CN104185711A - 用于平屋顶隔绝的隔绝件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种隔热件，其包括具有第一面和第二面的隔绝层，所述隔绝层包括含有粘结人造玻璃质纤维的隔绝材料和至少一个加强件，所述加强件基本上从所述隔绝层的所述第一面延伸至所述第二面，其中所述加强件包含聚合物泡沫复合材料，所述复合材料包含聚合物泡沫和人造玻璃质纤维，所述人造玻璃质纤维是利用级联旋转器或纺纱杯制备的，其中存在于所述聚合物泡沫复合材料中的至少50重量％的所述人造玻璃质纤维具有小于100微米的长度。

Description

用于平屋顶隔绝的隔绝件
技术领域
本发明涉及用于平屋顶隔绝的隔热件、屋顶隔热系统和所述隔热件在平屋顶上的应用。
用于平屋顶的隔绝件需要具有许多不同的性质。对于用于建筑物的所有隔绝件，不但高度隔热非常重要，耐火也同样重要。此外，必须以允许屋面工和其他建筑工作人员能够在隔绝件上站立和行走的方式使平屋顶隔绝。这意味着平屋顶隔绝必须具有高的抗压强度和高的点负荷耐受性。
一种常规方法是使用具有高密度的矿物纤维板。这种屋顶板具有刚度高、抗压强度高和点负荷耐受性高的优点。它们也是不易燃的。
但是，近年来对环境的关注度已经导致这样的趋势：其中现在的房建规则要求提高平屋顶上隔绝件的厚度。这样导致隔绝件的重量增加，其对于隔绝工艺而言是非常不利的。这样进而导致隔绝工艺的劳动成本和设备成本提高。因此，需要使隔绝件的重量最小化，同时保持其耐火性、隔绝性能，并且仍然满足刚性、抗压强度和点负荷耐受性足以允许建筑工作人员在屋顶上站立和行走的要求。
在对矿物棉隔热件的描述中，降低矿物棉的平均重量既能降低隔热的成本也能提高隔热性能。但是，这种密度的降低还会导致刚度和抗压强度降低，这对于用在平屋顶上的隔绝件而言是不可接受的。
已经提出了多种方案。使隔绝件的重量最小化的一种方法是通过使用密度相对较低的矿物棉薄板，并在上部使用硬质板。所述薄板是这样的条状物：其中占大多数的矿物纤维被定向为使之与屋顶和顶板垂直。顶板通常是高密度矿物纤维板。所述薄板中纤维的取向能够获得相对高的抗压性，同时获得相对低的密度。薄板本身的刚度并不足以允许人员在其顶部安全地站立或行走。因此，分布于顶板中的刚性力需要确保人员能够在隔绝件上行走。
通常薄板条是独立地供给和铺设的，随后铺设刚性顶板。该系统具有显而易见的缺点：由于需要独立地铺设许多薄板条，特别是由于薄板条的宽度存在限制(这是由生产工艺导致的)，导致隔绝成本提高。另外的缺点在于：与矿物纤维被主要取向成平行于待隔绝的表面的情况相比，使用薄板导致隔热性能降低。
相似的方案是使用如EP 0560878 B1和EP 1709132 B1中所述的预制薄板。使用这些板会减少安装时间和成本，但是所用的薄板通常具有更高的密度，这意味着各板的重量则成为缺点。
这些已知产品的薄板是通过以下方式制造的：使矿物熔体纤维化，向纤维供给粘结剂，将纤维收集成网，沿纵向切割纤维网以形成薄板，将薄板切割成所需的长度，将薄板绕其纵轴旋转90°，以及将薄板粘结在一起以形成板材。
另一个替代方案是使用双重密度屋顶板。这在(例如)EP1456444和EP1456451中有所描述。在各种情况中，连续制备的矿物纤维网在厚度方向上被分离成上次级网和下次级网。至少上次级网在与下次级网重新结合之前经受厚度压缩。随后将合并的网固化。通过这种工艺制备的矿物纤维板的上层具有100-300kg/m3的密度。其下层的密度通常为50kg/m3至150kg/m3。
由于这些双重密度板具有高密度顶层，因而提供了足够的隔绝性并适于被踩踏。但是，为了具有足够的抗压强度，下层的密度仍然相对较高，因此，板材的总体重量使之难以安装，尤其是当板材非常厚时更是如此。因此，理想的是降低屋顶板材的总体密度和重量。
WO00/70161描述了一种提高隔绝板的抗压强度但不会相应地导致密度升高的尝试。该隔热件被设计成一片式板材件，其包括至少一个具有高隔热容量的隔热部分和至少一个由矿物棉制成的负荷消散带；与隔热部分的矿物棉材料相比，负荷消散带的矿物棉具有更高的抗压强度，并且所述负荷消散带永久粘附于所述隔热部分，从而形成板材件的整体部件。消散带的存在使得隔热部分的密度降低，但其抗压强度仍然保持在合理的水平。但是，理想的是进一步提高用于平屋顶的隔热件的抗压强度和抗压缩性。
EP450731公开了一种板式隔绝件，特别是用于屋顶或外侧壁的隔绝件，其包含至少一层板材，例如刨花板、或者胶合板和棉质材料。在一个实施方案中，以棉质材料层作为板材，在该棉质材料层的两侧具有泡沫材料层。可以提供在厚度方向具有开孔的棉质材料层，在每个开孔中具有泡沫材料栓，该泡沫材料栓与棉质材料层两侧的泡沫材料层相连接。据说所得的产品是轻的，并且具有良好的隔热性。但是，使用标准泡沫材料(例如聚氨酯)增加了产品的可燃性。此外，理想的是进一步提高隔绝件的抗压缩性。
因此，本发明的一个目的是提供用于屋顶隔绝的隔绝件，其是相对较轻的并且具有相对低的密度。另一个目的是提供具有良好的隔热和隔声性能的隔绝件。本发明的一个目的还是提供具有高度耐火性的隔绝件。最后，本发明的另一个目的是提供具有高抗压强度和抗压缩性并且具有适于在其上行走的上表面的隔绝件。
“抗压缩性”是指压缩给定量的产品所需要的高水平压力(ahigh level of pressure)。对于给定的材料，其与“抗压弹性模量”有关，“抗压弹性模量”可以根据欧洲标准EN826:1996测量。
