硬質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，它導熱系數低、密度小、強度高、吸水性小、絕熱、絕緣、隔音效果好、化學穩定性能好，作為一種絕熱材料，廣泛應用于石油、化工、運輸、建筑、日常生活等領域，如輸油和輔熱水管道、油庫、貯罐、冷庫、空調、冰箱、集中供熱供汽管道等設施的保溫保冷。有數據顯示，用硬質聚氨酯泡沫塑料保溫的管道比傳統的管道可減少熱損失35％，節約了大量能源，減少了維修費用。另外，它還具有優良的防水防腐性脂，可直接埋入地下或水中，使用壽命可達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，所以在應用上受到限制。

1．硬質聚氨酯泡沫塑料的主要性能

　　硬質聚氨酯泡沫塑料1000℃火焰溫度下燃燒5 s后離火，在1～2s內自熄。耐濃度小于10％的無機酸，不耐高濃度的無機酸；耐中等濃度的堿液；耐汽油、機油，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

項目聚氨酯硬質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

導熱系數/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 

壓縮強度/MPa≥0.20.18>0.50.18 

自熄性自熄易燃不燃易燃燃燒

2． 硬質聚氨酯泡沫塑料原料的性質、規格與選擇

　　硬質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、發泡劑的作用下，經加成聚合發泡而成。主要反應力異氰酸酯與多元羥基化合物中的羥基反應生成聚氨酯。催化劑主要有叔胺和有機錫等。發袍反應為異氰酸酯與水反應，產生二氧化碳氣體和脲。反應產物脲及叔胺等物對此反應有催化作用。反應所產生的二氧化碳氣體被用來發泡。但水發泡的zui大缺點是耗費昂貴的異氰酸酯。也常用低沸點氟氯烷化合物（即F-113等），利用聚合過程中的反應熱汽化，使物料在逐步固化前形成泡沫，發泡劑用量可根據所需泡沫體密度來決定。

　　（1）聚酯。硬質泡沫聚氨酯所用的聚酯，其羥值通常控制在300～500之間。456聚酯指標如下。

　　（2）Ⅲ型阻火聚醚：是三羥基含磷含氯阻火聚醚。由于分子結構中引入了磷、氯，產品具有阻火性。Ⅲ型阻火授醚質量指標見表5—2。

Ⅲ型阻火授醚質量指標 

指標名稱一級品二級品

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

　　（3）交聯劑N-403乙二胺聚醚。化學名爾四（聚乙—羥丙基）乙二胺。其質量指標如下。

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  

　　此交聯劑可代替部分有機胺催化劑，又可代替其他羥基聚醚。它有增進分子結構交聯，改進泡沫固化速度，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，其質量指標如下；

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。施工時還可降低黏度，便于施工。

　　（5）多異氰酸酯PAPIR-NCO。其質量指標如下。

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可延緩塑料反應膠凝時間和發泡時間，有利于一步法泡沫模制。對提高塑料的耐熱性、強皮、耐濕性有很大好處。

　　（6）硅油。是一種表面活性劑，也是一種發泡穩定劑。它是一種有機硅大分子化合物，在組分中仗幾種物質均勻互混，作為親水的聚酯和疏水的異氰酸酯、氟碳化合物的乳化劑；其次是穩定發泡，在發泡過程中降低泡沫表面張力，控制泡孔大小，防止膠凝時微孔合并，起到控制微孔大小的作用。

