EPS & XPS for the energy efficient buildings
   Zhang yinxiang ( Beijing JingYeDa new building materials Co. Ltd. 102605 )
Abstract: It is researched on the similarties and defferences between EPS    and XPS for the energy efficient buildings.
    Keywords: energy efficient buildings EPS XPS similarties and defferences
    建筑节能保温隔热用膨胀聚苯乙烯泡沫塑料板简称为聚苯板，分为模塑板（EPS）与挤塑板（XPS）两种。本文从生产工艺、材料性能等方面简要分析它们的异同点。
1　EPS板与XPS板的生产工艺
1.1 典型的EPS板的生产工艺〔1〕　
   典型的EPS板的生产工艺分为下列几步：
（１）悬浮聚合EPS珠粒：不溶于水的苯乙烯单体在悬浮稳定剂和剧烈搅拌下分散为液滴，接着在引发剂的作用下，聚合而成聚合物颗粒，然后经冷却、固液分离、干燥、筛分等处理而成可发性EPS珠粒。通常聚合过程分为两个阶段：一是４０℃升温至９０℃后，恒温聚合５小时；二是从９０℃再升温至１２０℃，然后恒温聚合３小时。一般二次升温前即加入发泡剂、阻燃剂等添加剂。EPS珠粒的粒径约为Φ0.5~1.5mm。
（２）EPS珠粒的预发泡：可发性EPS珠粒在发泡机中用饱和蒸汽加热到其玻璃化转变温度以后，发泡剂在其中缓慢扩散并形成Φ２～５mm的 EPS大颗粒。预发泡时间一般在3min左右，其间，EPS珠粒的体积可缓慢增加至原来的４０～８０倍。
（３）EPS大颗粒的存放和熟化：空气渗入到冷却成接近真空的EPS珠粒中直至内外压力平衡。EPS颗粒的熟化时间一般为12~24h。
（４）模塑EPS大板块：EPS大颗粒在大模内模塑成1×1.2×6m或其它规格的大板块, 其过程分为充模、蒸汽加热、冷却、脱模等阶段。模塑一块大板块的时间一般为10min左右。
（５）烘房养护：EPS大板块的高温养护，标准规定，EPS板应在60℃的温度下养护5天。
（６）EPS大板块的切割：根据需求将烘房养护后的EPS大板块切割成６００×９００×７０mm或其它规格、其它形状的适合于工程使用的板材。
EPS生产过程的各个阶段，一般都是间歇而相互独立的，在整个生产过程中，压力一般都是常压或负压，过程（２）～（６）的温度一般均在１００℃以下。
1.2 典型的XPS板的生产工艺　 发泡剂
（原料准备――高温高压造粒）――配料、上料――1#挤塑机――２#挤塑机――模口挤出――整平机――牵引机――切割机
其中：
1#主机可分为：进料段（160℃～170℃）、压缩段（170℃～190℃）、塑化段（200℃～220℃）、混合段（200℃～210℃）、计量段（200℃～210℃）。
2#主机的整机加热区温度在165℃～180℃左右。
模口温度约为130℃～150℃。
两级主机中的压力都非常高，中间有时能高达15MPa以上。
XPS板的生产过程，从加料、塑化、加发泡剂、发泡、整平到切割，一般都是连续的，其发泡过程几乎是瞬时完成的。XPS板的厚度一般是在整平机处定好的，而且固定好后要连续生产一段时间，不能在短时间内任意调整。整体而言，相比于EPS，XPS板的尺寸规格不易任意调整
。
２　聚苯乙烯泡沫塑料板的技术要求〔2〕
   表１为建筑外保温系统对聚苯乙烯泡沫塑料板的技术要求，表2为以聚苯乙烯泡沫塑料板为主要保温材料的建筑外保温系统的技术要求。

