聚氨酯復(fù)合保溫?zé)崴艿南嚓P(guān)技術(shù)研究

周帆 鄧穎成 樊柳慧

【摘 要】文章介紹了廣西吉順能源科技有限公司研究開發(fā)的聚氨酯復(fù)合保溫?zé)崴艿南嚓P(guān)技術(shù)。該保溫?zé)崴懿捎米灾餮邪l(fā)的工藝技術(shù)，集成聯(lián)塑PPR熱水管、聯(lián)塑PVC管及自主研發(fā)的聚氨酯發(fā)泡組合物嵌套組成。聚氨酯復(fù)合保溫?zé)崴軣釗p低、故障率低、壽命長，產(chǎn)品性價比高，并且該產(chǎn)品對人體和環(huán)境無害，符合國家綠色環(huán)保的要求。

【關(guān)鍵詞】聚氨酯；保溫管；保溫隔熱

【中圖分類號】TB383.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）08-0022-03

0 引言

在全球能源形勢緊張、節(jié)能環(huán)保意識逐步增強的今天，人們更喜歡能源利用率高的新型產(chǎn)品。廣西吉順能源科技有限公司研發(fā)的聚氨酯復(fù)合保溫?zé)崴?，具有高效保溫、耐腐蝕、衛(wèi)生安全等優(yōu)勢。近年來，國家高度重視節(jié)能環(huán)保工作，已出臺一系列推進(jìn)節(jié)能環(huán)保的法規(guī)政策和措施。中央和地方也投入了大量資金，為聚氨酯保溫管產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展創(chuàng)造了良好的外部環(huán)境和發(fā)揮了積極的推動作用。

1 聚氨酯復(fù)合保溫?zé)崴艿慕Y(jié)構(gòu)介紹

聚氨酯復(fù)合保溫?zé)崴艿幕窘Y(jié)構(gòu)由內(nèi)層工作熱水管、中間層聚氨酯保溫層、外層保護(hù)層組成。按照實際要求，還包括報警線、同心度固定件及其他保溫材料復(fù)合層等組成部分。

1.1 內(nèi)層工作熱水管

集成采用了聯(lián)塑PPR熱水管，它比鍍鋅管、不銹鋼水管具有更高的拉伸屈服強度和抗沖擊性能，而且耐腐蝕不結(jié)垢，具有良好的剛性韌性、無毒衛(wèi)生、安裝簡單、對人體和環(huán)境無害等特點，尤其導(dǎo)熱系數(shù)僅為鋼鐵管的1/200，生產(chǎn)耗能也僅為鋼鐵管的20%，價格僅為鋼鐵管的50%，在使用溫度為100 ℃以下、工作壓力為1.5 MPa的條件下，壽命可達(dá)50年。PPR管是優(yōu)良的工程塑料，也是熱水輸送管的極佳選材。

1.2 中間層聚氨酯保溫層

采用了自主研發(fā)的新型聚氨酯發(fā)泡組合物保溫材料（由異氰酸酯、聚醚多元醇、二甲醚、玻璃纖維、膨脹珍珠巖等原料配比而成），屬于硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，在一定負(fù)荷的作用下不會發(fā)生明顯形變，硬質(zhì)聚氨酯泡沫分子不親水，它所特有的閉孔結(jié)構(gòu)使得它具有非常高的水蒸氣滲透阻隔能力及優(yōu)良的不透水性，故與使用聚乙烯、巖棉、玻纖等傳統(tǒng)保溫材料相比，它具有導(dǎo)熱系數(shù)低、表現(xiàn)密度小、吸水率低、抗老化性好、使用壽命長等特點，密度為35 kg/m3左右，導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到0.023 7 W/（m·K）。經(jīng)添加劑處理后，又能提高阻燃性、耐水性、耐腐蝕性，聚氨酯泡沫產(chǎn)品還可長期在150 ℃條件下使用并保證力學(xué)性能等無明顯下降。

