CN102966201B - 一种纳米级高效隔热保温墙板及施工方法 - Google Patents

Abstract

一种纳米级高效隔热防火轻质保温复合墙板及其制备、施工方法，属于建筑保温隔热材料领域。本发明属于复合材料，是一种高效隔热防火复合板，主要由纳米级二氧化硅，气凝胶，玻璃纤维，高硅氧纤维等组合有效结合而成。该产品具有强度高，导热系数低，小于0.025W/mK，隔热效果好，不燃烧，抗老化，质轻，密度小于280kg/m³，而且制备方法简便，加工方便，易实现规模化生产。

Description

一种纳米级高效隔热保温墙板及施工方法

技术领域

本发明涉及一种保温隔热墙板，尤其是一种高效隔热防火轻质保温复合墙板。属于建筑物保温隔热材料领域。

背景技术

目前，能源资源日趋紧张，能源短缺是当今世界的现实，是全球发展面对的共同难题。节约能源已成为我国建设节约型社会和走可持续发展道路的基本国策。我国现有建筑数量巨大，全国有约400亿平方米，其中城镇约为130亿平方米。而且每年还在以数亿的规模快速增长。在现有建筑中，有99％为非节能建筑，新建筑中节能建筑的比例也较小，约占6％左右。据有关部门统计，建筑能耗约占全社会总能耗的30％左右，严寒地区更大，占到40％。建筑能耗还在不断增长，随着生活水平的不断提高，能耗也随之大幅攀升。城市化进程加快，城市人均能耗是农村的3.5倍。在建筑中，外围护结构的热损耗较大，外围护结构中墙体又占了很大比重。因此，建筑外围护结构的保温隔热性能直接影响建筑物的采暖能耗。

寒流、热浪等极端天气气候事件在全球发生的频率大幅度增加，强度也大大增加。极端天气频繁出现，使得夏季高温酷暑天数增加，部分城市持续出现40℃的极端炎热的恶劣气候，而由于非节能建筑没有使用有效的隔热材料阻挡室外的热量，导致室内温度偏高，迫使人们使用空调降低并维持一定的室内温度，从而出现对空调的需求增加。出现每户空调房间增加，空调降温区向北扩张的趋势，消耗大量的电力资源。冰雹、冻雨、雪灾等冬季恶劣气候近几年频繁出现，影响范围不断扩大，导致冬季室内寒冷，采暖温度升高，采暖面积加大，采暖区域扩大等。为维持室内温度不变，夏季降温和冬季采暖使得空调几乎是处于不停的工作状态，用电量急剧增加，导致省级电网超负荷，几近瘫痪，因此而加剧了能源的紧迫性，人们正在寻求通过外墙保温的途径来降低空调的负荷，达到节省能源的目的。我国北方的冬季采暖以及南方的夏季制冷造成的电力供应紧张，给环境造成的污染一直制约着我国社会的和谐发展。因此，必须大力推广节能建筑。随着节能建筑的大力推广和普及、节能水平的逐期提高，势必大力发展高效轻质的保温节能材料。

传统隔热保温材料一般有轻质砖、空心砖、轻质不定型材料等，存在必须使用专用粘结剂砌筑，抗震性能差等缺点，且由于其隔热效果不是太理想，不能满足日益提高的隔热要求。有机类聚苯乙烯发泡板，聚氨酯发泡板，聚乙烯发泡板等隔热板，虽然隔热效果不错，但有机类隔热保温材料软化点极低，容易燃烧，不防火，燃烧产生的烟雾中有毒性，会释放出对人体有害的烟气，含有一定的氢氰酸和氨等剧毒气体，对人的生命会造成更大的伤害。外墙保温发生火灾，聚苯乙烯泡沫保温板占95％。近年来多起高层着火事件发生以后，公安消防部于2011年3月下发的65号令特别指出“EPS聚苯保温材料不属于A1不燃材料”。即便添加阻燃剂之后，燃烧性也仅能达到B级。另外，在制备过程需要添加长期接触可导致人体出现头痛、头晕、乏力、四肢麻木等慢性中毒症状的正己烷等有机溶剂，不符合绿色环保理念。有机类聚苯乙烯发泡板的另一大缺点就是材料强度差，容易产生开裂现象、保温层脱落现象比较普遍。聚苯乙烯泡沫保温板由于其自身强度有限，承重能力差，贴面砖时需要进行加强处理。而且质量不太稳定，因为材料出厂前需要放置一段时间，经过一段成熟期才可以使用，如果未熟化彻底，质量将无法得到保证，导致泡沫板收缩开裂。可见，开发新的外贴保温材料已经成为需要解决的一项任务。

