對冰箱用高性能環(huán)保聚氨酯發(fā)泡材料的相關(guān)思考

張志杰 劉新遷

【摘要】文章對冰箱用高性能環(huán)保聚氨酯發(fā)泡材料相關(guān)問題進(jìn)行研究與分析，在聚氨酯發(fā)泡材料基本性能的基礎(chǔ)之上，對高性能環(huán)戊烷發(fā)泡系統(tǒng)的性能優(yōu)勢進(jìn)行分析，并對其相較于常規(guī)環(huán)戊烷發(fā)泡體系以及低導(dǎo)熱系數(shù)環(huán)戊烷發(fā)泡體系的性能優(yōu)勢進(jìn)行對比試驗研究。

【關(guān)鍵詞】冰箱;聚氨酯發(fā)泡;環(huán)保

1 聚氨酯發(fā)泡材料性能

冰箱是每個家庭所必須的耐用消費品，在冰箱生產(chǎn)、投入使用以及報廢后處理等各個環(huán)節(jié)中，都會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定程度上的影響。因此，對于冰箱生產(chǎn)制造企業(yè)而言，在生產(chǎn)過程中對發(fā)泡劑的選擇及其性能優(yōu)劣，都會對后續(xù)其環(huán)保性能產(chǎn)生非常重要的影響。以下所示（表1）對當(dāng)前幾種常見的發(fā)泡劑性能進(jìn)行了對比觀察，結(jié)果顯示，HCFC-141b雖然有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，但由于其臭氧消耗潛值較高，目前在冰箱制造領(lǐng)域中基本被淘汰。而環(huán)戊烷發(fā)泡劑雖然相較于HFC-245fa而言氣相熱導(dǎo)率上偏高，但在溫室效應(yīng)潛值上卻表現(xiàn)出了非常巨大的優(yōu)勢，環(huán)保性能突出。

2 高性能環(huán)戊烷發(fā)泡系統(tǒng)

常規(guī)意義上的環(huán)戊烷體系是冰箱生產(chǎn)制造領(lǐng)域中最常見的發(fā)泡體系，相較于其他類型的發(fā)泡體系而言，在生產(chǎn)工藝上更具控制性，且可應(yīng)用于冰箱箱體以及門體的發(fā)泡環(huán)節(jié)，因此就成為了大部分冰箱制造企業(yè)的首選發(fā)泡方案。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與成熟，及冰箱制造領(lǐng)域?qū)?jié)能減排的需求，業(yè)內(nèi)開始出現(xiàn)低導(dǎo)熱系數(shù)環(huán)戊烷發(fā)泡體系，該體系主要通過大幅度提升發(fā)泡反應(yīng)速度，并配合著減壓發(fā)泡設(shè)備改造以保證短時間內(nèi)泡沫在模具腔體內(nèi)的流動性和均勻性，達(dá)到導(dǎo)熱系數(shù)的降低的目的。高性能環(huán)戊烷發(fā)泡體系是基于組合聚醚配方本身做了更多的研究，通過開發(fā)專用高活性聚醚和調(diào)整催化劑平衡體系提升發(fā)泡體系的導(dǎo)熱性能和有效流動性。相較于以上兩種環(huán)戊烷體系而言，高性能環(huán)戊烷體系不但維持了原有的設(shè)備以及工藝條件，同時從以下幾個方面提升了其環(huán)保性能：第一，大大降低了聚氨酯泡沫的填充量;第二，促進(jìn)了生產(chǎn)效率的提升，以達(dá)到節(jié)約能源的目的;第三，實現(xiàn)了聚氨酯硬泡導(dǎo)熱系數(shù)的降低。

