硬质聚氨酯泡沫塑料.docx
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硬质聚氨酯泡沫塑料
硬质聚氨酯泡沫塑料
硬质聚氨酯泡沫塑料是一种绝热防腐高分子合成材料，用作防腐保温保冷层，它导热系数低、密度小、强度高、吸水性小、绝热、绝缘、隔音效果好、化学稳定性能好，作为一种绝热材料，广泛应用于石油、化工、运输、建筑、日常生活等领域，如输油和辅热水管道、油库、贮罐、冷库、空调、冰箱、集中供热供汽管道等设施的保温保冷。
有数据显示，用硬质聚氨酯泡沫塑料保温的管道比传统的管道可减少热损失35％，节约了大量能源，减少了维修费用。
另外，它还具有优良的防水防腐性脂，可直接埋入地下或水中，使用寿命可达20～30年以上，使用温度-190～120℃。
聚氨酯泡沫塑料有聚酯与聚醚型之分。
通常聚酯在强度、耐温性能等方面较聚醚型为好，但因聚酯原料成本高，所以在应用上受到限制。
1．硬质聚氨酯泡沫塑料的主要性能
硬质聚氨酯泡沫塑料1000℃火焰温度下燃烧5s后离火，在1～2s内自熄。
耐浓度小于10％的无机酸，不耐高浓度的无机酸；耐中等浓度的碱液；耐汽油、机油，耐酮、耐酯，不耐醇。
各种绝热材料性能对比见表5—1。
表5-1各种绝热材料性能
项目聚氨酯硬质泡沫塑料聚苯乙烯泡沫玻璃聚氯乙然泡沫软木密度/kg·m-35050160～19060～70240～250导热系数/W·（m·K）-10.023～0.0260.0430.055～0.0600.0430.058耐热度/℃+130+75+400+80+100耐寒度/℃-110-80-270-35吸水率体积/％0.20.40.3压缩强度/MPa≥0.20.18>0.50.18自熄性自熄易燃不燃易燃燃烧2．硬质聚氨酯泡沫塑料原料的性质、规格与选择
硬质聚氨酯泡沫塑料是以多元羟基化合物和异氰酸酯为主要原料。
在催化剂、发泡剂的作用下，经加成聚合发泡而成。
主要反应力异氰酸酯与多元羟基化合物中的羟基反应生成聚氨酯。
催化剂主要有叔胺和有机锡等。
发袍反应为异氰酸酯与水反应，产生二氧化碳气体和脲。
反应产物脲及叔胺等物对此反应有催化作用。
反应所产生的二氧化碳气体被用来发泡。
但水发泡的最大缺点是耗费昂贵的异氰酸酯。
也常用低沸点氟氯烷化合物（即F-113等），利用聚合过程中的反应热汽化，使物料在逐步固化前形成泡沫，发泡剂用量可根据所需泡沫体密度来决定。
（1）聚酯。
硬质泡沫聚氨酯所用的聚酯，其羟值通常控制在300～500之间。
456聚酯指标如下。
（2）Ⅲ型阻火聚醚：
是三羟基含磷含氯阻火聚醚。
由于分子结构中引入了磷、氯，产品具有阻火性。
Ⅲ型阻火授醚质量指标见表5—2。
Ⅲ型阻火授醚质量指标
指标名称一级品二级品外观黄色透明稠状液体黄色透明稠状液体羟值（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
（3）交联剂N-403乙二胺聚醚。
化学名尔四（聚乙—羟丙基）乙二胺。
其质量指标如下。
外观淡黄色至棕色透明黏稠液体水分/％≤0.2羟值（KOH）/mg·g-1770±35
此交联剂可代替部分有机胺催化剂，又可代替其他羟基聚醚。
它有增进分子结构交联，改进泡沫固化速度，减少泡沫塑料脆性的作用。
（4）阻火剂TCER。
是β-三氯乙基磷酸酯，其质量指标如下；
外观无色至黄色透明液体酸值（KOH）/mg·g-1≤1.0相对密度（15～20）1.410～1.430水分/％≤0.3
此阻火剂溶于醇、酮，酯、芳烃、氯仿以及四氯化碳，不溶于脂肪族烃。
由于分子中含磷、氯，阻燃作用较显著。
主要作为添加型阻燃剂，除增加塑料具有自熄性外，还有增塑性、耐水、耐候、耐寒性。
施工时还可降低黏度，便于施工。
（5）多异氰酸酯PAPIR-NCO。
