CN104693633A - 控制高分子板材导热系数的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种控制高分子板材导热系数的方法，在高分子材料中添加石墨，用以控制所述高分子板材的导热系数，当石墨占高分子材料1％～5％重量份，高分子板材导热系数为0026～0.030W/m.K，当石墨占高分子材料5％～10％重量份，高分子板材导热系数为0020～0.026W/m.K。因此当在高分子板材中添加不同比例的石墨时，可有效改变高分子板材的导热系数，应用在保温板材领域可以起到更好的保温效果。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种高分子板材，特别是一种加入石墨以控制高分子板材导热系数的方法。
【背景技术】
随着经济和社会的发展，节约能源和保护环境已成为人类的共识，降低能源的消耗已经成为人类共同努力的目标。为了能更有效的节约能源，节能建筑成为了一个重要的课题，改善建筑的保温性能，对于空调所造成的能源消耗，可以起到显著的效果，因此建筑物对高性能的隔热保温材料的需求随之也增加。
在隔热保温材料中大致可以区分为两大类，一为有机高分子材料，另一种为无机材料，有机高分子材料如挤塑聚苯乙烯保温板因其质轻、保温性能和综合性能好，已作为隔热保温板被日益广泛地应用于建材行业，而无机保温材料具经济性好、压缩模量高、阻燃性好的特性，但无机保温材料存在著质重、吸水率大、性脆、易破碎的缺点。因此有业者将有机材料及无机材料进行复合，但两者进行复合后的保温建材板却存在著厚度上的问题，同时也无法体现有机高分子材料质地轻的特性，使得在实际使用于建筑上存在著诸多的不便。
通常来说，聚苯乙烯保温板根据制作方法不同可分为膨胀聚苯板(EPS板)及挤塑聚苯板(XPS板)，传统的膨胀聚苯板导热系数大约在0.038～0.041W/m.K，挤塑聚苯板(XPS板)的导热系数约在0.028～0.030W/m.K，虽然均符合建筑保温材料的相关规定，但为起到更好的保温效果及环保要求，仍须不断寻求导热系数更低的保温板材，以创造更加有效节能的建筑。
【发明内容】
为解决上述问题，本发明提出一种控制高分子板材导热系数的方法，包含：在高分子材料中添加石墨，用以控制高分子板材的导热系数，其中石墨占高分子材料1％～5％重量份，再加入阻燃剂及发泡剂进行挤压成型形成高分子板材，高分子板材导热系数为0026～0.030W/m.K。
更进一步的，聚苯乙烯挤塑板抗压强度为150kpa～350kpa，尺寸稳定度为1％～2％，600秒烟气生成量为60m2～200m2，烟气生成速率为30m2/s2～180m2/s2。
更进一步的，前述高分子材料为聚苯乙烯，高分子板材为聚苯乙烯挤塑板。
更进一步的，前述石墨为石墨颗粒或膨胀石墨。
此外，本发明再提出一种控制高分子板材导热系数的方法，其特征在于，包含：在高分子材料中添加石墨，用以控制高分子板材的导热系数，其中石墨占高分子材料5％～10％重量份，再加入阻燃剂及发泡剂进行挤压成型形成高分子板材，高分子板材导热系数为0020～0.026W/m.K。
更进一步的，前述高分子材料为聚苯乙烯，高分子板材为聚苯乙烯挤塑板。
更进一步的，前述聚苯乙烯挤塑板抗压强度为350kpa～600kpa，尺寸稳定度为0.3％～1％，600秒烟气生成量为20m2～60m2，烟气生成速率为5m2/s2～30m2/s2。
更进一步的，前述石墨为石墨颗粒或膨胀石墨。
因此，本发明的主要目的在于提出一种控制高分子板材导热系数的方法，在高分子材料中添加石墨，用以控制高分子板材的导热系数，当所添加的石墨占高分子材料一定比例时，可将导热系数控制在0.030W/m.K以下，同时，加入石墨后可以使高分子板材的物理及化学性质发生改变，有效提高高分子板材的抗压强及尺寸稳定度，并降低烟气生成量及烟气生成率，同时，对添加石墨的高分子板材也具有耐燃的效果。
【具体实施方式】
本发明主要揭露一种控制高分子板材导热系数的方法，其中所用的基本材料除特别说明外，应已为相关技术领域的技术人员所熟知，故以下文中的说明，不再对材料成分作完整描述，在先说明。
