聚氨酯硬泡體自二十世紀(jì)六十年代進入建筑市場開始，即在建筑防水保溫領(lǐng)域引發(fā)了一場防水保溫隔熱材料及其工藝的變革，2001年聚氨酯全球年產(chǎn)量已突破1000萬噸，且每年仍以6%~9%的速度增長，其中硬泡約占聚氨酯總產(chǎn)量的60%以上。聚氨酯硬泡以其卓越的保溫功能，優(yōu)異的自粘強度和較為理想的防水性能，在工業(yè)發(fā)達國家建筑防水保溫領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，一些國家還通過立法把它做為建筑業(yè)法定用材。
一、硬質(zhì)聚氨酯泡沫的特點
聚氨酯（即聚氨基甲酸酯，英文縮寫PU）是在高分子主鍵上含有許多重復(fù)的—NHCOO—基團的高分子化合物。聚氨酯系列產(chǎn)品一般是由二元或多元有機異氰酸酯和多元醇在多種助劑的作用下，經(jīng)過聚合反應(yīng)得到的高分子化合物，兩種主材中若都只含兩個或以下羥基官能團時，聚合反應(yīng)得到的是線型結(jié)構(gòu)的化合物，若其中一種或兩種主材中，部分或全部具有三個或以上官能團時，則可得到體型結(jié)構(gòu)的聚合物，由于聚合物的結(jié)構(gòu)不同，性能差異很大。就像鋼材一樣，雖然都是鐵碳合金，但鐵碳配比不同，熱處理工藝不同，其性能截然不同。聚氨酯原料在各行業(yè)應(yīng)用非常廣泛，因應(yīng)用的行業(yè)特性和生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，各行業(yè)對以聚氨酯為主要原料的組合材料的性能要求也不同。承擔(dān)保溫防水雙功能的聚氨酯硬泡（SPF）也完全不同于用于冰箱、冷庫僅起保溫作用的聚氨酯(PUR)，盡管它們外觀結(jié)構(gòu)看似非常相像，但作為建筑保溫防水一體化材料，聚氨酯硬泡打破了傳統(tǒng)建材功能單一、防水的不保溫、保溫的不防水、防水層一旦出現(xiàn)滲漏、保溫層隨即失去保溫功能的通病。與其它單功能保溫或防水材料相比，聚氨酯硬泡具有明顯的優(yōu)勢：
1、導(dǎo)熱系數(shù)低，保溫隔熱效果好。聚氨酯發(fā)泡時閉孔率高，所以當(dāng)硬質(zhì)聚氨酯泡沫密度為35-40Kg/m3時，導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.018-0.023W/（m·K），在同樣保溫效果下，保溫層厚約相當(dāng)于EPS的一半，在目前所有保溫材料中導(dǎo)熱系數(shù)最低，其熱工性能優(yōu)越。
2、.聚氨酯硬泡體連續(xù)致密的表皮和近于100%的高強度互聯(lián)壁閉孔，具有理想的不透水性。采用噴涂法施工達到防水保溫層連續(xù)無接縫，形成無縫屋蓋和整體外墻保溫殼體，防水抗?jié)B性能優(yōu)異。
3、硬質(zhì)聚氨酯泡沫體直接噴涂于墻體與屋面，反應(yīng)物料受壓力作用,通過噴槍形成混合物直接發(fā)泡成型,液體物料具有流動性、滲透性，可進入到墻面基層空隙中發(fā)泡，與基層牢固地粘合并起到密封空隙的作用，抗風(fēng)和抗負(fù)風(fēng)壓性能良好。
4、現(xiàn)場噴涂或澆注施工，整體性好。硬質(zhì)聚氨酯泡沫采用噴涂或澆筑施工，施工具有連續(xù)性，獨特的施工技術(shù)使整個保溫層無接縫、具有整體性，墻體形成無接縫連續(xù)殼體。
5、柔性漸變技術(shù)可有效阻止防水層開裂， 硬質(zhì)聚氨酯泡沫吸水率低，抗水蒸氣滲透性好，泡沫孔呈獨立狀態(tài)，互不連通，閉孔率達95%以上，是結(jié)構(gòu)致密的微孔泡沫材料，與空氣接觸的表面更加致密，不易透水，連續(xù)無接縫特性和無粘結(jié)劑工序保證了無空腔墻體更優(yōu)秀的抗風(fēng)性能，阻斷了毛細管導(dǎo)致的墻體反堿途徑,因此防水效果好，且不會因吸潮而增大導(dǎo)熱系數(shù)，防水性能可靠。
6、機械化作業(yè)、自動配料、質(zhì)量均一、施工快周期短。
7、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，使用壽命長，對周圍環(huán)境不構(gòu)成污染。
8、離明火自熄，且燃燒時只炭化不滴淌，炭化層尺寸和外形基本不變，能有效隔斷空氣的進入，阻止火勢的蔓延，防火安全性能好。
