CN102518225A - 建筑外墙外保温系统的防火真空绝热板及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种用于建筑外墙外保温系统的防火真空绝热板及其制备方法，该防火真空绝热板由气相二氧化硅碳化硅粉末、玻璃纤维、玻纤铝塑复合封装袋组成，还可以混合掺合料，具有保温和防火双重功能，可以有效地解决现有建筑外墙外保温系统中的保温和防火问题。将气相二氧化硅、掺合料、碳化硅、玻璃纤维放入破碎混合机中，破碎混合均匀，接着将混合物料倒入方形硬模中进行加压成型，将成型好的复合芯材放入玻纤铝塑复合封装袋中，抽真空至真空度小于1Pa，封装得到防火真空绝热板，工艺简单，耐高温和防火性能好，导热系数低，不需要热处理，周期短，成本低，能有效的取代现有建筑外墙外保温系统中的有机泡沫板，适合于大面积制备和规模化生产。

Description

建筑外墙外保温系统的防火真空绝热板及制备方法

技术领域

本发明属于建筑保温材料领域，具体涉及一种新型防火真空绝热板，尤其涉及建筑外墙外保温系统的防火真空绝热板及其制备方法。

背景技术

随着社会经济地不断发展，能源消耗与二氧化碳排放量逐年升高，造成了资源紧张和环境破坏的双重压力，我国政府意识到节能减排的重要性，将节能减排定为国策。建筑能耗占全社会商品能耗达到四分之一以上。而降低采暖和降温能耗的主要途径之一就是提高建筑物围护结构的保温隔热性能，降低其传热损失。

目前，全国普遍推广的建筑外围护结构的保温隔热方式是采用膨胀聚苯板(EPS)、挤塑板(XPS)及聚氨酯发泡(PU)等有机保温材料对外墙和屋顶进行外保温。有机保温材料具有轻质、致密性高、导热系数低等优点，但也存在易老化和粉化的缺点，一般来说使用年限约为20至30年。而我国一般的居住和公共建筑的设计寿命在50年以上。两者寿命的不匹配导致需中途更换保温材料从而成为一项消耗资源和财力的巨大工程。特别是近几年，以聚苯板为主的建筑保温体系存在的火灾隐患、脱落隐患、耐久性、服役期后产生巨量垃圾等问题逐渐暴露出来，业界呼吁淘汰聚苯板等有机保温材料的声浪日高。央视大楼火灾和上海胶州路大火之后，惨痛的教训使这一呼声更掀高潮。

从国外外墙外保温系统的发展历史可以看到，对外墙外保温防火安全性的要求一直被作为该技术应用的首选条件。在欧美等外墙外保温技术应用先进的国家，对重要建筑、高层建筑的外墙保温系统均有严格的防火要求；对不同外墙外保温系统和保温材料均有防火测试方法和分级标准，同时对不同防火等级的外墙保温系统在建筑领域的使用范围进行规定。对外墙外保温的整体性研究也使得测试标准的重点都放在对保温体系的防火性进行测试和评估上，因此也形成了多个可参考的外墙外保温体系防火标准。例如：英国标准BS8414-1：2002《建筑表面非承重外覆层系统的防火性能测试方法》和BRE135(2003)《多层建筑外保温的防火性能试验》，再如，美国保险商实验室标准UL1040《建筑隔热墙体火灾测试》和美国国家标准ANSI FM 4880《内外装修系统的火灾试验》。在德国有因聚苯板薄抹灰系统防火安全性达不到要求而不能在22m以上建筑使用的相关规定；在英国有18m以上建筑不允许使用聚苯板薄抹灰外墙外保温体系的规定。

2011年公安部发布了《关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知》，明确指出“在新标准发布前，从严执行《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》(公通字[2009]46号)第二条规定，民用建筑外保温材料采用燃烧性能为A级的材料”。这对我国建筑市场提出了更高的要求，该规定对规范外墙保温市场，减少建筑火灾事故，意义非常重大。

以多孔材料为芯材的真空绝热板(Vacuum Insulation Panel，简称VIP)是近年开发的一种新型高效绝热材料，主要由真空封装的微孔夹心结构和封装材料构成。与传统保温材料相比，其导热系数可以达到0.003W/(m·K)-0.01W/(m·K)，相当于普通绝热材料的10倍甚至更高；同时，其轻质高强，具有A级防火性能，在建筑保温防火方面将大有用武之地。

