【導(dǎo)讀】本文主要闡述聚氨酯泡沫的組分、發(fā)泡工藝和發(fā)泡工藝控制、聚氨酯的成。建筑節(jié)能的必要性與形勢(shì)·······································································1. 常見(jiàn)外墻保溫體系··

　　

【正文】 噴涂成型概述 聚氨酯泡沫的成型方法很多，在墻體保溫中，有必要注重介紹一下噴涂成型。噴涂型硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料非常適合于各種外形與材質(zhì)的設(shè)備和裝備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)成型。這類(lèi)硬質(zhì)硬質(zhì)泡沫塑料的施工方法與噴涂油漆相似，是將流動(dòng)性好的物料，經(jīng)空氣或高壓作用，噴涂在被施工的表面發(fā)泡成型。 噴涂發(fā)泡的優(yōu)點(diǎn)如下。 ① 不需要模具。 ② 無(wú)論是水平面、垂直面、頂面、形狀簡(jiǎn)單或形狀復(fù)雜的表面都可以噴涂。 ③ 勞動(dòng)生產(chǎn)率高，若噴涂速度以 2kg/min 計(jì)算，泡沫塑料的密度是 30kg/m3 ,1h可 以噴涂 4 m3泡沫塑料，大面積施工噴涂成型的優(yōu)越性更為突出。 ④ 噴涂發(fā)泡所得的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，無(wú)接縫，絕熱效果好。 為此，要求設(shè)計(jì)這種泡沫塑料配方時(shí)必須注意以下兩個(gè)問(wèn)題。 ① 發(fā)泡速度與凝固速度。噴涂型硬質(zhì)泡沫塑料不是在一定形狀的模具內(nèi)發(fā)泡，而是直接噴涂在物體表面發(fā)泡，這樣就要求反應(yīng)物料的發(fā)泡速度較快。尤其對(duì)垂直于頂部施工的表面，要求在物料尚未流失之前（一般 3～ 5s） 已開(kāi)始發(fā)泡。而凝固速度也要適中，控制在 20～ 30s，或者會(huì)造成泡沫密度過(guò)大或施工困難。 ② 物料的物性。這里指物料的黏度與互溶性。要求噴 涂發(fā)泡的聚醚組分與異氰酸酯組分黏度要小，流動(dòng)性好而且相互間間互溶性要強(qiáng)。因?yàn)閲娡啃团菽芰系奈锪鲜墙柚邏夯蚩諝獾淖饔迷趪姌岓w外的霧化混合的，接觸時(shí)間短，所以只有在兩組份物料黏度小、流動(dòng)性好的情況下，才能充分霧化混合。 配方及性能 這里主要介紹幾種噴涂型硬質(zhì)泡沫塑料的配方、性能以及影響配方的幾個(gè)因素。表 22 列出 代表性噴涂型阻燃硬質(zhì)泡沫塑料配方與性能。由表可看出，噴涂型泡沫塑料配方中采用強(qiáng)催化體系，即三乙烯二胺與月桂酸二丁基錫的復(fù)合催化劑以及高反應(yīng)活性的聚醚多元醇，同時(shí)發(fā)泡劑的用量較高。 表 22噴涂型硬質(zhì)泡沫塑料的典型配方與性能 配方 /質(zhì)量份 性能 含磷聚醚多元醇 100 乙二胺聚醚多元醇 40 三乙烯二胺（ 33%） 4～ 10 有機(jī)鋁錫 1～ 2 三氯一氟甲烷 50 有機(jī)硅穩(wěn)定劑 4 密度 /(kg/m3) 40 壓縮強(qiáng)度 /kPa 147～ 196 拉伸強(qiáng)度 /kPa 147 熱導(dǎo)率 /［ W/(m K)］ 耐寒性 /℃ — 196 耐溫性 /℃ 140 北化航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 18 多元氰酸酯 多元醇 壓縮空氣 泵 泡沫 三（β 氯乙苯）磷酸酯 30 PAPI 218 阻燃性 自熄（少于 5s） 吸水性 /(kg/m2) 吸水率 /% 噴涂發(fā)泡配方 中的催化劑用量受外界氣溫、施工對(duì)象影響。