詳細(xì)介紹
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(duì)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
高密度聚乙烯保護(hù)層的作用是保護(hù)聚氨酯保溫層免遭機(jī)械硬物破壞,防腐防水。
主要技術(shù)參數(shù)
參照CJ/T114-2000高密度聚乙烯外護(hù)層聚氨酯泡沫塑料預(yù)制保溫管要求,各項(xiàng)主要指標(biāo)如下:
1、聚氨酯保溫層技術(shù)指標(biāo):
項(xiàng)目 單位 指標(biāo) 實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
密度 Kg/m3 ≥60 GB/T 6343
抗壓強(qiáng)度 Mpa ≥0.3 GB/T 8813
導(dǎo)熱系數(shù) W/m·k ≤0.033 GB/T 10297
吸水率 % ≤10 GB/T 114
閉孔率 % ≥88 GB/T 10799
耐熱性 ℃ 120或150 EN 253
軸向剪切強(qiáng)度 Kpa ≥120 CJ/T 114
2、預(yù)制直埋保溫管主要技術(shù)指標(biāo):
項(xiàng)目 單位 指標(biāo) 實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
保溫厚度 mm 設(shè)計(jì)要求 CJ/T 114
軸向偏心距 mm ≤3.0 / 4.5 / 6.0 / 8.0
軸向剪切強(qiáng)度 Mpa ≥0.12(23±2℃)
抗沖擊性 不應(yīng)有可見裂紋
報(bào)警線阻抗 M Ω 20~∞
特點(diǎn):
1、使用了導(dǎo)熱系數(shù)低、隔熱性能好的硬質(zhì)聚氨酯作為隔熱材料,具有優(yōu)異的隔熱性
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(duì)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(jí)品二級(jí)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?;瘜W(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(duì)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(duì)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。
(8)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。
?。?)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
?。?)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(duì)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%。
?。?)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。