第一方面，本发明提供了一种隔热件，其包括具有第一面和第二面的隔绝层，所述隔绝层包括含粘结人造玻璃质纤维的隔绝材料和至少一个加强件，所述加强件基本上从所述隔绝层的所述第一面延伸至所述第二面；其中所述加强件包含聚合物泡沫复合材料，所述复合材料包含聚合物泡沫和利用级联旋转器或纺纱杯制备的人造玻璃质纤维，其中存在于所述泡沫复合材料中的至少50重量％的人造玻璃质纤维具有小于100微米的长度。
本发明隔热件的一个主要优点是其具有低的总体重量和密度。在一个实施方案中，所制得部件的平均密度是30-100kg/m3，优选地是40-80kg/m3，更优选地是50-70kg/m3。
隔热件的密度低意味着能够更容易地处理较厚的隔绝件。优选的是，隔绝件的厚度是至少50mm，更优选地是至少100mm，最优选地是至少120mm。
在另一方面，本发明提供了一种屋顶隔绝系统，优选一种平屋顶隔绝系统，包括：
屋顶支撑件，
至少一个本发明的隔热件，其设置在所述屋顶支撑件的上部；以及
覆盖层，其位于所述隔热件的上部。
另一方面，本发明提供了隔热件在平屋顶隔绝系统中的应用。
本发明的隔热件包括如下文所述的隔热层和聚合物泡沫复合材料。
聚合物泡沫复合材料
本发明使用了我们在2011年8月18日提交的、申请号为EP11177971.6的早期申请中所描述的聚合物泡沫复合材料。该申请公开的内容以引用的方式并入本文。
本发明中使用的聚合物泡沫复合材料可以是由可发泡的组合物制备的，该组合物包含泡沫前体和人造玻璃质纤维，其中至少50重量％的人造玻璃质纤维具有小于100微米的长度。
利用筛分法测量聚合物泡沫复合材料中的或可发泡组合物中的高于或低于给定纤维长度的纤维的重量百分比。将人造玻璃质纤维的代表性样品放到振动装置中具有合适网眼尺寸(网眼尺寸是方网眼的长度和宽度)的金属网筛上。可以利用扫描电子显微镜根据DINISO3310测量网眼尺寸。用盖子将所述装置的上端密封，进行振动直到基本上没有另外的纤维下落通过网筛(约30分钟)。如果需要确定高于和低于多个不同长度的纤维的百分数，可以依次叠置多个具有递增网眼尺寸的网筛。随后对留在各网筛上的纤维进行称重。
根据本发明，聚合物泡沫复合材料中存在的人造玻璃质纤维必须具有：通过上述方法测量，至少50重量％的所述纤维具有小于100微米的长度。通过减小存在于可发泡组合物中的和聚合物泡沫复合材料中的人造玻璃质纤维的长度，可以在达到不可接受的高粘度之前引入更大量的纤维。由此可以提高所得泡沫的抗压强度、耐火性、特别是抗压弹性模量。据信，具有这样短长度的磨碎纤维(ground fibres)在之前仅作为添加剂，用于提高泡沫的密度。然而，通过使用具有这样高比例的短纤维的矿物纤维，可以将更大量的纤维掺入泡沫前体和所得的泡沫中。这样做的结果是能够获得抗压强度和(特别是)抗压弹性模量得到显著提高的泡沫。
优选的是，存在于聚合物泡沫复合材料中的或可发泡组合物中的人造玻璃质纤维的长度分布为：至少50重量％的所述人造玻璃质纤维具有小于75微米的长度，更优选小于65微米的长度。
优选的是，存在于聚合物泡沫复合材料中的或可发泡组合物中的至少60重量％的所述人造玻璃质纤维具有小于75微米的长度，更优选小于65微米的长度。
通常，发现在聚合物泡沫复合材料中或可发泡组合物中存在有较长人造玻璃质纤维在可发泡组合物的粘度和混合容易性的方面是不利的。因此，优选的是，存在于聚合物泡沫复合材料中的或可发泡组合物中的至少80％或甚至至少85％或至少90％的矿物纤维具有小于125微米的长度。类似的是，优选的是，存在于聚合物泡沫复合材料中的或可发泡组合物中的至少95重量％、更优选至少97重量％或99重量％的人造玻璃质纤维具有小于250微米的长度。
当至少90重量％的纤维具有小于100微米的长度并且至少75重量％的纤维具有小于65微米的长度时，可以获得最大的抗压强度。
已经发现具有如上文所讨论的长度分布的人造玻璃质纤维通常位于泡沫复合材料的泡孔(cell)壁中，而不会在显著程度上刺入泡孔。因此，据信，在复合材料中具有更大重量百分比的纤维有助于提高复合材料的强度，而不是仅提高其密度。
还优选的是，至少一些纤维(例如，至少0.5重量％或至少1重量％)具有小于10微米的长度。据信，这些非常短的纤维能够在泡沫形成过程中起到成核剂(nucleating agent)的作用。非常短的纤维作为成核剂的作用有利于制备具有众多小泡孔(而不是少数大泡孔)的泡沫。
聚合物泡沫复合材料中的或可发泡组合物中的纤维可以是任何类型的人造玻璃质纤维，但优选地是石纤维(stone fiber)。通常，石纤维具有如下氧化物含量：
SiO2    25％至50％，优选38％至48％
Al2O3   12％至30％，优选15％至28％，
TiO2    至多2％
Fe2O3   2％至12％
CaO     5％至30％，优选5％至18％
MgO     至多15％，优选1％至8％、或4％至10％
Na2O    至多15％
K2O     至多15％
P2O5    至多3％
MnO     至多3％
B2O3    至多3％。
这些值均描述为重量％氧化物，如通常使用的那样，铁表示为Fe2O3。