发明内容

本发明的目的在于克服现有建筑围护结构保温隔热性能差，防火阻燃系数较低，不符合绿色环保等缺点，提供一种高效、轻质、隔热、防火的新型复合墙板。

一种纳米级高效隔热保温墙板，该保温隔热墙体由内到外依次有基层墙体、水泥砂浆结合层、保温隔热层、抗裂抗渗砂浆层、外饰面层构成，所述的保温隔热层包括保温隔热材料和纤维增强材料，保温隔热材料主要为纳米级二氧化硅粉末。

所述的纳米级二氧化硅粉末包括气相法二氧化硅粉与二氧化硅气凝胶粉末。

所述的纤维增强层是玻璃纤维、高硅氧纤维、石英纤维或者陶瓷纤维的一种或数种。

为制作上述保温隔热层，本发明可由如下两种方案实现：

一、干法制板

将几种粉末通过机械设备干法混合，很容易引起各种不同级别的原料混合不均，纳米级颗粒也较难固定在微米级纤维上，导致纤维没有充分发挥增强隔热材料力学性能的优势，而且没有分散开或缠连在一起的纤维又会增加固相传热针对增强纤维分散困难以及由粉体颗粒与纤维结合差导致的成型体强度低的问题。

基于此，我们采用振实机这种混合设备，该设备有两个优点:一、纤维束在高速旋转的料仓内由于离心力作用紧贴仓壁，在仓壁和压杆头之间高速循环反复穿过，瞬间受到挤压力和剪切力作用，分散成单根纤维；二、纳米级颗粒由于受到强大的摩擦力作用，颗粒表面达到一种机械熔融状态，吸附在分散好的单根纤维上这样，不必添加任何粘结剂，混合后的物料靠分散其中的纤维结合也可以直接进行成型，且成型体具备一定强度。

本方案制作工艺相对简单，加工方便。纳米级二氧化硅粉末与增强材料按照一定比例在振实机中进行共混，使纳米粉末充分包裹增强材料，形成夹心三明治结构，再把共混物放入模具中加压压制成板，脱模得到纳米级高效轻质隔热防火的新型复合墙板。

二、湿法制板

本方案主要针对其他隔热板在制备过程中需要用到正己烷等有机溶剂这一缺点进行改进创新，采用水代替对人体有毒的有机溶剂作为溶剂载体，实现减少制作工艺成本，践行“绿色生产”环保理念。纳米级二氧化硅粉末、增强材料、水按一定比例充分搅拌共混后，放入模具中再施加一定的压力压实，之后把模具放入烘箱中干燥，开模即可得到纳米级高效轻质隔热防火的新型复合墙板。

本发明具有如下有益效果

1.本发明采用纳米级二氧化硅粉末，主要为二氧化硅气凝胶粉末、气相法二氧化硅粉末，作为主要隔热材料。纳米级二氧化硅粉末导热系数低，不燃，为优质的无机类隔热防火新材料。