1.3 外層保護(hù)層

集成聯(lián)塑PVC管，它是氯乙烯單體在引發(fā)劑作用下，通過自由基聚合反應(yīng)而得到的線型聚合物是一種非結(jié)晶、極性的高分子聚合物，與使用橡膠、鋁箔膠帶做保護(hù)層的材料相比較，它無毒無害，具有抗拉、抗壓和耐腐蝕性、耐化學(xué)穩(wěn)定性和水密性、電絕緣性優(yōu)良等特點，PVC材料氧指數(shù)高，屬于阻燃材料，具有自熄性，PVC管材的安全系數(shù)高，PVC管對無機酸、堿、鹽類耐熱性腐蝕性能優(yōu)良，它的膨脹系數(shù)小，受溫度影響小，導(dǎo)熱系數(shù)和彈性模量小，與鐵鑄材料排水管相比，抗凍性能優(yōu)良，與普通保護(hù)層材料相比，其使用壽命延長了15年。

2 聚氨酯復(fù)合保溫?zé)崴艿募夹g(shù)研究

聚氨酯復(fù)合保溫?zé)崴艿墓ぷ鞴芘c保護(hù)管兩者之間填充聚氨酯發(fā)泡組合物保溫材料。發(fā)泡成型時，PPR管、發(fā)泡物、PVC管三者之間相對軸心線保持均勻的間距，若中間層的保溫材料分布不均勻，不僅會嚴(yán)重影響整個保溫管的保溫性能，還會增加施工難度。廣西吉順能源科技有限公司利用自主研發(fā)的工藝技術(shù)，在內(nèi)管和外套管之間安裝精密的固定部件，以達(dá)到保持同心度的目的，PPR管、發(fā)泡物、PVC管三者保持同心度的精準(zhǔn)度達(dá)到0.01 mm。此工藝不會影響聚氨酯發(fā)泡工藝流程，也不會對管的保溫性能和正常使用造成任何影響，并且制造過程更高效、更穩(wěn)定，成本也相對較低。

聚氨酯復(fù)合保溫?zé)崴苁褂猛馓譖VC，內(nèi)層優(yōu)質(zhì)PPR熱水管，中間發(fā)泡組合物保溫材料混合搭配，提高了保溫管的性能，其耐酸堿等化學(xué)性能也使得它的使用領(lǐng)域可以擴展到集中供熱、供冷和熱油的輸送及暖室、冷庫、化工等行業(yè)的保溫保冷工程；跟其他塑料材質(zhì)的內(nèi)管相比，PPR做內(nèi)管的生產(chǎn)能耗更低、質(zhì)量更輕、保溫性能更出色。

2.1 保溫材料研究

自主研發(fā)的新型聚氨酯發(fā)泡組合物保溫材料由異氰酸酯和聚醚多元醇組合物混合發(fā)泡而得，聚醚組合物和異氰酸酯按質(zhì)量比為1∶1～1∶1.4。其中，所使用的異氰酸酯主要有甲苯二異氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）、多次甲基多苯基多異氰酸酯（PAPI）等，以及少量做特殊用途的其他脂肪族和芳香族的有機異氰酸酯；聚醚多元醇組合物包括以下重量份數(shù)的原料：聚醚多元醇為70～90份，二甲醚為3～6份，無機阻燃劑為3～5份，玻璃纖維為3～6份，膨脹珍珠巖為5～8份。聚醚多元醇是分子量為800～2 000的丙二醇聚醚、分子量為400～4 000的三羥甲基丙烷聚醚和分子量為500～5 000端羥基的聚四氫呋喃；無機阻燃劑是重量份數(shù)為（5～10）∶100的三氧化二銻和氫氧化鋁的混合物；玻璃纖維為玻璃纖維原絲通過短切原絲和磨碎纖維步驟后得到直徑為3～7μm、長度為2～4 mm的超細(xì)玻璃纖維；膨脹珍珠巖具有中空孔的結(jié)構(gòu)，其顆粒直徑為10～100 nm。