3 性能對比分析

3.1填充性能

本實驗在常用雙開門冰箱BCD-568箱體中進(jìn)行，對比不同發(fā)泡體系平均芯層密度和10%變形率時壓縮強度，具體數(shù)據(jù)如下表所示：

結(jié)合以上數(shù)據(jù)可見：高性能環(huán)戊烷體系在填充密度降低1kg/m3條件下，能夠達(dá)到與其他體系泡沫芯層密度相當(dāng)，表明該體系泡沫在發(fā)泡腔體內(nèi)的有效流動性較好，與基材接觸面的無效泡沫層較薄。同時強度也與其他發(fā)泡體系相當(dāng)，滿足冰箱使用過程中所需的力學(xué)性能。減少聚氨酯泡沫填充量，不僅能降低成本，也能起到能源保護(hù)的作用。

3.2脫模性能

從脫模時間以及膨脹值的角度上來說，發(fā)泡材料成型脫模后的膨脹值會直接影響生產(chǎn)效率。為實現(xiàn)對環(huán)戊烷發(fā)泡體系綜合性能的對比，本研究選取700mm*500mm*100mm模具，在填充密度一致的條件下進(jìn)行分析。

結(jié)合圖3可見：相較于其他環(huán)戊烷發(fā)泡體系而言，高性能環(huán)戊烷發(fā)泡體系在脫模后表現(xiàn)出了非常理想的膨脹值，4min時脫模，膨脹值僅有2.77mm，與常規(guī)環(huán)戊烷發(fā)泡體系在5min脫模時間條件下的數(shù)值相當(dāng)，比低導(dǎo)熱環(huán)戊烷體系4min脫模時低0.57mm。通過以上數(shù)據(jù)可知：由于發(fā)泡體系泡沫膨脹尺寸的穩(wěn)定性會直接對冰箱生產(chǎn)過程中箱體、門體的發(fā)泡生產(chǎn)效率產(chǎn)生影響，因此在選用高性能環(huán)戊烷發(fā)泡體系的條件下，冰箱制造中箱體、門體發(fā)泡完后膨脹尺寸更為穩(wěn)定，并且可結(jié)合實際生產(chǎn)需求縮短脫模時間，以達(dá)到降低能源消耗，提升生產(chǎn)效率的目的。

3.3導(dǎo)熱性能

在諸多會對冰箱能耗產(chǎn)生影響的因素當(dāng)中，聚氨酯硬泡的導(dǎo)熱系數(shù)對其影響程度最為明顯。因此，在對環(huán)戊烷發(fā)泡體系性能優(yōu)劣進(jìn)行評價的過程當(dāng)中，泡沫導(dǎo)熱系數(shù)所扮演的角色是至關(guān)重要的。本實驗選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸蘭芝模（2000mm*200m*50mm）和實箱作為泡沫性能基礎(chǔ)評定模具，對其在2-18℃條件下的泡沫導(dǎo)熱系數(shù)作為對比。

驗證結(jié)果顯示：對于高性能環(huán)戊烷發(fā)泡體系而言，可以在無需對聚氨酯發(fā)泡設(shè)備以及專用夾具進(jìn)行改造的前提條件下，達(dá)到與低導(dǎo)熱環(huán)戊烷發(fā)泡體系相當(dāng)?shù)膶?dǎo)熱系數(shù)值。同時，與常規(guī)環(huán)戊烷發(fā)泡體系相比，導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)化接近2.0%，對冰箱整體能耗有一定程度上的改善效果。

4 結(jié)束語

本文對冰箱用高性能環(huán)保聚氨酯發(fā)泡材料及其相關(guān)性能進(jìn)行研究分析，通過上述相關(guān)分析認(rèn)為，相較于常規(guī)環(huán)戊烷體系而言，高性能環(huán)戊烷體系不但維持了原有的設(shè)備以及工藝條件，同時從以下幾個方面提升了其環(huán)保性能：第一，大大降低了聚氨酯硬泡的填充量;第二，促進(jìn)了生產(chǎn)效率的提升，以達(dá)到節(jié)約能源的目的;第三，實現(xiàn)了對聚氨酯硬泡導(dǎo)熱系數(shù)的優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

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