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前言

據報道，我國建筑總能耗約占社會(huì )終端能耗的20.7%。而我國北方城鎮采暖能耗占全國建筑總能耗的36%，成為建筑能耗的最大組成部分。此外，由于長(cháng)江流域以往的建筑設計都未考慮采暖，預計到2020年長(cháng)江地區將有50億m2左右的建筑面積需要采暖，其采暖能耗將接近目前我國北方建筑每年采暖能耗的總和。然而，目前國內單位建筑面積采暖的平均能耗為北歐等同緯度條件下建筑采暖能耗的2~4倍。為有效減少建筑能耗，建筑外墻隔熱保溫材料在我國正得到越來(lái)越廣泛的應用。XPS保溫板以其優(yōu)異的隔熱性能成為減少建筑能耗的重要產(chǎn)品之一（如圖1所示）。

XPS的化學(xué)名稱(chēng)是擠塑式聚苯乙烯板，它以聚苯乙烯為原料，輔以其他助劑和阻燃劑，通過(guò)物理發(fā)泡擠出工藝將硬質(zhì)發(fā)泡塑料板擠壓成型。由該工藝制得的XPS板具有完美的閉孔蜂窩結構，使得XPS板在吸水率、導熱系數及蒸氣滲透系數等性能方面均低于其他類(lèi)型的板狀保溫材料，因此具有極佳的隔熱性以及低透濕系數、高抗壓、輕質(zhì)、不透氣、耐腐蝕和不降解等特點(diǎn)，特別適用于建筑物的隔熱、防潮工程。

綠色發(fā)泡劑

生產(chǎn)XPS保溫板所使用的傳統發(fā)泡劑是以氟利昂為代表的含氫氯氟烴（HCFC）。氟利昂不但是造成臭氧層空洞的元兇，而且它對大氣的暖化作用也比傳統意義的溫室氣體要大幾千倍，因此，蒙特利爾議定書(shū)規定，到2030年，世界范圍內要徹底停止生產(chǎn)和使用HCFC，中國也將于2013年開(kāi)始凍結并逐步減少HCFC的使用。目前，尋找能夠代替HCFC的發(fā)泡劑成為當務(wù)之急。

一向對環(huán)保非常重視的德國從2000年開(kāi)始就在其境內完全停用了HCFC。而來(lái)自德國漢諾威的克勞斯瑪菲-貝爾斯托夫作為一家擁有100余年設計和生產(chǎn)擠出設備經(jīng)驗的專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家，在1990年代就開(kāi)始探尋替代氟利昂作發(fā)泡劑的環(huán)保生產(chǎn)工藝。在比較了惰性氣體、烷烴、水和氮氣作發(fā)泡劑，并綜合考慮經(jīng)濟性、環(huán)保性和工藝難度之后，發(fā)現CO2是目前用于XPS發(fā)泡最理想的發(fā)泡劑之一。CO2不僅不會(huì )破壞臭氧層，而且在所有的溫室氣體中它的溫室氣體系數也最低（見(jiàn)表所示）。特別是當它用作物理發(fā)泡的發(fā)泡劑時(shí)，用量很小，遠低于化石燃料燃燒所排放的CO2量。同時(shí)，由于CO2成本低廉，價(jià)格只是HCFC類(lèi)發(fā)泡劑的十幾分之一，再加上添加量較低，因此用CO2取代HCFC生產(chǎn)1m3的XPS，僅在發(fā)泡劑一項就可節省幾十元的成本。

由于CO2氣體的導熱系數較高，因此采用CO2發(fā)泡的XPS板材在使用初期，其隔熱效果不如使用其他發(fā)泡劑的板材。但是，XPS板材在使用中有一個(gè)慢慢熟化的過(guò)程，即泡孔中原有的發(fā)泡劑將被空氣置換和取代。如果用CO2作發(fā)泡劑，這一過(guò)程需要幾個(gè)星期的時(shí)間，而其他較大分子的發(fā)泡劑可能需要3~5年（如圖2所示），熟化之后板材的保溫效果就基本一樣了。因此，對于設計使用壽命大都在50年以上的建筑而言，XPS保溫板采用何種發(fā)泡劑，保溫效果在其使用的絕大部分時(shí)間內區別不大。

