作者：晋艳丽 李翔，万华化学集团股份有限公司
摘要 目前高性能聚氨酯创新材料已成为建筑行业的关注热点，随着我国建筑品质加快提升，历经时间考验的材料才是好材料，新一代聚异氰脲酸酯(PIR)保温产品和玻纤增强聚氨酯型材非常适用于高品质建筑、超低能耗建筑，将对我国打造高品质好房子起到积极的推动作用。
关键词 高性能聚氨酯 玻纤增强聚氨酯型材 高品质建筑 导热系数
引言
随着我国经济发展水平提升，老百姓住房需求正在从“住有所居”向“住有宜居”升级转型，我国建筑行业已经进入需要大力发展改善型、高品质住宅的必然阶段。高品质住宅将成为拉动房地产行业高质量发展的新赛道。万华化学作为全球范围内的聚氨酯龙头企业，对建筑节能市场非常重视，并且一直致力于建筑节能材料的研发与推广，持续的为建筑节能市场带来更多低碳节能、绿色安全的高性能聚氨酯创新材料，助力打造高品质好房子！
万华化学绿色低碳建筑节能系统解决方案包括具有高效保温性能的聚异氰脲酸酯泡沫(Polyisocyanurate Foam,以下简称PIR)，及低碳节能窗优选材料玻纤增强聚氨酯门窗型材，高性能聚氨酯创新材料在建筑领域受到高度关注。
一、高效保温: 新一代聚异氰脲酸酯(PIR)保温产品
PIR 比PUR性能更优异
PIR是一种新型建筑保温材料,是聚酯多元醇与异氰酸酯发生三聚反应,形成的脲基甲酸酯六元环结构。与传统聚氨酯(PUR)泡沫相比,其原材料配方、生产工艺要求、化学特性及物理特性等有很大区别。PIR既具有传统PUR泡沫的性能优势,又在多项物理性能方面有所提升。PIR 中的脲基甲酸酯六元环结构促使燃烧结焦成炭,可大幅提高泡沫体系的防火性能。并且PIR具有更好的尺寸稳定性,压缩强度高,保温性能好,有更低的热分解率、更高的机械强度,可回收重复利用,使用寿命长,与几乎所有屋面、墙体系统兼容,能够提供经济高效的建筑保温解决方案。
图1 聚氨酯技术升级（PIR分子结构）
PIR优异性能的具体表现
PIR的优异性能主要体现在,它既能满足建筑的高效保温要求,又能满足大厚度保温体系高防火、不吸水、质量轻、不脱落的安全性要求。具体表现在以下几个方面:
一是保温隔热性能优异。PIR的导热系数≤0.022W/(m·K),是冰箱冷柜、冷库、热力管道、LNG 低温存储设备等不可替代的保温材料。将它应用于建筑保温,可有效减薄保温层,减小风压影响,从而降低保温层脱落的风险;还可节约面积,尤其是将它应用于严寒、寒冷地区的超低能耗建筑外保温,可节约2%~3%的建筑面积。
二是防火阻燃性能好。PIR 是热固性材料,具有离火自熄性和燃烧后碳化两大特点。其防火性能强,遇到电焊火花不自燃、不软化、不熔融滴落、不轰燃,在火灾燃烧中相较于热塑性保温材料防火性能表现更好。
图2 PIR防火性能-窗口火实验中不具有火焰传播性
三是黏结性好。PIR 可以在基材上实现微孔渗入式发泡,能与基材紧密结合、黏结牢靠,提升系统的整体安全性。
四是防水性能优异。PIR具有封闭的泡孔结构,闭孔率达95%以上,吸水率低,能有效阻隔水汽的渗透,可以实现防水保温一体化。
五是使用温度范围广。PIR的使用温度范围为-50~150℃,可应用于严寒和高温地区的墙体和屋面。
六是耐化学腐蚀性好。PIR具有良好的物理化学稳定性,不易与腐蚀性化学品发生物理化学反应,也不会腐蚀接触面建筑基层。
七是耐候性能好。PIR一且反应成型,其物化性能可以长期保持稳定。PIR在建筑保温领域的使用最长年限已经超过50年,其性能依然优异,可以达到与建筑同寿命。
PIR 在建筑保温中的多样化应用场景
PIR在建筑保温中有多种应用方式和应用场景。应用方式主要有板材、喷涂和灌注等。PIR既可以用于超低能耗建筑围护结构的内外保温、夹心保温,也可以用于屋面防水保温、楼板隔声保温及地下工程防水保温。
PIR板材在工厂可与水泥基卷材、装饰面材、无机材料等直接发泡黏合为一体,应用于民用建筑的外保温、夹心保温、内保温及屋面保温体系,还可与金属面复合应用于工业建筑与商业建筑的屋面、围护墙体系统。