使用具有这种组成的纤维(尤其是用于上下文的聚氨酯泡沫中)的优点在于：该纤维中的高含量的铁和氧化铝能够用作泡沫形成的催化剂。当纤维中的至少一部分铁以通常的三价铁存在、和/或Al2O3的量特别高(例如15％至28％、或18％至28％)时，这种作用是特别有意义的。
还发现，与其中所用的填充剂不包含显著水平的铁的复合材料相比，包含具有上述组成的石纤维的复合材料具有提高的耐火性。
用于本发明的可替代的石棉组合物(stone wool composition)具有按重量计在以下范围内的氧化物含量：
SiO2       37％至42％
Al2O3      18％至23％
CaO+MgO    34％至39％
Fe2O3       至多1％
Na2O+K2O    至多3％
这些值均描述为重量％氧化物，如通常使用的那样，铁表示为Fe2O3。
同样，具有这样组成的纤维中的高含量的氧化铝能够用作聚氨酯泡沫形成的催化剂。
虽然石纤维是优选的，但是也可以使用玻璃纤维、矿渣纤维(slagfibre)和陶瓷纤维(ceramic fibre)。
存在于聚合物泡沫复合材料中的和可发泡组合物中的人造玻璃质纤维是利用级联旋转器或纺纱杯制备的。
通常，通过这些方法制备的纤维已经被用于绝缘，同时连续的玻璃纤维已经被用于复合材料的加强。已知连续纤维(例如，连续的E玻璃纤维)比通过级联旋转器或纺纱杯制备的不连续纤维更结实(参见"Impact of Drawing Stress on the Tensile Strength of Oxide GlassFibres",J.Am.Ceram.Soc,93[10]3236-3243(2010))。然而，本发明人已经惊奇地发现包含短的不连续纤维的泡沫复合材料具有至少与包含连续的具有相似长度的玻璃纤维的泡沫复合材料相当的抗压强度。这种不可预料的强度水平能够与良好的耐火性、高水平的隔热性和成本有效性兼备。
为了获得所需长度分布的纤维，通常需要在标准制备之后对纤维进行进一步处理。进一步处理通常包括将纤维研磨或碾磨足够的时间以获得所需的长度分布。
通常，存在于聚合物泡沫复合材料中的和可发泡组合物中的纤维的平均直径为2至7微米，优选2至6微米、或3至6微米。在优选的实施方案中，纤维的平均直径为3至4微米。在另一个优选的实施方案中，纤维的平均直径为5至6微米。据信，与较粗的纤维相比，在本发明中优选的细纤维能够为复合材料提供更高水平的隔热性，但是其并没有像预期的那样，相对于较粗的纤维而言显著降低强度。通过截取法和扫描电子显微镜或光学显微镜(1000×放大倍率)测量至少200根单个纤维的直径，从而确定典型样品的平均纤维直径。
能够用于制备聚合物泡沫复合材料的可发泡组合物包含泡沫前体和人造玻璃质纤维。泡沫前体是进行聚合(通常与另一种物质聚合)从而形成聚合物泡沫的材料，或者是能够利用起泡剂膨胀从而形成聚合物泡沫的聚合物。这样的组合物可以是能够通过添加另外的组分或者进行另外的处理步骤形成泡沫的任何组合物。
优选的可发泡组合物是能够形成聚氨酯泡沫的组合物。聚氨酯泡沫是通过在起泡剂的存在下使多元醇与异氰酸酯反应而制备的。因此，在一个实施方案中，可发泡组合物除了包含人造玻璃质纤维之外，还包含作为泡沫前体的多元醇。在另一个实施方案中，可发泡组合物除了包含人造玻璃质纤维之外，还包含作为泡沫前体的异氰酸酯。在另一个实施方案中，该组合物包含异氰酸酯与多元醇的混合物作为泡沫前体。
如果泡沫前体是多元醇，那么可以通过添加包含异氰酸酯的另外组分来诱发起泡。如果泡沫前体是异氰酸酯，那么可以通过添加包含多元醇的另外组分来诱发起泡。
被用作泡沫前体或作为另外组分而添加至可发泡组合物以诱发泡沫形成的合适的多元醇是可商购的多元醇混合物，例如得自BayerMaterial Science、BASF或DOW Chemicals。可商购的多元醇组合物通常包含水，其在泡沫形成过程中起到化学起泡剂的作用。
基于泡沫复合材料中所需的密度和强度以及基于毒性来选择被用作泡沫前体或作为另外组分而添加至可发泡组合物以诱发泡沫形成的异氰酸酯。例如，其可以选自亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)以及异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，优选MDI。一个特别合适的例子是二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯。其他合适的异氰酸酯是可商购的，例如得自Bayer MaterialScience、BASF或DOW Chemicals。
为了形成泡沫复合材料，需要使用起泡剂。起泡剂可以是化学起泡剂或物理起泡剂。在一些实施方案中，可发泡组合物包含起泡剂。可供替代的是，可以将起泡剂连同能够诱发泡沫形成的另外组分一起添加至可发泡组合物中。
在上下文中的聚氨酯泡沫复合材料中，在优选的实施方案中，起泡剂是水。水起到化学起泡剂的作用，其与异氰酸酯反应形成作为起泡气体的CO2。
当泡沫前体是多元醇时，在一个实施方案中，可发泡组合物包含水作为起泡剂。水在该可发泡组合物中的存在量通常占所述可发泡组合物的0.3重量％至2重量％。
可供替代的是或此外，可以将物理起泡剂作为诱发泡沫形成的另外组分的一部分(例如，液态CO2或液氮)引入可发泡组合物中或添加至可发泡组合物中。