一般氣溫低使用量多，尤其對(duì)金屬結(jié)構(gòu)物體進(jìn)行噴涂發(fā)泡時(shí)，由于金屬傳熱速度快，底層泡沫泡沫因散熱是發(fā)泡劑汽化能力下降，導(dǎo)致底層泡沫密度較大。所以不同用途的噴涂發(fā)泡配方不一樣，見(jiàn)表 23 各種用途的噴涂型聚氨酯泡沫塑料配方 單位：質(zhì)量份 冷庫(kù)保溫 車(chē)輛保溫 管道保溫 船舶艙室保溫 含磷聚醚 100 乙二胺聚醚 40 TCEP 30 HCFC141b 40 硅油 3 三乙醇胺 5 有機(jī)錫 PAPI 218 木糖醇聚醚 50 TCEP 30 三乙烯二胺 15 有機(jī)錫 6 阻火聚醚 50 乙二胺聚醚 30 硅油 4 HCFC141b 30 PAPI 166 甘油聚醚 100 硅油 2 三乙烯二胺 22 有機(jī)錫 1 HCFC141b 40 PAPI 180 阻火聚醚 100 安醚 70 TCEP 60 HCFC141b 70 發(fā)泡劑 5 三乙烯二胺 8 有機(jī)錫 1 PAPI 290 噴涂發(fā)泡方法 聚氨酯泡沫塑料的噴涂發(fā)泡方法是一種很重要的成型方法，主要適用于硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的成型。所謂噴涂發(fā)泡，就是將發(fā)泡物料在外力作用下噴涂在施工物件表面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡成型。按外力作用的不同來(lái)劃分，可分為低壓空氣噴涂發(fā)泡、高壓無(wú)空氣噴涂發(fā)泡、泡狀噴涂發(fā)泡和機(jī)械泡狀噴涂 發(fā)泡等。 （ 1） 低壓空氣噴涂發(fā)泡 低壓空氣發(fā)泡使用較早，是較普遍的一種成型方法。由低壓計(jì)量泵（小于 9806kPa） 將反應(yīng)物料輸至噴槍?zhuān)粔嚎s空氣霧化噴射到施工物件表面進(jìn)行發(fā)泡成型。工藝原理如 圖 25 圖 25聚氨酯泡沫噴涂發(fā)泡工藝原理 噴涂發(fā)泡的特點(diǎn)是反應(yīng)速度快，發(fā)泡不用模具，可直接在現(xiàn)場(chǎng)施工物件表面上發(fā)泡，泡沫厚度不受任何限制。但泡沫表面不光滑，有高低不平的凹凸面。發(fā)泡物料損失量比澆注法大，氣味也大。從上圖看出低壓空氣噴涂發(fā)泡設(shè)備分別由異氰酸酯與聚醚組分的物料桶、低壓計(jì)量泵、噴槍以及空 壓機(jī)等組成。 低壓空氣噴涂發(fā)泡操作施工方法簡(jiǎn)述如下 ① 配料。根據(jù)適用對(duì)象的要求不同，選擇適當(dāng)?shù)呐浞?。將異氰酸酯為一組分，北化航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 19 其他原料為一組分，即成為聚醚組分，然后根據(jù)施工要求用量準(zhǔn)確的稱(chēng)量。聚醚組分的所有原料在稱(chēng)量后立即攪拌均勻，倒入指定的料筒內(nèi)備用。 ② 調(diào)節(jié)流量。根據(jù)配方算出異氰酸酯與聚醚多元醇兩組份質(zhì)量之比，用質(zhì)量法測(cè)試兩計(jì)量泵在 1min 的流量，控制兩組分的流量比值等于或接近配方中質(zhì)量比。流量誤差不要超過(guò)177。 1%。 ③ 施工技術(shù)。先開(kāi)空壓機(jī)，將空氣流量與壓力調(diào)到所需值，然后開(kāi)動(dòng)計(jì)量泵開(kāi)始噴涂施工。