硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是一種絕熱防腐高分子合成材料，用作防腐保溫保冷層，它導(dǎo)熱系數(shù)低、密度小、強(qiáng)度高、吸水性小、絕熱、絕緣、隔音效果好、化學(xué)穩(wěn)定性能好，作為一種絕熱材料，廣泛應(yīng)用于石油、化工、運(yùn)輸、建筑、日常生活等領(lǐng)域，如輸油和輔熱水管道、油庫、貯罐、冷庫、空調(diào)、冰箱、集中供熱供汽管道等設(shè)施的保溫保冷。有數(shù)據(jù)顯示，用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料保溫的管道比傳統(tǒng)的管道可減少熱損失35％，節(jié)約了大量能源，減少了維修費(fèi)用。另外，它還具有優(yōu)良的防水防腐性脂，可直接埋入地下或水中，使用壽命可達(dá)20～30年以上，使用溫度-190～120℃。
聚氨酯泡沫塑料有聚酯與聚醚型之分。通常聚酯在強(qiáng)度、耐溫性能等方面較聚醚型為好，但因聚酯原料成本高，所以在應(yīng)用上受到限制。
1．硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的主要性能
硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料1000℃火焰溫度下燃燒5 s后離火，在1～2s內(nèi)自熄。耐濃度小于10％的無機(jī)酸，不耐高濃度的無機(jī)酸；耐中等濃度的堿液；耐汽油、機(jī)油，耐酮、耐酯，不耐醇。
各種絕熱材料性能對比見表5—1。
表5-1 各種絕熱材料性能
項(xiàng)目聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料聚苯乙烯泡沫玻璃聚氯乙然泡沫軟木
密度/kg·m-35050160～19060～70240～250
導(dǎo)熱系數(shù)/W·（m·K）-10.023～0.0260.0430.055～0.0600.0430.058
耐熱度/℃+130+75+400+80+100
耐寒度/℃-110-80-270-35
吸水率體積/％0.20.4<0.20.3
壓縮強(qiáng)度/MPa≥0.20.18>0.50.18
自熄性自熄易燃不燃易燃燃燒
2． 硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料原料的性質(zhì)、規(guī)格與選擇
硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是以多元羥基化合物和異氰酸酯為主要原料。在催化劑、發(fā)泡劑的作用下，經(jīng)加成聚合發(fā)泡而成。主要反應(yīng)力異氰酸酯與多元羥基化合物中的羥基反應(yīng)生成聚氨酯。催化劑主要有叔胺和有機(jī)錫等。發(fā)袍反應(yīng)為異氰酸酯與水反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w和脲。反應(yīng)產(chǎn)物脲及叔胺等物對此反應(yīng)有催化作用。反應(yīng)所產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w被用來發(fā)泡。但水發(fā)泡的zui大缺點(diǎn)是耗費(fèi)昂貴的異氰酸酯。也常用低沸點(diǎn)氟氯烷化合物（即F-113等），利用聚合過程中的反應(yīng)熱汽化，使物料在逐步固化前形成泡沫，發(fā)泡劑用量可根據(jù)所需泡沫體密度來決定。
?。?）聚酯。硬質(zhì)泡沫聚氨酯所用的聚酯，其羥值通?？刂圃?00～500之間。456聚酯指標(biāo)如下。
?。?）Ⅲ型阻火聚醚：是三羥基含磷含氯阻火聚醚。由于分子結(jié)構(gòu)中引入了磷、氯，產(chǎn)品具有阻火性。Ⅲ型阻火授醚質(zhì)量指標(biāo)見表5—2。
