金屬飾面硬質(zhì)聚氨酯夾芯板泡沫內(nèi)部溫度研究

韓肄鵬 張建建 王鋼 羌晨晨

(南通四方節(jié)能科技有限公司 江蘇南通226399)

金屬飾面硬質(zhì)聚氨酯夾芯板(簡稱聚氨酯夾芯板)是由兩層金屬薄板和粘接于兩層金屬薄板之間的硬質(zhì)聚氨酯泡沫組合而成。 聚氨酯夾芯板具有保溫、隔熱、防水、防火且自重輕等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于冷鏈物流、建筑保溫、畜牧養(yǎng)殖等領(lǐng)域[1-3]。

在聚氨酯夾芯板連續(xù)化生產(chǎn)中，需要經(jīng)過金屬飾面板成型、聚氨酯發(fā)泡、聚氨酯泡沫熟化、尺寸切割、夾芯板冷卻和堆垛包裝等多道連續(xù)化工序。 而當(dāng)前的聚氨酯夾芯板的冷卻和堆垛包裝階段，生產(chǎn)企業(yè)多以生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來規(guī)定冷卻時(shí)間，冷卻時(shí)間短會(huì)導(dǎo)致堆垛包裝好的夾芯板內(nèi)部熱量大、溫度高，最終導(dǎo)致板材中間部位尺寸偏厚而影響夾芯板的整體外觀和質(zhì)量。 冷卻時(shí)間過長會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)能力沒有充分的利用，影響生產(chǎn)效率[4-9]。

本實(shí)驗(yàn)以相同配方和連續(xù)化生產(chǎn)工藝制得不同厚度的聚氨酯夾芯板，研究了在恒溫的測試環(huán)境中不同厚度夾芯板的溫度變化曲線、內(nèi)部溫度最高值和降溫時(shí)間等。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

組合多元醇(苯酐類聚酯，羥值200 ～240 mgKOH/g)，斯泰潘(南京)化學(xué)有限公司；泡沫穩(wěn)定劑X、復(fù)配催化劑C，贏創(chuàng)特種化學(xué)(上海)有限公司；阻燃劑TCPP，江蘇雅克化工有限公司；發(fā)泡劑正戊烷，山東京博石油化工有限公司；多亞甲基多苯基異氰酸酯(M50Ex)，巴斯夫(中國)有限公司。 以上原料均為工業(yè)級(jí)。

彩色涂層鍍鋅鋼板TDC51D-Z120，寶山鋼鐵股份有限公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

導(dǎo)熱系數(shù)測試儀，HFM446，耐馳科學(xué)儀器商貿(mào)(上海)有限公司；電子萬能試驗(yàn)機(jī)，modelE43，美特斯工業(yè)系統(tǒng)(中國)有限公司；高低溫交變試驗(yàn)箱，XK-8050-TSK80L，昆山向科檢測儀器有限公司；吸水率測試儀，JA21002P，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；極限氧指數(shù)測試儀，昆山莫帝斯燃燒技術(shù)有限公司；聚氨酯泡沫/聚異氰脲酸酯泡沫(PUR/PIR)夾芯板(本文簡稱聚氨酯夾芯板)連續(xù)生產(chǎn)線，德國HENNECKE-OMS 公司；JK7000 型多路溫度記錄儀，常州市金艾聯(lián)電子科技有限公司；恒溫保溫房，自制。

1.3 聚氨酯夾芯板的制備

1.3.1 硬質(zhì)聚氨酯泡沫配方及制作

聚氨酯硬泡的基本配方見表1。

表1 聚氨酯硬泡的基本配方

按照上述配方將組合多元醇、泡沫穩(wěn)定劑、阻燃劑、蒸餾水按比例混合均勻制成組分A，復(fù)配催化劑為組分B、正戊烷為組分C、多亞甲基多苯基異氰酸酯為組分D，分別配制加入到聚氨酯夾芯板生產(chǎn)線的儲(chǔ)罐中。

1.3.2 金屬飾面硬質(zhì)聚氨酯夾芯板的生產(chǎn)

生產(chǎn)工藝控制：控制生產(chǎn)線速度5 m/min、金屬飾面層溫度40 ℃、履帶板溫度60 ℃，混合發(fā)泡溫度30 ℃，高壓發(fā)泡壓力130 kPa，聚氨酯泡沫拉絲時(shí)間35 s，聚氨酯泡沫觸頂時(shí)間30 s。