二甲醚（DME）在常溫、常壓下是一種無色氣體或壓縮液體，具有惰性、無腐蝕性、無致癌性，還具有優(yōu)良的混溶性，易溶于水，能同大多數(shù)極性和非極性有機溶劑混溶；沸點低、易燃，但與水混合后可獲得高沸點及不燃性物質(zhì)的特性；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可長期儲存而不分解或轉(zhuǎn)化，在大氣層中的壽命很短，約10 d，即可被降解為二氧化碳和水，ODP值為0，因此不會造成環(huán)境污染和破壞臭氧層。由于現(xiàn)有技術(shù)中用水作為發(fā)泡劑時，聚氨酯硬泡沫存在泡沫強度低的缺陷，部分企業(yè)通過提高原料異氰酸酯的用量或提高泡沫密度來解決上述問題會導(dǎo)致生產(chǎn)成本升高，這阻礙了全水發(fā)泡技術(shù)的推廣。二甲醚可與水互溶的特性使其很容易用于全水發(fā)泡技術(shù)中，有助于改善全水發(fā)泡聚氨酯硬泡沫強度低、穩(wěn)定性差、絕熱性差的缺陷，并可以減少異氰酸酯的用量；此外，由于二甲醚的低黏度與低表面張力特性，用于全水發(fā)泡體系中可顯著降低體系黏度，并提高體系中各組分的混勻性，使成型的發(fā)泡保溫材料孔泡分布均勻、保溫性能穩(wěn)定；同時，二甲醚與聚醚多元醇的互溶性有利于提高聚氨酯硬泡沫的發(fā)泡效率和尺寸穩(wěn)定性；再加上二甲醚價格低、來源廣的優(yōu)點，其可以作為發(fā)泡助劑用于各種聚氨酯硬泡沫的生產(chǎn)，并可有效地提高聚氨酯硬泡沫的使用性能。

玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機非金屬材料，其具有絕緣性好、耐熱性強、抗腐蝕性好、機械強度高的優(yōu)點。它是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡(luò)紗、織布等工藝制造而成，通常用做復(fù)合材料中的增強材料，其直徑越小，強度越高。所采用的玻璃纖維為玻璃纖維原絲通過短切原絲和磨碎纖維步驟后得到直徑為3～7μm、長度為2～4 mm的超細(xì)玻璃纖維。發(fā)泡原料混合后，玻璃纖維會分布在泡孔壁、泡沫材料的骨架中，起到增強孔壁和泡沫剛度的作用，且不會影響泡孔的結(jié)構(gòu)。

膨脹珍珠巖是一種高性能的無機輕質(zhì)絕熱材料，密度?。?0～250 kg/m3），使用溫度范圍為-200～800 ℃，溫度在0～100 ℃范圍內(nèi)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.024～0.058 W/（m·K），具有導(dǎo)熱率低、無毒、無味、不腐、阻燃、吸音的優(yōu)點，可用做高效保溫、保冷填充材料，其制作原理為珍珠巖礦石經(jīng)破碎形成一定粒度的礦砂，再經(jīng)預(yù)熱、瞬時高溫焙燒膨脹后制成的一種內(nèi)部為蜂窩狀結(jié)構(gòu)的白色顆粒狀的材料，根據(jù)其膨脹工藝技術(shù)及用途不同分為開放孔、閉孔、中空孔3種形態(tài)。所采用的是粒徑（顆粒直徑）在100 nm以下的中空孔膨脹珍珠巖，并在試驗中測得，膨脹珍珠巖可適當(dāng)?shù)卦黾泳郯滨ビ才菽拈_孔率，并能延緩發(fā)泡凝膠和固化速度，防止泡沫因短時間內(nèi)積聚力量大而容易擠壓內(nèi)膽和外壁，減少“不良泡沫”的產(chǎn)生，同時降低了泡沫成型后的收縮率。

