绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料的生产工艺和应用

摘要：绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（xps）是以聚苯乙烯树脂或其聚物为主要成分，添加少量添加剂，通过加热挤塑而制成的具有闭孔结构的硬质泡沫塑料。XPS挤塑板是由聚苯乙烯、多种助剂、发泡剂在挤出机中混合、熔融、加压、混炼后经过模头挤出，压力释放，发泡剂气化形成微小气泡，被包覆在聚苯乙烯膜泡内，冷却定型形成截面均匀、闭孔蜂窝状的板材，具有导热系数低、吸水率低、抗压强度高等特点，被广泛应用于倒置式屋面、外墙保温、屋面保温、渠道、公路、铁路、机场跑道、大坝坝体保温、冷库保温等节能保温工程。

关键词：XPS挤塑板；保温材料；聚苯乙烯；泡沫塑料

Abstract: the thermal insulation with extruded polystyrene foam plastic (XPS) based on polystyrene resin or polymer as main ingredient, adding a small amount of additives, made by heating extrusion with closed-cell structure of rigid foam plastic. XPS extrusion board is made up of polystyrene, a variety of additives, mixing, melt in extrusion machine, pressure foaming agent, after mixing, extrusion pressure release, gasification form tiny air bubbles, foaming agent was enshrouded in polystyrene film bubble, cooling stereotypes formed cross section and obturator honeycomb board, has a low thermal conductivity, low water absorption, high compressive strength, etc, are widely used in inversion type roof, external wall insulation, roof insulation, channels, highway, railway, airport runway, the dam dam insulation, cold storage insulation energy-saving thermal insulation engineering, etc.

Key words: XPS extrusion board; Thermal insulation material; Polystyrene; Plastic foam

中图分类号：TQ328文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

一、XPS挤塑板的生产主要设备

挤出机、模具、模温控制器、搅拌上料机、整平机、牵引装置、冷却辊架、纵/横切割装置、控制系统等。

XPS挤塑板是由聚苯乙烯、多种助剂等其他辅料在挤出机中熔融、混合、加压；将液态压缩发泡剂从挤出机中部加入，与熔融物料混合并均匀分散；在严格的温度和压力控制下，熔融物料被挤出机头狭缝口模，由于压力突然降至常压，熔于混合物料中的发泡剂气化，膨胀形成微小气泡，被包覆在聚苯乙烯膜泡内，表面因与模板的摩擦和冷却而形成均匀结皮表层，内部则自然冷却条件下形成闭孔蜂窝状的板材。根据不同产品要求，通过调整成型温度和压力，生产不同厚度和孔径的产品。该产品生产工艺流程图如下：

XPS挤塑板工艺流程图

二、XPS挤塑板产品性能测试

在正常生产情况下，从产品中随机抽取有代表性的样品，按GB/T10801.2-2002的要求进行物理机械性能测试，具体指标见表。

三、XPS挤塑板与其他类型保温材料的比较

与XPS挤塑板形成竞争的其他保温材料主要有EPS泡沫板、聚氨酯板、胶苯颗粒、泡沫玻璃等，上述产品的主要性能对比如下表：

下图为XPS挤塑板与EPS模塑板结构示意图：

EPS模塑板XPS挤塑板

目前在国内建筑外墙保温领域，传统保温材料EPS泡沫板以其价格优势在外墙保温市场占有一定的市场份额，是XPS挤塑板的主要竞争产品；聚氨脂泡沫、泡沫玻璃及胶粉聚苯颗粒砂浆等保温材料或因导热能力等性能指标较差，或因工程造价过高，也难以在短期内成为XPS挤塑板的理想替代品。

四、XPS挤塑板与其他类型保温材料的优势

随着国家新的建筑保温、防火标准的出台，EPS挤塑板性能、质量、施工等方面存在的缺陷将难以适应保温材料市场发展的需要，从而将逐渐被XPS挤塑板替代，具体说明如下：

（1）XPS板在抗压强度上要优于EPS板。由于EPS挤塑板为模塑成型，发泡颗粒间依靠粘结结合，粘结强度低，局部还有空隙存在，受外力易碎裂，且抗压强度低，不易和其他材料复合使用，产品品种单一，难以形成系列；而XPS挤塑板为挤塑发泡成型，泡孔均匀致密且连续性好，因此产品抗压强度高，不易变形破坏，可以通过与其他材料的复合来生产较为丰富的系列化产品。