二、 與其他材料保溫體系相比聚氨酯外保溫體系優(yōu)缺點
1、保溫效果比較
1）澆注EPS（膨脹聚苯乙烯泡沫塑）板與XPS（絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料）板外墻外保溫體系比較
聚苯板的導(dǎo)熱系數(shù)一般在0.036W/(m.k)左右，而擠塑聚苯板的導(dǎo)熱系數(shù)一般在0.028W/(m.k)左右，厚度按熱工計算一般為40～60mm時能滿足節(jié)能50％的要求。
2）噴涂、澆注PU（聚氨酯）外墻外保溫體系
聚氨酯發(fā)泡時閉孔率高，所以硬質(zhì)聚氨酯泡沫密度為35～40Kg/m3時，導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.018～0.023 W/(m.k),25mm厚的聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料的保溫效果相當(dāng)于40mm厚的EPS，在目前所有保溫材料中導(dǎo)熱系數(shù)最低，其熱工性能優(yōu)越。
2、施工性能
粘貼EPS板與XPS板外墻外保溫體系比較：粘結(jié)施工，不會造成環(huán)保問題，施工較方便，可對板材任意切割，但要注意粘結(jié)砂漿的粘結(jié)性能，且施工是在主體結(jié)構(gòu)完成后，需另計算工期。
1）澆注EPS板與XPS板外墻外保溫體系比較
施工與結(jié)構(gòu)施工同步，節(jié)省工期，解決了板材與墻面的粘結(jié)問題，施工效率較高，但澆筑易出現(xiàn)保溫板上下受力不均勻，產(chǎn)生應(yīng)力集中，使保溫板不平整，易使表面砂漿出現(xiàn)裂紋。
2）噴涂PU外墻外保溫體系
直接噴涂于墻體發(fā)泡成型,液體物料具有流動性、滲透性，可進入到墻面基層空隙與基層牢固地粘合，施工具有連續(xù)性，保溫層無接縫，墻體形成無接縫連續(xù)殼體；適應(yīng)于任何形狀結(jié)構(gòu)，特別是異型層面；維修方便；但施工時須注意天氣情況，需注意勞動保護，噴涂厚度需均勻。
3）澆注PU外墻外保溫體系
厚度均勻、表面平整，不存在接縫問題，整體性好，防水保溫性能好，節(jié)省工期；但澆筑時可能產(chǎn)生澆筑不均勻，形成空洞等，需制作專業(yè)模板，表面光滑度較高，處理不當(dāng)易產(chǎn)生飾面層的起鼓、脫落、開裂等現(xiàn)象。
3、防水性能
1）粘貼、澆注EPS板與XPS板外墻外保溫體系比較
體系防水性能不如聚氨酯，水分侵入會可能造成聚苯板保溫效果失效。
2）噴涂、澆注PU外墻外保溫體系
硬質(zhì)聚氨酯泡沫吸水率低，抗水蒸氣滲透性好，泡沫閉孔率達95%以上，結(jié)構(gòu)致密，與空氣接觸的表面更加致密，不易透水，屬憎水材料，硬質(zhì)聚氨酯泡沫防水性能和連續(xù)無接縫特性，無粘結(jié)劑工序保證了無空腔墻體更優(yōu)秀的抗風(fēng)性能，阻斷了毛細管導(dǎo)致的墻體反堿途徑,因此防水效果好，吸水率≤１％，且不會因吸潮而增大導(dǎo)熱系數(shù)，防水性能可靠。
4、抗裂性能
1）粘貼、澆注EPS板與XPS板外墻外保溫體系比較
體系抗裂性由抹面砂漿承擔(dān)，因此抗裂砂漿性能要保證，一旦開裂水分侵入保溫材料會造成保溫材料的失效
2）噴涂、澆注PU外墻外保溫體系
硬質(zhì)聚氨酯泡沫能依靠自身粘結(jié)性能與墻體基面直接粘結(jié)，整體性好，聚氨酯自身的抗裂性能優(yōu)越，水侵入也不會造成保溫效果的失效。
5、環(huán)保性能
1）澆注EPS板與XPS板外墻外保溫體系比較
由于使用的保溫板均為工廠加工預(yù)制，所以施工和使用的過程中不會存在環(huán)保問題。
2）噴涂PU外墻外保溫體系
噴涂硬質(zhì)聚氨酯泡沫，易受天氣影響，造成聚氨酯泡沫飛濺，可能對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。
3）澆注PU外墻外保溫體系
澆筑聚氨酯保溫層由于會受模板限制，泡沫飛濺較輕，影響較小。
6、耐久性能
1）澆注EPS板與XPS板外墻外保溫體系比較