其质量指标如下。
酸值/％-NCO含量/％>29水解氯含量/％黏度（25）/mPa·s
多异氰酸酯PAPIR—NCO可延缓塑料反应胶凝时间和发泡时间，有利于一步法泡沫模制。
对提高塑料的耐热性、强皮、耐湿性有很大好处。
（6）硅油。
是一种表面活性剂，也是一种发泡稳定剂。
它是一种有机硅大分子化合物，在组分中仗几种物质均匀互混，作为亲水的聚酯和疏水的异氰酸酯、氟碳化合物的乳化剂；其次是稳定发泡，在发泡过程中降低泡沫表面张力，控制泡孔大小，防止胶凝时微孔合并，起到控制微孔大小的作用。
（7）催化剂。
三乙醇胺是一种控制聚氨酯分子交联速度和气体生成速度的化合物。
生产硬质泡沫塑料通常选用锡盐与叔胺类例如二月桂酸二丁基锡，它们的作用是促进塑料迅速胶凝或泡沫固化。
（8）发泡剂。
分为水或物理发泡剂、氟碳化台物发泡剂。
作为聚合物膨胀发泡，充入泡沫微孔以降低导热系数。
常用的氟碳化合物为F-11、F-113。
3．硬质聚氨酯泡沫塑料配方
（1）胶液配方表5—3～表5-7介绍了几个单位用的硬质聚氨酯泡沫塑料配方。
表5-3重庆长风化工厂胶液配方
组分原料名称质量比施工温度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
二月桂酸二丁基锡
204硅油48～50
15～17
18～20
13～15
1～2.6
0.2～0.5
1.5～2施工温度
31～41℃
表面温度
45℃左右B聚苯基甲基多导氰酸酯PAPI106.5～117.1
表5-4大庆油田科研设计院胶液配方
组分原料名称质量比生产厂家A甘油聚醚
硅油
二月桂酸二丁基锡
三乙烯二胺
多缩丙二醇
F-11100
3.45
0.09
0.75
1.45
30南京塑料厂
进口
北京化工三厂
上海第五制药厂
上海高桥化工厂
上海电化厂BPAPI142常州有机化工厂
表5-5大连旅顺龙头塑料保温厂胶液配方
组分原料不同温度下质量配合比喷涂法浇注法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
有机锡
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
1～1.5BPAPI指数1.05～1.1
表5-6东北输油管理局胶液配方
组分原料不同施工方法及温度条件下的质量比喷涂法浇注法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
有机锡
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
0.8BPAPI555454525252
表5-7河南苗占防腐公司一队胶液配方
组分原料质量比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
有机锡100
16
8
32
2
1.6
0.017BPAPI160～165
（2）配料方法及过程
①先校配比进行小试发泡，无误后可大批量配种。
②配料按A组和B组分别进行，充分搅拌，待用。
4．施工方法
目前硬质聚氨酯泡沫塑料在防腐蚀和绝热工程上应用的施工方法有3种：
预制泡沫塑料法、直接喷涂法、一次罐注成型法。
（1）预制泡沫塑料法。
以胎模成型为块材或半圆形泡沫塑料。
块材或半圆形泡沫塑料的缝隙可用直接喷涂法封闭，形成防腐蚀保温保冷绝热层。
预制板材和预制管壳规格见表5—8、表5—9。
表5-8预制板材规格/mm
长度宽度厚度2000
2000
15001000
500
60030～80
30～80
30～80
表5-9预制管壳规格/mm
内径壁厚长度备注45
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