辐射强度。隔热材料分为多孔材料,热反射材料和真空材料三类,其中多孔材料利用材料本身所形成的间隙隔热,因为空隙内的空气或惰性气体的导热系数很低,如泡沫材料、纤维材料等。

泡沫塑料中有发泡聚苯乙烯(EPS)、发泡聚烯烃(EPP、EPE)、发泡聚氨酯(EPU)等材料,发泡聚苯乙烯(EPS)导热系数在41 mW·m-1·k-1左右,发泡聚氨酯导热系数20-35 mW·m-1·k-1。泡沫塑料隔热性能与泡孔尺寸、容重大小、含湿比率和材料本身导热系数相关,但隔热材料除了具有隔热性能外,还要具有优异的机械性能和可加工性能,满足装备的使用性能。如何建立有序多级孔结构有效提高材料的隔热性能,实现装备红外隐身,是目前装备研究的重要课题。

(二)国内外研究概况、水平和发展趋势

多孔状材料的主要物理特征是材料内部的孔隙尺寸小、比表面积大,这些表面特征产生的特殊作用,使其成为一种具有优异的隔热、隔音、缓冲等性能的功能材料。随着社会的发展,隔热材料被广泛的应用于建筑、化工、军工、仓储等各行各业。近年来,国内外的学者对多孔的泡沫塑料的隔热性能的研究不断升温,相继出现高性能绝热材料等各种功能性材料,其导热系数均在30 mW·m-1·k-1左右,甚至更低。

目前,多孔状材料中利用率最高的当属泡沫材料,隔热性能较好的泡沫保温材料主要有以下几种:挤塑式聚苯乙烯隔热板(XPS)(导热系数30 mW·m-1·k-1左右)、可发性聚苯乙烯泡沫(EPS)(导热系数41 mW·m-1·k-1左右)、石墨可发性聚苯乙烯泡沫(导热系数32 mW·m-1·k-1左右)和硬质聚氨酯泡沫(EPU)(导热系数25 mW·m-1·k-1左右)(《Arabian Journal for Science &Engineering》2016,41(11):1-10)。其中XPS、EPS、石墨EPS以及硬质聚氨酯等泡沫隔热材料虽然在隔热性能上具有较大的优势,但由于该类产品有的最终得制件形状单一(如XPS)、力学性能差(如XPS、EPS)、成型制件内部珠粒间隙多(如EPS)、以及产品中残留有害物质、难降解、再利用困难(如EPU)等缺点,极大程度上限制了这些材料在各个领域的应用。

  根据文献报道,聚苯乙烯(PS)的导热系数为146 mW·m-1·k-1左右(《Macromolecules》2001,34,7392-7402),发泡材料XPS和EPS的导热系数远小于PS的导热系数。EPS与XPS均为闭孔结构,材料内部气体相互隔离.避免了空气流动散热,从而确保了其保温性能的持久和稳定。XPS、EPS的导热系数如表1和表2所示。目前,工程中常用的XPS的密度集中分布在30~40 kg/m3之间,导热系数集中分布在22~35 mW·m-1·k-1。而工程中常用的EPS隔音保温板的密度集中分布在16~25 kg/m3之间,导热系数集中分布在33~41 mW·m-1·k-1。比较表1和表2中数据可以看出,XPS的导热系数明显低于EPS。这是因为 XPS是连续挤出发泡的,而EPS制件是由一个个珠粒通过蒸汽成型而成,制件内部珠粒间的空隙率较XPS更高,因此XPS的导热系数要小于EPS。


由于生产工艺条件的限制,XPS只能连续挤出成板,不能制成特定的形状的异形件制品,而EPS可由一颗颗珠粒成型制成形状各异的制品,但EPS的熔接性能差、闭孔率低,并不能达到导热系数小于20 mW·m-1·k-1。

(三)前沿研究成果

      现行的低导热系数应用材料缺点均很明显,且无法应用于高端领域,尤其是军工、智能制造等领域。目前国内某研发团队开发出了发泡聚苯乙烯/聚乙烯材料(EPO)作为新型高效/红外隐身材料,发泡材料具有孔径可控、密度可控、三维闭孔、高效节能的特性,用于装备隔热/红外隐身。

众所周知,EPS的粒子间熔接性能很差、制件内部珠粒间的间隙大,导致制件力学、隔热等性能较差。发泡聚乙烯(EPE)以其熔接性能好、韧性高的优势而著称,如果在PS相中引入PE相,将制备出一种新型的发泡聚合物EPO。该新型的发泡聚合物一方面可显著改善EPS的粒子间熔接性能,另一方面可改善EPS韧性差的缺陷,有效提升发泡、成型阶段珠粒内部的闭孔率。

在不断优化改性EPO的制备配方,并匹配超临界二氧化碳(CO2)釜压发泡工艺,调控珠粒的闭孔率、密度、成型等工艺参数,可以将EPO的导热系数做到更低(材料的导热系数≤20 mW·m-1·k-1)。因此,低导热EPO作为一种新型高效隔热/红外隐身材料,将在未来的材料领域发挥其应有的作用,也填补了我国在高端低导热/红外隐身领域的空白。

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