在可供替代的实施方案中，可发泡组合物适于形成酚醛泡沫体。酚醛泡沫体是通过在酸或碱的存在下使苯酚和醛之间发生反应而形成的。通常还存在表面活性剂和起泡剂以形成泡沫。因此，本发明的可发泡组合物除了包含人造玻璃质纤维之外还可以包含苯酚和醛(泡沫前体)、起泡剂以及表面活性剂。可供替代的是，可发泡组合物可包含作为泡沫前体的苯酚但不含醛、或者包含作为泡沫前体的醛但不含苯酚。
虽然适于形成聚氨酯或酚醛泡沫体的可发泡组合物是优选的，但是还可以使用适于形成聚异氰尿酸酯、膨胀的聚苯乙烯和挤出苯乙烯泡沫的可发泡组合物。
能够用于制备本发明所用的泡沫复合材料的可发泡组合物除了包含泡沫前体和人造玻璃质纤维之外还可以包含添加剂。当希望泡沫复合材料中包含添加剂或者将添加剂引入包含人造玻璃质纤维的可发泡组合物时，添加剂可以与为了诱发泡沫形成而添加至可发泡组合物的另外组分一起引入。
对于添加剂，组合物或泡沫复合材料可以包含耐火剂，例如可膨胀的粉状石墨、三水合铝或氢氧化镁。耐火剂在组合物中的量优选为3重量％至20重量％，更优选为5重量％至15重量％，最优选为8重量％至12重量％。耐火剂在聚合物泡沫复合材料中的总存在量优选为1重量％至10重量％，更优选为2重量％至8重量％，最优选为3重量％至7重量％。
可供替代的是或此外，可发泡组合物和泡沫复合材料可以包含阻燃剂，例如含氮聚合物或含磷聚合物。
本发明中使用的纤维可以经粘结剂处理，由此，如果该粘结剂与组合物是兼容的，那么其会作为添加剂包含在该组合物中和所得的泡沫复合材料中。基于纤维和粘结剂的重量计，所用的纤维通常包含小于10％的粘结剂。基于可发泡组合物的总重量计，粘结剂在可发泡组合物中的存在水平通常为小于5％。泡沫复合材料通常包含小于5％的粘结剂，更通常包含小于2.5％粘结剂。在优选的实施方案中，所用的人造玻璃质纤维没有经粘结剂处理。
在一些情况中，有利的是，在将人造玻璃质纤维混入可发泡组合物中之前，用表面活性剂处理纤维，通常使用阳离子表面活性剂。可供替代的是，表面活性剂作为独立的组分添加至组合物中。已经发现，表面活性剂(特别是阳离子表面活性剂)存在于组合物中以及进而存在于聚合物泡沫复合材料中能够提供更容易的混合，并因此能够使纤维更均匀地分布在可发泡组合物中和所得的泡沫中。
所述的聚合物泡沫复合材料的一个优点在于：与使用更长纤维的情况相比，可以将更大百分比的纤维掺入到可发泡组合物中并由此掺入到所得的泡沫中。这能够获得更高水平的耐火性和抗压强度。优选的是，组合物包含至少15重量％的人造玻璃质纤维，更优选至少20重量％，最优选至少35重量％。泡沫复合材料本身优选包含至少10重量％、更优选至少15重量％、最优选至少20重量％的人造玻璃质纤维。
通常可泡沫组合物包含小于85重量％、优选小于80重量％、更优选小于75重量％的人造玻璃质纤维。所得泡沫复合材料通常包含小于80重量％、优选小于60重量％、更优选小于55重量％的人造玻璃质纤维。
本发明所用的聚合物泡沫复合材料包含聚合物泡沫和人造玻璃质纤维。泡沫复合材料可以由上述可发泡组合物形成。优选的是，聚合物泡沫是聚氨酯泡沫或酚醛泡沫体。聚氨酯泡沫是优选的，因为其具有短的固化时间。
制备泡沫复合材料的第一步是形成包含泡沫前体和矿物纤维的可发泡组合物。可以通过机械混合法将纤维混入泡沫前体中，例如利用旋转混合器或简单地通过搅拌实现。可以将如上所讨论的添加剂添加至可发泡组合物中。
一旦将纤维和泡沫前体混合，就可以诱发泡沫的形成。形成泡沫的方式取决于要形成的泡沫的类型，并且对于每种类型的聚合物泡沫所采用的方式是本领域技术人员已知的。在这一方面，可参考Klempner等人的"Handbook of Polymeric Foams and Foam Technology"。
例如，对于聚氨酯泡沫，可以将人造玻璃质纤维与作为泡沫前体的多元醇混合。可发泡组合物通常还包含作为化学起泡剂的水。随后可以通过添加异氰酸酯来诱发起泡。
对于将另外组分添加至可发泡组合物以诱发起泡的情况，其可以在可商购的高压混合头(mixing head)中进行。
在一个实施方案中，泡沫的形成是通过添加另外组分诱发的，所述另外组分包含另外的人造玻璃质纤维，其中至少50重量％的所述另外的人造玻璃质纤维的长度小于100微米。在可发泡组合物和另外组分中都包含人造玻璃质纤维能够提高泡沫复合材料中纤维的总量，这是通过规避对包含在可发泡组合物本身中的纤维的量的实际限制来实现的。
例如，在上下文的聚氨酯泡沫复合材料中，可发泡组合物可以包含多元醇、人造玻璃质纤维和水。随后可以通过添加异氰酸酯与另外的人造玻璃质纤维的混合物(作为另外组分)诱发起泡，其中，至少50％的所述人造玻璃质纤维的混合物具有小于100微米的长度。
在基本上相同的方法中，异氰酸酯和人造玻璃质纤维可以构成可发泡组合物，多元醇、水和人造玻璃质纤维的混合物可以构成另外组分。
基于所述另外组分的重量，所述另外组分中的人造玻璃质纤维的量优选为至少10重量％。更优选的是，该量为所述另外组分的重量至少20％或至少30％。通常，所述另外组分包含小于80重量％、优选小于60重量％、更优选小于55重量％的人造玻璃质纤维。
所述聚合物泡沫复合材料是这样的材料：其使隔热件具有抗压强度和抗压缩性。因此，优选所述聚合物泡沫复合材料具有：根据欧洲标准EN826:1996测量的至少1500kPa的抗压强度和至少60,000kPa的抗压弹性模量。
下文是本发明所用的聚合物泡沫复合材料的示例，并与其他聚合物泡沫复合材料相比较。