新型聚氨酯發(fā)泡組合物與常規(guī)的聚氨酯做保溫層相比，其具有更高的保溫性能，也降低了發(fā)泡成型后的收縮率，避免發(fā)泡過程引起的內(nèi)、外管變形及鼓起甚至是破裂現(xiàn)象，從而降低了因發(fā)泡不當(dāng)帶來的破壞風(fēng)險。新型聚氨酯發(fā)泡組合物可替代鍍鋅管、鋁塑管、PPR管、紫銅管、不銹鋼管，以及保溫性能比聚氨酯差的聚乙烯、巖棉、玻纖、橡膠等傳統(tǒng)保溫材料；我們還對保溫材料組方進(jìn)行了研究攻關(guān)，加入了阻燃劑、催化劑等配方，使保溫材料具備阻燃性能。

2.2 工藝研究

采用“兩步法”先將同心度固定件固套進(jìn)內(nèi)層工作熱水管與外層保護(hù)層的中間，然后在內(nèi)層工作熱水管與外層保護(hù)層之間的空隙澆注聚氨酯發(fā)泡組合物保溫材料。

第一步，同心度套管。需用到套環(huán)機、穿管機、除塵器、上管機、輸管機和下管機。先將內(nèi)層工作熱水管、外層保護(hù)層管按順序送至上管機，然后開啟上管機并調(diào)整管的運行速度，之后用套環(huán)機將同心度固定件固套進(jìn)內(nèi)層工作熱水管與外層保護(hù)層管的中間，并將固定件的距離調(diào)整好，用穿管機穿管，穿管時還需調(diào)整內(nèi)、外管的運行速度，之后使用除塵器、輸管機，保證同心度套管達(dá)到準(zhǔn)確度要求，最后使用下管機。

第二步，聚氨酯發(fā)泡。使用多工位發(fā)泡架固定套管后澆注聚氨酯發(fā)泡組合物，調(diào)整高壓發(fā)泡機的混合比，設(shè)定工作溫度、澆注時間和測定設(shè)備流量。將高壓發(fā)泡機發(fā)泡槍澆注嘴插入澆注孔后澆注，之后封堵澆注孔，等待熟化后拆卸卡頭即可得到成品。

采用的發(fā)泡成型灌注工藝能使灌注保溫材料充分填滿保溫管夾層，尤其是小規(guī)格的保溫管，此工藝可確保填充度高，還能提高原料的利用率。

PPR復(fù)合保溫管安裝接駁時，內(nèi)管同樣使用PPR接頭焊接，外管使用PVC接頭護(hù)套，護(hù)套安裝完畢后打孔、灌注發(fā)泡，以保證接口處嚴(yán)密、保溫。

發(fā)泡架使用廣西吉順能源科技有限公司自有技術(shù)，并對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了工藝改進(jìn)創(chuàng)新和對工裝進(jìn)行了優(yōu)化升級，采用了多元化固定支架和操作平臺，可同時固定多個待發(fā)泡產(chǎn)品，可對多個產(chǎn)品進(jìn)行快速、安全地發(fā)泡生產(chǎn)。與傳統(tǒng)的單一發(fā)泡架相比，效率提高了80%，節(jié)約材料20%。

3 結(jié)論

廣西吉順能源科技有限公司通過改進(jìn)和創(chuàng)新工藝、優(yōu)化升級工裝，提高了生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，使研發(fā)出的聚氨酯復(fù)合保溫?zé)崴軣釗p低、故障率低、壽命長、性價比高，并且使用材料對人體和環(huán)境均無害，符合國家綠色環(huán)保的要求。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]白偉強.硬質(zhì)聚氨酯保溫管補口及管件保溫施工工藝[J].山西建筑，2017，43（14）.

[2]鄭中勝，郎魁元，張國玉.淺談高密度聚乙烯聚氨酯保溫管開裂問題的產(chǎn)生與對策[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2017

（6）.

[3]蔣林林，韓文禮，張紅磊，等.聚氨酯保溫管“管中管”成型工藝及質(zhì)量控制[J].天然氣與石油，2011，29

（3）：61-63.

[4]許云，沈波，方偉.聚氨酯泡沫保溫管的缺陷分析[J].石油工程建設(shè)，2010，36（3）：53-54.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]