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1、2003 中国聚氨酯行业整体淘汰 ODS 国际论坛论文集93中国区域内具有代表性的全水发泡产品比较与评价罗振扬 魏永祥 宋聪梅 童俊(江苏省化工研究所 江苏南京 210024)摘 要：针对中国区域内具有代表性的全水发泡硬质聚氨酯泡沫塑料产品的性能进行了介绍和比较，评价其性能对于建筑物保温、管道保温、夹心板材、汽车内饰件等应用领域的适应性。关键词：聚氨酯；硬质泡沫塑料；全水发泡1 前言全水发泡技术，实质是以水和异氰酸酯反应生成的二氧化碳作发泡剂，其 ODP 值为 0，是取代CFCs 的最佳候选者之一。但是，全水发泡硬质聚氨酯泡沫技术存在一些潜在的技术缺陷，如果不能够被有效地克服，将会限制全水泡沫
2、的推广和应用。目前，在中国区域内，全水发泡技术研究正在兴起，但是大规模的应用尚处于起步阶段。目前，南京红宝丽股份有限公司、航天科技集团公司五一研究所、山东东大化学工业集团公司、江苏省化工研究所等具有一定生产、开发能力的企业、研究机构已经或正在从事全水发泡聚氨酯技术技术研究；而金陵拜耳聚氨酯有限公司、亨斯迈聚氨酯（中国）有限公司、Dow 化学中国有限公司、巴斯夫展宇聚氨酯（中国）有限公司等外资背景公司以及南京红宝丽股份有限公司、江苏省化工研究所等少数国内企业已经能够提供较全面的系列全水发泡聚氨酯组合料产品。2 全水发泡产品比较与评价我们按照上述全水发泡聚氨酯产品的应用领域分类，进行比较与评价。2
3、.1 应用于集中供热管道保温的全水发泡硬质聚氨酯泡沫塑料由于聚氨酯硬泡具有优异的绝热性能、成型简便，同内外层的强粘接力，使其与外套管和内芯管形成强度大、重量轻、坚固耐用的结构，此种预制绝热管主要用于石油运输、液化石油气输送、地区集中供暖和热水供应、空调冷却系统和冷却水输送及化学品输送。表 1 为在国内市场上的几种集中供热管道保温用全水发泡聚氨酯硬泡的实测性能。表 1 几种集中供热管道保温用全水发泡聚氨酯硬泡的性能Bayer 公司 Baytherm TPPU22HK84CPP3 Huntsman 公司 ME44204HY产品HB产品检测项目（单位） 指标值I II III I II III I
4、I密度/kgm 3 60 86 81.7 77.9 67.3 66.8 73.5 51.8 72.9压缩强度/kPa 300 550 670 616 563 562 408 272 520剪切强度/kPa 460 366 265 吸水率/% 10 6.1 5.9 4.9 3.0 5.17 8.86 2.6 7.1导热系数/W(mK) 1 0.033 0.030 0.033 0.033 0.0285 0.033 0.033 0.027 0.033闭孔率/% 88 94 93.2 93.8 96.9 93.8 93.8 97 93.8注：“指标值”为标准 CJ/T114 -2000“高密度聚乙烯外
5、护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管”的技术指标；I 为实验室制样，II 为天津市管道工程集团保温管厂产品抽样，III 为北京豪特耐集中供热系统有限公司产品抽样。HY 代表兰州510 研究所，HB 代表南京红宝丽股份有限公司。由表 1 数据对比可以得出以下结论：(1) Bayer 公司 Baytherm/BJ3-5001 和 Huntsman 公司 ME44204 集中供热管道保温用全水发泡硬质聚氨酯泡沫塑料的性能指标基本上符合相关的供热管道保温泡沫国家标准；(2) 它们的最终产品检测报告的导热系数接近指标值，并且高于实验室制样检测数据；2003 中国聚氨酯行业整体淘汰 ODS 国际论坛论文集94
