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1 前言
目前，用于建筑的保温材料主要有岩棉板、真空绝热板、挤塑板、聚苯板和石墨聚苯板。材料的性能各有优缺点。岩棉和真空绝热板的防火等级都可达到A级，但是岩棉的吸湿性很大，且材料的导热系数偏高。真空绝热板的导热系数最低，但是施工难度大，工地上真空板起鼓现象并不少见。挤塑板和石墨聚苯板的防火等级均能达到B1级，但是挤塑板的尺寸稳定性差，易发生翘曲变形。
2 石墨聚苯乙烯特点及应用
石墨聚苯乙烯（GEPS）是在聚苯乙烯高分子聚合物中导入近纳米级天然鳞片石墨、抗氧化剂、抗老化剂等功能材料，改性合成的石墨聚苯乙烯新型功能材料。由于石墨的特殊层状结构，使其能够均匀分布在GEPS颗粒内部，形成镜面反射热辐射，能够大幅度提高材料的绝热效果。除了具备普通EPS板的所有性能外，还具有以下特点：防火性能达到难燃B1级、绝热能力更强、导热系数≤0.032W/(m·K)。它含有近纳米级的天然鳞片石墨，可以像镜子一般反射热辐射,它的绝热能力比普通的EPS高出30%，有助于提高能效。石墨聚苯乙烯（GEPS）特点：良好的防火性能、导热系数低、尺寸稳定性强、耐候性好、具有良好的耐久性和透汽性。石墨聚苯板在超低能耗建筑项目中具有性价比优势，其构造作法如图1所示。工程实践表明，聚苯板保温产品在保温领域里应用最广泛，不论是欧洲还是国内，聚苯板保温体系都具有最大的市场份额（如图2、图3所示）。
图1 石墨聚苯板在被动房中的一体化应用
图2 石墨聚苯乙烯在欧洲被动房中的应用
图3 石墨聚苯乙烯在中国被动房中的应用
(1)优质石墨聚苯板产品必须满足如下要求：一是优质原料用挤出法工艺生产；二是天然鳞片石墨含量在4.5%~5%，导热系数低，绝热性能稳定，可保证导热系数≤0.032W/(m·K)；三是净容重18~30kg/m3，板材呈银灰色；四是折断泡粒断面20%~30%以上，燃烧性能B1级。
(2)石墨聚苯乙烯是由德国BASF公司首先开发的新型隔热保温材料。同普通的EPS板相比，石墨聚苯板具有更低的导热系数和更好的耐久性和耐候性的特性，深受人们喜爱。无论在欧洲还是国内，石墨聚苯乙烯常被选作为被动房外围护结构的保温材料。近年来，国内有企业潜心研发，瞄准中国被动房市场的需求，开发出石墨聚苯乙烯专有技术，其综合性能媲美世界先进水平，在国内外被动房领域大量使用（如图2、图3所示）。
(3)国内的石墨聚苯乙烯的生产主要有两种方法，不但生产工艺大相径庭（如图4所示），而且产品质量有很大差异（见表1）。
图4 悬浮法与挤出法生产GEPS工艺对比
表1 悬浮法GEPS和挤出法GEPS生产工艺对比
2.1 悬浮法工艺
国内的悬浮法可发性聚苯乙烯产业已居全球之冠，近期随着房地产市场的缩量，白色可发性聚苯乙烯已产能严重过剩。现在，国内众多EPS生产厂家利用白色聚苯乙烯生产装置，采用悬浮法生产石墨聚苯乙烯，该工艺是以苯乙烯单体为主要原料，在反应釜内，单体与石墨、引发剂、阻燃剂、分散剂等混合，通过强力搅拌，被分散成无数的小液滴。悬浮聚合生成的石墨聚苯乙烯分子量较低，内部含水量高，因此板材的强度和稳定性略差。另外，石墨对苯乙烯单体的聚合有一定的阻聚作用，石墨的添加量不能得到有效保证。目前，在中国市场上出现用炭黑来代替石墨的制品，其颜色为黑色或者浅灰色，导热系数偏高，性能不稳定。