太阳热水器的聚氨酯保温层

      太阳热水器保温层一般采用较高密度的聚氨酯泡沫自由式充填。这种充填方式通常易出现的问题是泡沫体与箱体外壳脱粘（外壳为硬质的不锈钢板）或因泡沫体的"收缩"导致外壳变形（外壳为软质的轧花铝板）。 一般认为出现这种问题的原因是：聚氨酯泡沫体的形成过程是反应成型，反应放热使发泡剂膨胀产生一定的压力（泡孔内压），当泡孔壁支撑作用与泡孔内外压差达平衡时，泡沫体不再生长（即达到所谓的"升胀时间"）。而后随着热量的散发泡沫体温度降低，泡孔内压力降低，这时产生的内外压差对泡孔壁结构产生一定的影响：若泡孔壁结构已经稳定、足以支撑压差，则不会发生明显的变形；若泡孔壁结构未达到稳定，则会在内外压差作用下发生"收缩"。泡沫停止生长后直到泡沫体冷却、不再发生形变的过程，称为泡沫体的稳定期。在这一过程中的"收缩"不同于通常意义上所讲的缩泡，几乎在所有的自由泡起发、成型中它都存在，只是收缩程度大小不同（可以称之为聚氨酯泡沫的成型收缩率），一般在2%以下，严重时可达5%以上甚至可达20%。 从理论上讲，让泡沫体生长停止后泡孔结构立即达到稳定是解决该问题的佳办法。而事实上，这种情况对于目前聚氨酯行业中所使用的原料来说是不可能彻底解决的（即成型收缩率不会为0），而只能依赖现使用的材料通过适当的组合或采取一定的工艺手段来尽量减小泡沫稳定过程中的收缩程度。

    在理论与实践的结合中，得出在不改变用料工艺的前提下，要减小收缩程度有三条方案可供参考（即聚醚组合料配制材料选择方案）：

    1.用高初始强度、高羟值、高官能度的聚醚多元醇做骨架。这样在泡沫体形成之初泡孔壁即有一个较为强硬的骨架，来抵抗因泡沫体冷却造成的泡孔内外压差，减小收缩程度。在济南某太阳热水器试用的几种料中，用量较多时聚醚835（刚性链节比重大，初始强度高）效果较好而4110聚醚（柔性链节含量大）效果不佳，就可以证明这一方案的可行性。适应这一要求的聚醚除835外，还有635聚醚可以适用。

    2.用催化剂、高活性胺醚、交联剂等使泡沫体快速固化，目的也是希望在泡沫体停止生长时孔壁结构已稳定不再收缩、变形。较方案来说，本方案是采用"外力"来使泡沫硬性快速固化，这会造成泡沫体的酥、脆性，使其耐冲击性能下降；从另一个角度讲，"快速固化"必是快速反应的结果，使得发泡过程中物料会有一个较高的冲击力，对太阳热水器薄弱的内胆外壳具有冲击变形的威胁，同时快速反应也易带来热量的高度积累，温度必高，这样在泡沫成型中泡孔内外压差与孔壁支撑作用次达到平衡后，随着热量的散失，泡沫体温度的下降必然会有更大的内外压差产生，对于并不太强硬的结构来说，这一压差可能会使泡沫体产生更大的收缩（由此需要在选择快固化体系时必须与聚醚材料相互配合）。

    3.与第二方案相反，采用慢固化。慢反应、慢固化带来较低的反应热，产生较低的泡孔内压力，当泡沫停止生长后，因温度变化较小使其内压力几乎不变，相应的也就没有了对孔壁的作用力，从而减小了收缩程度。 在料的方面还需要注意的一点是：聚氨酯泡沫成型过程是化学反应成型，易受环境条件的影响，导致出现异常情况，例如冬季有时会发生泡沫的开裂现象，夏季偶尔会出现集热管管口部位缺料现象等，这就要求在配料的时候不能墨守成规，死抱一个配方应付所有问题，而应从根本处着手找到应作的变化去避免这些异常现象的发生。

    对于聚氨酯泡沫保温层来说，成型过程的操作工艺对收缩的影响也是相当大的。因此在原料确定的情况下，也很有必要优化用料工艺从而得到更好的发泡效果。根据实用经验有以下方面可供参考：1.模压泡充填。从用料工艺来看，解决缩、脱问题的佳方案应是采用模压泡填充，即在箱体外加固模具，用发泡料过量填充。这样，在泡沫停止生长时泡孔内外压力分别为孔内气压和孔外模压，且模压是随孔内气压而变化并保持与之平衡的，这样就不存在对孔壁的影响，也就无所谓缩、脱问题了（像****太阳热水器的生产中发泡过程使用模具，使其稍发软的泡沫体也不出现收缩、脱落、外壳变形等情况）。而此工艺需要注意的是集热管管口部位的处理，实质上与材料选择的1方案是对应的。 2.预设保温烘道辅助泡沫成型。类似冰箱、热水器的做法，物料注射完毕将桶体移到40～60℃的加热烘道中，在较高的环境温度下快速完成后熟化过程，促使泡沫结构稳定减少收缩发生的机会（对应于材料选择方案2，即快固化体系；也有缩小温差、减小泡孔内外压差从而减小收缩的功效）。3.分多次注料。每次的物料量较少，不会有太多的热量积累和泡沫内的温度过高，可减缓成型过程的物料冲击力，减小后期会出现的泡孔内外压力差，由此达到避免泡沫与外壳脱离或带动外壳变形的目的。以上可供优化的工艺是建立在聚氨酯泡沫成型工艺的基础上的，即要有合理的物料配比，有良好的混合效果。当然工艺的更改势必带来一系列其他的问题，比如多次注料会加大物料用量、提高了成本。因此在实际中应注意在利与弊的结合中寻找适合自己的操作工艺，以达到佳效果。