实施例1(比较)
利用搅拌叶片在3000rpm下将100.0g可商购的二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯以及具有更高官能度的异构体和同系物的组合物与100.0g可商购的多元醇配制物混合20秒。随后将所得材料放置到模具中以发泡，发泡过程花费约3分钟。次日，将样品称重以确定其密度，并且根据欧洲标准EN826:1996测量抗压强度和抗压弹性模量。
抗压强度：1100kPa
抗压弹性模量：32000kPa
实施例2
将100.0g与实施例1中所用相同的可商购多元醇配制物与200.0g磨碎石棉纤维(超过50％的该纤维具有小于64微米的长度)混合10秒。随后通过搅拌叶片在3000rpm下将所得混合物与100.0g可商购的二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯组合物混合20秒。随后将所得材料放置到模具中发泡，发泡过程花费约3分钟。次日，将样品称重以确定其密度，并且根据欧洲标准EN826:1996测量抗压强度和抗压弹性模量。
抗压强度：1750kPa
抗压弹性模量：95000kPa
实施例3(比较)
将100.0g与实施例1和例2中所用相同的可商购多元醇配制物与50.0g石纤维(其具有与实施例2所使用纤维不同的化学组成并且具有300微米的平均长度)混合10秒。添加100.0g可商购的二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯组合物。随后通过搅拌叶片在3000rpm下将所得混合物混合20秒。随后将所得材料放置到模具中发泡，发泡过程花费约3分钟。次日，将样品称重以确定其密度，并且根据欧洲标准EN826:1996测量抗压强度和抗压弹性模量。
抗压强度：934kPa
抗压弹性模量：45000kPa
实施例4
重复实施例3，但将纤维研磨使得大于50％的纤维具有小于64微米的长度。研磨之后，可以将200g的纤维与多元醇混合物混合。
抗压强度：1785kPa
抗压弹性模量：115000kPa
实施例5
进行小的火焰试验以评价本发明所用的聚氨酯复合材料的耐火性，并与包含沙子(而不是本发明的纤维)的聚合材料的耐火性进行比较。所用的纤维具有以下范围的组成。
SiO2    38重量％至48重量％
Al2O3   15重量％至28重量％
TiO2    至多2重量％
Fe2O3   2重量％至12重量％
CaO     5重量％至18重量％
MgO     1重量％至8重量％
Na2O    至多15重量％
K2O     至多15重量％
P2O5    至多3重量％
MnO     至多3重量％
B2O3    0至3重量％
所用的砂子具有至多2mm的粒径。在所测试的每个复合材料中，包含膨胀的石墨作为阻燃剂。测试包括在受控的条件下测量各复合材料的火焰高度。结果如下：
隔绝层
本发明隔热件的隔绝层包含含有粘结人造玻璃质纤维的隔绝材料和至少一种加强件，所述加强件基本上从所述隔绝层的第一面延伸至第二面。
术语“粘结”是指含有人造玻璃质纤维的隔绝材料并不是颗粒的形式或任何其他松散的隔绝材料的形式。
含有人造玻璃质纤维的隔绝材料优选是矿物棉。含有人造玻璃质纤维的隔绝材料中的人造玻璃质纤维可以是玻璃纤维、陶瓷纤维、渣棉纤维(slag wool fibre)或任何其他形式的人造玻璃质纤维，但是它们优选是石纤维。石纤维具有以下按重量计的氧化物含量：
SiO2    25％至50％，优选38％至48％
Al2O3   12％至30％，优选15％至28％，
TiO2    至多2％
Fe2O3   2％至12％
CaO     5％至30％，优选5％至18％
MgO     至多15％，优选1％至8％
Na2O    至多15％
K2O     至多15％
P2O5    至多3％
MnO     至多3％
B2O3    0至3％。
按照常规，这些值均是作为氧化物而描述的。
存在于含粘结人造玻璃质纤维的隔绝材料中的人造玻璃质纤维可以通过标准方法制备，例如利用级联旋转器或纺纱杯制备。通常，在固化之前，利用粘结剂处理纤维并将纤维收集成网。
为了提供具有尽可能低的重量和总体密度的隔热件，优选所述含粘结人造玻璃质纤维的隔绝材料中的人造玻璃质纤维具有小于60kg/m3的密度，更优选小于50kg/m3。由于含粘结人造玻璃质纤维的隔绝材料(如果存在的话)仅对隔绝层贡献了非常少部分的抗压强度，因此，这种材料可以具有如此低的密度。通常，含有粘结人造玻璃质纤维的隔绝材料的密度为至少20kg/m3，更通常为至少30kg/m3。
含粘结人造玻璃质纤维的隔绝材料的主要目的是提供高水平的隔热性。因此，优选的是含粘结人造玻璃质纤维的隔绝材料具有小于40mW/m·K的导热系数，更优选小于35mW/m·K，最优选小于33mW/m·K。
为了提供高水平的隔绝性，隔绝层应当具有合理的厚度。在一个实施方案中，隔绝层的厚度为80mm至350mm，优选为100至300mm，更优选为120mm至250mm。
隔绝层的密度应当保持为最小，同时保持足够的抗压强度和抗压缩性。优选的是，隔绝层的密度为25-60kg/m3，更优选为35-50kg/m3。
加强件