主要原因在于：悬浮聚合不稳定，反应周期长，石墨添加量少。为了达到颜色黑的效果，部分EPS厂家向反应体系加入少量石墨辅以炭黑调色，或者纯粹加入炭黑代替石墨，生产“黑色”聚苯乙烯。由于石墨/炭黑的阻聚作用，产品分子量偏低，预发后泡粒产生空心现象。这种方法生产出的聚苯乙烯制板粘结性差，板材熟化后收缩变形。其密度≥18kg/m3板材的压缩强度达不到≥0.1MPa的指标要求，石墨含量少，达不到所需的4.5%~5%的最佳加入量，无法满足被动房要求的导热系数≤0.033W/(m·K)的性能指标。
2.2 挤出法工艺
挤出法石墨聚苯乙烯最初通过德国、奥地利进口进入国内市场。国内个别企业很早就紧跟行业发展动态，投巨资引进世界先进设备，自主开发石墨聚苯乙烯新型保温材料。其产品性能优良，能满足高端市场需求。
挤出法工艺是选用分子量高的聚苯乙烯为主要原料，添加近纳米级的天然鳞片石墨、增韧剂、抗氧剂、阻燃剂等功能材料，通过双螺杆挤出机熔融、切粒而成。颗粒的外形为椭圆形，制品的颜色为银灰色，带有金属光泽，该工艺属于物理混合，可以有效保证石墨的添加量，分子量高，强度大，热导性能更佳、更稳定，同时，由于添加的天然石墨具有阻燃功能，更增强了石墨聚苯乙烯的阻燃性。
3 石墨聚苯板在被动房中应用可能存在的问题
3.1 没有选择合格石墨聚苯乙烯
石墨聚苯乙烯板材是由石墨聚苯乙烯颗粒预发、成型、切割而成。颗粒的性能对制品的应用性能有决定性作用。石墨聚苯乙烯在国内的使用时间相对较短。有些厂商用非石墨料，如炭黑聚苯乙烯顶替石墨聚苯乙烯。这将导致保温材料抗拉强度、尺寸稳定性、弯曲变形、导热系数等指标达不到性能指标要求。在被动房项目一定采用真正的石墨聚苯乙烯作为保温材料，以保证保温绝热效果。
3.2 聚苯乙烯板材加工厂故意造假
为了降低造价，部分板材加工厂存在以次充好以获得市场竞争优势。以下是常见做法：
(1)短斤少两，降低原材料的使用量。这种做法导致板材强度低、导热系数变大，保温隔热性能受损。
(2)掺沙子增加板材重量。这种做法降低了石墨聚苯乙烯的综合物理性能，导致强度低、粘结性差、导热系数变大，严重影响工程质量和房屋使用寿命。
(3)在水中加入表面活性剂，向板材中大量渗水。这种做法导致板材内部的水难以挥发，从而引起保温层鼓泡、脱落；同时，保温隔热效果大大降低。
(4)使用含结晶水的盐做增重物质来提高密度。这种做法损害了保温板的物理性能，导致保温隔热性能、压缩强度、耐久性等严重受损，达不到石墨聚苯乙烯板材品质要求。
3.3 板材生产厂家出厂不合格的石墨聚苯板
板材生产厂家出厂养护期过短的板材。熟化时间不够的板材制品性能不稳定，上墙后产生较大的后收缩，进而引起面层开裂；养护期短的聚苯板含水率达不到要求，切板后板材弯曲，板面平整度差。
参考文献：
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[3]DB/T29-227-2014备案号J12828-2014天津市工程建设标准《天津市泡沫塑料板薄抹灰外墙外保温系统应用技术规程》.
[4]《阻燃聚合物纳米复合材料》,〖美〗A.B.Morgan﹠C.A.Wikie，欧育湘李建军叶南飚主译.
[5]《可发性聚苯乙烯》候树亭主编.
作者
天津格亚德科技新材料有限公司 郭平安
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