噴涂操作 類(lèi)似于一般噴涂，槍口與板面距離約 300～ 500mm,一般由下向上，左右移動(dòng)為宜。噴涂結(jié)束時(shí)，先停泵，讓空氣繼續(xù)將物料吹凈，然后停風(fēng)，拆噴槍?zhuān)帽燃淄榈认磧簟? ④ 施工控制條件 。即物料噴涂到鋼板上變白的時(shí)間。一般控制在 3～ 5s，太快，易堵槍?zhuān)惶装l(fā)生流失或滴落現(xiàn)象。 。通常用泡沫發(fā)起后表皮不粘手的時(shí)間表示，手工發(fā)泡控制在 10～20s。固化速度太慢對(duì)連續(xù)噴涂不利，前一層泡沫易被下一層所吹動(dòng)。 。風(fēng)壓可根據(jù)配方和流量的不同和物料的黏度的大小而變化，一般控制在 400～ 600kPa。風(fēng)壓太低物料混合不佳，霧化差。所以，生產(chǎn)的泡沫制品質(zhì)量低，表面不平整，風(fēng)壓與風(fēng)速太高又會(huì)造成物料吹散，損失太大。 。噴涂速度受施工對(duì)象外形與環(huán)境影響，對(duì)于外形復(fù)雜、難度大的物件，大流量噴涂不易平整，一般采取 1～ 2kg/min 流量為宜。這時(shí)槍的速度約為 ～,單層噴涂的泡沫厚度約 15mm 左右，移動(dòng)速度太慢則難以噴平。 ⑤ 施工條件的影響 。表面有水或油造成黏合不牢易脫落；表面涂漆無(wú)影響；鋼板表面的氧化層和灰塵應(yīng)除凈，否則不易粘牢。 。測(cè)試流量和實(shí)際供料流量，一般受客觀條件影響而產(chǎn)生誤差，兩組分誤差在 5%～ 10%不會(huì)產(chǎn)生廢品。如聚醚組分流量過(guò)量太多，會(huì)產(chǎn)生泡沫不已固化，發(fā)軟、開(kāi)裂、黏合不牢、泡沫表面發(fā)白與粘手等現(xiàn)象。異氰酸酯組分過(guò)量太多，會(huì)發(fā)生泡沫外觀顏色發(fā)暗，結(jié)構(gòu)粗糙、硬而脆、密度大、泡沫脫落等現(xiàn)象。 。物件溫度在 10℃以上對(duì)施工質(zhì)量無(wú)影響，當(dāng)物件表面溫度在 10℃以下，將產(chǎn)生不正?，F(xiàn)象。首先表現(xiàn)在底層發(fā)白時(shí)間較長(zhǎng)，物料流淌，發(fā)泡后底層泡沫密度偏大，黏合不牢。 聚氨酯噴涂發(fā)泡過(guò)程中常出現(xiàn)各種不正常現(xiàn)象，其中最嚴(yán)重與普遍 出現(xiàn)的有泡沫的收縮與脫落。聚氨酯泡沫形成時(shí)，體積膨脹 30 倍左右，反應(yīng)放熱可是內(nèi)部溫度高達(dá) 130℃，由于由于氣體的熱脹冷縮，泡沫便會(huì)產(chǎn)生微小的收縮，正常情況下收縮 2%～3%，但有時(shí)候收縮 5%以上，嚴(yán)重收縮可達(dá) 20%左右。為此可采取以下措施消除泡沫的收縮的現(xiàn)象。 ，使之能抵制形變。如選用多官能團(tuán)的多羥基化合物，或適當(dāng)增加多官能團(tuán)低當(dāng)量的乙二胺聚酯用量，促使高交聯(lián)度泡沫的形成。 HFC 發(fā)泡劑。 。發(fā)泡劑與搭配不當(dāng)，如有機(jī)錫催化劑用量過(guò)多，凝膠過(guò)快容易造 成較多閉孔，引起收縮。這時(shí)必須適當(dāng)增加胺類(lèi)催化劑用量或者減少有機(jī)錫類(lèi)催化劑的用量，已達(dá)到氣體生成速度與凝膠速度相適應(yīng)。 ，造成聚醚組分過(guò)多，異氰酸酯指數(shù)偏低，反應(yīng)不完全，泡沫強(qiáng)度大大下降，引起泡沫收縮。 （氯乙基）磷酸酯，若用量過(guò)多，泡沫塑性增加，強(qiáng)度下降，北化航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 20 也會(huì)引起泡沫收縮。 ，空氣壓力低使物料不能進(jìn)行充分混合，從而是反應(yīng)失調(diào)，也能引起泡沫的收縮。 泡沫脫落的現(xiàn)象是指泡沫噴涂之后，在熟化過(guò)程中，自動(dòng)或稍加外力泡沫便從施工物件表面脫落下來(lái)，底層酥 脆呈粉末狀?？朔徒鉀Q泡沫脫落現(xiàn)象，可以采取以下措施。 ，尤其在冬季施工，由于氣溫低，施工表面溫度低，散熱快，是發(fā)泡物料發(fā)泡緩慢，化學(xué)反應(yīng)不徹底，交聯(lián)密度不夠，造成底層泡沫發(fā)脆而脫落。提高反應(yīng)溫度，促進(jìn)反應(yīng)是根本措施。對(duì)發(fā)泡物料進(jìn)行加熱，管線保溫，保證物料進(jìn)槍口溫度在 20℃左右，壓縮空氣也應(yīng)加熱保溫，控制進(jìn)槍溫度在 40～ 80℃。 。在春秋多雨季節(jié)，施工表面，尤其在鋼板表面有大量潮濕水分會(huì)使泡沫底層因生成大量脲類(lèi)化合物而嚴(yán)重發(fā)酥變脆，引起脫落。 氰酸酯指數(shù)或提高聚醚用量，可是泡沫韌性增加。 ，加強(qiáng)凝膠聚合反應(yīng) （氯乙基）磷酸酯等添加劑用量，以改善泡沫的韌性。 (2) 高壓無(wú)空氣噴涂發(fā)泡 高壓無(wú)空氣噴涂發(fā)泡是對(duì)空氣噴涂發(fā)泡的一種改進(jìn)。一般地，低壓空氣噴涂發(fā)泡物料從噴槍內(nèi)被高速空氣霧化噴射之后向四周飛散，引起原料損失較為嚴(yán)重，對(duì)環(huán)境污染也相當(dāng)大。高壓無(wú)空氣噴涂發(fā)泡就是克服這些缺點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的。它將異氰酸酯與聚醚組分由高壓計(jì)量泵輸送至混合頭，經(jīng) 49000kPa 以上的作用，突然減壓霧化噴射到施工表面發(fā)泡。其優(yōu)點(diǎn)是霧化粒子細(xì)， 飛散物料損失少，環(huán)境污染大大減少，有利于安全施工。除 PAPI 以外，其他組分的總黏度為（ 25℃）310 10－ 3 Pa s,而 PAPI 的黏度為（ 25℃） 360 10－ 3 Pa s。二者的黏度較為接近。經(jīng)高壓無(wú)空氣噴涂發(fā)泡之后，制品泡沫的密度為 33kg/m3 ，頂部噴涂的收率 80%～ 90%。垂直面在 90%以上，泡沫質(zhì)量平整，質(zhì)量為一級(jí)品。室外無(wú)風(fēng)狀態(tài)下施工，噴射口周?chē)漠惽杷狨フ魵?，?jīng)取樣分析在 1 10－ 8 ～ 2 10－ 8 。 ⑶ 泡狀噴涂發(fā)泡 泡狀噴涂發(fā)泡，又稱(chēng)為二次發(fā)泡或沫狀發(fā)泡。其特點(diǎn)是發(fā)泡物料在離開(kāi)混合 頭或噴槍時(shí)第一次用物理法（液體受料溫影響而汽化）先將物料發(fā)泡成泡沫狀組分，然后再經(jīng)過(guò)化學(xué)法第二次發(fā)泡成型。泡狀發(fā)泡原理如下。 多元異氰酸酯 混合 放熱反應(yīng) 發(fā)泡反應(yīng) 多元醇組分 聚氨酯泡沫塑料 泡狀噴涂發(fā)泡與常用的發(fā)泡相比較，有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。 ① 發(fā)泡總倍數(shù)比較大，泡沫密度小。 ② 泡沫塑料在發(fā)泡時(shí)，上升方向與橫向的壓縮強(qiáng)度相差較小。 ③ 對(duì)模具的耐壓要求低，即產(chǎn)生的發(fā)泡壓力較小。 ④ 泡沫塑料的 密度較為均勻，即中心密度與表皮密度相差較小。 ⑷ 機(jī)械泡狀噴涂發(fā)泡 機(jī)械泡狀噴涂發(fā)泡法的泡沫由強(qiáng)攪拌的機(jī)械作用和惰性氣體產(chǎn)生（如空氣和氮?dú)猓?。這種工藝要求有高度穩(wěn)定作用的泡沫穩(wěn)定劑以延長(zhǎng)泡沫從膨脹到聚合的時(shí)間，即在常溫時(shí)催化劑活性要低，在加熱時(shí)活化反應(yīng)。目前機(jī)械泡狀噴涂制品已用于地毯織物、合成皮革墊層等。 噴涂發(fā)泡成型過(guò)程中異?，F(xiàn)象、產(chǎn)生原因及解決辦法見(jiàn) 表 24 表 24 噴涂成型生產(chǎn)中的異?，F(xiàn)象、產(chǎn)生原因及解決辦法 異常現(xiàn)象 產(chǎn)生原因 解決辦法 北化航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 21，泡沫結(jié)構(gòu)松弛 物料中有油類(lèi)物質(zhì)，酸值過(guò)高會(huì)造成結(jié)構(gòu)松弛 異氰酸酯純度過(guò)低或用量不足 除去油類(lèi)物質(zhì)，嚴(yán)格控制物料指標(biāo)會(huì)增加催化劑及異氰酸酯用量 適當(dāng)增加異氰酸酯的純度和用量 噴涂成型設(shè)備 及改進(jìn) 對(duì)一些大型的、表面形狀復(fù)雜或不規(guī)則表面物件，采用通常的澆注工藝和設(shè)備處理表面是很困難的。大型球形儲(chǔ)罐的表面需要 包覆一層聚氨酯保溫層。另外，如建筑需要現(xiàn)場(chǎng)施工的情況，現(xiàn)有的高低壓發(fā)泡機(jī)使用不方便。所以就需要用噴涂工藝和設(shè)備來(lái)解決這類(lèi)問(wèn)題。聚氨酯噴涂成型和一般涂料有點(diǎn)相似之處，它們都采用噴槍進(jìn)行表面噴涂。但是聚氨酯的噴槍比普通涂料噴槍復(fù)雜許多，并且噴槍和與之相配的供料部分也是一個(gè)較為復(fù)雜的設(shè)備。 噴涂機(jī)在聚氨酯各類(lèi)設(shè)備中有較為特別的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。圖 26 為聚氨酯噴涂 結(jié)構(gòu)及工作原理圖，噴涂機(jī)和高低壓發(fā)泡機(jī)相比，有幾個(gè)突出的不同點(diǎn)。 北化航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 22 圖 26聚氨酯噴涂機(jī) 結(jié)構(gòu)及工作原理圖 一般高低壓機(jī) 和軟泡的連續(xù)發(fā)泡機(jī)都采用料罐原料 — 計(jì)量泵 — 澆注頭 — 返回料罐這樣一種料循環(huán)系統(tǒng)。這種料循環(huán)系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)澆注頭以后一般有一回料管將料返回料罐。如果噴涂機(jī)采用這樣一種結(jié)構(gòu)，噴槍上連續(xù)的料管就有 4 根，這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工很不方便。所以，噴涂機(jī)采用噴槍供料，不回料的結(jié)構(gòu)。這樣，噴槍上只有兩根料（ A、B 料各 1）管，使用方便。 目前，高低壓發(fā)泡機(jī)的計(jì)量泵結(jié)構(gòu)，都是采用定量泵和變速電機(jī)組合或變量泵和定速電機(jī)組合。噴涂機(jī)的計(jì)量泵和工作原理如圖 beng 所示。供料泵在一定普通電機(jī)帶動(dòng)下，將原料桶的原料泵入活塞缸，活塞在氣缸 作用下往復(fù)將物料送至噴槍。