聚氨酯真空隔热板芯材的研制

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1、2003中国聚氨酯行业整体淘汰ODS国际论坛论文集聚氨酯真空隔热板芯材的研制王娟石芳录朱贤白品贤（兰州华宇创新科技有限公司甘肃兰州730000）摘要：制备了用于聚氨酯真空隔热板的开孔硬泡芯材，该泡沫芯材的开孔率达95％。讨论了聚醚多元醇、开孔剂及泡沫稳定剂等组分对芯材性能的影响。并介绍了封装成真空隔热板的工艺。用该芯材制成的聚氨酯真空隔热板具有优良的隔热性能，其导热系数低于10mW/(m·K)。关键词：真空隔热板；开孔泡沫；聚氨酯；硬质泡沫；导热系数硬质聚氨酯(PU)泡沫塑料由于具有优良的隔热性能，一直被广泛应用于家电、石化和建筑等行业。为了更好地节约能源，进一步提高其隔热性能是大家关注和

2、研究的焦点。多年来在国内外业内人士的共同努力下，PU硬泡的隔热性能逐步提高，但是，硬质PU泡沫体闭孔中气体的存在，决定了PU硬泡的表观导热系数不可能低于该气体自身的导热系数。这样，从根本上阻碍了PU硬泡隔热性能的彻底优化。聚氨酯真空隔热板(PU-VIP)是将开孔聚氨酯硬泡芯材真空封装在镀铝聚酯/聚乙烯薄膜内而成。由于抽真空脱除了开孔结构泡沫中的气体，使板材具有优良的隔热性能。将PU-VIP与浇注PU硬泡结合形成复合隔热结构，可用于冰箱隔热。当PU-VIP替代35%的普通浇注PU硬泡时，可使冰箱能耗降低25%[1]。可见，PU-VIP是一种高效、节能、环保型隔热材料，由于其不含任何CFC物质

3、，对环境无污染，因此具有极好的发展和应用前景。1PU-VIP的隔热机理一般用于隔热的PU硬泡是由大量的蜂窝状的微孔构成，这些微孔各自独立，互不相通，构成所谓“闭孔结构”，泡孔内充满了导热系数极低的CFC气体。PU硬泡的表观导热系数由下式表示：l＝lg＋ls＋lr式中：l＝表观导热系数；lg＝泡孔内气体的热传导；ls＝泡沫骨架的热传导；lr＝辐射热传导。以CFC-11为发泡剂，常温下三种热传导在PU硬泡表观导热系数中所占大致比例见表1[2]。表1三种热传导占PU硬泡表观导热系数的比例传热方式比例/%lg50～65lr，ls35～50l100由表1可见，常温下气体的热传导lg占PU硬泡表观导热

4、系数的45%左右，接近一半。显然，PU-VIP开孔硬泡芯材，采用抽真空的工艺，可使lg®0，其表观导热系数l由下式表示：l＝ls＋lr这样，由于PU-VIP芯材的气体导热系数lg®0，理论上其导热系数仅约为普通硬泡的一半左右，而实际应用中，通过优化泡孔结构、提高真空度等方法，可以进一步提高板材的隔热性能。实验证明，当PU-VIP内压降至0.5Pa时，其导热系数可低达7mW/(m·K)[1]。2实验2.1芯材配方本实验的核心就是研制出开孔型微孔泡沫芯材，采用一步法工艺发泡成型，表2为本实验配方。2702003中国聚氨酯行业整体淘汰ODS国际论坛论文集表2开孔型微孔泡沫芯材配方原料聚醚多元醇1

5、)泡沫稳定剂2)开孔剂2)复合催化剂3)发泡剂4)质量份1000.5～1.00.5～1.03～67～10注:1)选用两种以上国产聚醚多元醇组合，组合聚醚的羟值450mgKOH/g；2)均选用德国高施米特公司聚氨酯助剂；3)选用德国高施米特公司催化剂与国产普通催化剂复合。4)发泡剂为HCFC-141b，另含水0.5~2.0份。2.2芯材制作工艺采用手工发泡或高压发泡机浇注将料液在室温下混合，在1500r/min下搅拌8～10s，注入40℃的不锈钢模具中，使泡沫自由上升（采用浮动式顶盖，与软泡模塑工艺相同），5min后脱模，并在70℃下熟化24h。2.3测试方法用扫描电镜SEM测定孔径微观形态

6、结构；开孔率按GB10799－89方法测试；密度按GB/T6343－95方法测试；导热系数按GB3399－82方法测试；压缩强度按GB8813－88方法测试。3结果与讨论3.1芯材的三个技术要求PU-VIP芯材的制备是真空板研制的关键技术之一，其配方实验及制作工艺与普通PU硬泡均有根本不同。PU-VIP芯材制备关键在于开孔率高、泡孔结构好、抗压性能强三点。3.1.1高开孔率与普通闭孔结构的PU硬泡(一般闭孔率大于95%)不同，作为PU-VIP真空板芯材，要求泡沫开孔率愈高愈好，以便于抽空，从而保持真空板内的真空度。因为真空板芯材中少量闭孔泡沫内的气体会缓慢逸出。本实验对平均孔径为200mm

7、的PU-VIP芯材在66.5Pa真空条件下的表观导热系数与泡沫开孔率的关系进行了分析，结果如图1所示。图1开孔泡沫表观导热系数与泡沫开孔率的关系由图1可见，在一定真空条件下PU-VIP表观导热系数随泡沫开孔率的提高明显下降。实验结果表明，要使PU-VIP真正具有优良的隔热性能，芯材的开孔率应大于95％以上。3.1.2泡孔结构真空板封装临界真空度依赖于真空板芯材泡孔结构[3]。泡孔尺寸小，结构均匀，其封装临界真空度可相应降