常见保温材料密度与导热系数关系的研究

墙体及屋面用的建筑节能材料，从保温板、保温浆料、现场喷涂的有机类保温隔热材料及预制复合墙板等，不仅种类繁多，而且性能差异较大。

考虑到这些材料的保温性能和经济性，当前江苏省常用的保温材料大致分为聚苯乙烯泡沫塑料、保温砂浆、聚氨酯泡沫材料等几种类型。

聚苯乙烯泡沫塑料分为模塑聚苯泡沫板和挤塑聚苯泡沫板两大类。

这两种聚苯乙烯泡沫塑料均含有封闭的孔结构，具有良好的绝热性能和不透水性，表观密度小，自重轻；缺点是压缩强度较低，防火性能较差。

保温砂浆干密度相对较大，加水混合后封闭孔
结构少，导热系数较大，但是其防火性能很好，强度较高，适宜在其外层做多种饰面。

聚氨酯泡沫材料分为板状的硬质聚氨酯泡沫塑料和现场喷涂的聚氨酯泡沫塑料。

这种材料导热系数小，是理想的保温材料；但压缩强度低，造价高，现场喷涂的材料施工工艺难度大，因此在工程中应用相对较少。

目前国家对这些材料的质量主要是通过干表观密度、导热系数、压缩强度等指标来控制。

在这三项指标中，导热系数是衡量一种材料绝热性能的重要指标，干表观密度和导热系数之间的关系最为密切，一般来讲，干表观密度的大小直接影响导热系数的大小。

但对于不同的材料而言，导热系数与密度的关系又不尽相同，因此本文对几种常用保温材料的导
常见保温材料密度与导热系数关系的研究
常儇宇1张金花1王小安2林
莉1
(1.昆山市建设工程质量检测中心，江苏昆山215337；2.昆山市城建发展建筑设计院，江苏昆山215337)
【摘要】针对常用的XPS 聚苯乙烯泡沫塑料、
EPS 聚苯乙烯泡沫塑料和水泥基复合保温砂浆，收集大量的材料保温性能检测数据，并对其进行分析和总结，得出不同保温材料密度与导热系数的关系以及它们的密度和导热系数分布区域。

研究结果表明，除水泥基复合保温砂浆外，保温材料的表观密度和导热系数之间没有表现出特定的关系。

因此，在实际检测中，要对不同性质的保温材料做不同的判断与处理。

【关键词】保温材料；
导热系数；表观密度【中图分类号】TU711；
TU712+.4【文献标识码】B
【文章编号】1671－3702(2009)02－0066－05
研究探索
esearch &Probe
Research on Relationship between Hackneyed Heat Insulator Density
and Coefficient of Heat Conductivity
CHANG Xuan-yu 1
ZHANG Jin-hua 1
WANG Xiao-an 2
LIN li 1
(1.Kunshan Building Construction Quality Test Center,Kunshan 215337；2.Kunshan Design Institute of Urban Construction &Development,Kunshan 215337)
Abstract:Collected plentiful data of heat-insulating property of materials,those materials included XPS cellular polystyrene,EPS cellular polystyrene and insulation cement mortar.Drew the distribution curve about density and coefficient of heat conductivity,reach a conclusion that,aside from insulation cement mortar,there are no specifically relationship between apparent density and coefficient of heat conductivity.Therefore,heat insulators with different characteristic should be treated with different ways during testing.
Keywords:heat insulation;heat conductivity;apparent density
作者简介：常儇宇，女，工程师，主要从事保温节能检测工作。

第27卷2009年第2期
66--
图2XPS 聚苯乙烯泡沫塑料密度与导热系数的对应关系
热系数和密度的关系进行研究。

1材料导热系数的影响因素
1)材料的组成与结构
有机高分子材料的导热系数小于无机材料。

无机材料中，非金属材料的导热系数小于金属材料；气态物质的导热系数小于液态物质；液态物质的导热系数小于固体。

2)表观密度
表观密度是指材料在自然状态下，单位体积的质量。

其体积既包括固体部分的体积，也包括空隙的体积。

在低温状态下，空隙中的气体可以看作是无对流的静止气体，仅有导热，没有对流换热。

由于静止空气的导热系数比固体的导热系数小，所以，随着孔隙率的提高或表观密度的降低，其导热系数变小。

对于多孔材料，假设固体部分的导热系数为λs ，气体部分的导热系数为λg ，孔隙率为P ，则其总体导热系数一般介于λmin 和λmax 之间。

其中
λmax =λs －(λs －λg )P λmin =
λs λg
λg +(λs -λg )P
从公式看出，材料的导热系数并不是随着表观密度的减小而无限降低的，当表观密度小于某个临界值后，由于孔隙率太高，空隙中的空气开始产生对流；同时由于气体对热辐射的阻抗能力很低，如果孔隙率过高，辐射传热也相应加强，这时材料的导热系数反而增大。