聚氨酯夾芯板生產(chǎn)：上下兩層彩色涂層鋼板，經(jīng)過開卷機(jī)開卷成型，金屬飾面層經(jīng)過預(yù)熱進(jìn)入到聚氨酯發(fā)泡段。 聚氨酯泡沫按照配方比例將A、B、C、D 組分經(jīng)過高壓混合槍頭發(fā)泡均勻澆注在下層金屬飾面板上并送入至雙履帶板中，聚氨酯泡沫在上下履帶板中熟化。 聚氨酯夾芯板熟化完成后，按照實(shí)驗(yàn)測試要求切割相應(yīng)尺寸的聚氨酯夾芯板樣品。

1.4 分析與測試

板材厚度按GB/T 23932—2009 測試；密度按GB/T 6343—2009 測試；導(dǎo)熱系數(shù)按GB/T 10295—2008 測試；壓縮強(qiáng)度按GB/T 8813—2020 測試；尺寸穩(wěn)定性按GB/T 8811—2008 測試；吸水率按GB/T 8810—2005 測試；氧指數(shù)按照GB/T 2406.2—2009測試。

聚氨酯夾芯板內(nèi)部溫度測試：切割一塊經(jīng)PUR/PIR 夾芯板連續(xù)生產(chǎn)線生產(chǎn)的夾芯板(4 000 mm×1 100 mm×板厚)并立即放入到自制的恒溫保溫房中。 在夾芯板的芯材聚氨酯部位沿長度方向每間隔1 000 mm 鉆出孔洞(孔洞深度為550 mm)后，將熱電偶的測溫端頭插入至聚氨酯芯材內(nèi)(每組測試在聚氨酯芯材放置3 組熱電偶測溫)，測試的熱電偶的端頭位于夾芯板的寬度和厚度的中心點(diǎn)位置。 在熱電偶布置完畢后，測試孔洞處用雙組分聚氨酯發(fā)泡封堵，熱電偶的數(shù)據(jù)線用雙組分聚氨酯發(fā)泡包裹(包裹的聚氨酯泡沫直徑≥200 mm)，防止熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)影響測試。 熱電偶的數(shù)據(jù)端連接于JK7000 型多路溫度記錄儀進(jìn)行溫度和時(shí)間的數(shù)據(jù)記錄。 待測試結(jié)束通過JK7000 型多路溫度記錄儀的軟件系統(tǒng)對(duì)所測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚氨酯夾芯板的性能測試

表2 是本實(shí)驗(yàn)不同厚度聚氨酯夾芯板的性能測試的數(shù)據(jù)。

表2 聚氨酯夾芯板的性能檢測數(shù)據(jù)

從表2 可知，各種規(guī)格的夾芯板的性能(尺寸、強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)和阻燃性能)均滿足國標(biāo)要求，且測試數(shù)據(jù)相近，各項(xiàng)性能保持一致，避免由于夾芯板的質(zhì)量不同，而影響其內(nèi)部溫度測試的準(zhǔn)確性。

2.2 聚氨酯夾芯板內(nèi)部溫度隨時(shí)間變化曲線

5 種厚度聚氨酯夾芯板的內(nèi)部溫度-時(shí)間曲線見圖1，厚度分別為50、100、150、200 和250 mm。

圖1 聚氨酯夾芯板內(nèi)部溫度-時(shí)間曲線

由圖1 可知，5 種聚氨酯夾芯板生產(chǎn)后，其內(nèi)部溫度會(huì)在短時(shí)間內(nèi)快速上升達(dá)到最高值，隨著時(shí)間延長，內(nèi)部溫度會(huì)緩慢下降至環(huán)境溫度后不再變化。

