阻燃隔热聚氨酯管壳 聚氨酯泡沫塑料瓦壳
发布时间 2022-02-22 09:33:51
产品描述
| 材质 | 聚氨酯 |
|---|---|
| 产品类别 | 聚氨酯瓦壳 |
| 等级 | a |
| 应用范围 | 管道保冷 |
| 导热系数（常温） | 0.03 |
| 低温弯折≤ | 1 |
| 断裂伸长率 | 2 |
| 规格 | 20 |
| 抗弯强度 | 国标 |
| 抗压强度 | 国标 |
| 使用温度 | 500 |
| 形态 | 微孔状 |
| 形状 | 长方形 |
聚氨酯因其特殊的泡孔结构，以及质轻、强度高、导热系数低的特点，被广泛地用于供热、建筑、冷藏、化工等领域。作为城镇供热直埋管道的保温层，聚氨酯的保温性能更是尤为重要。
聚氨酯泡沫塑料介绍
聚氨酯;导热性能;密度;闭孔率;孔洞;数值模拟
聚氨酯;导热性能;密度;闭孔率;孔洞;数值模拟
聚氨酯因其特殊的泡孔结构，以及质轻、强度高、导热系数低的特点，被广泛地用于供热、建筑、冷藏、化工等领域。作为城镇供热直埋管道的保温层，聚氨酯的保温性能更是尤为重要。聚氨酯是一种有机高分子材料，由两种液体原料混合后，加入催化剂、表面活性剂、其他添加剂等在高速搅拌下进行化学反应，发泡固化而成。聚氨酯具有绝热效果好、质轻、比强度大、施工简便及使用寿命长等优点。目前被广泛应用于供热管道、冷藏、冰箱及建筑物的保温材料。聚氨酯作为一种保温材料，具有封闭的泡孔结构，相对于实体材料更小的密度和优异的绝热性能〇在环境温度25 °C时，聚氨酯导热系数≤0.023W /(m.K)。在对聚氨酯导热性能的研究中，宣理宜等1利用HotDisk热常数分析仪测定了发泡时不同水量对聚氨酯导热系数的影响。结果表明，发泡水用量在1.5?5.0g时，聚氨醋导热系数随水量增加而增大。M.B. Hammond[2]分析了聚氨酯导热系数模型，确立了聚氨酯的有效导热系数可用固体孔壁传导、孔内气体传导、泡沫里辐射等各种作用的综合来表示。目前对聚氨酯导热性能的研究多为实验研究，尚缺少聚氨酯在发泡过程中形成孔洞缺陷时的导热分析，虽然M.B.Hammond提出聚氨酯的导热模型，但由于缺乏聚氨酯固体孔壁的物性参数，而无法实现准确的模拟。本文针对聚氨酯导热系数与闭孔率、密度之间的关系开展实验研究，分析闭孔率和密度对导热性能的影响。利用分形图形建立了聚氨酯物理模型，模拟了聚氨酯中存在较大孔洞时对其导热性能的影响，为分析解决聚氨酯导热问题提供依据。
1、聚氨酯密度、闭孔率、导热系数实验
根据CJ/T114 一2000《高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管》的要求，针对聚氨酯密度、闭孔率及导热系数开展实验研究。聚氨酯作为保温管的保温层位于外护管与钢管之间，对于单个保温管，聚氨酯试样应从距保温层端面大于500 mm处取得，同时在径向方向上，应去除紧贴外护管和钢管的泡沫皮层。具体实验项目对应试样规格如表1所不。密度实验方法:通过测量试样几何尺寸、称量试样质量后计算得出密度值。闭孔率实验方法:根据Boyle-Mariotte Law定律，测试试样的闭孔率。用已知体积并用阀门连接的两个容器，将试样放入其中标定过体积的容器中，关闭阀门以切断两个容器的连接，向装有试样的容器中通入干燥的氮气，使容器内压力升至设定压力值尸i，打开阀门使两个容器接通，这时装有样品的容器压力降低至P2，两次压力的比值与装有试样的容器中被试样取代的体积有关，结合容器的体积，通过计算可得出试样的闭孔率。导热系数实验方法:利用热线法测定试样导热系数。在匀质匀温的试样中放置一根电阻丝，电阻丝在恒定功率的作用下放热，电阻丝和电阻丝附近的试样温度将会升高，根据其温度随时间的变化关系，就可以确定试样的导热系数。实验测定均为50 °C时聚氨酯的导热系数。2、实验结果分析与讨论