6、(3) Bayer 公司的 Baytherm TPPU22HK84CPP3 泡沫产品需要更高的填充密度才能达到 Huntsman 公司 ME44204 泡沫产品的强度性能；(4) 航天科技集团兰州 510 研究所泡块由于实验室制样密度没有达到 60 kg/m3 以上，导致其强度偏低，不能满足国家标准的强度要求，但是其导热系数只有 0.027 W/(mK)，因此，通过提高模塑填充密度 20以上，应该能够达到强度要求，并且将导热系数控制在 0.033 W/(mK)以内。2.2 应用于建筑物隔热的全水发泡硬质聚氨酯泡沫塑料硬质聚氨酯泡沫塑料在建筑物上应用的硬质聚氨酯泡沫塑料主要作为屋顶平面或坡面的防
7、水、保温层，工业建筑结构的墙壁，冷藏建筑的隔热墙。密度在 3045 kg/m3 范围。硬质聚氨酯泡沫塑料用于建筑保温，主要具有以下优点：(1) 特别是在寒冷、炎热地区的隔冷、隔热性能优异，节约能耗；(2) 现场施工，成型快，工期短（1000m 2/8h） ；(3) 使用寿命长，带表面覆盖层可达 25 年以上；(4) 比强度高；(5) 阻燃型具有良好的防火安全性；(6) 重量轻。表 2 和表 3 列举了江苏省化工研究所和 Bayer 公司的全水发泡喷涂型硬质聚氨酯泡沫的性能指标、建筑物隔热用硬质聚氨酯泡沫塑料物理性能国家标准。表 2 建筑用全水发泡聚氨酯硬泡的性能江苏省化工研究所 Bayer 公
8、司 国标建筑硬泡指标检测项目 JDPU303/ISO303JDPU303N/ISO303单聚醚型泡沫BaythermBJ3-5001 I 类 II 类密度/kgm 3 38.8 42.1 33.9 32.4 30 30压缩强度/kPa 293 204 263 128 100 150拉伸强度/kPa 393 254 542 吸水率/% 2.3 1.3 变形 4 3导热系数/W(mK) 1 0.0256 0.0251 0.025 0.029 A0.022, B0.027线性尺寸变化率/%80 24h 0.5 0.4 0.5 5 (70 48h)2524h 0.2 0.1 2.8 3.2 平均燃烧时
9、间/s 27.6 2 级90平均燃烧范围/mm 19.8 2 级50燃烧速率/mm/min 43.0 注：燃烧性能采用水平燃烧法试验方法测定。GB/T 1080089“建筑物隔热用硬质聚氨酯泡沫塑料”的 I 类适合于承受轻负载，II 适合于承受重负载，根据导热系数不同分为 A、B 两级。表 3 建筑用全水发泡聚氨酯硬泡的性能检测数据JDPU303/ISO303 JDPU303N/ISO303 Baytherm BJ3-5001检测项目放大抽样 实验室制样 放大抽样 实验室制样 放大抽样 实验室制样密度/kgm 3 38.8 37.0 42.3 42.1 34.3 32.4压缩强度/kPa 29
10、3 276 403 204 146 128拉伸强度/kPa 393 323 546 254 吸水率/% 2.3 3.1 2.5 1.3 变形 导热系数/W(mK) 1 0.0256 0.0243 0.0266 0.0251 0.0268 0.029线性尺寸变化率/ %80 24h 0.5 0.3 0.5 0.4 1.1 2524h 0.2 0.4 0.2 0.1 0.1 3.2平均燃烧时间/s 52 27.6 平均燃烧范围/mm 43 19.8 燃烧速率/mm/min 72.4 43.0 由表 2 和表 3 的数据可以看到：2003 中国聚氨酯行业整体淘汰 ODS 国际论坛论文集95(1) 江
11、苏省化工研究所的 JDPU303/ISO303 非阻燃型全水喷涂硬质聚氨酯泡沫的性能完全满足建筑物隔热用硬质聚氨酯泡沫塑料物理性能国家标准的一般标准；(2) JDPU303N/ISO303 阻燃型全水喷涂喷涂硬质聚氨酯泡沫则更进一步地满足 2 级阻燃要求，为了降低小分子阻燃剂对于泡沫基体的溶解、增塑作用，势必要提高阻燃型全水喷涂喷涂硬质聚氨酯泡沫的整体密度；(3) 单体聚醚型全水发泡喷涂型硬质聚氨酯泡沫的绝热性能表现不俗，但需要在热稳定性、抗吸水性能方面加以改进；(4) Bayer 公司的全水发泡喷涂型硬质聚氨酯泡沫在绝热性能、低温稳定性方面则需要进行完善。2.3 应用于非连续法金属夹心板聚氨