本发明的隔热件包括隔绝层，其包含由上述聚合物泡沫复合材料制成的加强件。在本发明的隔热件中，至少一个加强件基本上从所述隔绝层的第一面延伸至第二面。加强件的目的是提高隔绝件的抗压强度和抗压缩性。当将板材(其是作为隔热件的一部分的顶板或者是在安装过程中铺设在隔绝层上的独立的板材)设置在隔绝层的一个面上时，其使得所述隔绝件具有足够的强度以允许建筑工作人员在所述隔绝件上安全地站立和行走。
一个或多个加强件可以具有任何形状或形式，以允许这些加强件使隔热件具有抗压强度和抗压缩性。通常，为了达到该目的，必须使加强件从隔绝层的第一面延伸至所述隔绝层的第二面，这是因为含有粘结人造玻璃质纤维的隔绝材料通常具有非常低的抗压强度和抗压缩性。在一个实施方案中，加强件的形状为柱形。柱形可以具有任何合适的截面形状。在一个实施方案中，柱形是圆柱形。但是，柱形的形状也可以是有些不规则的。
柱形加强件在隔热件中的数目取决于多种因素，包括隔绝件的尺寸、柱形的直径以及它们彼此之间的间隔。但是，通常，隔热件包括至少3个柱形加强件，优选至少4个柱形加强件。
通常，每平方米隔热件具有多达介于25和400个之间的柱形加强件，更通常每平方米隔热件具有介于40和200个之间的柱形加强件，例如每平方米具有约100个柱形加强件。
为了提供最大的稳定性和抗压强度，优选的是柱形加强件接近垂直于隔绝层的第一面和第二面。优选的是，柱形加强件距离垂直于所述隔绝层的第一面和第二面相差小于20度，更优选小于10度，更优选小于5度。
为了提供足够的强度，柱形加强件优选地在其最窄点的直径为至少10mm，更优选在其最窄点的直径为至少15或20mm。通常，不必要使柱形在其最窄点的宽于50或40mm。
柱形加强件基本上从所述隔绝层的第一面延伸至第二面，因此，其长度通常基本上对应于所述隔绝层的厚度。
不理想的是柱形加强件彼此的位置相距太远，这会导致当在其上行走时在顶板上产生大的弯曲应力，但是柱形加强件彼此之间的位置太近会在某种程度上导致隔绝件的成本和重量升高。因此，在一个优选的实施方案中，柱形加强件与其最邻近者的位置相距5-20cm。更优选的是，柱形加强件与其最邻近者的位置相距7-15cm。通常这些柱形加强件按行布置。
在可供替代的实施方案中，加强件是板状的。板材可以是完全平坦的、弯曲的或有些参差不齐的。板材的表面不必是非常平坦的。甚至板材中有孔也是可接受的。为了提供足够的强度，板状的加强件优选在其最厚点的厚度为至少3mm，更优选为至少4mm。为了避免重量和成本过高，在最厚点的厚度通常不大于30mm，在最厚点的厚度更通常为小于20mm。
通常，为了提供最大抗压强度和稳定性，将板材取向使之接近垂直于隔绝层的第一面和第二面。优选的是，板材距离与隔绝层的第一面和第二面垂直的角度小于20度，更优选小于10度，更优选小于5度。最优选的是，板材基本上垂直于隔绝层的第一面和第二面。
还优选的是，板状的加强件贯穿于彼此平行的隔绝层的平面。但是，在可供替代的实施方案中，至少一个板状的加强件以垂直的方向贯穿于隔绝层的平面，其中，至少一个另外的加强件贯穿于隔绝层的平面。该实施方案使隔热件具有提高的稳定性。
当隔绝层包括以彼此平行的方式贯穿于隔绝层的平面的板材时，介于那些板材之间的距离在所有点处都基本上是相同的。优选的是，介于那些板材之间的距离为7cm至25cm，更优选10cm至20cm。
顶板
为了使建筑工作人员能够在本发明的隔绝件上行走，最终必须提供具有顶板的隔绝件。但是，在一些实施方案中，可以提供不具有顶板的隔绝层，但在安装时设置独立的板材。因此，顶板并不是本发明的必要特征。但是，在一个实施方案中，隔热件包括顶板。顶板设置在隔绝层的至少一个面上。其可以是第一面或第二面，或者在一个具体的实施方案中，其既是第一面又是第二面。
在一个优选的实施方案中，顶板包括人造玻璃质纤维和粘结剂，并且具有至少100kg/m3的密度。顶板中的人造玻璃质纤维可以是任何合适的纤维，例如玻璃纤维、陶瓷纤维或矿渣纤维，但优选是石纤维。在更优选的实施方案中，顶板的密度为至少150kg/m3，或至少180kg/m3，例如为约200kg/m3。顶板的密度实质上还可以更高，例如为约600kg/m3，或甚至更高，这取决于环境。通常，这类顶板是足够刚性的并且具有足够的点负荷耐受性，从而允许建筑工作人员在隔热件上行走和站立，即使在介于加强件之间的点处也是如此。
优选的是，顶板具有至少7N/m2的弯曲强度和至少500kN的点负荷耐受性。
可以使用聚合物泡沫作为顶板材料，但是高密度矿物纤维板是优选的，因为其具有良好的弯曲强度和耐火性质。在一个具体的实施方案中，顶板是根据国际申请PCT/EP2011/069777中所述的方法制造的，其具有相当高的强度水平。
为了获得良好的强度，顶板的厚度优选地为至少3mm，更优选至少5mm，最优选至少10mm。但是，为了使隔热件的总体密度和重量最小，优选的是，顶板的厚度为小于40mm，更优选小于30mm。
当隔热件包括顶板时，所述隔热件的总体密度通常在50-80kg/m3范围内。
可以将顶板固定至隔绝层，例如通过使用粘合剂进行固定，或者其可以是独立的顶板，如上所述布置在隔绝层的顶部。
在特别有利的实施方案中，可以在不使用任何外部连接手段(例如粘合剂)的情况下将一个或多个顶板与加强件结合在一起。这可以通过现场形成聚合物泡沫材料并且在顶板硬化时使之与泡沫复合材料接触来实现。已发现这种技术可以制备介于顶板和加强件之间的特别结实的连接件，特别是当顶板包括人造玻璃质纤维和粘结剂并且具有至少100kg/m3的密度(例如至少150kg/m3，例如为约200kg/m3)时更是如此。