Ⅲ型阻火授醚質(zhì)量指標(biāo)
指標(biāo)名稱一級品二級品
外觀黃色透明稠狀液體黃色透明稠狀液體
羥值（KOH）/mg·g-1500±20485±35
酸值（KOH）/mg·g-1≤5≤5
含磷量/％≥3.9≥3.5
水分/％≤0.2≤0.4
?。?）交聯(lián)劑N-403乙二胺聚醚。化學(xué)名爾四（聚乙—羥丙基）乙二胺。其質(zhì)量指標(biāo)如下。
外觀淡黃色至棕色透明黏稠液體水分/％≤0.2
羥值（KOH）/mg·g-1770±35
此交聯(lián)劑可代替部分有機(jī)胺催化劑，又可代替其他羥基聚醚。它有增進(jìn)分子結(jié)構(gòu)交聯(lián)，改進(jìn)泡沫固化速度，減少泡沫塑料脆性的作用。
（4）阻火劑TCER。是β-三氯乙基磷酸酯，其質(zhì)量指標(biāo)如下；
外觀無色至黃色透明液體酸值（KOH）/mg·g-1≤1.0
相對密度（15～20）1.410～1.430水分/％≤0.3
此阻火劑溶于醇、酮，酯、芳烴、氯仿以及*，不溶于脂肪族烴。由于分子中含磷、氯，阻燃作用較顯著。主要作為添加型阻燃劑，除增加塑料具有自熄性外，還有增塑性、耐水、耐候、耐寒性。施工時(shí)還可降低黏度，便于施工。
?。?）多異氰酸酯PAPIR-NCO。其質(zhì)量指標(biāo)如下。
酸值/％<0.3-NCO含量/％>29
水解氯含量/％<0.5黏度（25）/mPa·s<1000
多異氰酸酯PAPIR—NCO可延緩塑料反應(yīng)膠凝時(shí)間和發(fā)泡時(shí)間，有利于一步法泡沫模制。對提高塑料的耐熱性、強(qiáng)皮、耐濕性有很大好處。
?。?）硅油。是一種表面活性劑，也是一種發(fā)泡穩(wěn)定劑。它是一種有機(jī)硅大分子化合物，在組分中仗幾種物質(zhì)均勻互混，作為親水的聚酯和疏水的異氰酸酯、氟碳化合物的乳化劑；其次是穩(wěn)定發(fā)泡，在發(fā)泡過程中降低泡沫表面張力，控制泡孔大小，防止膠凝時(shí)微孔合并，起到控制微孔大小的作用。
?。?）催化劑。三乙醇胺是一種控制聚氨酯分子交聯(lián)速度和氣體生成速度的化合物。
生產(chǎn)硬質(zhì)泡沫塑料通常選用錫鹽與叔胺類例如二月桂酸二丁基錫，它們的作用是促進(jìn)塑料迅速膠凝或泡沫固化。
?。?）發(fā)泡劑。分為水或物理發(fā)泡劑、氟碳化臺(tái)物發(fā)泡劑。作為聚合物膨脹發(fā)泡，充入泡沫微孔以降低導(dǎo)熱系數(shù)。常用的氟碳化合物為F-11、F-113。
3．硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料配方
?。?）膠液配方表5—3～表5-7介紹了幾個(gè)單位用的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料配方。
表5-3 重慶長風(fēng)化工廠膠液配方
組分原料名稱質(zhì)量比施工溫度
AⅢ型聚醚
乙二胺聚醚
三氯三氟乙烷P-113
β-三氯乙基磷酸酯TCEP
三乙醇胺
二月桂酸二丁基錫
204硅油48～50
15～17
18～20
13～15
1～2.6
0.2～0.5
1.5～2施工溫度
31～41℃
表面溫度
45℃左右
B聚苯基甲基多導(dǎo)氰酸酯PAPI106.5～117.1
表5-4 大慶油田科研設(shè)計(jì)院膠液配方
組分原料名稱質(zhì)量比生產(chǎn)廠家
A甘油聚醚
硅油
二月桂酸二丁基錫
三乙烯二胺
多縮丙二醇
F-11100
3.45
0.09
0.75
1.45
30南京塑料廠
進(jìn)口
北京化工三廠
上海第五制藥廠
上海高橋化工廠
上海電化廠
BPAPI142常州有機(jī)化工廠
表5-5 大連旅順?biāo)芰媳貜S膠液配方
組分原料不同溫度下質(zhì)量配合比
噴涂法澆注法