第一代的真空绝热板采用泡沫塑料作为夹心材料，密度小、导热系数低。中国专利号ZL200610122870.1公开了一种以玻璃纤维与酚醛复合材料为芯材的VIP板及制备方法，该VIP板为三层结构，上下层为玻璃纤维，中间层为发泡酚醛。中国专利号ZL 200610122871.6公开了一种以发泡酚醛为芯材的真空绝热板及制备方法；中国专利公开号CN1087650公开了一种以开孔硬质聚氨酯泡沫体为芯材的真空绝热板的制备方法。以上这些专利都是以有机聚合物为绝热芯材，由于有机聚合物耐高温及阻燃性能不理想，防火等级达不到A级，主要用于冰箱和真空运输行业，不适宜在建筑外墙外保温系统中的推广应用。

第二代真空绝热板主要采用无机多孔材料为绝热芯材，中国专利200420053407.2公开了一种真空绝热板，所述芯材为二氧化硅气凝胶和玻璃纤维，所述芯材表面设置有红外反射层，所述外壳为层叠袋或硬质金属或玻璃板。该专利工艺复杂，复合芯材成本较高。中国专利公开号CN 102102796 A公开了一种真空绝热板及其制备方法，所述芯材由超细玻璃棉、离心棉和矿物棉组成。该专利芯材需要120-160℃温度热处理，然后需要在制作的真空绝热板板面上开孔，安装开孔构件，工艺复杂，生产周期长，可操作性差，生产成本高，不适宜推广应用。

发明内容

本发明的主要目的在于克服以往真空绝热板耐高温和防火性能差，成本较高，工艺复杂，生产周期长的缺点，提供了一种工艺简单，成本低，耐高温和防火性能好的真空绝热板及制备方法，兼顾建筑保温和建筑防火两个方面，可以有效地解决外墙外保温系统中的保温和防火问题。

本发明的建筑外墙外保温系统的防火真空绝热板，其特征在于：有气相二氧化硅、碳化硅和玻璃纤维混合构成的板，板真空封装在玻纤铝塑复合袋内，构成防火真空绝热板。板内还混合有掺合料。所述这种建筑外墙外保温系统的防火真空绝热板由气相二氧化硅、掺合料、碳化硅粉末、玻璃纤维混合板并真空封装在玻纤铝塑复合袋内构成。

本发明克服第一代真空绝热板不能耐高温和防火性能差的缺点。更主要是本发明以低价气相二氧化硅为绝热与玻璃纤维混合作为芯材，不但大大降低了成本，更主要是与玻璃纤维容易混合压制成型均匀，保持定性后真空封装在玻纤铝塑复合封装袋内，就能实现强度非常高的建筑外墙外保温防火板。添加碳化硅粉末有效地吸收了红外热辐射，不需要额外的设置红外反射层，简化了生产工艺的同时降低了导热系数。改进了现有第二代真空绝热板板面开孔，安装开孔构件，需要热处理成型等工艺难题，工艺简单，周期短。掺入掺合料，变废为宝，节能环保的同时有效地降低了生产成本，极大的促进了真空绝热板从高端制造行业应用于民用建筑外墙外保温防火系统。