屋顶隔绝系统
本发明还涉及屋顶隔绝系统，具体是平屋顶隔绝系统。如本文所用，术语“平屋顶”是指基本上水平的屋顶，但是其可以与水平面呈至多5度或10度的角度倾斜。
本发明的隔绝系统包括屋顶支撑件；至少一个本发明的隔热件，其设置在所述屋顶支撑件的顶部；以及覆盖层，其设置在所述隔热件的顶部。
通常，在本文的平屋顶中，屋顶支撑件包括至少一个波纹钢板或者是混凝土面板。屋顶隔绝系统的其他层可以根据屋顶支撑件为波纹钢板或混凝土面板而有所不同。
当屋顶支撑件包括至少一个波纹钢板时，优选的是，在所述波纹钢板和隔热件之间设置水蒸气阻挡层。通常，所述水蒸气阻挡层是聚合物膜。所述水蒸气阻挡层能够确保位于屋顶之下的湿空气中的水汽不会通过波纹钢板中的开口或通过介于钢板之间的接合处进入屋顶隔绝件。
出于防火的原因，有时优选的是，在波纹钢板与水蒸气阻挡层之间设置人造玻璃质纤维板。优选的是，人造玻璃质纤维板具有至少100kg/m3的密度。优选的是，人造玻璃质纤维板具有介于30mm和70mm之间的厚度，更优选为介于40mm和60mm之间的厚度。
隔热件可以是如上所述的本发明的任何隔热件，但是为了确保能够在平顶上行走(在完成构建后)，优选的是，隔热件包括位于隔绝层的至少一个面上的顶板。但是，在一个可供替代的实施方案中，隔热件并不包括顶板，但在隔热件的顶部在安装时放置独立的板材。所述独立的板材包括人造玻璃质纤维和粘结剂，并且具有至少100kg/m3的密度。
当屋顶支撑件是波纹钢板时，隔热件的位置和取向是重要的。优选的是，尤其是当在隔热件和屋顶支撑件之间不具有人造玻璃质纤维板时，隔热件被设置成至少1个(优选更多个)加强件位于波纹钢板的波峰之上，从而充分地支撑隔离件以允许屋面工在其顶上行走。
当加强件是板状时，优选的是，板状的加强件不以平行于波纹钢板的波峰和槽的形式排布。尤其优选的是，板状的加强件以与波纹钢板的波峰和槽呈至少45度角度的形式或更优选以基本上垂直于波纹钢板的波峰和槽的形式排布。
当屋顶支撑件是混凝土面板时，该系统变得简单些。具体而言，在蒸汽阻挡层下方不需要设置防火人造玻璃质纤维板，因为混凝土面板本身提供了足够的防火性。
本发明的屋顶隔绝系统包括覆盖层，其位于隔热件的顶部。所述覆盖层是屋顶系统的最上层并且为屋顶提供了气象保护。优选的是，覆盖层包括沥青质亚层和顶层。顶层优选是沥青质顶层或聚合物膜。在顶层为聚合物膜的实施方案中，优选PVC膜。
在本发明的屋顶隔绝系统中，如平屋顶建筑领域众所周知的那样，隔热件优选通过机械固定手段固定至屋顶支撑件上。
附图说明
图1示出了本发明的隔热件10，其中加强件是柱形加强件11。柱形加强件11从隔绝层的第一面12延伸至第二面13，并且顶板14设置在隔绝层的第一面12上。柱形加强件11基本上垂直于隔绝层的第一面12和第二面13。按体积计，含有粘结人造玻璃质纤维的隔绝层构成大部分的隔绝层。在示出的实施方案中，柱形加强件11被布置成正方形。柱形加强件11彼此之间的距离为100mm，从而每平方米具有100个柱形加强件。
图2示出了本发明另一个实施方案的隔热件110，其中加强件111是板状。加强件111从隔绝层的第一面112延伸至第二面113。它们以基本上彼此平行的方式贯穿于隔绝层的平面。板状加强件111也基本上垂直于隔绝层的第一面112和第二面113。顶板114设置在第一面112上。同样，按体积计，含有粘结人造玻璃质纤维的隔绝层构成大部分的隔绝层。在示出的实施方案中，板状加强件111彼此之间的距离为150mm。
在优选的实施方案中，隔绝件10、110包含4-20重量％(优选6-15重量％，更优选8-12重量％)的聚合物泡沫复合材料，其形成加强件11、111。
图3示出了本发明的屋顶隔绝系统。该系统包括屋顶支撑件，其为至少一个波纹钢板20的形式。设置有顶板14的隔热件10安排在波纹钢板20的顶部。隔热件是图1所示的类型，即隔绝层包括含有人造玻璃质纤维的隔绝材料和具有聚合物泡沫复合材料的柱形加强件11。
蒸汽阻挡层21安排在波纹钢板20和隔热件10之间，覆盖层22安排在顶板14的顶部。
在本发明的屋顶隔绝系统的一些实施方案中，可以将防火板(未示出)安排在波纹钢板20和蒸汽阻挡层21之间。防火板可以是由人造玻璃质纤维制成的。
在其他实施方案中，屋顶支撑件是混凝土面板，而不是波纹钢板。但是，通常在屋顶支撑件以上的屋顶隔离系统与图3所示出的类似。
图4是本发明的聚氨酯泡沫复合材料的环境扫描电子显微镜图片，其中纤维具有这样的长度分布：95重量％的纤维具有低于100微米的长度，并且75重量％的纤维具有低于63微米的长度。该复合材料包含占所述复合材料45重量％的纤维。所用的仪器为ESEM、XL30TMP(W)、FEI/Philips incl.X-ray微量分析系统EDAX。在低真空中和混合模式(BSE/SE)下分析样品。
该图像示出了泡沫的蜂窝状结构，证实了人造玻璃质纤维通常位于泡沫的蜂窝壁中而不会以显著地程度刺入蜂窝本身内部。

Claims (28)

1.一种隔热件，其包括具有第一面和第二面的隔绝层，所述隔绝层包括含粘结人造玻璃质纤维的隔绝材料和至少一个加强件，所述加强件基本上从所述隔绝层的第一面延伸至第二面，其中所述加强件包含聚合物泡沫复合材料，所述复合材料包含聚合物泡沫和人造玻璃质纤维，所述人造玻璃质纤维是利用级联旋转器或纺纱杯制备的，其中存在于所述聚合物泡沫复合材料中的至少50重量％的所述人造玻璃质纤维具有小于100微米的长度。