　　（7）催化劑。三乙醇胺是一種控制聚氨酯分子交聯速度和氣體生成速度的化合物。

　　生產硬質泡沫塑料通常選用錫鹽與叔胺類例如二月桂酸二丁基錫，它們的作用是促進塑料迅速膠凝或泡沫固化。

　　（8）發泡劑。分為水或物理發泡劑、氟碳化臺物發泡劑。作為聚合物膨脹發泡，充入泡沫微孔以降低導熱系數。常用的氟碳化合物為F-11、F-113。

3．硬質聚氨酯泡沫塑料配方

　　（1）膠液配方表5—3～表5-7介紹了幾個單位用的硬質聚氨酯泡沫塑料配方。

表5-3 重慶長風化工廠膠液配方

組分原料名稱質量比施工溫度

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聚苯基甲基多導氰酸酯PAPI106.5～117.1 

表5-4 大慶油田科研設計院膠液配方

組分原料名稱質量比生產廠家

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常州有機化工廠

 保溫管有效的解決了城鎮集中供熱中130℃－600℃高溫輸熱用預制直埋保溫管的保溫、滑動潤滑和裸露管端的防水問題。輸油管道保溫不僅具有傳統地溝和架空敷設管道*的*技術、實用性能，而且還具有顯著的社會效益和經濟效益，也是供熱節能的有力措施。輸油管道保溫采用直埋供熱管道技術，標志著中國供熱管道技術發展已經進入了新的起點。? 

　　保溫管是由鋼管、玻璃鋼內護套、玻璃鋼外殼構成，其特征是：還包括耐高溫絕熱保溫層、潤滑層、彈性密封件。本實用新型有效的解決了城鎮集中供熱中130℃－600℃高溫輸熱用預制直埋保溫管的保溫、滑動潤滑和裸露管端的防水問題。? 

管道保溫主要由四部分組成。 

　　（1）工作鋼管：根據輸送介質的技術要求分別采用有縫鋼管、無縫鋼管、雙面埋弧螺旋焊接鋼管。 

　　（2）保溫層：采用硬質聚氨酯泡沫塑料。 

　　（3）保護殼：采用高密度聚乙烯或玻璃鋼。 

　　（4）滲漏報警線：制造輸油管道保溫時，在靠近鋼管的保溫層中，埋設有報警線，一旦管道某處發生滲漏，通過警報線的傳導，便可在檢測儀表上報警并顯示出漏水的準確位置和滲漏程度的大小，以便通知檢修人員迅速處理漏水的管段，保證熱網安全運行。 

管道保溫-優勢特點 

　　1 降低工程造價。 

　　據有關部門測算，雙管制供熱管道，一般情況下可以降低工程造價的25％（采用玻璃鋼做保護層）和10％（采用高密度聚乙烯做保護層）左右。 

　　2 熱損耗低，節約能源。 

　　其導熱系數為：λ＝0．013—0．03kcal／m?h?oC，比其他過去常用的管道保溫材料低得多，保溫效果提高4~9倍。再有其吸水率很低，約為0．2kg／m2。吸水率低的原因是由于聚氨酯泡沫的閉孔率高達92％左右。低導熱系數和低吸水率，加上保溫層和外面防水性能好的高密度聚乙烯或玻璃鋼保護殼，改變了傳統地溝敷設供熱管道“穿濕棉襖”的狀況，大大減少了供熱管道的整體熱損耗，熱網熱損失為2％，小于10％的標準要求。 

　　防腐，絕緣性能好，使用壽命長。

　　輸油管道保溫由于聚氨酯硬質泡沫保溫層緊密地粘結在鋼管外皮，隔絕了空氣和水的滲入，能起到良好的防腐作用。同時它的發泡孔都是閉合的，吸水性很小。高密度聚乙烯外殼、玻璃鋼外殼均具有良好的防腐、絕緣和機械性能。因此，工作鋼管外皮很難受到外界空氣和水的侵蝕。只要管道內部水質處理好，據國外資料介紹，輸油管道保溫的使用壽命可達50年以上，比傳統的地溝敷設、架空敷設使用壽命高3~4倍。 

　　4．占地少，施工快，有利環境保護。 

　　直埋供熱管道不需要砌筑龐大的地溝，只需將保溫管埋人地下，因此大大減少了工程占地，減少土方開挖量約50％以上，減少土建砌筑和混凝土量90％。同時，保溫管加工和現場挖溝平行進行，只需現場接頭，可以縮短工期約50％以上。 

　　5 安全。 

　　除中國外生產的管道保溫，均設有滲漏報警線，一旦管道某處發生滲漏，通過報警線的傳導，便可在檢測儀表上顯示出保溫管道滲水、漏水的準確位置及滲漏程度的大小，以便通知檢滲人員迅速處理漏水的管段，保證供熱管網的安全運行。國內生產的保溫管目前末設滲漏報警線，有待補上這一空白.