本发明提出一种控制高分子板材导热系数的方法，包含：在高分子材料中添加石墨，石墨可以是膨胀石墨、石墨颗粒或石墨粉，用以控制高分子板材的导热系数，其中石墨占高分子材料1％～5％重量份，再加入阻燃剂及发泡剂进行挤压成型形成高分子板材，高分子板材导热系数为0026～0.030W/m.K。本发明选用的高分子材料为聚苯乙烯，高分子板材为聚苯乙烯挤塑板。
聚苯乙烯挤塑板在添加入石墨后，会使得板材的物理性质及化学性质发生变化，如抗压强度为150kpa～350kpa，尺寸稳定度为1％～2％，600秒烟气生成量为60m2～200m2，烟气生成速率为30m2/s2～180m2/s2，相较于传统的聚苯乙烯挤塑板均有大幅度的提升及改善。
此外，当石墨占聚苯乙烯5％～10％重量份时，聚苯乙烯挤塑板的导热系数可以降低至0020～0.026W/m.K，抗压强度为350kpa～600kpa，尺寸稳定度为0.3％～1％，600秒烟气生成量为20m2～60m2，烟气生成速率为5m2/s2～30m2/s2。
在具体的制作过程中，如下列步骤：
(1)将聚苯乙烯颗粒、占聚苯乙烯颗粒总重1％～10％重量份的石墨、占聚苯乙烯颗粒总重5％～8％重量份的阻燃剂及占聚苯乙烯颗粒总重1％～2％的助剂先加入混料仓进行混料，混合均匀后形成第一混合料；
(2)再将双螺杆设备加热至180℃～220℃后，将第一混合料注入双螺杆设备进行搅拌，在搅拌过程中加入占聚苯乙烯颗粒10％重量份的发泡剂及占聚苯乙烯颗粒5％～8％重量份的乙醇形成第二混合料；
(3)将第二混合料加入挤塑机挤压成型。
上述的助剂进一步还可以包含氢氧化铝、硬脂酸锌、及硬脂酸钙，其中氢氧化铝占聚苯乙烯颗粒总重的0.5％～0.8％、硬脂酸锌占聚苯乙烯颗粒总重的0.2％～0.5％、硬脂酸钙占聚苯乙烯颗粒的0.3％～0.7％。在本发明中所采用的的氢氧化铝为800目氢氧化铝，主要作为阻燃剂的添加剂，加入后可增加阻燃剂的阻燃效果，并且能防止在生产过程中发泡产生的烟尘和有毒气体，利于环保；硬脂酸锌主要作为润滑剂，增强基础环节的润滑的作用；硬脂酸钙作为聚苯乙烯的稳定剂使用，加入后可增加在高温搅拌过程中，聚苯乙烯在双螺杆设备高温过程中的热稳定性，同时在挤出环节也能起到润滑剂的作用。
在成份中加入乙醇，主要配合发泡剂进行反应，使挤塑板在发泡过程中的孔状结构分布更加均匀，均匀的孔状结构可以提高挤塑板的强度，而阻燃剂属高溴含量的脂环族添加型阻燃剂，它具有阻燃效果好、对改性挤塑板物理性能影响小等特点，用于制造改性挤塑板更能增强其阻燃性能和保温性能。
此外，在上述成分中的石墨可为石墨细粉，直径约0.03mm-0.05mm，石墨细粉在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀，同时还具有耐高温的特性；石墨细粉的熔点约为3850±50℃，沸点约为4250℃，因此在挤塑板中加入石墨细粉对挤塑板的稳定性具有很大的效益。特别要说明的是，本技术方案采用直径较小的石墨细粉，石墨细粉直径小使得分布的均匀性好，应用在挤塑板中可以有效抑制过程中发泡的孔径，使发泡孔径适中，从而增加了单位体积中的发泡孔密度，使得挤塑板的阻燃效果佳，且在强度方面也可以获得显著提升。
下列提出本发明控制高分子板材导热系数方法的具体实施例：
实施例1：
(1)将聚苯乙烯颗粒200kg、占聚苯乙烯颗粒1％重量份的石墨、占聚苯乙烯颗粒6％的阻燃剂、及占聚苯乙烯颗粒2％的助剂加入混料仓进行混料形成第一混合料；
(2)再将双螺杆设备加热至185℃后，将第一混合料注入双螺杆设备进行搅拌，在搅拌过程中加入占聚苯乙烯颗粒5％的乙醇及占聚苯乙烯颗粒10％的发泡剂加热搅拌20分钟形成第二混合料；
(3)将第二混合料加入挤塑机以80℃挤压成型及形成本发明的改性挤塑板。
下列提供本发明改性挤塑板的各项测试结果：
实施例2：
(1)将聚苯乙烯颗粒200kg、占聚苯乙烯颗粒4％重量份的石墨、占聚苯乙烯颗粒6％的阻燃剂、及占聚苯乙烯颗粒2％的助剂加入混料仓进行混料形成第一混合料；
