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清華紫光太陽(yáng)能熱水器的聚氨酯保溫層知識分析
 

太陽(yáng)熱水器的聚氨酯保溫層

      太陽(yáng)熱水器保溫層一般采用較高密度的聚氨酯泡沫自由式充填。這種充填方式通常易出現的問(wèn)題是泡沫體與箱體外殼脫粘(外殼為硬質(zhì)的不銹鋼板)或因泡沫體的"收縮"導致外殼變形(外殼為軟質(zhì)的軋花鋁板)。 一般認為出現這種問(wèn)題的原因是:聚氨酯泡沫體的形成過(guò)程是反應成型,反應放熱使發(fā)泡劑膨脹產(chǎn)生一定的壓力(泡孔內壓),當泡孔壁支撐作用與泡孔內外壓差達平衡時(shí),泡沫體不再生長(cháng)(即達到所謂的"升脹時(shí)間")。而后隨著(zhù)熱量的散發(fā)泡沫體溫度降低,泡孔內壓力降低,這時(shí)產(chǎn)生的內外壓差對泡孔壁結構產(chǎn)生一定的影響:若泡孔壁結構已經(jīng)穩定、足以支撐壓差,則不會(huì )發(fā)生明顯的變形;若泡孔壁結構未達到穩定,則會(huì )在內外壓差作用下發(fā)生"收縮"。泡沫停止生長(cháng)后直到泡沫體冷卻、不再發(fā)生形變的過(guò)程,稱(chēng)為泡沫體的穩定期。在這一過(guò)程中的"收縮"不同于通常意義上所講的縮泡,幾乎在所有的自由泡起發(fā)、成型中它都存在,只是收縮程度大小不同(可以稱(chēng)之為聚氨酯泡沫的成型收縮率),一般在2%以下,嚴重時(shí)可達5%以上甚至可達20%。 從理論上講,讓泡沫體生長(cháng)停止后泡孔結構立即達到穩定是解決該問(wèn)題的佳辦法。而事實(shí)上,這種情況對于目前聚氨酯行業(yè)中所使用的原料來(lái)說(shuō)是不可能徹底解決的(即成型收縮率不會(huì )為0),而只能依賴(lài)現使用的材料通過(guò)適當的組合或采取一定的工藝手段來(lái)盡量減小泡沫穩定過(guò)程中的收縮程度。

    在理論與實(shí)踐的結合中,得出在不改變用料工藝的前提下,要減小收縮程度有三條方案可供參考(即聚醚組合料配制材料選擇方案):

    1.用高初始強度、高羥值、高官能度的聚醚多元醇做骨架。這樣在泡沫體形成之初泡孔壁即有一個(gè)較為強硬的骨架,來(lái)抵抗因泡沫體冷卻造成的泡孔內外壓差,減小收縮程度。在濟南某太陽(yáng)熱水器試用的幾種料中,用量較多時(shí)聚醚835(剛性鏈節比重大,初始強度高)效果較好而4110聚醚(柔性鏈節含量大)效果不佳,就可以證明這一方案的可行性。適應這一要求的聚醚除835外,還有635聚醚可以適用。

    2.用催化劑、高活性胺醚、交聯(lián)劑等使泡沫體快速固化,目的也是希望在泡沫體停止生長(cháng)時(shí)孔壁結構已穩定不再收縮、變形。較方案來(lái)說(shuō),本方案是采用"外力"來(lái)使泡沫硬性快速固化,這會(huì )造成泡沫體的酥、脆性,使其耐沖擊性能下降;從另一個(gè)角度講,"快速固化"必是快速反應的結果,使得發(fā)泡過(guò)程中物料會(huì )有一個(gè)較高的沖擊力,對太陽(yáng)熱水器薄弱的內膽外殼具有沖擊變形的威脅,同時(shí)快速反應也易帶來(lái)熱量的高度積累,溫度必高,這樣在泡沫成型中泡孔內外壓差與孔壁支撐作用次達到平衡后,隨著(zhù)熱量的散失,泡沫體溫度的下降必然會(huì )有更大的內外壓差產(chǎn)生,對于并不太強硬的結構來(lái)說(shuō),這一壓差可能會(huì )使泡沫體產(chǎn)生更大的收縮(由此需要在選擇快固化體系時(shí)必須與聚醚材料相互配合)。

    3.與第二方案相反,采用慢固化。慢反應、慢固化帶來(lái)較低的反應熱,產(chǎn)生較低的泡孔內壓力,當泡沫停止生長(cháng)后,因溫度變化較小使其內壓力幾乎不變,相應的也就沒(méi)有了對孔壁的作用力,從而減小了收縮程度。 在料的方面還需要注意的一點(diǎn)是:聚氨酯泡沫成型過(guò)程是化學(xué)反應成型,易受環(huán)境條件的影響,導致出現異常情況,例如冬季有時(shí)會(huì )發(fā)生泡沫的開(kāi)裂現象,夏季偶爾會(huì )出現集熱管管口部位缺料現象等,這就要求在配料的時(shí)候不能墨守成規,死抱一個(gè)配方應付所有問(wèn)題,而應從根本處著(zhù)手找到應作的變化去避免這些異?,F象的發(fā)生。

    對于聚氨酯泡沫保溫層來(lái)說(shuō),成型過(guò)程的操作工藝對收縮的影響也是相當大的。因此在原料確定的情況下,也很有必要優(yōu)化用料工藝從而得到更好的發(fā)泡效果。根據實(shí)用經(jīng)驗有以下方面可供參考:1.模壓泡充填。從用料工藝來(lái)看,解決縮、脫問(wèn)題的佳方案應是采用模壓泡填充,即在箱體外加固模具,用發(fā)泡料過(guò)量填充。這樣,在泡沫停止生長(cháng)時(shí)泡孔內外壓力分別為孔內氣壓和孔外模壓,且模壓是隨孔內氣壓而變化并保持與之平衡的,這樣就不存在對孔壁的影響,也就無(wú)所謂縮、脫問(wèn)題了(像****太陽(yáng)熱水器的生產(chǎn)中發(fā)泡過(guò)程使用模具,使其稍發(fā)軟的泡沫體也不出現收縮、脫落、外殼變形等情況)。而此工藝需要注意的是集熱管管口部位的處理,實(shí)質(zhì)上與材料選擇的1方案是對應的。 2.預設保溫烘道輔助泡沫成型。類(lèi)似冰箱、熱水器的做法,物料注射完畢將桶體移到40~60℃的加熱烘道中,在較高的環(huán)境溫度下快速完成后熟化過(guò)程,促使泡沫結構穩定減少收縮發(fā)生的機會(huì )(對應于材料選擇方案2,即快固化體系;也有縮小溫差、減小泡孔內外壓差從而減小收縮的功效)。3.分多次注料。每次的物料量較少,不會(huì )有太多的熱量積累和泡沫內的溫度過(guò)高,可減緩成型過(guò)程的物料沖擊力,減小后期會(huì )出現的泡孔內外壓力差,由此達到避免泡沫與外殼脫離或帶動(dòng)外殼變形的目的。以上可供優(yōu)化的工藝是建立在聚氨酯泡沫成型工藝的基礎上的,即要有合理的物料配比,有良好的混合效果。當然工藝的更改勢必帶來(lái)一系列其他的問(wèn)題,比如多次注料會(huì )加大物料用量、提高了成本。因此在實(shí)際中應注意在利與弊的結合中尋找適合自己的操作工藝,以達到佳效果。

 
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