2.本发明由于采用的纳米级二氧化硅粉末孔隙率高，利用内部不流动的空气作为隔热介质来阻隔热的传导，提高了墙板的隔热、保温性能。

3.高孔隙率减轻了产品重量，耗材少，存放方便，降低物流运输与仓储成本。

4.复合墙板内嵌了增强材料，主要为玻璃纤维、高硅氧纤维、石英纤维或者陶瓷纤维等混合纤维，增强了产品的抗拉强度。

5.采用水代替对人体有毒的有机溶剂作为溶剂载体，实现减少制作工艺成本，践行“绿色生产”环保理念。

6.复合墙板适用性强，可广泛应用于住宅，医院，学校，宾馆等。

7.对环境友好，处理方便，可以通过土埋法处理，无铅，不含可吸入性纤维，对人体皮肤亦无刺激作用。

附图说明

图1为实施例1采用干法制板工艺制备复合墙板的工艺示意图。

图2为实施例11采用本发明保温墙板制备复合墙体的结构示意图。

图中1为二氧化硅材料，2为玻璃纤维，3为隔热保温墙板。

【具体实施方式】

下面通过实施例子结合附图对本发明做进一步说明，但保护范围不受这些实施例子的限制：

实施例1

室温下，气相法二氧化硅粉末与玻璃纤维按质量比9:1置于振实机中，在设备内经过30分钟的振实，使粉末颗粒表面达到一种机械熔融状态，吸附在分散好的单根纤维上，这样使得粉末充分包裹玻璃纤维，形成夹心结构。再把混合物放入大小为500mm×500mm方形模具中，施加压力0.5MPa，并保持压力4个小时，使其成型。开模即可得到纳米级高效轻质隔热防火的新型复合墙板，如图1所示。

实施例2

室温下，取75份气相法二氧化硅粉末、15份二氧化硅气凝胶粉末、10份高硅氧纤维置于振实机中，在设备内经过30分钟的振实，使粉末颗粒表面达到一种机械熔融状态，吸附在分散好的单根纤维上，这样使得粉末充分包裹高硅氧纤维，形成夹心结构。再把混合物放入大小为500mm×500mm方形模具，施加压力1MPa，并保持压力4个小时，使其成型。开模即可得到纳米级高效轻质隔热防火的新型复合墙板。

实施例3

室温下，取55份气相法二氧化硅粉末、35份二氧化硅气凝胶粉末、10份陶瓷纤维置于振实机中，在设备内经过30分钟的振实，使粉末颗粒表面达到一种机械熔融状态，吸附在分散好的单根纤维上，这样使得粉末充分包裹陶瓷纤维，形成夹心结构。再把混合物放入大小为500mm×500mm方形模具，施加压力2MPa，保持压力4个小时，使其成型。开模即可得到纳米级高效轻质隔热防火的新型复合墙板。

实施例4

室温下，取50份气相法二氧化硅粉末、35份二氧化硅气凝胶粉末、10份石英纤维、5份玻璃纤维置于振实机中，在设备内经过30分钟的振实，使粉末颗粒表面达到一种机械熔融状态，吸附在分散好的单根纤维上，这样使得粉末充分包裹纤维，形成夹心结构。再把混合物放入大小为500mm×500mm方形模具，施加压力2MPa，并保持压力4个小时，使其成型。开模即可得到纳米级高效轻质隔热防火的新型复合墙板。

实施例5

室温下，取70份气相法二氧化硅粉末、15份二氧化硅气凝胶粉末、5份玻璃纤维、5份高硅氧纤维、5份石英纤维置于振实机中，在设备内经过30分钟的振实，使粉末颗粒表面达到一种机械熔融状态，吸附在分散好的单根纤维上，这样使得粉末充分包裹纤维，形成夹心结构。再把混合物放入大小为500mm×500mm方形模具，施加压力2MPa，并保持压力4个小时，使其成型。开模即可得到纳米级高效轻质隔热防火的新型复合墙板。

实施例6

在烧杯中加入900g气相法二氧化硅粉末后，加入200ml水，慢速搅拌5分钟，在搅拌作用下加入100g玻璃纤维，高速搅拌20分钟，使粉末与玻璃纤维充分混合，之后再把共混物倒入大小为500mm×500mm方形模具中，施加压力1MPa，放入温度为120℃的烘箱，干燥3个小时。开模即可得到纳米级高效轻质隔热防火的新型复合墙板。

实施例7

在烧杯中加入800g气相法二氧化硅粉末、100g二氧化硅气凝胶粉末后，加入300ml水，慢速搅拌5分钟，在搅拌作用下加入100g玻璃纤维，高速搅拌20分钟，使粉末与玻璃纤维充分混合，之后再把共混物倒入大小为500mm×500mm方形模具中，施加压力2MPa，放入温度为120℃的烘箱，干燥3个小时。开模即可得到纳米级高效轻质隔热防火的新型复合墙板。