本发明的建筑外墙外保温系统的防火真空绝热板制备方法：

1)首先将气相二氧化硅、掺合料、碳化硅和玻璃纤维按一定比例放入破碎混合机中破碎混合均匀；

2)将混合物料倒入方形硬模中，进行加压成型得到板，也称板芯或复合芯材，可以形成不同厚度和不同密度的复合芯材；

3)取出成型好的复合芯材放入玻纤铝塑复合封装袋中，抽真空至真空度小于1Pa，封装得到防火真空绝热板。

按照质量百分比计：气相二氧化硅∶掺合料∶碳化硅∶玻璃纤维＝(20％～80％)∶(0％～65％)∶(10％～15％)∶(1％～8％)。

本发明所述的气相二氧化硅的平均粒径在5～100nm之间，优选10～30nm。

本发明所述的掺合料是硅灰、粉煤灰、超细矿粉、岩棉粉末、超细玻璃棉中的一种或一种以上的混合物，也就是它们一种或它们之间的任意混合物。

本发明所述的碳化硅的平均粒径在1-10μm，优选2-5μm。

本发明所述玻璃纤维为普通玻璃纤维，单丝直径3～20μm之间，长度3～15mm之间。

本发明所述的成型压力为0.5～3MPa，复合芯材厚度为5～40mm，复合芯材密度为150～600kg/m³。

本发明所述玻纤铝塑复合封装袋为高阻隔包装袋，其材质由玻纤布、三层不燃塑料膜和铝箔复合而成。

本发明与同类产品及工艺相比，具有显著的有益效果：

1、本发明的真空绝热板复合芯材都是有多孔无机物构成，耐高温和防火性能优异。

2、本发明的真空绝热板由于封装袋的透气率非常低，不需要额外的加入吸气剂，工艺简单、周期短。同时加入掺合料，变废为宝，有效地降低了生产成本，适合于大面积制备和规模化生产。

3、本发明的真空绝热板不需要热处理，设备投资小。同时绝热芯材中加入碳化硅粉末可以有效的吸收红外，生产出来的真空绝热板导热系数较低。

4、本发明的真空绝热板兼顾建筑保温和建筑防火两个方面，可以有效地解决外墙外保温系统中的保温和防火问题。

具体实施方式

为了更好地理解本发明专利，下面结合实施例进一步阐明本发明内容，但本发明的内容不仅仅局限下面的实施例。

表一 各实施例复合芯材质量百分比例

实施例1

首先将气相二氧化硅、硅灰、粉煤灰、超细矿粉、岩棉粉末、超细玻璃棉、碳化硅和玻璃纤维按照表一实施例1中的质量百分比例放入破碎混合机中，破碎混合均匀；接着将混合物料倒入方形硬模中，放入压力机，加载压力为2MPa进行加压成型，得到复合芯材；取出成型好的复合芯材放入玻纤铝塑复合封装袋中，抽真空至真空度小于1Pa，封装得到防火真空绝热板VIP1。

实施例2

首先将气相二氧化硅、硅灰、超细矿粉、碳化硅和玻璃纤维按照表一实施例2中的质量百分比例放入破碎混合机中，破碎混合均匀；接着将混合物料倒入方形硬模中，放入压力机，加载压力为3MPa进行加压成型，得到复合芯材；取出成型好的复合芯材放入玻纤铝塑复合封装袋中，抽真空至真空度小于1Pa，封装得到防火真空绝热板VIP2。

实施例3

首先将气相二氧化硅、粉煤灰、岩棉粉末、超细玻璃棉、碳化硅和玻璃纤维按照表一实施例3中的质量百分比例放入破碎混合机中，破碎混合均匀；接着将混合物料倒入方形硬模中，放入压力机，加载压力为2.5MPa进行加压成型，得到复合芯材；取出成型好的复合芯材放入玻纤铝塑复合封装袋中，抽真空至真空度小于1Pa，封装得到防火真空绝热板VIP3。

实施例4

首先将气相二氧化硅、硅灰、粉煤灰、超细矿粉、碳化硅和玻璃纤维按照表一实施例4中的质量百分比例放入破碎混合机中，破碎混合均匀；接着将混合物料倒入方形硬模中，放入压力机，加载压力为1.0MPa进行加压成型，得到复合芯材；取出成型好的复合芯材放入玻纤铝塑复合封装袋中，抽真空至真空度小于1Pa，封装得到防火真空绝热板VIP4。

实施例5

首先将气相二氧化硅、超细矿粉、岩棉粉末、超细玻璃棉、碳化硅和玻璃纤维按照表一实施例5中的质量百分比例放入破碎混合机中，破碎混合均匀；接着将混合物料倒入方形硬模中，放入压力机，加载压力为1.8MPa进行加压成型，得到复合芯材；取出成型好的复合芯材放入玻纤铝塑复合封装袋中，抽真空至真空度小于1Pa，封装得到防火真空绝热板VIP5。