圖2 采用不同發(fā)泡劑的XPS板在使用時(shí)的導熱率變化比較
 

高效節能的生產(chǎn)線(xiàn)

目前，國內生產(chǎn)XPS板材主要采用單階單螺桿擠出或雙階單螺桿串聯(lián)擠出的方式。而克勞斯瑪菲-貝爾斯托夫為XPS生產(chǎn)提供的同向雙螺桿擠出機串聯(lián)單螺桿擠出機生產(chǎn)線(xiàn)（如圖3、圖4所示）則別具優(yōu)勢。該生產(chǎn)線(xiàn)的組合方式既充分利用了雙螺桿優(yōu)良的混合和吃料能力，可以對聚合物、阻燃劑和發(fā)泡劑進(jìn)行充分混合，并可以直接加工更多的回料，同時(shí)也利用了單螺桿的優(yōu)勢對熔體進(jìn)行更好的冷卻和熔壓控制。憑借成熟的工藝經(jīng)驗和周密的流程控制，整條生產(chǎn)線(xiàn)擁有更高的效率，切割所產(chǎn)生的邊角料也無(wú)需再造粒便可直接回收再生產(chǎn)。

在雙螺桿擠出機方面，克勞斯瑪菲-貝爾斯托夫擁有超過(guò)40年的制造和工藝經(jīng)驗，從而確保了第一階工藝的精準和低能耗。在單螺桿方面，通過(guò)采用專(zhuān)利的“濕內襯”技術(shù)，不僅縮短了冷卻介質(zhì)與熔體之間的距離，而且增大了機筒的有效冷卻面積，使冷卻效率大為提升，能量消耗也顯著(zhù)減少。此外，通過(guò)采用2007年新研發(fā)的五螺棱螺桿，在確保了混合效率和熔壓控制的前提下，可顯著(zhù)減小螺桿轉動(dòng)對熔體造成的剪切和溫升，只需要更小的驅動(dòng)電機功率和冷卻功率即可獲得同樣的產(chǎn)量，從而可進(jìn)一步節省約20%的能耗。綜合采用了這些新技術(shù)后，一臺用于熔體冷卻螺桿直徑為400mm的單螺桿擠出機，其電機功率僅為175kW,每小時(shí)可生產(chǎn)1500kgXPS板。

圖4 雙、單螺桿串聯(lián)布置的生產(chǎn)線(xiàn)，所有溫控部分均加裝隔熱罩以減少熱量損失
 

配合獨到的模頭技術(shù)和下游設備，克勞斯瑪菲-貝爾斯托夫的XPS發(fā)泡板生產(chǎn)線(xiàn)一次成型制品的最大寬度可達1.2m，最大厚度達120mm。這種更寬更厚的制品為后續切割開(kāi)槽和最終的安裝施工都提供了更大的靈活性，由此進(jìn)一步減少了后道工序以及運輸和施工的能耗和成本。

小結

目前，XPS在國內的生產(chǎn)還有較多不夠規范和完善之處，但在歐美市場(chǎng)，XPS已經(jīng)作為一種成熟的產(chǎn)品進(jìn)入了一個(gè)結合原料、生產(chǎn)、運輸、施工和質(zhì)保的完全競爭階段。對于有著(zhù)豐富市場(chǎng)經(jīng)驗并嚴格控制生產(chǎn)成本的歐美XPS生產(chǎn)商而言，如果更大的設備投資意味著(zhù)更高的產(chǎn)品質(zhì)量、更少的原料浪費和能源消耗，那么設備投資的差價(jià)能很快通過(guò)更高的產(chǎn)品售價(jià)和更低的生產(chǎn)成本得到平衡，并在長(cháng)期經(jīng)營(yíng)中收獲更大的經(jīng)濟效益。正因如此，克勞斯瑪菲-貝爾斯托夫自2000年率先推出單雙螺桿雙階擠出設備配合CO2發(fā)泡工藝以來(lái)，已在世界范圍內銷(xiāo)售了超過(guò)50條生產(chǎn)線(xiàn)，供貨所有主要的XPS板材生產(chǎn)商，并在該行業(yè)處于領(lǐng)先地位。

關(guān)于XPS保溫板設備請詳細參閱 XPS保溫板擠出生產(chǎn)線(xiàn)