实施例8

在烧杯中加入800g气相法二氧化硅粉末、100g二氧化硅气凝胶粉末后，加入300ml水，慢速搅拌5分钟，在搅拌作用下加入100g高硅氧纤维，高速搅拌20分钟，使粉末与玻璃纤维充分混合，之后再把共混物倒入大小为500mm×500mm方形模具中，施加压力2MPa，放入温度为120℃的烘箱，干燥3个小时。开模即可得到纳米级高效轻质隔热防火的新型复合墙板。

实施例9

在烧杯中加入750g气相法二氧化硅粉末、150g二氧化硅气凝胶粉末后，加入100ml水，慢速搅拌5分钟，在搅拌作用下加入150g石英纤维，高速搅拌30分钟，使粉末与玻璃纤维充分混合，之后再把共混物倒入大小为500mm×500mm方形模具中，施加压力3MPa，放入温度为120℃的烘箱，干燥3个小时。开模即可得到纳米级高效轻质隔热防火的新型复合墙板。

实施例10

在烧杯中加入500g气相法二氧化硅粉末、350g二氧化硅气凝胶粉末后，加入100ml水，慢速搅拌5分钟，在搅拌作用下加入100g玻璃纤维和50g玻璃纤维，高速搅拌15分钟，使粉末与玻璃纤维充分混合，之后再把共混物倒入大小为500mm×500mm方形模具中，施加压力3MPa，放入温度为120℃的烘箱，干燥3个小时。开模即可得到纳米级高效轻质隔热防火的新型复合墙板。

实施例11

基层墙体1可以是钢筋混凝土墙体，轻质混凝土墙体，混凝土空心砌块墙体，混凝土实心砌块墙体，加气混凝土墙体等，在基层墙体1上抹上一层与基层墙体和保温隔热板具有较强粘结强度的水泥砂浆结合层2，待水泥砂浆结合层快干时贴上本发明纳米级高效保温隔热板3，隔热板固定好后再抹上一层抗裂抗渗砂浆层4，最后结合砂浆层贴上外饰面层5。

Claims (7)

1.一种纳米级高效隔热保温墙板，其特征在于：该保温隔热墙板由内到外依次有基层墙体、水泥砂浆结合层、保温隔热层、抗裂抗渗砂浆层、外饰面层构成，所述的保温隔热层包括保温隔热材料和纤维增强材料，保温隔热材料主要为纳米级二氧化硅粉末,所述的纳米级二氧化硅粉末包括气相法二氧化硅粉与二氧化硅气凝胶粉末。

2.根据权利要求1所述的一种纳米级高效隔热保温墙板，其特征在于：所述的纤维增强层是玻璃纤维、高硅氧纤维、石英纤维或者陶瓷纤维的一种或数种。

3.根据权利要求2所述的一种纳米级高效隔热保温墙板，其特征在于将增强纤维束分散成单根纤维；将所述的纳米级二氧化硅粉末达到机械熔融状态，吸附在分散好的单根纤维上，不必添加任何粘结剂，混合后的物料靠分散其中的纤维结合或直接进行成型，且成型体具备一定强度。

4.根据权利要求2所述的一种纳米级高效隔热保温墙板，其特征在于将所述的纳米级二氧化硅粉末、增强纤维材料、水充分搅拌共混后，放入模具中再施加一定的压力压实，把模具放入烘箱中干燥，开模即可得到所述的保温隔热层。

5.根据权利要求2或3或4所述的一种纳米级高效隔热保温墙板，其特征在于：所述气相法二氧化硅粉与二氧化硅气凝胶粉末之比为100：12.5～80。

6.根据权利要求1所述的一种纳米级高效隔热保温墙板，其特征在于其形状为正方形或者长方形，其尺寸为长度L＝300-500mm，宽度B＝300-500mm，厚度H＝10-50mm。

7.一种纳米级高效隔热保温墙体的施工方法，其特征是施工步骤如下：

Ⅰ.在基层墙体上抹上一层水泥砂浆结合层；

Ⅱ.待水泥砂浆结合层快干时贴上权利要求1所述的保温隔热层；

Ⅲ.保温隔热层固定好后再抹上一层抗裂抗渗砂浆层；

Ⅳ.最后结合砂浆层贴上外饰面层。