2.根据权利要求1所述的隔热件，其中在所述隔绝层的至少一个面上设置有顶板。
3.根据权利要求2所述的隔热件，其中所述顶板包含人造玻璃质纤维和粘结剂，并且具有至少100kg/m3的密度，例如至少150kg/m3，例如为约200kg/m3。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的隔热件，其中所述顶板和所述加强件是在没有采用任何外部连接手段的情况下结合在一起的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的隔热件，其中存在于所述聚合物泡沫复合材料中的至少60重量％的所述人造玻璃质纤维具有小于65微米的长度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的隔热件，其中存在于所述聚合物泡沫复合材料中的至少80重量％的所述人造玻璃质纤维具有小于125微米的长度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的隔热件，其中存在于所述聚合物泡沫复合材料中的至少95重量％的所述人造玻璃质纤维具有小于250微米的长度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的隔热件，其中存在于所述聚合物泡沫复合材料中的至少0.5重量％、优选至少1重量％的所述人造玻璃质纤维具有小于10微米的长度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的隔热件，其中存在于所述聚合物泡沫复合材料中的所述人造玻璃质纤维具有2微米至6微米的平均直径、优选3微米至6微米的平均直径。
10.根据前述权利要求中任一项所述的隔热件，其中存在于所述聚合物泡沫复合材料中的所述人造玻璃质纤维具有按重量计的以下氧化物含量：
SiO2    25％至50％，优选38％至48％
Al2O3   12％至30％，优选15％至28％，
TiO2    至多2％
Fe2O3   2％至12％
CaO    5％至30％，优选5％至18％
MgO    至多15％，优选1％至8％、或4％至10％
Na2O   至多15％
K2O    至多15％
P2O5   至多3％
MnO    至多3％
B2O3   0至3％。
11.根据前述权利要求中任一项所述的隔热件，其中所述加强件的形状是柱形。
12.根据前述权利要求中任一项所述的隔热件，其中所述加强件的形状是板状。
13.根据前述权利要求中任一项所述的隔热件，其中所述聚合物泡沫是聚氨酯泡沫或酚醛泡沫。
14.根据前述权利要求中任一项所述的隔热件，其中所述聚合物泡沫复合材料包含至少10重量％、更优选至少15重量％、最优选至少20重量％的人造玻璃质纤维。
15.根据前述权利要求中任一项所述的隔热件，其中所述聚合物泡沫复合材料包含至少80重量％、更优选至少60重量％、更优选至少55重量％的人造玻璃质纤维。
16.根据前述权利要求中任一项所述的隔热件，其中所述聚合物泡沫复合材料还包含添加剂，其选自阻燃剂和表面活性剂，所述阻燃剂例如是石墨粉末，所述表面活性剂特别是阳离子表面活性剂。
17.根据前述权利要求中任一项所述的隔热件，其中所述隔绝件包含4-20重量％、优选6-15重量％、更优选8-12重量％的所述聚合物泡沫复合材料。
18.根据前述权利要求中任一项所述的隔热件，其中所述含粘结人造玻璃质纤维的隔绝材料的密度为小于60kg/m3，更优选小于50kg/m3。
19.根据前述权利要求中任一项所述的隔热件，其中所制得部件的平均密度为30-100kg/m3，优选40-80kg/m3，最优选50-70kg/m3。
20.根据前述权利要求中任一项所述的隔热件，其中所述隔绝件的厚度为至少50mm，优选至少100mm，更优选至少120mm。
21.一种屋顶隔绝系统，优选平屋顶隔绝系统，其包括：
屋顶支撑件；
至少一个根据权利要求1-16中任一项所述的隔热件，其布置在所述屋顶支撑件的顶部；以及
覆盖层，其位于所述隔热件的顶部。
22.根据权利要求21所述的屋顶隔绝系统，其中所述覆盖层包括沥青质亚层和顶层，所述顶层是沥青质顶层或聚合物膜，优选PVC膜。
23.根据权利要求21或22所述的屋顶隔绝系统，其中所述屋顶支撑件包括至少一个波纹钢板或者所述屋顶支撑件是混凝土面板。
24.根据权利要求23所述的屋顶隔绝系统，其中在所述屋顶支撑件和所述隔热件之间设置有水蒸气阻挡层。
25.根据权利要求24所述的屋顶隔绝系统，其中在所述屋顶支撑件和所述水蒸气阻挡层之间设置有人造玻璃质纤维板，所述人造玻璃质纤维板优选具有至少100kg/m3的密度。
26.根据权利要求21-25中任一项所述的屋顶隔绝系统，其中所述隔热件是通过机械固定手段固定至所述屋顶支撑件的。
27.根据权利要求1-20中任一项所述的隔热件在平屋顶隔绝系统中的应用。
28.根据权利要求27所述的应用，其是在根据权利要求21-26中任一项所述的平屋顶隔绝系统中的应用。
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