实施例6

首先将气相二氧化硅、硅灰、碳化硅和玻璃纤维按照表一实施例6中的质量百分比例放入破碎混合机中，破碎混合均匀；接着将混合物料倒入方形硬模中，放入压力机，加载压力为2.2MPa进行加压成型，得到复合芯材；取出成型好的复合芯材放入玻纤铝塑复合封装袋中，抽真空至真空度小于1Pa，封装得到防火真空绝热板VIP6。

实施例7

首先将气相二氧化硅、碳化硅和玻璃纤维按照表一实施例7中的质量百分比例放入破碎混合机中，破碎混合均匀；接着将混合物料倒入方形硬模中，放入压力机，加载压力为0.5MPa进行加压成型，得到复合芯材；取出成型好的复合芯材放入玻纤铝塑复合封装袋中，抽真空至真空度小于1Pa，封装得到防火真空绝热板VIP7。

实施例8

首先将气相二氧化硅、粉煤灰、超细矿粉、岩棉粉末、碳化硅和玻璃纤维按照表一实施例8中的质量百分比例放入破碎混合机中，破碎混合均匀；接着将混合物料倒入方形硬模中，放入压力机，加载压力为1.9MPa进行加压成型，得到复合芯材；取出成型好的复合芯材放入玻纤铝塑复合封装袋中，抽真空至真空度小于1Pa，封装得到防火真空绝热板VIP8。

实施例9

首先将气相二氧化硅、硅灰、粉煤灰、超细矿粉、岩棉粉末、碳化硅和玻璃纤维按照表一实施例9中的质量百分比例放入破碎混合机中，破碎混合均匀；接着将混合物料倒入方形硬模中，放入压力机，加载压力为1.6MPa进行加压成型，得到复合芯材；取出成型好的复合芯材放入玻纤铝塑复合封装袋中，抽真空至真空度小于1Pa，封装得到防火真空绝热板VIP9。

实施例10

首先将气相二氧化硅、超细矿粉、岩棉粉末、超细玻璃棉、碳化硅和玻璃纤维按照表一实施例10中的质量百分比例放入破碎混合机中，破碎混合均匀；接着将混合物料倒入方形硬模中，放入压力机，加载压力为0.8MPa进行加压成型，得到复合芯材；取出成型好的复合芯材放入玻纤铝塑复合封装袋中，抽真空至真空度小于1Pa，封装得到防火真空绝热板VIP10。

对以上10个实施例的真空绝热板(VIP1-10)进行密度和导热系数的测定，其结果如表二所示：

表二 各实施例成品密度和导热系数

由表二的实验结果可以看出，本发明的防火真空绝热板的导热系数非常低，实施例7中的导热系数仅为0.0056W/(m·K)，远远低于传统有机聚苯板的导热系数0.041W/(m·K)，兼具建筑保温和建筑防火双重功能，能有效解决建筑外墙外保温系统中的保温和防火问题，适宜大规模推广应用。

Claims (5)

1.一种建筑外墙外保温系统的防火真空绝热板，其特征在于：有气相二氧化硅、碳化硅和玻璃纤维混合构成的板，板真空封装在玻纤铝塑复合袋内，构成防火真空绝热板。

2.如权利要求1所说的建筑外墙外保温系统的防火真空绝热板，其特征在于：板内还混合有掺合料。

3.如权利要求2所说的建筑外墙外保温系统的防火真空绝热板，其特征在于：按照质量百分比计：气相二氧化硅∶掺合料∶碳化硅∶玻璃纤维＝(20％～80％)∶(0％～65％)∶(10％～15％)∶(1％～8％)。

4.一种建筑外墙外保温系统的防火真空绝热板制备方法：

1)首先将气相二氧化硅、掺合料、碳化硅和玻璃纤维按一定比例放入破碎混合机中破碎混合均匀；

2)将混合物料倒入方形硬模中，进行加压成型得到不同厚度和不同密度的复合芯材；

3)取出成型好的复合芯材放入玻纤铝塑复合封装袋中，抽真空至真空度小于1Pa，封装得到防火真空绝热板。

5.如权利要求4所说的建筑外墙外保温系统的防火真空绝热板制备方法，其特征在于：按照质量百分比计：气相二氧化硅∶掺合料∶碳化硅∶玻璃纤维＝(20％～80％)∶(0％～65％)∶(10％～15％)∶(1％～8％)。