2.3 不同厚度聚氨酯夾芯板的內(nèi)部最高溫度

表3 是相同的生產(chǎn)工藝下，不同厚度的聚氨酯夾芯板內(nèi)部的最高溫度。

表3 不同厚度聚氨酯夾芯板內(nèi)部最高溫度

由表3 可以看出，聚氨酯夾芯板的厚度越大，其內(nèi)部的最高溫度就越高。 當(dāng)厚度在150 mm 以下，隨著厚度增大，內(nèi)部最高溫度增大明顯；當(dāng)聚氨酯夾芯板的厚度在150 mm 以上時(shí)，內(nèi)部最高溫度隨著聚氨酯夾芯板厚度增加上升較少。 這是因?yàn)榫郯滨A芯板內(nèi)部的溫度升高主要是由聚氨酯發(fā)泡時(shí)產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致。 硬質(zhì)聚氨酯是一個(gè)閉孔的保溫結(jié)構(gòu)，厚度越大保溫效果越好，所以厚度較大的聚氨酯夾芯板內(nèi)部的熱量不容易散發(fā)到環(huán)境中，內(nèi)部熱量積聚溫度升高。 因此，聚氨酯夾芯板隨著厚度增大，內(nèi)部最高溫度也增大并趨于一個(gè)極限值。

2.4 不同厚度聚氨酯夾芯板內(nèi)部溫度降溫情況

2.4.1 聚氨酯夾芯板內(nèi)部溫度降至70 ℃

一般50 mm 厚的聚氨酯夾芯板生產(chǎn)后不需要進(jìn)行晾板降溫可直接進(jìn)行堆垛放置，而50 mm 厚聚氨酯夾芯板的內(nèi)部最高溫度71.3 ℃，因此本實(shí)驗(yàn)選定70 ℃為降溫的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)。

表4 是相同的生產(chǎn)工藝條件下，不同厚度的聚氨酯夾芯板其內(nèi)部溫度降至70 ℃時(shí)所需時(shí)間。

表4 聚氨酯夾芯板內(nèi)部溫度降至70 ℃時(shí)所需時(shí)間

由表4 可知，厚度越大，所需的降溫時(shí)間越長。這是因?yàn)楹穸仍酱蟮木郯滨A芯板泡沫的最高溫度高，且硬質(zhì)聚氨酯本身是一個(gè)優(yōu)異的保溫材料，厚度越大保溫效果越好，降溫時(shí)間就越長。

2.4.2 聚氨酯夾芯板內(nèi)部溫度降至環(huán)境溫度

表5 是相同的生產(chǎn)工藝條件下，不同厚度聚氨酯夾芯板其內(nèi)部溫度降至25 ℃環(huán)境溫度所需時(shí)間。

表5 聚氨酯夾芯板內(nèi)部溫度降至25 ℃時(shí)所需時(shí)間

由表5 發(fā)現(xiàn)，聚氨酯夾芯板內(nèi)部溫度降溫至環(huán)境溫度需要較長的時(shí)間。 這是因?yàn)閯傞_始時(shí)，聚氨酯夾芯板內(nèi)部溫度與環(huán)境溫度的差值很大，所以降溫較快；當(dāng)內(nèi)外溫差慢慢變小后熱量通過硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料傳導(dǎo)的速度會(huì)變慢，所以需要較長的時(shí)間才能夠降溫至環(huán)境溫度。

3 結(jié)論

(1)聚氨酯夾芯板厚度越大，其內(nèi)部最高溫度也越大。 當(dāng)聚氨酯厚度＜150 mm 時(shí)，隨著厚度增加，最高溫度增加幅度較大；當(dāng)聚氨酯夾芯板厚度≥150 mm 時(shí)，隨著厚度增加，聚氨酯泡沫最高溫度增加較少。

(2)聚氨酯夾芯板的晾板時(shí)間可參考內(nèi)部溫度降至70 ℃所需時(shí)間。 厚度為50、100、150、200 和250 mm 的聚氨酯夾芯板晾板時(shí)間分別需要約30、60、120、200 和300 min 左右。 結(jié)合目前生產(chǎn)線工況條件，厚度≥150 mm 的聚氨酯夾芯板生產(chǎn)要充分考慮線速度、晾板工位排布來保證晾板的時(shí)間，提高聚氨酯夾芯板的產(chǎn)品質(zhì)量。

(3)聚氨酯夾芯板的反應(yīng)完全、性能穩(wěn)定的時(shí)間可以參考內(nèi)部溫度降至環(huán)境溫度的時(shí)間。 厚度為50、100、150、200 和250 mm 的夾芯板，其時(shí)間分別需要200、500、800、1 000 和1 200 min 左右。 所以聚氨酯夾芯板最好放置24 h 后再進(jìn)行入庫、性能檢測和發(fā)貨等操作。