1.湖北华祥建设工程质量检测有限公司 湖北武汉 430034；
2.湖北省地质实验测试中心 湖北武汉 430034
摘要：收集整理建筑节能市场上常用的XPS板的表观密度和导热系数的检测数据，并对其进行分析和总结。研究表明，除周围环境因素外，板材自身如生产板材所用的发泡剂等因素对XPS板材的导热系数也有很大影响。在控制生产工艺等因素条件下，市场上常见的表观密度范围内，XPS板的表观密度与导热系数之间有明显的正相关关系。
关键词：XPS板；表观密度；导热系数
Exploring the intrinsic relationship between apparent density and thermal conductivity of the extruded polystyrene foam
Liang Yaqi1,2, Cai Hao2, Xu Lei2, Xiao Yan1,Pan Xiaohong1,Gong Guan2
1.Hubei Huaxiang Construction Project Quality Testing CO., LTD, Wuhan 430034；
2.Hubei Geological Research Laboratory, Wuhan 430034
Abstract: We collected and analyzed massive data of apparent density and thermal conductivity of the extruded polystyrene foam(XPS). Studies have shown that in addition to the surrounding environmental factors, the factors such as the foaming agent used in the production of the sheet itself have a great influence on the thermal conductivity of the XPS sheet. Under the conditions of controlling production process and other factors, there is a significant positive correlation between apparent density and thermal conductivity of XPS sheet in the apparent density range commonly found in the market.
Key words: the extruded polystyrene foam(XPS); apparent density; thermal conductivity
挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板，简称XPS板，是目前建筑市场上常用的墙体及屋面用的建筑节能材料。它的生产过程如下：将聚苯乙烯树脂充分塑化之后注入发泡剂（常用氟利昂、煤气或者环保型二氧化碳等），在与其他原料充分混合，经历高温、高压、冷却之后通过模具挤出。由于在模具挤出后压力迅速释放，被塑料包裹的发泡剂迅速膨胀形成密闭的泡孔，在泡孔的作用下聚苯乙烯塑料形成了有蜂窝状密闭泡孔的发泡板。闭孔泡体结构的发育，使XPS板具有良好的绝热性能、抗压缩能力、憎水及耐候性等显著特性。
目前，国家对XPS板的质量主要是通过表观密度、导热系数、压缩强度、燃烧性能等指标来控制。其中，导热系数是衡量材料绝热性能的重要指标，导热系数的测定受表观密度、材料的结构和组成、空隙、周围环境温湿度等条件影响，其中，表观密度和导热系数之间的关系最为密切。本文对XPS板的导热系数与表观密度之间的关系进行研究。
1、实验
1.1 实验材料
在工作中收集采购50组XPS板，材料来源于建筑保温领域市场占比较高的10个生产厂家，试件尺寸为300mm*300mm。
1.2 导热系数测定实验仪器
导热系数仪，型号为CD-DR3030A，沈阳紫薇机电设备有限公司
1.3 表观密度测定实验仪器
电子天平，游标卡尺。
1.4实验方法
导热系数的测定，采用双试样的防护热板法，实验依据标准为GB/T10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法》，仪器主体结构主要由两个冷板、防护板及加热板构成。每次放置两块同样的XPS板，加热板将热量通过试样传给左右冷板，据已测的试样规格、施加在热板上的电压电流以及三次取值时冷热板的温度，通过傅里叶导热公式最终确定导热系数。
由于导热系数受周围环境温湿度等因素影响，为减少实验误差，实验整体温度控制在23±1℃，湿度60±3%，调节时间均在16h以上。
表观密度的测定，依据标准为GB/T6343-2009《泡沫塑料及橡胶表现密度的测定》。用哪个游标卡尺测量试样尺寸，每个尺寸至少测量五个位置取平均值计算试样体积。用电子天平称其质量，精确到0.5%。根据测得的质量及体积，计算试件的表观密度。
2、结果与讨论
对50组样品进行表观密度与导热系数测定，并将数据进行汇总，测试结果表见2-1。市场上的XPS板的表观密度基本分布在25~35kg/m3。因此文章只探究表观密度在这一区间内的XPS板表观密度与导热系数之间的联系。
表2-1 XPS板样品导热系数测试结果详表
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图2-2 样品表观密度与导热系数关系一维散点图
从整体数据上看，XPS板的导热系数与其表观密度无明显的线性关系，这种情况的出现主要与生产厂家使用的原材料及工艺有关。为证实上述因素对本次研究内容的影响，从所有样品中筛选出了6个不同厂家的表观密度相近的样品，并重复进行导热系数实验得到对比数据如表2-2。
表2-2 不同厂家表观密度相近的样品之间的导热系数结果详表.png)
XPS板制作过程中不同的厂家根据自身条件选择使用的发泡剂不同，因此板材中气泡混合气体的导热系数也会有差异。表2-3为XPS板材常用发泡剂的导热系数[1]。研究证明，如果发泡剂气体的导热系数越低，其与空气的混合气体的导热系数就越低，在泡孔壁中扩散系数很小，XPS板材的导热系数就越低，保温性能就越好。
表2-3 XPS板材常用发泡剂的导热系数（王勇等，2011年）.png)
筛选试验数据，分别选取厂家编号1、2、3、10的4组样品重复进行导热系数实验，该组样品特征为同一厂家，且密度有较大差异。得到具体实验数据，进而分别绘制散点图（图2-3）。除了个别样品之外，同一厂家的不同表观密度之间的产品，表观密度和导热系数之间呈现出了明显的线性关系，XPS板的导热系数与表观密度有明显的正相关关系。
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（a） （b）
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（c） （d）
图2-3 4个生产厂家的样品表观密度与导热系数的一维关系图
材料的表观密度，是材料在自然状态下单位体积的质量。其体积为泡孔及固体部分体积之和。密闭泡孔中的混合气体对流换热忽略不计，仅考虑导热。混合气体的导热系数小于固体材料部分的导热系数，因此，在厂家及生产工艺相同的情况下，随着孔隙率的提高，XPS板的表观密度减小，其导热系数也相应减小。
3、结语
市场上的XPS板的表观密度基本分布在25~35kg/m3。受原材料、生产工艺等客观因素影响，市场整体上XPS板的导热系数与表观密度之间关系不明显；而理论上及在厂家及生产工艺相同的情况下，XPS板的导热系数与表观密度呈正相关关系。
在XPS板检测项目中，材料的导热系数和表观密度都是强检项目，导热系数是衡量材料的热工性能，检测XPS板表观密度也是为了更好地检查材料导热系数是否在要求的范围之内。[2]实际上，XPS板的表观密度和导热系数的线性关系要考虑发泡剂种类、生产工艺等多种因素影响，只有在理论情况及严格控制其他变量下存在。因此在对XPS板的实际检测中，表观密度这一参数的检测结果并不能单方面判定XPS板材是否能够投入使用，相比标准GB/T10801.1-2002《绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料》对EPS板的表观密度有严格限值规定，标准GB/T10801.2-2002《绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料》在物理机械性能指标对XPS板的表观密度有检测要求但是没有限值要求这一点也就可以理解了。
参考文献
[1]王勇,王向东,李莹.挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)的主要性能及应用领域分析[J].中国塑料,2011,25(8):75-80.
[2]常儇宇,张金花,王小安等.常见保温材料密度与导热系数关系的研究[J].研究探索,2009,2（27）：66-70.