因此对于多孔绝热材料，只有当导热系数、
对流换热系数和辐射换热系数三者之和最小时，才具有最低的绝热性能。

此时材料的密度，称为最佳密度。

材料的导热系数和密度的关系如图1所示。

3)空隙的大小与特征
在表观密度相同的条件下，材料孔隙的尺寸越小，导热系数越小。

当孔径小到一定尺寸后，孔隙中的空气完全被孔壁吸附，这时孔隙接近于真空状态，
导热系数降到最小；当孔隙体积大到一定程度，孔隙内部空气出现对流，导热系数变大。

对于相同孔隙率和孔径尺寸，当孔隙彼此连通时，导热系数较大；当孔隙彼此密闭时，导热系数较小。

4)湿度
水的导热系数比空气的导热系数大得多，因此材料的孔隙吸水后或材料的平衡含水率较高时，材料的导热系数相应增大。

5)热流方向
如果材料是各向异性的，则在不同方向上的导热系数也各不相同。

所以，为降低导热系数，必须尽可能地减小热流方向性的影响。

6)温度
由于辐射传热的影响，多孔材料的导热系数一般随着温度的升高而增大。

二者之间有如下的关系：
λ＝λb ＋b T pj
式中λb ———常温下的导热系数(W/(m ·K))；
b ——
—系数；T p j ——
—内外表面的平均温度(℃)。

但对于多孔材料的辐射传热，可以通过增加孔隙壁的数量来增大热阻。

这与孔隙体积较小有利于防止对流传热是一致的。

所以，材料的孔隙率越大，尤其是体积小而且封闭孔隙越多，对降低材料的导热系数有利。

综上所述可以看出，干表观密度是导热系数最常见、
最直观的影响因素。

2常用保温材料的密度和导热系数
在工作中，我们收集了大量的保温材料热工性能的检测数据，对常用的XPS 聚苯乙烯泡沫塑料、EPS 聚苯乙烯泡沫塑料和水泥基复合保温砂浆的导热系数及密度进行总结，分别绘制出其密度与导热系数的分布曲线，并给出了样本数和分布情况。

其中XPS 聚苯乙烯泡沫塑料的密度与导热系数的对应关
图1
材料的密度与导热系数的关系
67--
最大值25最小值16平均值19.991标准差 1.514样本量221偏度0.079峰度
0.720
图6EPS 聚苯乙烯泡沫塑料密度的正态分布曲线
系见图2，密度及导热系数的正态分布曲线见图3、图4；EPS 聚苯乙烯泡沫塑料的密度与导热系数的对应关系见图5，密度及导热系数的正态分布曲线见图6、图7；水泥基复合保温砂浆的密度与导热系数的对
应关系见图8，密度及导热系数的正态分布曲线见图9、图10。

在图3、图4、图6、图7、图9、图10中的纵坐标为横坐标在当前样本中所占的百分比重。

1）XPS 保温板的表观密度与导热系数的关系从图2可以看出，相同密度的XPS 聚苯乙烯泡沫塑料的导热系数并不完全相同，导热系数并不一定随着密度的增大而增加。

这种状况主要与生产厂商的生产工艺及生产所用的原材料有关。

因为XPS 聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯树脂或其共聚物为主要成分，添加少量外加剂，经加热挤塑成型制成的，含有大量封闭的微小孔隙，因此在密度相同或相差不大的情况下，孔隙率越大，封闭孔隙越多，其导
热系数越小。

从图3、图4可以看出，目前工程中常用的XPS 聚苯乙烯泡沫塑料的密度集中分布在31~40kg/m 3之间，
图3XPS 聚苯乙烯泡沫塑料密度的正态分布曲线
最大值47最小值26平均值34.73标准差 4.38样本量221偏度0.075峰度
0.160
图4XPS 聚苯乙烯泡沫塑料导热系数的正态分布曲线
最大值0.038最小值0.02平均值0.02959标准差0.00395样本量221偏度-0.113峰度
-0.422
图5EPS 聚苯乙烯泡沫塑料密度与导热系数的对应关系
研究探索
esearch &Explore
68--
最大值
562最小值185平均值355.9标准差84.7样本量86偏度-0.047峰度
-0.631
图9水泥基复合保温砂浆密度正态分布曲线
图8水泥基复合保温砂浆密度与导热系数的对应关系
导热系数集中分布在0.022~0.035W/(m ·K)范围内。