３　EPS板与XPS板的优缺点分析
   相对于EPS，XPS板有一些优点：强度较高、导热系数较小、隔汽性能较好等，保温要求相同时，XPS板的厚度可薄些。不过，表1中导热系数的取值只是目前的一般做法，实际上，EPS的导热系数并没有那么大。
相对于EPS,XPS板存在有不少缺点：
1） 热稳定性差
   根据国标进行检测（100×100×原厚，70℃下48h），目前国内生产的（含多家外企的）XPS板的热变形量大多为1.2%左右，而EPS的一般在0.5%左右，所以使用XPS板的建筑外保温系统，如其XPS板外的抹面抗裂砂浆、柔性腻子的性能同EPS外的差不多，则二者均易开裂，并可能影响到饰面层。
   讨论：物体的宏观性能与其微观结构是密切相关的，PS板也不例外。EPS一般是常压下自由发泡的，其发泡过程的时间达数分钟之长，然后又经过中间熟化、模塑（终发泡）、大板养护等过程，其间经历时间达数天之久，因此其孔结构较好：孔形状接近圆形、孔径在0.03mm左右（见图1），所以其整体尺寸稳定性较好。而XPS板几乎是在瞬间发泡的，由于是由高温高压下突然变为常压，发泡过程很难控制〔3〕，如果后面冷却不好，急冷也会引起局部应力集中；XPS在发泡的同时，又受整平机的挤压，各向受力和膨胀比例相差很大，因此，工艺、原料和控制不是特别好的XPS板，其内部孔结构就不好：如图1所示。图1为作者对国内所见到的有代表性的XPS板所拍的亚微观尺度的照片，可见，相比于EPS，XPS的孔尺寸大得多，大部分XPS板的孔结构都不好，孔尺寸有大有小，大孔的形状易为菱形或梭形、其尺寸约为0.1*0.3mm,而且随着板材厚度的增加，这种孔的长宽比会随之增大。我们知道，在亚微观尺度范围内，不规则形状的孔尺寸越大，孔结构就越不稳定。这些大孔的尖端在受到外力作用（如温度应力等）时会产生应力集中；应力集中到一定程度就会引起变形，所以其尺寸稳定性较差。当XPS板的质量差到一定程度，其断裂方式可能会从韧性断裂转为脆性断裂，其工程风险就更大了。

    根据我们的实测结果，在北京地区，按照节能65%的标准施工的薄抹灰外保温工程，即使在秋天，保温板的外表面温度也能达到65℃以上，而在冬末春初季节，保温板的外表面的当日温差也能达到６５℃以上（见图2）。因此，涂料饰面的XPS板外保温工程，出现板缝开裂的几率就相对较大。对于面砖饰面的，虽然短期内被掩盖了，但在长期的环境考验下，出现掉砖的可能性还是有的。

2） XPS板的可粘性差。
    表4为我们对大模内置外保温系统进行的部分试验结果，其中，试验用混凝土的28天强度为29.3MPa，EPS的容重为20kg/m3，试验前用PS板材做成柱型试模，混凝土芯柱规格为200*200*650mm，带PS板的混凝土在养护室内养护40天后，用电热丝切割成50*50mm的方块，粘贴拉拔件后进行拉拔。可见，即使压花的XPS板，其与混凝土间仍无粘结强度。

   可见，界面剂对XPS板的粘结性能影响较大。实际上，好的XPS板的本体强度一般能达到0.3MPa以上（质量不好的，可能小于0.2MPa），但由于在不同界面剂作用下的粘结强度不同，同时，由于XPS板的本身热稳定性较差，所以表1、表2中要求XPS板外保温系统中的保温板与砂浆间的粘结强度须不小于0.20MPa，否则，其系统的稳定性就难以预料。
然而，界面剂的产品质量和操作过程本身带有不确定性，它给XPS保温系统带来隐患。这是XPS的一大缺点。
3）一般XPS板的阻燃性能不如EPS的。
4) XPS板的施工性较差。
     由于EPS是由大体积的块材切割成所需尺寸的薄型板材，本身质地较软（但其强度已足够目前各种保温系统的使用要求〔4〕），所以施工性较好。
而XPS本身质地较硬，虽然使用于地下室或地面保温等需要较高抗压强度的场所较好，但若使用于墙面保温，因XPS板本身易变形，一般其外皮又是一层硬壳，所以在粘贴过程中或是对粘贴后的板面进行找平均是难题。
4 结语
     1)虽然EPS与XPS的化学组成基本相同，但生产工艺不同，性能差异也比较大：（1）EPS的综合性能较好；（2)XPS板虽然具有保温较好、强度较高等优点，但缺点也很明显：目前市场所见产品的大部分热稳定性差、可粘性差、阻燃性差、施工性差，等等。
     2)EPS与XPS的性能差异应该是由其不同的孔结构造成的。

参考文献
[1] 高明智　等译 现代苯乙烯系聚合物　化学工艺出版社　　2004.11
[2] 外墙外保温施工技术规程 DBJ/T 01-38-200X（报批稿）
[3] 吴大鸣 等编著 精密挤出成型原理及技术 化学工业出版社 2004.7
[4] 章银祥 建筑外墙外保温相关问题分析 墙体保温材料及应用技术 中国电力出版社 2006年12月
（本文于2008年6月6日修改）