由于聚苯板本身的特性，所以在遭受水侵入后極易發(fā)生保溫失效現(xiàn)象，在遭受高溫時易收縮變形，并可能形成滴液，使保溫板破壞，失去保溫效果，使用的粘結(jié)砂漿如粘結(jié)強度稍弱，則會發(fā)生板材脫落，耐久性相對來說較弱。
2）噴涂、澆注PU外墻外保溫體系
采用聚氨酯做保溫層，保溫防水一體化，不會因為水侵入而造成保溫層的失效，聚氨酯的耐老化性能好，化學(xué)性能穩(wěn)定。屋面噴涂聚氨酯的使用年限已超過26年，至今系統(tǒng)運行的很好。
三、聚氨酯硬質(zhì)泡沫保溫材料的性能指標(biāo)
建筑業(yè)用聚氨酯硬泡體防水保溫材料與冷庫、冰箱用聚氨酯硬質(zhì)泡沫保溫材料在性能上的極大差別，主要反映在斷裂延伸率、閉孔率、尺寸變化率、粘接強度四項性能指標(biāo)上?！?nbsp;
1、斷裂延伸率影響
斷裂延伸率是衡量聚氨酯硬泡抗拒應(yīng)力作用不產(chǎn)生永久變形的重要性能指標(biāo)，而僅起保溫作用，無防水功能的冷庫冰箱用聚氨酯硬質(zhì)泡沫對此項關(guān)鍵的性能指標(biāo)并無任何要求。
2、尺寸變化率影響
聚氨酯硬泡受使用環(huán)境溫度變化的影響，尺寸和體積會發(fā)生一定的變化，尺寸變化率的大小與原料的類型、泡體的結(jié)構(gòu)、芯材密度、成型工藝及發(fā)泡劑的種類等諸多因素有關(guān)，耐溫差性能較好的聚氨酯硬泡在-20攝氏度至+80攝氏度的環(huán)境溫度下，尺寸不應(yīng)發(fā)生明顯的變化。聚氨酯硬泡的閉孔率高達95%以上，封閉在泡孔中的氣體壓力隨環(huán)境溫度的變化而變化，如果泡壁的結(jié)構(gòu)強度較小，泡沫尺寸就會因閉孔中氣體壓力的變化而產(chǎn)生低溫收縮或高溫膨脹的變形，尺寸相對變形量（即尺寸變化率）越大，聚氨酯防水保溫層產(chǎn)生斷裂或開口的幾率就越大。
3、閉孔率 影響
閉孔率是衡量材料吸水率和導(dǎo)熱系數(shù)的重要指標(biāo)，閉孔率低的硬泡吸水率和導(dǎo)熱系數(shù)都較高，對材料的保溫功能和抗凍融性能都有著至關(guān)重要的影響。建筑用聚氨酯硬泡作為屋面防水保溫材料使用時，其泡沫閉孔率至少應(yīng)大于95%，當(dāng)閉孔率低于70%時，短時大雨并不會造成屋面滲漏，但在多日連續(xù)陰雨的季節(jié)，由于硬泡長期浸泡在雨水中，開孔泡中吸水較多，滲入泡中的雨水，在重力作用下會透過串孔進入屋面基層，并被封存在基層和硬泡之間，即使雨過天晴，在烈日照射下短期內(nèi)也很難經(jīng)過硬泡保溫層和保護層向上排出。相反，由于屋面受陽光照射，上層溫度高，下層溫度低，水分反而向屋面下層遷移，造成雨天不漏、晴天滲漏的反?，F(xiàn)象，這種現(xiàn)象在南方黃梅季節(jié)尤甚。
4、抗拉強度和自粘強度的影響
聚氨酯硬泡外墻外保溫系統(tǒng)的整體強度取決于聚氨酯母材的抗拉強度（系統(tǒng)強度的最薄弱環(huán)節(jié)），因此聚聚氨酯硬泡本身的抗拉強度實際上就是整個外墻飾面系統(tǒng)的抗拉拔強度。
另外，建筑業(yè)用噴涂聚氨酯硬泡在材料配制時還應(yīng)充分地考慮外墻外保溫系統(tǒng)使用時的粘接強度要求，因此要求其對金屬、混凝土、磚石、木材、玻璃等建筑材料具有極好的自粘接性能。國家建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T998-2006和最近通過的《聚氨酯硬泡外墻外保溫工程技術(shù)導(dǎo)則》，都對聚氨酯硬泡的自粘接強度規(guī)定了強制性指標(biāo)，這也是噴涂聚氨酯硬泡相對于發(fā)泡聚苯板（EPS）和擠塑保溫板（XPS）外墻外保溫系統(tǒng)安全性具有明顯優(yōu)勢的一個重要指標(biāo)。值得一提的是，強度是聚氨酯硬泡最重要的力學(xué)性能，它的大小直接決定著外墻飾面系統(tǒng)的抗風(fēng)壓、抗沖擊、抗應(yīng)變能力以及承載總重量的能力，是評估外墻外保溫系統(tǒng)使用安全性的最重要、最直接的性能指標(biāo)。
經(jīng)理論計算與工程實踐證明，以EPS和XPS為代表的保溫材料在厚度限定的情況下難以滿足節(jié)能65%的要求。隨著硬質(zhì)聚氨酯泡沫的保溫性能更優(yōu)越、更接近于節(jié)能65%的要求， 所以說:推廣應(yīng)用硬質(zhì)聚氨酯泡沫是我國保溫材料體系走向高性能化的必然趨勢。