2）EPS 保温板表观密度与导热系数的关系从图5可以看出，相同密度的EPS 聚苯乙烯泡沫塑料导热系数并不完全相同，导热系数并不一定随着密度的增大而增加。

这种状况主要与生产厂家的生产工艺及生产所用的原材料有关。

因为EPS 泡沫塑料板是由可发性的聚苯乙烯珠粒加热预发泡后，在模具中加热成型。

EPS 由完全封闭的多面体形蜂窝构成，蜂窝直径为0.2～0.5mm ，蜂窝壁厚为0.001mm 。

EPS 由约98％的空气和2％的聚苯乙烯组
成，截留在蜂窝内的空气是惰性气体，对聚苯乙烯泡沫塑料优良的绝热性能起决定性的作用。

但目前由于各厂家的原料的质量不同，即使密度相近，材料内所形成蜂窝的数量及大小也会不同，从而导致导热系数有很大的差异。

从图6、图7两条曲线可以看出，目前工程中常用的EPS 聚苯乙烯泡沫塑料密度集中分布在16~25kg/m 3，导热系数集中分布在0.033~0.041W/(m ·K)之间。

3）水泥基复合保温砂浆表观密度与导热系数的关系从图8可以看出，相同密度的水泥基复合保温砂浆导热系数虽不完全相同，但相差数值不大，除少量
异常数值外，导热系数有随着密度的增大而增加的趋势。

保温砂浆成型硬化后，其孔隙的孔径比聚苯乙烯泡沫塑料的要大得多，孔隙率与密闭孔隙数量和密度有很大关系。

相对来说，密度较小的保温砂浆，孔隙率较大，密闭孔隙较多，导热系数相对较小。

从图9、图10两条曲线可以看出，目前工程中常用的水泥基复合保温砂浆的密度集中分布在250~450kg/m 3，导热系数集中分布在0.050~0.090W/(m ·K)之间。

3结
语
从以上的研究结果来看，除水泥基复
合保温砂浆外，保温材料的表观密度和导
图7EPS 聚苯乙烯泡沫塑料导热系数的正态分布曲线
最大值0.045最小值0.029平均值0.036484标准差0.002603样本量221偏度0.187峰度
1.085
69--
日前，陕西省住房和城乡建设厅下发《首问责任制》
等6项制度。

分别是《首问责任制度》、《服务承诺制度》、《限时办结制度》、《责任追究制度》、《党员领导干部廉政谈话制度》、《行政效能监察制度》。

《首问责任制》明确规定：首问责任人要热情接待问询人，要用语文明、规范，服务要周到，不许使用
“不知道”、“不清楚”、“不归我管”等语言敷衍搪塞或简单生硬地对待办事群众的请求和询问。

属于首问责任人所在处室、单位职责范围的事项，要认真答复，能当即办理的即予办理，不能当即办理的，应耐心说明情况及有关规定、办事程序及要求；不属于首问责任人所在处室、单位职责范围的事项，首问责任人有义务明确告知有关承办的处室或单位。

《责任追究制度》中明确了应当追究单位、部门及其负责人、
岗位责任人的责任的十一种情形。

情节较轻的，予以警示提醒谈话。

情节较重、造成不良影响和后果的，取消评优评先资格，予以戒勉督导，直至责令纠错。

情节严重、造成恶劣影响和后果的，予以通报批评，并对部门、单位负责人采取调离岗位、引咎辞职、免职等组织处理措施，直至给予纪律处分。

《行政效能监察制度》对城乡规划、勘察设计、
工程招投标、工程质量安全监督、房地产开发、
建筑施工、城乡建设管理以及各类资质资格管理活动进行行政效能监察，同时还对住房公积金和建设行业劳保统筹基金以及建设专项资金、人事管理活动、建设执法活动完备、建设类培训工作进行行政效能监察。

陕西推行建设系统六大责任制
热系数之间没有表现出特定的关系。

在保温材料的检测项目中，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，检测材料的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。

实际上，有些保温材料例如聚苯板，它们的表观密度和导热系数的线性关系只有在理论情况下存在，因此在对这些材料的实际检测中，如果材料的物理、力学和热工性能等其它指标都合格，而仅表观密度不合格，材料也是可以使用的。

但是同样我们也看到，像水泥基复合保温砂浆
等材料，导热系数和表观密度的关系呈现出明显的线性关系。

这类材料的指标值关系非常密切，所以在检测时要特别注意，若其中一项不合格时，应检查另一合格项的检测结果是否正确，并建议这两个项目同时复检。

目前的同条件试件的送样过程中经常发现一项不合格、其它项合格的问题。

对此，我们要特别注意。

图10水泥基复合保温砂浆导热系数的正态分布曲线
最大值0.119最小值0.044平均值0.07359标准差0.01622样本量86偏度0.272峰度
-0.216
研究探索
esearch &Explore
70--。