12、酯硬质泡沫非连续法金属夹心板可以广泛应用于以下领域：墙面或屋顶隔热板、车库及大门、冷藏库板材、移动式冷藏箱及冷藏车。表 4 为 Dow 化学(中国) 有限公司用于非连续法金属夹心板的聚氨酯硬泡VoracorCD794/VoracorCE101 的性能指标。表 5 为 BASF 展宇聚氨酯（中国）有限公司同类全水发泡硬泡 CH1301/2 的性能指标。表 4 Dow 公司的非连续法夹心板用聚氨酯硬泡 Voracor CD794/Voracor CE101 的性能检测项目 实测值 Dow 公司企业标准密度/kgm 3 47 45闭孔率/ 93 92导热系数/W(mK) 1 0.0238 0.024
13、压缩强度/kPa 210 170尺寸稳定性(25 48h)/ 0.6 1尺寸稳定性(70 48h)/ 0.2 1表 5 BASF 展宇（中国）有限公司用于夹心板的全水发泡聚氨酯硬泡 CH1301/2 的性能指标样品型号 检测项目（单位） 实测值 测试标准密度/kgm 3 65 DIN EN ISO845弯曲强度/kPa 650 DIN53423弯曲量/mm 12 DIN53423压缩强度/kPa 300 DIN53428压缩变形率/ 10 DIN5342824 小时吸水率（v/v）/ 1.4 DIN53421Dow 化学（中国）有限公司 VoracorCD794/VoracorCE101 和
14、BASF 展宇（中国）有限公司CH1301/2 两种型号的非连续法金属夹心板聚氨酯硬质泡沫的性能与标准虽然没有明显的可比性，但是VoracorCD794/VoracorCE101 的卓越的绝热性能和尺寸稳定性使其能够满足冷藏、冷库的一般要求，而CH1301/2 较高的抗弯曲强度能够满足大跨度金属浪板的强度需要。2.4 应用于汽车内饰件基材的热塑性硬质聚氨酯泡沫塑料近二十年来，世界范围内有关汽车车顶内饰件的成型技术取得了显著进步。成型顶的基础材料经历了从瓦楞板、胶粘纤维、玻璃棉、发泡聚苯乙烯(EPS)到以聚氨酯为基材的 TRAMIVEX 工艺、热塑性硬质聚氨酯车顶(thermoformable-
15、PU foam)。全水发泡热塑性硬质聚氨酯泡沫塑料是伴随着轿车工业的高速发展应运而生的一种新型轿车内装饰件基材。它具有密度低、比强度高、吸声性能好以及热压成型所必需的优异的柔韧性和延展性，其具有如下优点：(1) 作为基础材料的聚氨酯材料密度只有 3545 kg/m 3；(2) 单位面积自重最小，大约 7501000 g/m 2；(3) 良好的高温加工性，在 180220下可以稳定成型；(4) 良好的复合自增强性满足了车顶内饰的刚性要求。2003 中国聚氨酯行业整体淘汰 ODS 国际论坛论文集96表 6 为国内市场几种热塑性硬质聚氨酯泡沫塑料的性能指标。表 6 国内市场几种热塑性硬质聚氨酯泡沫塑
16、料的性能指标检测项目 江苏省化工研究所 TPU100/ISO100 Bayer 公司SI6011-2/88IS04 浙江华江塑料有限公司 企业标准密度/kgm 3 35.9 43 405压缩强度/kPa 197 180 130拉伸强度/kPa 263 329 200伸长率/% 15 15 5弯曲强度/kPa 321 252 180线性尺寸变化率/%（110、24h） 0.4 0.3 1表 6 显示，Bayer 公司的 SI6011-2/88IS04 热塑性硬质聚氨酯泡沫塑料具有优异的拉伸强度，江苏省化工研究所的 TPU100/ISO100 热塑性硬质聚氨酯泡沫塑料却在相对低密度的条件下具有较高的压缩强度和弯曲强度；浙江华江塑料有限