聚氨酯直埋保溫管優勢： 

　　聚氨酯保溫管以其優良的性能，方便的施工及使用年限長而倍受人們歡迎，其結構為:外保護層、保溫層、防滲漏層三部分，外保護層材料為聚乙烯或玻璃鋼或其它材料。敷設方式有直埋、架空、地溝三種方式。我廠在*管件的聚氨酯保溫、絕熱施工中積累了大量豐富經驗，其質量達到了國家及標準，深受廣大客戶的信任和好評。

30～80

30～80

表5-9 預制管殼規格/mm

內徑壁厚長度備注

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。是硬質聚氨酯泡沫塑料現場施工、修補技術的主要方法，這種方法不受工作面外形尺寸、幾何形狀的限制，不用模具，制品厚度可根據實際需要任意調節，可連續成型；效率高。

　　①噴涂機械硬質泡抹塑料直接噴涂的噴涂機由幾部分組成：A、B組分物料貯箱，A、B組分泵，電加熱系統，濾氣減壓系統和噴槍。

　　JG-3型噴涂機工作程序如圖5—1所示。

　　JG-3型噴涂發泡機由1臺三相交流電動機帶動，經變速機變速箱帶動2臺HV3／68型環形活塞式計量泵作順時針同步運轉，計量泵A、B按定比各自輸送組分液料、經耐壓管輸送到噴槍，在壓縮空氣的作用下，A、B兩組分液體在噴搶混合室內相互混合，然后以高速霧狀噴涂至工作面，待發泡、固化，形成一定密度和一定厚度的硬質聚氨酯泡沫塑料涂層。

　　JG-3型噴涂機之變速箱配有兩種轉速，可任選一種。不同轉速獲得噴涂量也不同，JG—3型噴涂機轉速與噴涂量關系見表5—10。

表5-10 JG-3型噴涂機轉速與噴涂量

轉速/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，提高黏結力。噴槍對準物面，稍帶有一點角度，離物面300～500mm距離，噴槍移動速度0．5～O．8 m／min。

　　③噴涂層技術控制

　　a．乳化時間 乳化時間太短，槍口要堵塞；時間太長物料要流失或滴落。

　　b．初凝時間 物料初凝可用手測試，以不粘手計時。一般控制在10～12 s間，時間長了要影響施工進度；時間短了待第二次

噴上時，其表面已有固化層，將產生間隔層，以致影響到導熱系數。

　　c．霧化風壓 膠液在噴槍內混合系通過壓縮空氣在混合器內攪拌霧化，一般控制風壓0．4～0．6MPa。

　　直接噴涂的缺點是表面不光滑，并呈麻面狀。當噴涂管道時，物料損失約10％。

　　（3）一次灌注成型法。灌注發泡是聚氨酯泡抹塑料在模腔內成型的主要方法。一次性灌注物料流動性好，發泡時充滿模腔各個部位，省工、省料、制品光滑，質量好。

　　灌注發泡是用灌注發泡機進行的常用JG-1型灌注發泡機系低壓循環型。JG—1型灌注發泡機規格與能力見表5—11。

表5-11 JG-1型灌注發泡機規格與能力

時間規格

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型灌注發泡機參數如下。灌注攪拌頭，電動4000 r／min。定量輸送泵，HV系列環形活塞泵。原液灌，A、B各100L。溶劑中洗、強風吹掃，按程序自動操作。原液補充，電動泵輸送。原液攪拌混合，電動錨式攪拌器。注入定時器，1～40 s。注劑罐，20L。原液溫度調節，電加熱、水泵循環、恒溫自空。外表尺寸，2m×1．3 m±2．3m。全機總重，1 t。

　　JG-1型灌注發泡機工作程序示意如圖5-2所示。一次灌注成型法模具如圖5-3所示。

　　摸具設計實例。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；加強筋，30×4角鐵；阻頭高度50mm。