15～23℃13℃以上15℃以下23℃以上15℃以下
A聚醚
胺醚
β-三氯乙基磷酸酯
F-113
H2O
硅油
有機(jī)錫
三乙醇胺20
7～8
4～6
11～13
0.2～0.3
0.8～0.9
0.1～0.3
1.6～1.820
6～8
4～6
10～12
0.1～0.3
0.7～0.9
0.1～0.2
1.2～1.420
8～10
4～6
12～13
0.2～0.4
0.8～1.0
0.2～0.4
2.0～2.220
3～5
4～6
9～11
-
0.8～1.0
0.16～0.2
1～1.520
4～6
4～6
8～10
0.1～0.2
0.8～1.0
0.16～0.2
1～1.5
BPAPI指數(shù)1.05～1.1
表5-6 東北輸油管理局膠液配方
組分原料不同施工方法及溫度條件下的質(zhì)量比
噴涂法澆注法
11℃16℃21℃24℃25℃15℃
AⅢ型阻火聚醚
乙二胺聚醚
β-三氯乙基磷酸酯
F-113
H2O
有機(jī)錫
三乙醇胺
硅油
20
10
6
13
0.4
0.4
2.2
120
7
6
14
0.2
0.3
1.8
0.820
8
4
12
0.4
0.2
1.4
0.920
8
5
10
0.3
0.2
1.2
120
5
6
11
0
0.16
1
0.820
6
6
10
0.2
0.16
1
0.8
BPAPI555454525252
表5-7 河南苗占防腐公司一隊(duì)膠液配方
組分原料質(zhì)量比
AⅢ型阻火聚醚
乙二胺聚醚
β-三氯乙基磷酸酯
F-113
三乙醇胺
硅油
有機(jī)錫100
16
8
32
2
1.6
0.017
BPAPI160～165
?。?）配料方法及過程
①先校配比進(jìn)行小試發(fā)泡，無誤后可大批量配種。
?、谂淞习碅組和B組分別進(jìn)行，充分?jǐn)嚢?，待用?/p>
4． 施工方法
目前硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料在防腐蝕和絕熱工程上應(yīng)用的施工方法有3種：預(yù)制泡沫塑料法、直接噴涂法、一次罐注成型法。
（1）預(yù)制泡沫塑料法。以胎模成型為塊材或半圓形泡沫塑料。塊材或半圓形泡沫塑料的縫隙可用直接噴涂法封閉，形成防腐蝕保溫保冷絕熱層。預(yù)制板材和預(yù)制管殼規(guī)格見表5—8、表5—9。
表5-8 預(yù)制板材規(guī)格/mm
長度寬度厚度
2000
2000
15001000
500
60030～80
30～80
30～80
表5-9 預(yù)制管殼規(guī)格/mm
內(nèi)徑壁厚長度備注
45
108
159
219
273
325
426
730
840
1000
2200
790050～80
50
50
50
50
50
30～50
35
80
80
100
30500
500
500
500
500
500
1000
1000
700
700
700
870由兩塊拼接成圓筒
（2）直接噴涂法。是硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料現(xiàn)場施工、修補(bǔ)技術(shù)的主要方法，這種方法不受工作面外形尺寸、幾何形狀的限制，不用模具，制品厚度可根據(jù)實(shí)際需要任意調(diào)節(jié)，可連續(xù)成型；效率高。
?、賴娡繖C(jī)械硬質(zhì)泡抹塑料直接噴涂的噴涂機(jī)由幾部分組成：A、B組分物料貯箱，A、B組分泵，電加熱系統(tǒng)，濾氣減壓系統(tǒng)和噴槍。
JG-3型噴涂機(jī)工作程序如圖5—1所示。