通过实验测定聚氨酯密度及导热系数，并绘制导热系数与密度的变化关系图，如图1所示。聚氨酯密度在38?65 kg/m3时，导热系数随密度的增大呈线性升高。聚氨酯的密度越高，泡沫固体孔壁所占比重越大,在实验密度区间内的导热系数主要由聚氨酯泡沫固体孔壁部分的导热性能决定。针对聚氨酯闭孔率开展实验，同时测定试样的导热系数，将数据整理成图2。如图2所示，聚氨酯的闭孔率在8 5 %?9 6
%变化，随着闭孔率的不断增加，聚氨醋导热系数随之降低。从聚氨酯的泡孔结构来看，泡孔是各自独立的封闭几何体，与外界只有能量交换，没有物质交换。泡沫固体孔壁部分在导热过程中占主导地位，也是影响聚氨酯导热系数的主要因素。当这种独立的泡孔结构被破坏，由于温度差产生气体流动，势必增强外界气体与泡孔孔壁的能量交换，使聚氨醋导热系数升高。
3、聚氨酯稳态导热模拟
基于二维sierpinski地毯分形图形建立聚氨酯稳态导热的物理t旲型。图3 中为四阶sierpinski分形图形，将图中白色部分视为泡孔均匀分布的正常部分，黑色部分视为聚氨酯内部较大孔洞。若去掉图中所有小黑色方形部分，则可得到三阶sierpinski分形图形。若去掉图中所有小黑色和次小黑色方形部分，则是二阶sierpinski分形图形。对四阶、二阶、+阶及在框架结构内只均匀布置图中次小黑色方形的零阶物理模型进行模拟。在模拟过程中，随着不同阶次分形图形孔洞面积(黑色)所占比例的变化，调整白色部分孔壁与泡孔的比例，使各阶次分形模型的整体闭孔率相等。为建立聚氨酯导热模型，引入如下假设：⑴忽略流体与固体孔壁之间的接触热阻；(2) 不考虑泡孔内的对流和辐射换热；(3) 固体孔壁和泡孔内流体的导热系数均不随温度变化。
由此，聚氨酯二维稳态、无内热源导热微分方程为
其中，相应于固体孔壁和泡孔内流体的导热系数分别为Km=0.1 W/(K .m)和Kf=0.024 2 W/(K .m)。假设聚氨酯上、下表面绝热，左、右边界分别保持恒温T1和T2，则热流沿着X方向一维传递，相应边界条件为如图4所示为四阶sierpinski分形图形温度万图。从图4 中可以看出，模型内温度云图分布基本关于y轴对称。结合图5 ，由于孔洞内为空气，导热系数较低，温升相对固体孔壁部分滞后，模型内等温线均不同程度向孔洞弯曲，这些特点均符合模型几何结构。各阶分形模拟结果如图6所示，零阶分形模型均匀分布较小孔洞，导热系数模拟值高。均含有较大孔洞的二、三 、四阶分形模型，导热系数低于零阶分形模型导热系数模拟值，且二、三、四阶分形模型导热系数随各自较小孔洞数量增加而降低。由此可见，存在较大的孔洞使模型的导热系数降低。较小孔洞(孔径大于泡孔)同样影响导热系数的模拟值。
4、结论
针对聚氨酯导热开展了实验和模拟研究，通过实验数据，获得导热系数与密度及闭孔率之间的变化关系。建立了基于二维分形图形的物理模型，模拟了较大孔洞对聚氨酯导热系数的影响，结论如下：⑴聚氨酯密度38?65 kg/m3时，导热系数与密度成正比例关系，固体孔壁部分是聚氨酯导热系数的主导因素。(2) 聚氨酯闭孔率8 5 %?9 6 % 时，闭孔率越低，导热系数越高，聚氨酯开孔结构有强化换热的作用。(3) 建立基于分形图形的物理模型，进行聚氨酯稳态导热模拟。闭孔率相同时，含有较大孔洞的聚氨酯导热系数较低
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管托2
管托2
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