2014年,中国落实《蒙特利尔议定书》消减氟利昂产品应用,在挤塑板制造业开始发力。2015年,中国第一块二氧化碳发泡挤塑板在北京北鹏首豪建材集团成功下线。开启了中国建筑保温挤塑板制造行业二氧化碳发泡工艺取代氟利昂发泡工艺的全面推广。那么,这种“取代”对挤塑板的影响有多大?其最大的一点就是对挤塑板导热系数的影响。
我们知道,挤塑板主体材料聚苯乙烯树脂本身是疏水的,水分子无法介入苯乙烯与苯乙烯链结构。挤塑板是有无数均质泡孔结构无隙联结而成,从挤塑板一侧到另一侧的热传递只能“穿透”这些泡孔才能得以实现。这就和形成泡孔壁的聚苯乙烯的导热系数以及充斥泡孔内部的发泡气体的导热系数相关(注:泡孔内低压下导热系数会进一步下降)。
我们先看一下0°C时,各类气体导热系数(W/(m·K))
氢气 0.163
一氧化碳 0.0226
二氧化碳 0.0162
氧气 0.0240
氮气 0.0196
空气 0.0233
氩气 0.0173
氖气 0.0455
氦气 0.144
甲烷 0.0300
乙烷 0.0180
丙烷 0.0148
乙烯 0.0164
乙炔 0.0158
正丁烷 0.0116
氨气 0.0185
酒精 0.17
氟利昂 0.0064 HCFC-142b 0.0095
苯 0.0076
0℃时,HCFCs导热系数0.011W/(m·K)
二氧化碳导热系数0.015W/(m·K)
空气导热系数0.024W/(m·K)
而聚苯乙烯固体的导热系数30℃时才0.116W/(m·K)
二氧化碳 0.0162W/(m·K);而氟利昂 0.0064W/(m·K) (HCFC-142b 0.0095)。
对比可发现,理论上二氧化碳发泡的挤塑板要比氟利昂发泡的挤塑板在泡孔导热系数上相差至少20%,那么,实际应用情况如何?
以往氟利昂发泡的挤塑板存在一个现象,刚生产出来时,导热系数很低(甚至能达到0.0020W/(m·K)以下),但很快(一个月左右)就会大比例升高(达到0.0028W/(m·K)以上)。这是什么原因呢?经过实验和理论分析,氟利昂发泡的挤塑板“泡孔较脆”,泡孔破壁率较高,其泡孔内氟利昂很快被空气置换,而空气导热系在25°C时为0.0255W/(m·K)。这一结果是必然的。
再看二氧化碳发泡的挤塑板,在普通国产设备与传统工艺条件下,刚下线的挤塑板确实导热系数(一般为0.0028W/(m·K)以下)高于刚下线氟利昂发泡挤塑板的导热系数,但一个月后相差就很小了。
二氧化碳发泡技术,促动了行业针对发泡技术的研究。北鹏首豪采用多次发泡工艺技术实现了低内应力型挤塑板生产,使挤塑板泡孔破壁率直线下降,其挤塑保温板刚下线时的导热系数(0.026W/(m·K))与一个月陈化后的导热系数(0.028W/(m·K))相差很小。
以上说明这次行业二氧化碳替代氟利昂发泡,不仅是环保建设,也是促动行业技术研发的动力。