PIR喷涂因施工方式特殊,具有整体喷涂无热桥,黏结性强、满粘无空腔,易于处理复杂立面,无接缝、保温隔声效果好等特点。
PIR灌注保温产品在海外建筑中常有应用,这种产品工艺类似冰箱的保温灌注工艺,在空腔墙体中灌注发泡填充,发挥PIR的超强黏结性,使PIR与墙体形成整体,从而实现保温结构一体化构造,既能实现高效保温的要求,又能达到构造防火的标准。
PIR 硬泡保温产品在欧美、日韩、中东等国家和地区的建筑领域已成熟应用多年,且市场需求正高速增长。PIR 系列创新产品及应用体系,在国内多个项目中也成功应用。未来PIR产品将在我国建筑节能行业发挥更大的作用。
二、低碳节能: 聚氨酷门窗型材(低碳节能窗优选材料)
什么是玻纤增强聚氨酯材料
它是由玻璃纤维和聚氨酯树脂进行复合通过先进的拉挤工艺加工而成的聚氨酯复材。玻纤增强聚氨酯复合材料（以下简称聚氨酯复材）早期因为强度高、韧性好、冲击强度好、耐磨性好，广泛应用于汽车轻量化、高铁枕木、风电叶片、航空航天等高端制造，现在用于门窗上使整体性能得到很大提升，为节能门窗提供更好的材料选择，可以显著提高门窗节能指标，满足建筑节能的要求。
图3 聚氨酯型材制造工艺图及性能优势
聚氨酯复材优异性能的具体表现
1、聚氨酯复材保温性能好
聚氨酯复合型材拥有很低的导热系数（0.34 W/m•k），只有铝合金的约1/700，是优良的绝热材料。聚氨酯复材95系列门窗，型材U值仅为0.68，无需增加断桥配置，K值为0.8的三玻二腔的玻璃，整窗传热系数K值可以达到0.91 W/㎡· K。
2、聚氨酯复材尺寸稳定性好
聚氨酯复材的膨胀系数为0.64（10-5K-1），与混凝土膨胀系数最为接近，稳定性高且耐水泥腐蚀，制成的门窗历经冬夏几十度的温差，窗体与墙体变形尺寸差极小，避免窗框与墙体因热胀冷缩差异而产生缝隙，进一步提高了门窗的密封性和保温隔音性能。因此聚氨酯复材系统窗超级隔音，隔声性能≥42dB。
3、聚氨酯复材耐火性好
玻纤增强聚氨酯门窗仅需简单的防火措施并配以耐火玻璃，制作的门窗即可满足耐火要求，相对于铝合金和塑钢门窗，玻纤增强聚氨酯型材燃烧时的特性赋予了玻纤增强聚氨酯门窗先天性的优异耐火性能。以不燃材料玻璃纤维为主要成分，聚氨酯复材熔点高达1000℃以上，本身耐火性好，无需钢衬，既满足节能设计需求，也满足整窗耐火完整性0.5-1.5小时。
4、聚氨酯复材强度高
聚氨酯复材密度小，比铝合金轻25%，但弯曲强度是铝合金的5倍，超高的强度使其型材截面比铝合金小10%，可以做高通透门窗，大大提高居家视野。
图4 聚氨酯复合材料性能优势对比
5、聚氨酯复材美观度好
聚氨酯复材表面采用高端环保水性聚氨酯涂料，广泛应用于高端汽车，色彩丰富，耐候性表现优异，耐冲击。
6、清洁生产碳排放更低
铝材制造过程中，电解和多步的熔融加工过程均为能耗极大的过程，而玻纤增强聚氨酯的玻璃纤维制造仅经过了一次高能耗的熔融过程，而系列化的化学反应过程也决定了聚氨酯树脂制造过程的低能耗。在力学性能上，聚氨酯替代铝材使用具有超高强度的性能优势，在制造能耗，聚氨酯拉挤型材替代铝材使用，可产生明显的降低碳排的作用。经过测算碳排放：玻纤增强聚氨酯型材制造过程碳排放仅仅为铝合金型材的1/8。
材料创新大幅提升了建筑幕墙门窗的保温、耐火性能，整窗具有高效节能、耐火性好、隔音降噪、质轻高强、尺寸稳定、耐化学腐蚀等综合特点，是一种新一代节能幕墙门窗产品。
聚氨酯复合材料幕墙龙骨也是节能幕墙的最优型材选择，升级的二代幕墙系统保温性好，经济性好，外观性更好，安装也更便捷。
门窗领域聚氨酯多种多样的材料应用
门窗领域多元化的聚氨酯材料应用：聚氨酯复合材料附框、聚氨酯复合材料隔热条、门窗灌注聚氨酯胶、防水透气膜隔气膜、预压膨胀密封带、高密度聚氨酯隔热垫块等产品。
应用案例
图5 万华近零建筑社区示范项目-众多创新集成应用
小结
目前高性能聚氨酯创新材料已成为建筑行业的关注热点，随着我国建筑品质加快提升，历经时间考验的材料才是好材料，新一代聚异氰脲酸酯(PIR)保温产品和玻纤增强聚氨酯型材非常适用于高品质建筑、超低能耗建筑，将对我国打造高品质好房子起到积极的推动作用。