JG-3型噴涂發(fā)泡機(jī)由1臺(tái)三相交流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，經(jīng)變速機(jī)變速箱帶動(dòng)2臺(tái)HV3／68型環(huán)形活塞式計(jì)量泵作順時(shí)針同步運(yùn)轉(zhuǎn)，計(jì)量泵A、B按定比各自輸送組分液料、經(jīng)耐壓管輸送到噴槍，在壓縮空氣的作用下，A、B兩組分液體在噴搶混合室內(nèi)相互混合，然后以高速霧狀噴涂至工作面，待發(fā)泡、固化，形成一定密度和一定厚度的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料涂層。
JG-3型噴涂機(jī)之變速箱配有兩種轉(zhuǎn)速，可任選一種。不同轉(zhuǎn)速獲得噴涂量也不同，JG—3型噴涂機(jī)轉(zhuǎn)速與噴涂量關(guān)系見表5—10。
表5-10 JG-3型噴涂機(jī)轉(zhuǎn)速與噴涂量
轉(zhuǎn)速/r·min-1475715
噴涂量/L·min-11～282～48
②噴涂操作 按配方配料A組分和B組分，分別倒入A、B物料貯槽。噴涂用空氣壓力0．3～0．4MPa。被噴涂物面溫度40～50℃，加速涂層的熟化，提高黏結(jié)力。噴槍對準(zhǔn)物面，稍帶有一點(diǎn)角度，離物面300～500mm距離，噴槍移動(dòng)速度0．5～O．8 m／min。
?、蹏娡繉蛹夹g(shù)控制
a．乳化時(shí)間 乳化時(shí)間太短，槍口要堵塞；時(shí)間太長物料要流失或滴落。
b．初凝時(shí)間 物料初凝可用手測試，以不粘手計(jì)時(shí)。一般控制在10～12 s間，時(shí)間長了要影響施工進(jìn)度；時(shí)間短了待第二次
噴上時(shí)，其表面已有固化層，將產(chǎn)生間隔層，以致影響到導(dǎo)熱系數(shù)。
c．霧化風(fēng)壓 膠液在噴槍內(nèi)混合系通過壓縮空氣在混合器內(nèi)攪拌霧化，一般控制風(fēng)壓0．4～0．6MPa。
直接噴涂的缺點(diǎn)是表面不光滑，并呈麻面狀。當(dāng)噴涂管道時(shí)，物料損失約10％。
（3）一次灌注成型法。灌注發(fā)泡是聚氨酯泡抹塑料在模腔內(nèi)成型的主要方法。一次性灌注物料流動(dòng)性好，發(fā)泡時(shí)充滿模腔各個(gè)部位，省工、省料、制品光滑，質(zhì)量好。
灌注發(fā)泡是用灌注發(fā)泡機(jī)進(jìn)行的常用JG-1型灌注發(fā)泡機(jī)系低壓循環(huán)型。JG—1型灌注發(fā)泡機(jī)規(guī)格與能力見表5—11。
表5-11 JG-1型灌注發(fā)泡機(jī)規(guī)格與能力
時(shí)間規(guī)格
JG-1-10JG-1-20JG-1-30JG-1-40JG-1-60
1s
25s
60s60～170ml
1.65～4.15L
4～10L130～330ml
3.35～8.35L
8～20L0.2～0.5L
5～12.5L
12～30L0.3～0.7L
6.65～16.7L
16～40L0.4～1L
10～25L
24～60L
JG-1型灌注發(fā)泡機(jī)參數(shù)如下。灌注攪拌頭，電動(dòng)4000 r／min。定量輸送泵，HV系列環(huán)形活塞泵。原液灌，A、B各100L。溶劑中洗、強(qiáng)風(fēng)吹掃，按程序自動(dòng)操作。原液補(bǔ)充，電動(dòng)泵輸送。原液攪拌混合，電動(dòng)錨式攪拌器。注入定時(shí)器，1～40 s。注劑罐，20L。原液溫度調(diào)節(jié)，電加熱、水泵循環(huán)、恒溫自空。外表尺寸，2m×1．3 m±2．3m。全機(jī)總重，1 t。
JG-1型灌注發(fā)泡機(jī)工作程序示意如圖5-2所示。一次灌注成型法模具如圖5-3所示。
摸具設(shè)計(jì)實(shí)例。例如輸油管系螺旋卷管，其外徑φ529 mm，焊縫高出壁2．5 mm，需絕熱層厚50 mm，則模具直徑D=529+50×2+2.5×2=634 mm；長度=1000 mm；模具壁厚，1～2 mm碳鋼；加強(qiáng)筋，30×4角鐵；阻頭高度50mm。