活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)將上缸的料液推出，同時(shí)，下缸進(jìn)料但不排除，同樣，活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，下缸排除料液，上缸進(jìn)料，這樣活塞不斷上、下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)噴槍連續(xù)不斷供料。 4 個(gè)單向閥的安放比較巧妙地實(shí)現(xiàn)了供料、排料的單向控制 噴槍機(jī)的噴槍作用相對(duì)于高低壓機(jī)的澆注頭的作用。習(xí)慣上將高壓機(jī)的澆注頭也稱(chēng)為槍頭。噴涂機(jī)如果也采用高低壓機(jī)類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，使用會(huì)非常不方便。所以，將它設(shè)計(jì)成手槍外形的結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖 27。槍體中空部分是一個(gè) A、 B 料的混合腔。料控閥芯再不需要噴料工作時(shí)將 A、 B 截?cái)?。此時(shí)，如果需 要清洗混合腔，將氣管的壓縮空氣與清洗液的混合液進(jìn)行噴射清洗。調(diào)節(jié)旋鈕、調(diào)節(jié)噴射閥芯，變更 S 的大小，可在噴涂時(shí)形成不同的噴射角。噴料閥芯的運(yùn)動(dòng)由扳機(jī)控制，這和一般的涂料、油漆噴槍動(dòng)作極為相似。 圖 27聚氨酯噴槍結(jié)構(gòu) 噴涂設(shè)備的改進(jìn) 圖 26 是傳統(tǒng)的聚氨酯 涂設(shè)備的設(shè)計(jì)方案。圖 N 是在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)上的一種改進(jìn)設(shè)計(jì)方案?，F(xiàn)在分析一下這兩種設(shè)計(jì)方案之間的差別。將圖 26 視為方案 1，圖28 視為方案 2。 北化航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 23 圖 28改進(jìn)方案 噴涂設(shè)備的改進(jìn)方案 方案 2 采用集中加 熱，將料筒（ A、 B） 、計(jì)量泵、過(guò)濾器、部分料管均置于一個(gè)保溫箱中進(jìn)行集中加熱保溫。這樣設(shè)計(jì)的好處是： ① 料溫控制比較理想。方案 1 采用熱交換器對(duì) A、 B 料進(jìn)行料溫控制，容易在供料泵、計(jì)量泵、噴槍等部位形成溫差和溫度死區(qū)。當(dāng) B料采用 TDI、 PAPI 原料噴涂時(shí)，這種溫差帶來(lái)的影響相對(duì)較小，當(dāng) B 料采用 MDI（精）原料噴涂時(shí)這樣一種溫控方式肯定不可行。因?yàn)闇夭詈蜏囟人绤^(qū)很容易將 MDI（精）凝固或半凝固。一旦凝固或形成半凝固物，噴涂質(zhì)量會(huì)受到嚴(yán)重影響。而采用方案 2 的溫控方式，只有噴槍和部分料管沒(méi)有進(jìn)入保溫箱，其他零部件 均進(jìn)入加熱保溫箱中，就不會(huì)出現(xiàn)方案 1 的溫度死區(qū)和溫差現(xiàn)象。當(dāng)噴涂結(jié)束，不工作時(shí)還可將噴槍和部分外露料管放入加熱保溫箱中，進(jìn)行整體保溫處理。這樣，包括噴槍在內(nèi)的所有零部件都不會(huì)出現(xiàn)溫度死區(qū)。 ② 壓力控制