（2）在导热性能、吸水性和施工难易程度方面，XPS板要优于EPS板。在国家推行65%节能标准的背景下，较薄的XPS挤塑板即可达到国家标准，而EPS泡沫板导热系数较大，要达到XPS挤塑板同等保温性能，厚度需在一倍以上，不仅价格不具备优势，施工难度也会大大增加。此外，EPS泡沫板在作为外墙保温材料存在表观密度小、耐低温性和耐溶冻性差、吸水率高、机械强度低、尺寸稳定性差等技术缺陷，其市场份额将逐步被XPS挤塑板替代。

（3）国家对建筑外保温材料的防火性能方面提出了更高的要求。2009年，公安部、住建部联合制定了《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》，要求“民用建筑外保温材料的燃烧性能不应低于B2级”。2011年6月28日，为有效防止建筑外保温系统火灾事故，公安部、住房和城乡建设部联合制定了《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火规定》(征求意见稿）。该规定要求“民用建筑外保温材料的燃烧性能宜为A级，且不应低于B1级，当采用B1级保温材料时，应设置水平防火隔离带；外保温系统应采用不燃或难燃材料作防护层。”由于EPS泡沫板的燃烧性能仅达到B2级，因此在民用建筑外保温材料市场领域将逐步被燃烧性能达到B1级的XPS挤塑板替代。

五、XPS挤塑板在基础设施中的应用

根据《铁路路基土工合成材料应用技术规范》、《公路土工合成材料应用技术规范》等规范要求，XPS聚苯乙烯泡沫被使用在公路、铁路、机场道面的地基基础中，有防冻、防裂、抗压、保温防护作用。

根据新疆各区气候差异特点，高寒地带和地下水位较高的严重融冻地带建设的水利工程也需应用XPS聚苯乙烯泡沫板用于防冻胀保温防护，可以防止昼夜温差变化引起引水渠道、水坝坝体等融冻开裂。

新疆喀腊塑克水利枢纽工程大坝保温方案，在温控计算理论基础上选用10cm厚XPS作为大坝上下游面永久保温材料，上下游立面拆模并具备作业面的情况下立即进行保温的跟进保温方案，图1~图2为31#坝段上下游面典型点温度应力计算过程线。

31#坝段三维有限元模型（浇筑截止日期2008年10月25日）

图1上游表面点温度应力曲线

图2下游表面点温度应力曲线

通过上下游面典型点温度应力过程线可以得出：4月中旬浇筑的混凝土初期温度由于水化热温升而快速上升，此后在冷却水管作用下温度下降。冷却水管停止工作后，由于水化热温升过程缓慢，外界气温逐渐上升，XPS保温板保温下的混凝土表面温度逐渐上升但低于外界气温。进入8月份外界气温逐渐降低，水化热温升基本停止，混凝土温度逐渐下降应力逐渐上升。进入冬季来年1月，尽管外界温度降至-20℃，上游表面混凝土温度约为15℃、下游面温度约18℃。直到冬季结束上游面温度达到最低值约为12℃，此时应力0.6MPa；下游面达到温度最低值约为14℃，应力小于0.1MPa。根据新疆水科院大坝监测中心监测数据分析，温度理论值与实际测值基本吻合，混凝土拉应力远小于允许拉应力。

在理论分析与实际对比的基础上得出，10cm厚XPS板保温夏季可以有效防止外界气温热量倒灌新浇筑混凝土；冬季可以保证混凝土表面温度在10℃以上，有效减小混凝土内外温差，对温控防裂起到决定性作用。XPS保温在喀坝取得良好效果，为国内外类似工程提供了有利技术支撑。

结束语

XPS挤塑板作为新型墙体保温节能材料，由于导热系数小、抗压强度高、吸水率低、变形系数小、尺寸稳定性好、使用寿命长、可阻燃以及可工业化连续生产或回收废旧料绿色环保等诸多优异性能，其应用开发前景广阔，但今后仍需完善质量标准和施工规范，以满足市场需求。