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[原创]气凝胶能否改善聚氨酯硬泡的导热系数?[荐]

发布:花海笑我  (团长)   2024/1/10 9:15:57

浏览:2811 次 评论:3 次 被点赞:41

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聚氨酯硬泡因保温性能较好、原位发泡成型、成本低廉等优势被广泛地用于制冷器具、热水器、集装箱、管道等产业中。聚氨酯硬泡的保温性能是其非常重要的指标之一,提升其保温性能对最终制品的节能减排有非常重要的意义。

在聚氨酯硬泡的常用降低的导热系数的路径上包括使用导热系数或乳化性能更好的发泡剂、改善工艺方式、加快反应速度以及调整黑白料配方及比例等等。除此之外,有没有其他的路径呢?

根据保温材料的保温性能特点,笔者将保温材料按照导热机理进行对导热系数进行分类,如下图所示:


保温材料按照导热系数进行分类

从图中可以看出,以静止空气为界,聚氨酯和气凝胶都低于静止空气的导热系数,特别是气凝胶,其理论导热系数比聚氨酯要低。

气凝胶是固相保温材料,是一种纳米级多孔固态材料,由96%的空气和4%固体组成,其常见的形态为气凝胶粉体和气凝胶毡,在这里我们仅讨论气凝胶粉体。


气凝胶示意图

既然气凝胶导热系数低于聚氨酯,那么将气凝胶加入到聚氨酯硬泡原液中能否改善聚氨酯硬泡的导热系数呢?笔者曾经做过多次试验,并且与日本相关企业做过交流和试验,想把此结果分享作为共同探讨。

气凝胶的理论导热系数很低,但是完整的气凝胶结构是不具有实用性的,很容易易碎,难以大规模使用,如果要加入到聚氨酯原液里,只能进行采用气凝胶粉体来进行,那么使用气凝胶粉体有带来那些问题和效果呢?

1.  工艺分散性问题

气凝胶粉体因为粒径很细,达到umnm级别,其在白料里进行分散很难分散,很容易发生团聚现象,即使使用超声进行分散效果依旧不好,添加量最多0.5wt%,当加入到1wt%粘度很大,无法进行使用。

气凝胶在白料里预混

2.  气凝胶保温性能的保留问题

气凝胶理论上的保温性能是由其特殊的结构造就的,其内部的泡孔尺寸≤70nm,很细的骨架以及无穷多的泡孔形成了其较低的导热系数,但是当被打碎成气凝胶粉体以后,其结构得到极大的破坏,泡孔大部分都会被破坏,内部充填可自由流动的空气,其导热系数会大幅度上升,那么在加入到聚氨酯原液里,其效果可想而知,理论上不应该会有太多的改善。

气凝胶的隔热机理

3.  加入气凝胶粉体的聚氨酯硬泡的保温性能


那么强制将气凝胶粉体加入到聚氨酯硬泡里面会有什么改善呢?曾经做过试验进行测试,分别测试将0.2wt%,0.5wt%,1wt%(相对白料的重量份数)的气凝胶粉体与聚氨酯原液进行混合,然后进行发泡测试,进行泡沫的导热系数进行测试,结果发现聚氨酯硬泡的导热系数并没有明显的改善,而且切开泡沫的切面后,在电镜下观察,气凝胶颗粒并不是均匀分散中泡孔周围上,会有局部团聚的现象。

总的来说,虽然气凝胶理论上其导热系数较低,但是破坏其结构后进行掺到聚氨酯原液进行发泡并不会带来聚氨酯泡沫的导热系数的改善,而且所需要面对的工艺分散问题也很难解决,因此来说,这并不是一个能提升聚氨酯硬泡保温性能的路径。


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3条评论,点击查看

评论

陈娟 (团长) 

2024/1/10 14:09:58

学习到了。受益匪浅!

李学江 (旅长) 

2024/1/10 19:59:19

支持原创

常雨 (营长)

2024/1/12 9:22:12

作者很专业。气凝胶不是提升导热的有效途径

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