(2)再将双螺杆设备加热至185℃后，将第一混合料注入双螺杆设备进行搅拌，在搅拌过程中加入占聚苯乙烯颗粒5％的乙醇及占聚苯乙烯颗粒10％的发泡剂加热搅拌20分钟形成第二混合料；
(3)将第二混合料加入挤塑机以80℃挤压成型及形成本发明的改性挤塑板。
下列提供本发明改性挤塑板的各项测试结果：
实施例3：
(1)将聚苯乙烯颗粒200kg、占聚苯乙烯颗粒6％重量份的石墨、占聚苯乙烯颗粒6％的阻燃剂、及占聚苯乙烯颗粒2％的助剂加入混料仓进行混料形成第一混合料；
(2)再将双螺杆设备加热至185℃后，将第一混合料注入双螺杆设备进行搅拌，在搅拌过程中加入占聚苯乙烯颗粒5％的乙醇及占聚苯乙烯颗粒10％的发泡剂加热搅拌20分钟形成第二混合料；
(3)将第二混合料加入挤塑机以80℃挤压成型及形成本发明的改性挤塑板。
下列提供本发明改性挤塑板的各项测试结果：
实施例4：
(1)将聚苯乙烯颗粒200kg、占聚苯乙烯颗粒9％重量份的石墨、占聚苯乙烯颗粒6％的阻燃剂、及占聚苯乙烯颗粒2％的助剂加入混料仓进行混料形成第一混合料；
(2)再将双螺杆设备加热至185℃后，将第一混合料注入双螺杆设备进行搅拌，在搅拌过程中加入占聚苯乙烯颗粒5％的乙醇及占聚苯乙烯颗粒10％的发泡剂加热搅拌20分钟形成第二混合料；
(3)将第二混合料加入挤塑机以80℃挤压成型及形成本发明的改性挤塑板。
下列提供本发明改性挤塑板的各项测试结果：
测试结果显示，在聚苯乙烯挤塑板中加入不同比例的石墨，可以使到热系数获得明显改善，具有非常好的保温效果。因此，利用本发明制造的聚苯乙烯挤塑板具有保温性能好、质地轻、强度高、阻燃性能好的优点，非常适合用于保温建材领域；同时，由于本发明所提出的添加石墨的聚苯乙烯挤塑板相较于传统挤塑板强度更高，同等条件下可降低单位面积使用上的厚度，有效降低了整体建材的重量，并可更佳的应用在建筑物的外墙保温工程上。
以上所述仅为本发明较佳的实施方式，并非用以限定本发明的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域专门人士应可明了及实施，因此其他未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求中。
Claims (8)
1.一种控制高分子板材导热系数的方法，其特征在于，包含：在高分子材料中添加石墨，用以控制所述高分子板材的导热系数，所述石墨占高分子材料1％～5％重量份，再加入阻燃剂及发泡剂进行挤压成型形成所述高分子板材，所述高分子板材导热系数为0026～0.030W/m.K。
2.根据权利要求1所述的控制高分子板材导热系数的方法，其特征在于：所述高分子材料为聚苯乙烯，所述高分子板材为聚苯乙烯挤塑板。
3.根据权利要求2所述的控制高分子板材导热系数的方法，其特征在于：所述聚苯乙烯挤塑板抗压强度为150kpa～350kpa，尺寸稳定度为1％～2％，600秒烟气生成量为60m2～200m2，烟气生成速率为30m2/s2～180m2/s2。
4.根据权利要求1～3任一项所述的控制高分子板材导热系数的方法，其特征在于：所述石墨为石墨颗粒或膨胀石墨。
5.一种控制高分子板材导热系数的方法，其特征在于，包含：在高分子材料中添加石墨，用以控制所述高分子板材的导热系数，所述石墨占高分子材料5％～10％重量份，再加入阻燃剂及发泡剂进行挤压成型形成所述高分子板材，所述高分子板材导热系数为0020～0.026W/m.K。
6.根据权利要求5所述的控制高分子板材导热系数的方法，其特征在于：所述高分子材料为聚苯乙烯，所述高分子板材为聚苯乙烯挤塑板。
7.根据权利要求6所述的控制高分子板材导热系数的方法，其特征在于：所述聚苯乙烯挤塑板抗压强度为350kpa～600kpa，尺寸稳定度为0.3％～1％，600秒烟气生成量为20m2～60m2，烟气生成速率为5m2/s2～30m2/s2。
8.根据权利要求5～7任一项所述的控制高分子板材导热系数的方法，其特征在于：所述石墨为石墨颗粒或膨胀石墨。
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